国产EDA换道超车“百年一遇”的好机会

原标题：国产EDA换道超车“百年一遇”的好机会

以美国为首的芯片强国对出口中国的高端芯片 “卡脖子”，让更多人意识到国产高端芯片自主可控重要性的同时，芯片产业链中小而精的EDA（Electronic Design Automation，电子设计自动化）工具的关键作用也成了关注的焦点。

芯片设计环节繁多，精细且复杂，EDA工具对于提升芯片设计效率，优化芯片设计，保证芯片功能发挥着极为重要的作用。目前，美国三大EDA公司（Synopsys、Cadence、Mentor）占据全球EDA市场超过60%的市场份额，绝大部分芯片设计公司都需要三巨头的EDA工具。因此，美国用EDA就能很容易卡住中国芯片行业的脖子。

国产化率仅10%左右的国产EDA，面对发展了二三十年的EDA三巨头的技术和商业壁垒，想要进一步提升国产化率面临极大挑战。庆幸的是，开源的趋势，AI和云技术的突破，给国产EDA带来了换道超车百年一遇的好机会。

EDA国产化率10%左右，突破面临瓶颈

EDA处于整个芯片产业链的上游，特点是小而精。据市场研究和顾问公司Gartner今年1月的初步统计结果，全球半导体收入2020年总收入达到4498亿美元，比2019年增长7.3%。

仅看EDA市场，赛迪顾问高级分析师吕芃浩去年给出的数据是，2019年全球EDA市场规模为102.5亿美元，中国EDA市场规模约为5.8亿美元，占全球市场的5.6%，国内EDA厂商总营收不到4.2亿元，仅占全球市场份额的0.6%，国产化率仅10%左右。

“10%左右的国产化率，华大九天贡献了大部分。因为国内很多EDA公司都是以出售点工具为主，华大九天有面向模拟芯片的整套工具，所以市场的认可度更高。”吕芃浩告诉雷锋网：“国产EDA除了在模拟芯片领域有所进展，国微集团，概伦电子的部分工具也达到了国际领先水平，以芯华章为代表的公司把一些自研的EDA工具进行开源，也实现了一定的突破。”

吕芃浩认为EDA 10%的国产化率很难突破，已经进入瓶颈期。原因主要有两个方面，一方面，中国的IC设计公司数量虽然有2218家，但营收过亿的只有200多家，无论从技术还是财力水平，大部分中国芯片设计公司可能不会用正版软件，市场增长有限。

另一方面，国产EDA还没有实现数字芯片设计工具全流程，国内营收过亿的芯片设计公司还是会优先选择三巨头的EDA产品。

也就是说，国内的EDA市场增量有限，存量市场竞争激烈。吕芃浩认为，“EDA的国产化率要进一步提升，必须要实现数字全流程，一旦实现了全流程，就可以迎来快速爆发期。然后，还需要改善生态。”

西南交通大学信息学院电子工程系副系主任邸志雄也认为，国产EDA公司最艰难的是生存问题，然后是生态问题。“国内EDA公司需要获得芯片设计公司、晶圆代工厂的信任，才能解决生存问题。”邸志雄表示。

“当前的国际形势下，大部分芯片设计公司都意识到EDA可控的重要性，这是国产EDA获得入场券的前提。”

拥有20多年国际领先EDA企业技术开发及公司运营管理经验，2020年创立芯华章的王礼宾对雷锋网说：“以前国内做EDA的公司不多，也主要是做单点工具。现在EDA受到国家重视，也有很大的市场空间，所以EDA公司都希望能够做的更完整，但贪大求全也不可取。”

国际形势的变化逼着中国芯片产业走出一条自己的路，国产EDA也迎来了一个绝佳机遇——开源EDA。

开源给国产EDA打破巨头技术和商业壁垒的绝佳机会

开源技术已经发展了多年，开源软件的蓬勃发展是目前软件可以快速、低成本实现的一个关键。Linux、GNU、Android以及各种开源AI Framwork往往能够产生革命性影响。如今，EDA开源也在快速向前推进。

2018年，美国国防部高级研究计划局（DARPA）提出了两个新的项目IDEA（Intelligent Design of Electronic Assets）和POSH（Posh Open Source Hardware）。

其中的原因，邸志雄认为：“芯片的研发周期至少一两年，成本很高，技术门槛也很高，严重阻碍了芯片设计领域的创新，这两个项目从IP和EDA两个维度缩短芯片设计流程，节省研发时间。我认为从RISC-V指令集到POSH再到IDEA，这其实就是一个开源生态，能够共同推动芯片行业的繁荣。”

相关统计数据显示，通过IDEA/POSH两个开源项目的实施，可供使用的开源EDA数量增加了近一倍。

“国内的EDA工具产业现状是技术进入门槛高、人才方面师资与课程缺乏，开源可以打破技术和商业壁垒，整合优化科技资源配置，高效的激发并加速创新，快速建设国内集成电路设计生态圈。”王礼宾认为。

