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EDA上市第一股之争

将芯片布局与象棋与围棋作对比:国际象棋最多有10^23种状态,一块普通芯片的布局则可能有10^10W 种不同状态。

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EDA的简介、发展及我国EDA技术发展现状

科普背景:自从贸易战以来,我国与美国在高科技方面的较量越来越多,把一家名为“华为”的公司推上了风口浪尖。今年5月随着美国对于华为的第二次打压,人们的视野逐渐落在了芯片的制造上,尤其是光刻机变得家喻户晓,成为每个人谈论的话题。可是作为IC设计、电路板设计的最上游、最高端的产业,我国在EDA技术上的落后却鲜有人知道,本篇文章将从EDA的发展、原理及我国目前EDA技术的发展现状等几个方面来简略的向人们介绍EDA技术。

图 1 集成电路产业链概况(上游即为EDA产业)(来源:百度图片收集)

一、 EDA技术的简介、发展

图 2 并不是太复杂的普通电路图(来源:百度图片收集)

二、 目前我国EDA技术的发展现状

图 3 2018年中国EDA市场集中度情况(来源:公共资料整理)

在EDA电子设计软件上,我国与西方发达国家还有很大的差距,目前我们几乎拿不出同西方一样的设计软件,一旦被他人制裁,届时我们将面临没有EDA软件可用的局面。然而EDA软件又是设计电子芯片,电路板必需的软件,涵盖了 IC 设计、电路板设计布线、验证和仿真,测试等所有方面,目前还没有其他软件工具可以替代EDA的。所以在行业内将EDA软件称为--电子工业之母,因为EDA软件是 IC设计,电路板设计最上游、最高端的产业。

目前世界上最为著名的三大EDA软件公司,分别是美国的Synopsys、美国的Cadence 和西门子旗下的 Mentor Graphics 。

图 4 (2019年EDA行业市场占有率)(来源:公共资料整理)

三、 国内EDA企业状况

(以上关于中国EDA企业的统计来源于公共资料整理,仅在此处引用)

公司名称主要产品布局领域
华大九天Standard Cell/IP设计-Aether、Standard Cell/IP仿真-ALPS-AS/iWave、Standard Cell/IP验证-Argus/FlashLVL/PVE、IP Merge-SkipperIC设计、IP产品、平板显示电路设计
芯愿景显微图像采集和处理系统Filmshop、集成电路分析再设计系统ChipLogicFamily、集成电路分析验证系统HieruxSystem、集成电路设计优化系统BoolSmartSystem集成电路分析、集成电路设计及EDA软件授权
广立微电子SmtCell:参数化单元创建工具、TC Magic:测试芯片设计平台、AT Compiler:可寻址测试芯片设计平台、Data Exp:WAT和测试芯片数据的分析工具包含高效测试芯片自动设计、高速电学测试和智能数据分析的全流程平台
芯禾科技高速仿真解决方案SnpExpert、Xpeedic标准IPD元件库、IRIS芯片仿真解决方案METIS三位封装和芯片联合仿真软件设计仿真工具,集成无源器件

图 5 2014-2019Q1年全球EDA市场规模(百万美元)(来源:公共资料整理)

图 6 2014-2019年Q1全球EDA行业市场规模及增长(来源:公共资料整理)

除了企业之外,有些高校和科研机构也有从事于EDA软件研发的团队。例如中科院青岛EDA中心,清华大学计算机系EDA研究室和复旦大学专用集成电路与系统国家重点实验室等。这些高校和科研机构为EDA的研发提供了更多的动力,有助于让我国在EDA技术上尽快取得突破性的进展。中科院青岛EDA中心是微电子产业发展不可或缺的重要平台之一,主要为集成电路设计企业提供中立、开放的设计、软件、知识产权、技术培训等公共服务,通过为企业提供解决共性问题的环境,促进集成电路产业链的快速形成。清华大学计算机系 EDA 研究室成立于 70 年代初,主要研究高层次综合、验证和模拟,互连规划与优化,时钟网络优化,布图布局、布线和寄生参数提取等。华大九天先后与清华大学、复旦大学、浙江大学、福州大学等联合建立“华大九天实验室”。深圳国微与西安电子科技大学联合最近成立“西电国微EDA研究院”。

什么是EDA?为什么EDA对芯片产业的发展至关重要?

