隨著AI對設(shè)計和制造的滲透和影響,，生活中智能產(chǎn)品也開始變得稀松平常,。產(chǎn)品端發(fā)生的巨大變化和快速迭代，其影響傳導(dǎo)到產(chǎn)業(yè)鏈上游帶來的則是沖擊,，因此整個半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈上各廠家的職能都在發(fā)生一定程度的交雜與變化,。
在此前鎂客網(wǎng)采訪華進(jìn)半導(dǎo)體市場與產(chǎn)業(yè)化部／戰(zhàn)略部部長周鳴昊談到這一話題時，他就曾直言表示明顯感受到了變動,，“整個產(chǎn)業(yè)鏈確實是發(fā)生了一些變化,，最明顯的是，大家分工很清楚的版塊開始出現(xiàn)了業(yè)務(wù)交叉,，以我們中下游來看,，前道、中道,、后道和組裝之間實際上都有交叉,。這樣的變化之下，有沖擊,，也有機(jī)會,。”
中下游如此,，上游亦然,。筆者留意到，作為輔助IC設(shè)計的工具提供商,，EDA公司幾乎活躍在各大前沿技術(shù),、工藝探討和創(chuàng)新論壇上。
從幕后走向臺前,，EDA的積極活躍著實惹人關(guān)注,。尤其是在國內(nèi)EDA產(chǎn)業(yè)相對處于“空白”之下，這樣一個轉(zhuǎn)變是不是暗示著更多機(jī)遇也成為半導(dǎo)體從業(yè)者應(yīng)當(dāng)考慮的問題,。
EDA,，芯片設(shè)計的工具
發(fā)展近六十載，從一開始的IC設(shè)計輔助工具到后來囊括設(shè)計,、性能測試,、特性分析、虛擬仿真等諸多功能,，在加速芯片設(shè)計的同時,，EDA產(chǎn)業(yè)也從一開始的不起眼逐漸發(fā)展壯大。
ESD Alliance MSS發(fā)布的最新統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,，2018年Q3全球EDA產(chǎn)業(yè)收入同期增長了6．7％,，達(dá)到了24．4億美元,，延續(xù)了此前的連續(xù)增長之勢。對此,，業(yè)內(nèi)人給出分析稱,，之后整個市場空間還將繼續(xù)增長。
盡管迅速增長,，因只是IC設(shè)計的“配角”,，EDA市場一直以來只是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中一個“無足輕重”的細(xì)分領(lǐng)域，現(xiàn)如今它為何值得關(guān)注,？
首先,，我們來看下何為EDA。
EDA（Electronic design automation）,，中文譯為電子設(shè)計自動化,，指的是利用計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）等軟件來完成超大規(guī)模集成電路（VLSI）芯片的功能設(shè)計、綜合,、驗證,、物理設(shè)計（包括布局、布線,、版圖,、設(shè)計規(guī)則檢查等）等流程的設(shè)計方式。
在十分有限的芯片上進(jìn)行布局和走線是一門很復(fù)雜的學(xué)問,，并且好的布局和布線可以節(jié)省面積,、提升信號完整性和穩(wěn)定性的同時還提高芯片可靠性，所以一般專業(yè)的芯片公司都要使用EDA軟件來輔助設(shè)計,。
但是EDA并不是在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)一開始出現(xiàn)就存在的,。
在六十年前，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)剛剛萌生,，當(dāng)時的集成電路遠(yuǎn)不及現(xiàn)在復(fù)雜,，因此IC設(shè)計人員只需徒手就可以完成集成電路的設(shè)計、布線等工作,。后來隨著晶體管數(shù)量的暴增，物理空間,、時序收斂,、邏輯區(qū)域等因素都需要被融合考慮，“手工”設(shè)計和制作的低效和耗時嚴(yán)重增加了設(shè)計成本,，EDA工具順應(yīng)這樣一個需求而生,。
EDA首次亮相是在上世紀(jì)60年代，當(dāng)時它能夠?qū)崿F(xiàn)對電路板上的少量模塊進(jìn)行自動擺放,。到了70年代,，EDA工具開始應(yīng)用在了工業(yè)界,，很多半導(dǎo)體公司也開始研發(fā)自己專用的EDA工具，并逐步形成了現(xiàn)在的設(shè)計風(fēng)格,。在80到90年代間,，獨(dú)立的軟件供應(yīng)商開始設(shè)計具備更加普遍用途的軟件工具，也因此EDA逐步發(fā)展為IC產(chǎn)業(yè)鏈上游中細(xì)分的一個獨(dú)立產(chǎn)業(yè),。
當(dāng)時,，順應(yīng)整個硅谷半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的興起，美國硅谷出現(xiàn)了一大批EDA廠商,，在不斷的競爭之后,，21世紀(jì)初整個市場形成了Synopsys、Mentor和Cadence三大巨頭瓜分的格局,。