那么，开源EDA能够帮助国内EDA产业迅速实现数字全流程吗？王礼宾表示：“我觉得这取决于技术的导向和资源投入，芯华章有系统性的想法，但难度会越来越大，因为投入也会越来越多。还要看到，不同的EDA涉及的环节不同，开源的难易程度以及开源所能带来的生态促进作用不同。”

邸志雄从技术的角度分析，开源的点工具如果没有统一的接口，想要将点工具串起来很难。另外，已有的开源单点EDA工具绝大部分都没有经过商业的流片验证。同时，在模拟芯片设计EDA工具与数字芯片物理实现EDA工具，特别需要开源工艺库和PDK支持。

吕芃浩指出，开源是国产EDA实现数字全流程的一条路，但现在大家都是起步阶段，有积累的情况下，实现完整的全流程会更快一些。

既然如此，为何还说开源是国产EDA的绝佳机会？虽然EDA开源不能在短期内就让国内EDA产业补足短板，但能从源头上解决国产EDA发展的人才之困。高端人才是国内集成电路产业发展最大的挑战是业界共识，对于小而精的EDA产业更是如此。

“在国内的教学体系中，EDA教师一般隶属于微电子或计算机学科，不管在哪个学科，EDA都属于小众，国内能够开设EDA课程的学校寥寥无几，缺乏EDA教材，并且，对EDA感兴趣的学生也很少。”邸志雄说。

“有了开源EDA，首先是案例有了，可以给理论课与实验课比较好的支撑。另外，也能让学生了解EDA内部算法。还有，开源EDA也不需要购买昂贵的商业工具。再加上集成电路提升为一级学科，有了这些支持后，我认为不管是开设EDA课程开始出版教材，都是利好。”

开源EDA也会对相关研究有积极作用。据悉，很多研究者的论文都基于开源EDA展开研究，但开源EDA被收购之后往往就走向闭源。“如果开源EDA能够给大家提供一些比较完整的EDA环境和流程，对于而言就可以有一个基准的参考模型，进而可以验证算法或模型的有效性。因此，无论是科研还是教学，对开源EDA需求的迫切性都很高。”

开源EDA不仅能够降低学校人才培养的难度，也能吸引更多人加入到EDA行业，加速创新。王礼宾说：“EDA是跨计算机、软件、集成电路的交叉学科，开源等于给了一个产品的母版，降低了研发的门槛，还可以激发和加速科研院所、高等院校、企业、爱好者的创新，优化资源配置，通过开源的实践，培养出很多EDA人才。”

“当产业界拿到了更好的开源产品，会加大开源EDA软件的使用频度和广度，这样的大范围应用，会为开源EDA提供更多的测试数据，进一步催熟开源EDA工具的发展和创新，最后形成正反馈的EDA开源生态。”王礼宾进一步指出。

国内的EDA公司不仅抓住了开源EDA的机遇，还可以借AI、云计算等新技术换道超车。

国产EDA将换道超车

作为开源EDA的先锋派，芯华章在2020年九月上线了中国首个开源EDA技术社区EDAGit，并且开源了两款EDA工具。王礼宾介绍，目前芯片公司在一个芯片项目中投入的精力大量是用于验证，因为芯片失败带来的损失轻则是一次投片数亿元的费用打水漂，重则影响产品的上市时间或者公司的信誉，导致客户的流失，可能带来致命的打击。因此，验证，特别是硬件验证，是科技领先的重要制胜点之一。

芯华章已经开源的两款EDA工具都与验证相关，EpicSim是基于经典EDA方法学并进行强化、创新的开源仿真工具，仿真器是功能验证最不可或缺的一环。另外一款开源工具是形式验证“灵验”，形式验证的优势在于完备、穷尽的验证，不需要复杂的环境搭建，设计收敛效率高，适合用于早期的模块验证。

“芯华章所专注的数字验证领域，与晶圆厂和先进制程之间没有直接的紧密关联，因此对于我们来说，技术突破的关键在于人才。对于后端与晶圆厂对接的布局布线等环节，就必须考虑到打通开源产品在不同的工艺节点上的应用。”王礼宾说。

“我们开源的EDA工具都可以很好地应用在芯片项目的早期验证和院校教学当中，希望可以抛砖引玉推动资源整合优化，让芯片设计者和EDA工具的研发人员都用上芯华章开源的EDA工具，这样会很快形成一个新的技术生态圈，激发这两类人群的创新活力，实现EDA技术壁垒和商业壁垒的突破，提高集成电路创新链整体效能。”

邸志雄说：“芯华章的数字验证工具实现了国内从无到有的突破，其‘灵验（EpicFV）’开源形式验证EDA也是全球第一款。验证类型的工具销售额占所有EDA工具销售额的30%左右，需求量大且市场价值高。”