EDA：芯片之母 半导体市场不可小觑的2%

目前，电子设计自动化（ElectronicsDesignAutomationEDA）市场规模只占半导体市场的2%，但是通过EDA设计并制造出的集成电路年产值达到近5000亿美元。那么EDA在产业链的作用是什么？国内EDA的发展状况和行业趋势是怎样的？

EDA在集成电路产业链中举足轻重

EDA最近被媒体冠以“芯片之母”的称号，其产业链的重要性可见一斑。然而EDA今日的地位并非一日铸就，是随着时间推移而成就的。

回顾EDA的发展历史。EDA从20纪70年代诞生，当时主要以PCB自动化设计为主，集成电路的自动化设计并不流行。此时的摩尔定律刚刚起步，一块芯片上只有几千个晶体管，可以通过人力手工设计，加上那时的计算机技术并不发达，个人电脑和中小型服务器并不普及，EDA的发展比较缓慢，导致此时EDA在产业链上起到的只是基本的辅助作用。

进入本世纪之后，一方面，三家大EDA公司（Synopsys、Cadence、Mentor）通过多次并购整合，完善设计全流程，奠定了三巨头竞争格局。另一方面，EDA公司开始深入制造领域，发展出了OPC等制造EDA的工具以及可制造性设计（DFM）工具。同时，晶圆厂成为了EDA的深度用户，不仅在制造方面需要使用EDA工具，在标准单元库、SRAM设计上都需要使用。此外，晶圆厂每两年开发一代工艺，其中EDA的整套设计流程需要在新工艺上验证。EDA也开始在早期工艺研发中介入，帮助解决更复杂的设计规则以及种种难题。晶圆厂提供的Signoff签核流程决定了设计公司设计出的芯片能否在晶圆制造厂顺利生产。而Signoff签核的主要工具就是EDA，可以说EDA是架起了设计与制造沟通的桥梁。同时，先进工艺不断迭代也驱动了EDA的创新。可见，此时此刻EDA在产业链已经有着举足轻重的作用。

如今的集成电路，从系统架构开始，落实到功能的定义和实现，最终实现整个芯片的版图设计与验证，是一项复杂的系统工程，集成了人类智慧的成果。以华为最新的7nm麒麟990芯片来说，其中集成了103亿颗晶体管，若没有EDA，设计这样复杂的电路并保证良率是无法想象的。可见EDA赋能了集成电路设计与制造的创新，当之无愧的站在了产业链的顶端。

发展具有特色的EDA产品

目前，中国的集成电路制造工艺落后于世界水平，无法为国内EDA提供更多创新和发展空间。此外，人才是可持续发展的主要动力之一，然而，国内EDA人才较少，导致目前国内EDA公司从业人员不足千人，缺乏统筹规划，也使得我国EDA发展相对落后。反观国外EDA公司通过内生发展和收购整合，以及跨国公司的优势在全球范围内网罗优秀人才。

即便是生存环境不利的情况下，国内EDA产业仍然发展出了具有特色的产品，并取得了一定的成绩。比如华大九天在模拟和面板领域的设计、概伦（博达微）在SPICE参数提取和存储器仿真、广立微在工艺研发早期良率测试与提升，以及国微集团在数字设计上的突破等。另外，相对冷门的产业也迎来了一些突破，例如全芯智造作为初创公司选择了相对冷门的制造EDA并取得了一定成就。然而，目前国内EDA公司仍然没有覆盖设计全流程，主要难点在于EDA细分市场规模最大的数字设计和验证。

EDA迎来历史性发展机遇

目前，EDA在国际市场上已经发展成为了相对成熟的产业，而每年增长率只有10%左右。但这并不代表日后发展的机会在变小。在未来，EDA的发展趋势有三个方面：

第一，AI赋能。人工智能在EDA行业的起步并不晚，早在本世纪早期，EDA公司利用机器学习算法进行辅助建模等工作。随着人工智能的蓬勃发展，人们对芯片无人设计产业有了更大的信心。例如，Google通过AI在数字电路布局布线上取得了一定进展，有希望通过机器学习自动生成芯片设计的方法，甚至可以应用“compiler”算法在源头直接产生RTL，进而完成RTL到GDS的全流程自动化设计。从制造的角度来看，应用人工智能进行器件建模、OPC建模、图像识别、良率分析近期也将能实现。可见，AI赋能从点到面，新的芯片设计方法即将诞生。

第二，EDA上云。云计算作为互联网发展的领域之一，目前已经实现了设计EDA上云，此外，国际的设计公司和制造厂都在云计算上进行了诸多尝试。然而，若想实现全面推广，商业模式需要转变，将原有的EDA按授权期限收费的模式，转变为按需、按使用时间、按使用数据量等新思路收费。

第三，异构集成。这是指将分别制造的元件用封装等形式集成到更高的层次，提供更强的功能和性能。在过去的五年中，2.5D/3D先进封装取得了关键的进展，尤其在GPU芯片与DRAM的集成上，以及FPGA的集成上。其中EDA可帮助进行多界面物理的分析，如电性、磁性、机械、光学等不同模型的建立和界面之间模型的转换，还包括热分析、可靠性分析等。此外，EDA还可在芯片设计早期进行系统集成，建立从裸片-封装-PCB-系统的闭环建模和分析流程。此外，未来异构集成技术的进一步发展需要EDA公司与产业链的紧密合作，为异构集成提供整个系统的设计和验证工具，确保高良率和高可靠性。

此外，虽然目前国内EDA发展的土壤依然薄弱，技术短板多，人才紧缺，但是随着EDA产业逐步受到重视，也迎来了历史性的发展机遇。但是这其中需要政策、资本、制造业以及产业链形成合力，帮助原本薄弱的EDA行业能够快速发展。

对于EDA公司自身而言，想做到发展，首先要树立战略冗余的观念，即在电路上增加冗余电路，保证整个芯片不受到部分电路失效的影响，从而保证正常工作以及良率。此外，EDA公司在考虑商业和市场价值的同时，也要勇于做“冗余”补短板，可从产业链上的某个细分领域做起。其次，在细分领域要做到“一招鲜”，努力成为全球产业链中密不可分的一部分。最后，追求创新求变，积极布局下一代EDA。此创新除了技术创新，还可以是流程创新、商业模式创新、跨界创新等。比如人工智能技术的发展、先进工艺研发流程的迭代等都为布局下一代EDA提供了契机。同时这也需要有领军人才，能够敏锐洞察技术发展趋势、摆脱束缚、突破创新。

目前，以AI与5G为首的“新基建”呼之欲出，国内集成电路投资发展如火如荼，EDA产业迎来风口。同时，EDA企业需要在有全局眼光的基础上，放下身段，苦练内功，抓住历史机遇，为半导体事业做出更大贡献。