相較于國際,，國內(nèi)EDA產(chǎn)業(yè)的發(fā)展主要伴隨著我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與興起，此前零散的EDA軟件研發(fā)團(tuán)隊也因此逐步凝聚成一股強(qiáng)力,，國產(chǎn)EDA的代表廠商華大九天就是在2009年正式成立,。
不難發(fā)現(xiàn)，無論是國內(nèi)還是國外,，EDA無一例外都是在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的帶動下應(yīng)運(yùn)而生的,，因此某種程度上EDA行業(yè)的發(fā)展史就像一面鏡子，它能夠折射出半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的技術(shù)迭代速度和創(chuàng)新程度,。換言之,，EDA產(chǎn)業(yè)發(fā)展越好，整個半導(dǎo)體行業(yè)越“動蕩”,。
工欲善其事,，必先利其器
在國內(nèi)，EDA為公眾所熟知很大程度上源于中美關(guān)系緊張形勢下,，Cadence曾拒絕給中興提供EDA工具而以此鉗制中興的事件,。對于學(xué)習(xí)過工程專業(yè)的人來說，不會不知道Protel,、CAD等自動輔助設(shè)計軟件及它們的重要性,。
工欲善其事，必先利其器,。
設(shè)計芯片是一件耗時又耗力的事情,。早在2014年，就有報道指出當(dāng)時英偉達(dá)曾為設(shè)計一款芯片花費(fèi)了8000名員工一年的時間,，這樣的成本是一般公司所無法承受的,。
而EDA的出現(xiàn)恰好就是為了解決類似這樣，因復(fù)雜的設(shè)計需求帶來的芯片設(shè)計成本提升的問題,，它通過幫助芯片設(shè)計人員用更簡單的方法去從事設(shè)計工作,，以縮短研發(fā)周期,，降低設(shè)計成本。
沒有EDA軟件,，設(shè)計者需要經(jīng)過若干次實物實驗才能做出一個合格設(shè)計,；而有了它，設(shè)計者可通過計算機(jī)“試錯”,，這極大降低了重復(fù)試錯的成本,，因而讓公司能夠用盡可能低的成本設(shè)計出合格的產(chǎn)品。
利用EDA工具,，電子設(shè)計工程師們可以通過計算機(jī)完成大量繁瑣的設(shè)計工作,，即將電子產(chǎn)品的電路設(shè)計、性能分析,、布線,、仿真到出IC版圖的整個過程都在計算機(jī)上自動處理完成。
經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展,，整個EDA產(chǎn)業(yè)基本形成了穩(wěn)定的技術(shù)市場,，它也代表了整個電子設(shè)計技術(shù)的最新發(fā)展方向。綜合考慮工藝,、制造和系統(tǒng)設(shè)計,，EDA所要做的事情幾乎囊括了IC設(shè)計工作中涉及到的前端設(shè)計、IP復(fù)用,、系統(tǒng)和功能描述,、邏輯設(shè)計和仿真等各個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，以達(dá)到最大程度優(yōu)化芯片的設(shè)計方式,，成為了IC設(shè)計人員的最佳利器,。
深度學(xué)習(xí)開啟EDA 4．0時代
上文提到，英偉達(dá)為設(shè)計一款芯片耗費(fèi)了8000名員工一年的時間,。不過彼時EDA產(chǎn)業(yè)已經(jīng)發(fā)展到相對成熟的地步,，為何還會出現(xiàn)如此大動干戈的情況？其中緣由在于深度學(xué)習(xí),。
對于整個科技行業(yè)來說,，深度學(xué)習(xí)的全面爆發(fā)有著影響深遠(yuǎn)的意義，它給軟件系統(tǒng),、硬件產(chǎn)品端和半導(dǎo)體等領(lǐng)域都帶來了沖擊,，EDA產(chǎn)業(yè)也不例外。在人工智能的影響和摩爾定律逐步失效的情況下,，芯片架構(gòu)設(shè)計和定制化要求成為當(dāng)下IC設(shè)計的主旋律，這讓傳統(tǒng)EDA工具也露出了自身的局限性,。
2015年,，應(yīng)DAPRA要求,，為迎合AI帶來的定制化需求去改進(jìn)EDA，加州大學(xué)伯克利分校6名研究生嘗試采用了全新的EDA語言和技術(shù)來驗證該校RISC－V中心的BOOM－2項目,。結(jié)果有些出乎意料,，他們僅花了6個月就完成了含有25M個晶體管的設(shè)計。與此相比,，受深度學(xué)習(xí)影響之累,，英偉達(dá)的出手確實太“闊綽”了些。也因此,，傳統(tǒng)EDA工具的局限性顯露無疑,。
在深度學(xué)習(xí)、云計算等技術(shù)的影響下,，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在自動駕駛汽車,、智能汽車、物聯(lián)網(wǎng)等新興領(lǐng)域的驅(qū)動下迎來了新一輪發(fā)展高潮,，IC設(shè)計的各個環(huán)節(jié)與設(shè)計方法都在發(fā)生改變,，芯片設(shè)計的復(fù)雜度大大提升，數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計周期和設(shè)計成本壓力激增,。且現(xiàn)在隨著電子行業(yè)的長尾效應(yīng),，沿著尾部走得越遠(yuǎn)，設(shè)計成本占總成本的比例就越大,。
