摘要：EDA(Electronic Design Automation)是芯片自動化設(shè)計(jì)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(jì)芯片一樣需要EDA軟件平臺來進(jìn)行電路設(shè)計(jì)、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(jì)就無從下手。

EDA工具是電子設(shè)計(jì)自動化的簡稱，從上世紀(jì)60年代計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助制造、計(jì)算機(jī)輔助測試和計(jì)算機(jī)輔助工程的概念發(fā)展而來。EDA技術(shù)以計(jì)算機(jī)軟件為工作平臺，融合了應(yīng)用電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理及智能化技術(shù)的最新成果，進(jìn)行電子產(chǎn)品的自動化設(shè)計(jì)。EDA技術(shù)的發(fā)明提高了芯片設(shè)計(jì)的工作效率和可操作性，簡化了芯片設(shè)計(jì)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(qiáng)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(jì)組織)統(tǒng)計(jì)，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(xiàng)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(fèi)用高達(dá)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(jì)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(fèi)3000萬美元去購買Cadence公司的證書。這樣的費(fèi)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(jì)成本外，還要面臨漫長的設(shè)計(jì)周期，很難再去支付高昂的EDA軟件費(fèi)用。

IP核的作用是把一組擁有知識產(chǎn)權(quán)的電路設(shè)計(jì)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(kuò)展包)。芯片設(shè)計(jì)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(jì)，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(jì)及銷售的內(nèi)含ARM處理器的芯片達(dá)40多億顆。從2001年進(jìn)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(shí)驗(yàn)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(jì)，目前國內(nèi)集成電路設(shè)計(jì)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(jì)也要進(jìn)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(jìn)的芯片技術(shù)相結(jié)合。芯片從14nm、7nm、5nm、2nm的演進(jìn)，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(jī)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(qiáng)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(dān)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(jì)，但與國外適用于7納米的工藝制程以上的芯片設(shè)計(jì)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(jī)會。