上世纪的40年代,芯片设计通过工程师手绘电路图完成,之后算着芯片越来越复杂,人们发明了芯片设计软件。从最早计算机辅助设计( CAD )到初期EDA软件,经历了30多年不断成熟、提高抽象层次的演变。直到80年代末期,Aart de Geus博士(全球EDA公司三巨头之一的创始人)的发明进一步提高了芯片设计的抽象层次,极大提升了集成电路设计的效率,从而让工程师将更多精力集中在创造性设计上。如今,人们更是将AI算法运用到EDA中,人工智能可以通过更高级、抽象的语言来描述电路的布局和布线,用工具自动生成实际的电路,从而节省了大量人力、时间,提高了生产效率。

将芯片布局与象棋与围棋作对比:国际象棋最多有10^23种状态,一块普通芯片的布局则可能有10^10W 种不同状态。

从市场价值来看,虽说EDA市场规模不足一百亿美元,却是扮演了推动了 5000 亿美元的半导体产业的“灵魂角色”。今天半导体发展非常迅速,整个半导体市场的规模会变得更大,芯片成本会越来越高,芯片尺寸会越来越小。现在最大的AI设计用芯片有1.2万亿个晶体管,边长达到22厘米,未来或许同等级别的芯片可以缩小为一个指甲盖大小。可以很肯定的说,EDA 的市场规模将迎来新的一轮增长。

最后和大家分享对Aart de Geus 博士(Synopsy 创始人)近期做的一次访问。希望读完这篇文章,大家能感受到EDA其实离我们的生活很近,国产EDA自主创新任重道远。

Aart 博士本人也是爵士乐爱好者,并组建了自己的乐队 Legally Blue.

EDA是什么?

Electronic Design Automation,电子设计自动化的意思。最早是为了解决集成电路布局布线问题而出现的,后来学术界和工业界的一些人觉得用计算机手段帮助设计电路挺有意思,就搞了个会议叫Design Automation Conference (DAC)。开始讨论一些利用计算机辅助手段解决集成电路设计的问题。同时期UC Berkeley开发了一个求解电路的数值软件,也就是后来的SPICE(Simulation Program with IC Emphasis)这两个事件也许算是EDA产业的伏笔。

另外底层的器件物理和工艺也有辅助设计手段,叫做TCAD(Technology Computer Aided Design),既然DAC里有相关内容,大概也算EDA吧。

当时没有知乎,最方便的查询工具就是百度(不是帮百度打广告啊555)。SO,百度一下:EDA是电子设计自动化Electronics Design Automation)的缩写,在20世纪60年代中期从计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助测试(CAT)和计算机辅助工程(CAE)的概念发展而来的…………

如百度词条,EDA是电子设计自动化。电子设计?什么是电子设计,what?有两个分支,微电子和硬件板卡。微电子可以理解为最近闹得最火的芯片研发产业;硬件板卡范围就大了,小到电子手表大到机房里的交换机都包含硬件板卡。例如你现在使用的手机、电脑等,里面都包含了硬件板卡。SO two,EDA的两个分支便是微电子设计和硬件板卡设计两个方向。

本屌丝从事的是硬件板卡设计这个方向,为什么?因为当时在学校面试的时候更看重的是公司(国内通讯龙头企业之一,三个字母的),岗位,who care!这也是入行一段时间后才弄清楚EDA到底是什么,将硬件原理转化为实物的一个过程。这里就需要用一张流程图来解释下,所谓要搞清楚一件事/物,看看其周围环境和整个大的过程便能容易理解一些。从井里跳出来再看井,so得斯内。

产品实现还需考虑软件功能、结构等方面,上图仅表现硬件实现的过程

PCB设计又包含PCBlayout和PCB仿真两个具体主流的岗位。从事EDA行业需要了解上下游的内容和相关知识,才能更准确的完成工作。如前端的芯片参数、总线协议、传输线理论、时序等等,后端的可制造性工艺要求、结构干涉等。同时,需要掌握至少一款EDA设计软件。现主流的EDA软件有Candence公司的Allegro,Mentor公司的Expedition/Xpedition、PADS,Altium公司的altium designer。好像还没明白,SO three,再来一张PCB设计的流程图

字数有限,对于PCB布局、布线还有很多细分,这里不深聊了。有兴趣的朋友可以百度、知乎继续深入了解,或者上一些专业网站。就EDA行业而言,国内的PCB工程师人气最多的网站是Eda365.com,对EDA技术和EDA从业者的职业发展有更深层次的讨论,本屌丝也经常在上面搜索一些专业内容以解决PCB设计中遇到的疑难杂症。国外的PCB工程师上Edaboard.com比较多。