對于Fabless公司來說,，設(shè)計占據(jù)的比重越來越大，使用EDA工具會有諸多好處,，比如縮短上市時間,、降低產(chǎn)品設(shè)計和開發(fā)成本，同時可以促進(jìn)設(shè)計可靠,、高速,、高密度的集成電路。
對于EDA廠商來說,，受自身局限性和降低成本需求強(qiáng)烈的“雙面夾攻”,，變革確實不得不為。但落實到細(xì)節(jié)上,，他們不僅要解決因此暴露出的歷史遺留的諸如數(shù)據(jù)共享,、工具接口等管理問題，還要完成定制化要求帶來的硬件語言和系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)上的革新,。這不可謂不是一道難題,。
為了應(yīng)對變化，2017年Mentor公司正式對外宣布全面調(diào)整戰(zhàn)略，稱要率先帶動EDA 4．0,，并打造將多種高級驗證技術(shù)無縫連接形成一個綜合性的服務(wù)平臺,，從而大大提高ASIC和現(xiàn)如今大火的SoC功能驗證的生產(chǎn)效率。與此同時,，Synopsys,、Cadence也不落后，一邊在接觸科技巨頭一邊也在AI領(lǐng)域動作頻頻,。
有意思的是,，在壓力的驅(qū)使下，EDA廠商不僅將AI融入到了EDA生態(tài)建設(shè)中,，以解決設(shè)計復(fù)用,、檔案反復(fù)、零件瑣碎,、自動化不足等工具問題,，在這之外，他們還關(guān)心起了FinFETs,、3D－IC等新工藝,，參與新架構(gòu)的設(shè)計，同時關(guān)心5G,、自動駕駛,、云計算等前沿技術(shù)。在創(chuàng)新技術(shù)的關(guān)注度和參與度上,，EDA廠商堪比前沿科技巨頭,。
對此，Cadence產(chǎn)品管理總監(jiān)Dave Pursley曾公開給出解釋,，“目前處于前沿的公司是對EDA工具影響最大的公司,，因我們希望通過接觸他們來訓(xùn)練我們的工具，然后讓行業(yè)的其他人使用這些工具,，同時改善這一流程,。”
不會做解決方案的EDA廠商不是好的AI公司
但僅僅抓住大客戶是抓不住整個市場的,，Pursley也意識到了這個問題,，“雖然我們關(guān)注的是大客戶，但打造出的工具并不具有通用性,，也有很多客戶在尋求成本更低,、生產(chǎn)率更高的解決方案。他們承擔(dān)不起投入大量人力的代價,，需要找到更好的辦法,。”
傳統(tǒng)意義上，許多芯片設(shè)計都是采用標(biāo)準(zhǔn)元件來搭建的,，EDA廠商只需要提供軟件工具即可,。但是隨著更多的復(fù)雜技術(shù)逐漸滲透到物聯(lián)網(wǎng)等設(shè)備中，人們對計算能力的需求正在增加,，而這顯然超出了傳統(tǒng)芯片設(shè)計架構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)器件搭建所能提供的，且功耗增加,、安全性降低,、可靠性降低等問題也是與日俱增，因此,，自定義設(shè)計的需求日益增長,。需求各異，定制化解決方案自然成為當(dāng)下“最好的辦法”,。
作為國內(nèi)EDA廠商的領(lǐng)頭者,，華大九天的起點和重點就是做好定制化服務(wù)，即針對不同芯片的設(shè)計需求提供全流程整體解決方案等服務(wù),?？梢姡龊媒鉀Q方案成為EDA廠商不得不學(xué)的必備本領(lǐng),。
由EDA廠商來做解決方案的原因也顯而易見,，相較于芯片流片的成本，在EDA虛擬平臺上的花費(fèi)自然會少許多,。而如歷史上任何技術(shù)的商用發(fā)展歷程,，成本全面降低是廣泛應(yīng)用的首要前提。
追著創(chuàng)新走,，這是EDA廠商的使命,。相較于過去，當(dāng)下EDA廠商在芯片設(shè)計過程中的作用顯然舉足輕重,，而素有行業(yè)技術(shù)風(fēng)向標(biāo)之稱的DAPRA深諳此理,。2018年7月，它宣布投入15億美元協(xié)助半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)長期發(fā)展,，其中就包括研究和優(yōu)化測試,、虛擬仿真等EDA軟件算法和系統(tǒng)。
從曾經(jīng)只需解決邏輯電路功能到如今面向產(chǎn)業(yè)鏈,，EDA廠商甚至承擔(dān)了對Foundry的良率和成品率的解決方案,。
現(xiàn)在，用AI技術(shù)來面向產(chǎn)業(yè)鏈需求去做好用的解決方案已經(jīng)成為EDA廠商的共識,，但如何基于工藝變化和技術(shù)需求研制先進(jìn)的支持系統(tǒng),、打造IP產(chǎn)品及全套設(shè)計解決方案成為EDA廠商的巨大挑戰(zhàn)。