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全面提升數(shù)據(jù)價值
賦能業(yè)務(wù)提質(zhì)增效
摘要:EDA(Electronic Design Automation)是芯片自動化設(shè)計的重要工具。正如編輯文檔需要微軟的office一樣,電子工程師設(shè)計芯片一樣需要EDA軟件平臺來進行電路設(shè)計、性能分析到生成芯片電路版圖。現(xiàn)在的一塊芯片有上億個晶體管,不依靠EDA工具,高端芯片設(shè)計就無從下手。
EDA工具是電子設(shè)計自動化的簡稱,從上世紀60年代計算機輔助設(shè)計、計算機輔助制造、計算機輔助測試和計算機輔助工程的概念發(fā)展而來。EDA技術(shù)以計算機軟件為工作平臺,融合了應(yīng)用電子技術(shù)、計算機技術(shù)、信息處理及智能化技術(shù)的最新成果,進行電子產(chǎn)品的自動化設(shè)計。EDA技術(shù)的發(fā)明提高了芯片設(shè)計的工作效率和可操作性,簡化了芯片設(shè)計的過程。
全球EDA技術(shù)市場形成巨頭壟斷
在全球EDA市場,經(jīng)過多次的重組并購巨頭公司已經(jīng)形成了強大的產(chǎn)業(yè)壁壘、技術(shù)壁壘、人才優(yōu)勢,市場基本被美國三家公司壟斷:Cadence、Synopsys和Mentor Graphic,其中第三位的Mentor Graphics在2016年被西門子收購。
據(jù)WSTS(全球半導(dǎo)體貿(mào)易統(tǒng)計組織)統(tǒng)計,2017年全球包括EDA、半導(dǎo)體知識產(chǎn)權(quán)(SIP)以及服務(wù)等在內(nèi)的整體EDA產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模約為85-90億美元之間,美國三大廠商占據(jù)了57%的市場份額,其他國家無人能望其項背。
圖 1 2017年EDA公司市場份額
EDA公司的商業(yè)模式分為兩類:license證書授權(quán)與IP核(具有知識產(chǎn)權(quán)的集成電路芯核Intellectual Property的簡稱)。license證書售價高昂,其三年期使用費用高達100萬美元,對于芯片公司而言,一般需要多套license才能滿足芯片設(shè)計需求。以聯(lián)發(fā)科和華為為例,2010年聯(lián)發(fā)科耗資5000萬美元與Cadence公司簽署訂單,以獲得其證書授權(quán);2014年華為一次性花費3000萬美元去購買Cadence公司的證書。這樣的費用對于初創(chuàng)公司而言是無法接受的,芯片創(chuàng)業(yè)公司在面臨研發(fā)成本與設(shè)計成本外,還要面臨漫長的設(shè)計周期,很難再去支付高昂的EDA軟件費用。
IP核的作用是把一組擁有知識產(chǎn)權(quán)的電路設(shè)計方案集合在一體,構(gòu)成集成電路的基本單位,EDA供應(yīng)商把這些基本單位以軟件IP核構(gòu)件的形式出售(可以理解為功能擴展包)。芯片設(shè)計工程師將多個不同功能的IP像搭積木一樣組合起來,用于構(gòu)建不同功能芯片的基礎(chǔ)系統(tǒng)。
2017年,IP核的交易額已經(jīng)超越了EDA工具和服務(wù)本身,成為EDA產(chǎn)業(yè)交易規(guī)模最大的一部分。根據(jù)WSTS統(tǒng)計,目前全球有超過400家IP核供應(yīng)商,提供超過6000個不同種類的IP核。其中ARM是全球范圍內(nèi)最成功的IP核提供商,已經(jīng)向超過200家半導(dǎo)體公司提供技術(shù)授權(quán),每年全球范圍內(nèi)設(shè)計及銷售的內(nèi)含ARM處理器的芯片達40多億顆。從2001年進入中國市場,國內(nèi)已有400多所大學(xué)開設(shè)了ARM相關(guān)的課程和實驗室、出版了120多本中文的ARM相關(guān)教科書,發(fā)展了國內(nèi)60多家ARM Connected Community成員。ARM已將自己的發(fā)展和多家合作伙伴的發(fā)展密切聯(lián)系在了一起,他們共同組成了一個ARM生態(tài)圈。
國內(nèi)EDA技術(shù)剛剛起步,發(fā)展本土EDA技術(shù)至關(guān)重要
我國的EDA技術(shù)起步較早,但由于沒有上下游產(chǎn)業(yè)的刺激,發(fā)展較為緩慢,與國外巨頭之間有較大的技術(shù)差距。根據(jù)中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計,目前國內(nèi)集成電路設(shè)計公司90%以上采用國外EDA工具,本土廠商還未能占據(jù)一定的市場。
中興事件中,美國禁止三巨頭之一的Cadence對中興提供服務(wù),不僅僅是芯片禁售,包括基礎(chǔ)的芯片自主設(shè)計也要進行圍追堵截;今年的制裁華為事件,Synopsys和Cadence也已經(jīng)按照美國商務(wù)部的要求,暫停了對華為的授權(quán)和軟件更新業(yè)務(wù),這意味著美國從根本上全面封鎖了中國芯片產(chǎn)業(yè)。在這樣的背景下,發(fā)展國內(nèi)自己的EDA技術(shù)就顯得尤為重要,這也是國家集成電路戰(zhàn)略的一部分。
EDA增長的根本因素是芯片工藝的提升,EDA工具的開發(fā)不僅需要良好的算法,還需要和先進的芯片技術(shù)相結(jié)合。芯片從14nm、7nm、5nm、2nm的演進,工藝越來越復(fù)雜,線寬越來越小,良品率問題凸顯,這也給國內(nèi)本土EDA廠商帶來了機遇與挑戰(zhàn)。
目前,除了北京華大九天稍具規(guī)模外,中國幾乎沒有別的能提供芯片EDA工具的公司。華大九天是國內(nèi)規(guī)模最大、技術(shù)最強的EDA龍頭企業(yè),也是大規(guī)模集成電路CAD國家工程研究中心依托單位,承擔著國產(chǎn)EDA軟件研發(fā)與推廣的重任。華大九天推出的EDA工具已經(jīng)能滿足40納米工藝制程以上的芯片設(shè)計,但與國外適用于7納米的工藝制程以上的芯片設(shè)計還有不小的技術(shù)差距。
結(jié)語
EDA工具的技術(shù)發(fā)展離不開技術(shù)與資金的支持,雖然在算法方面中國有可能取得一定的技術(shù)突破,但在美國三巨頭公司壟斷地位的情況下,國產(chǎn)EDA工具很難打開市場,也很難從市場得到資金支持與技術(shù)反饋,從而失去自我迭代更新的能力。雖然短時間內(nèi)國內(nèi)的EDA工具還不可能趕超美國,但國內(nèi)廠商持續(xù)不斷的努力與技術(shù)創(chuàng)新總會有彎道超車的機會。
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