美國“卡脖子”的技術(shù)清單中，EDA軟件如何突圍？

時隔一年，5月15日，美國政府再次動用國家力量來封殺華為。與去年“516實體清單”的影響相比，這一次的打擊更為精準(zhǔn)和徹底。

簡單說，就是如果全世界有哪家半導(dǎo)體企業(yè)，要為華為生產(chǎn)芯片，就需要先獲得美國的許可。

為什么美國政府可以管得這么寬？因為全世界無論哪一家半導(dǎo)體企業(yè)都在或多或少使用著美國企業(yè)的軟件和技術(shù)。這就是所謂的“長臂管轄”。

難道中國的半導(dǎo)體企業(yè)也要受此約束嗎？理論上來說是這樣的，因為我國的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中一些底層技術(shù)只能采用美國的技術(shù)。

美國此次對華為芯片產(chǎn)業(yè)的全面限制升級，涵蓋芯片設(shè)計的上游軟件、芯片制造的上游設(shè)備以及當(dāng)前最主要的有臺積電代工生產(chǎn)的7nm的芯片制造。美國商務(wù)部對華為芯片產(chǎn)業(yè)鏈所有環(huán)節(jié)可謂是進(jìn)行了一次定點式精準(zhǔn)打擊。

首當(dāng)其沖的的是芯片設(shè)計的上游EDA軟件。雖然華為可以設(shè)計芯片，但是IC設(shè)計的高端軟件EDA工具仍然基本上由Cadence、Synopsys、Mentor三家美國公司壟斷。而在中國市場，這三家EDA軟件公司更是占據(jù)了95%的市場份額。

就華為來說，自去年516之后，美國這三大EDA廠商與華為的合作已經(jīng)先后終止。這意味著，華為自那以后再沒有獲得新工具和新升級服務(wù)，但是可以繼續(xù)使用華為已經(jīng)購買和獲得授權(quán)的EDA工具。也就是說，目前華為海思還可以采用老版本EDA做IC設(shè)計。

然而長期來看，EDA軟件的國產(chǎn)化替代勢在必行。有分析者認(rèn)為，美國的技術(shù)限制正在給我國國產(chǎn)EDA軟件的發(fā)展帶來機遇。

話雖如此，我們也必須清醒地認(rèn)識到中美兩國在EDA軟件上面的技術(shù)差距，以及國產(chǎn)化替代的難度。但同時我們也要放棄“妥協(xié)投降”的幻想，尋求技術(shù)突圍的可能。

EDA軟件為什么重要？

如果把芯片制造比作建造一座大廈的話，IC設(shè)計就是大廈的設(shè)計圖紙，EDA軟件就是這張圖紙的設(shè)計工具，只不過EDA軟件比建筑設(shè)計軟件的復(fù)雜度要高出N個數(shù)量級。

EDA是電子設(shè)計自動化（Electronics Design Automation）的簡稱，是在電子CAD技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的計算機輔助設(shè)計軟件系統(tǒng)，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(jìn)行電子產(chǎn)品的自動設(shè)計。

利用EDA工具，電子設(shè)計師可以從概念、算法、協(xié)議等開始設(shè)計電子系統(tǒng)，并可以將電子產(chǎn)品從電路設(shè)計、性能分析到設(shè)計出IC版圖或PCB版圖的整個過程，在計算機上自動處理完成。EDA技術(shù)可以廣泛應(yīng)用于電子、通信、航空航天、機械等多個領(lǐng)域。

隨著集成電路技術(shù)發(fā)展，EDA軟件越來越被業(yè)界等同于 “芯片設(shè)計軟件工具”的代名詞。

也就是說，EDA軟件是芯片設(shè)計的重要工具，但由于芯片設(shè)計的復(fù)雜工藝、精細(xì)化分工和多技術(shù)綜合，EDA軟件并不是單指一個或幾個軟件，而是涉及近百種不同的技術(shù)，涵蓋多種“點工具”的軟件工具集群。

EDA軟件可以極大地提高芯片設(shè)計的效率，同時在芯片制造、封測環(huán)節(jié)也有應(yīng)用。EDA與半導(dǎo)體材料、設(shè)備共同構(gòu)成集成電路的三大基礎(chǔ)。如今的一顆芯片上面，至少數(shù)億到數(shù)十億以上的晶體管，設(shè)計過程中需要進(jìn)行持續(xù)的模擬和驗證，這些過程都離不開EDA軟件。沒有EDA 工具，水平再高的芯片設(shè)計師也沒有用武之地。

從EDA在芯片設(shè)計和制造上發(fā)揮的基礎(chǔ)性作用上看，其重要性是不言而喻的；而從EDA軟件的復(fù)雜度上來看，其技術(shù)實現(xiàn)難度又是非常大的。

具體來說，在芯片的前端設(shè)計中，包含了芯片規(guī)格的制定和詳細(xì)設(shè)計、HDL編碼、仿真驗證、邏輯綜合、靜態(tài)時序分析（SAT）以及形式驗證；而后端設(shè)計中，包含了可測性設(shè)計（DFT）、布局規(guī)劃(FloorPlan)、時鐘樹綜合（CTS）、布線(Place & Route)、寄生參數(shù)提取以及版圖物理驗證等等……

從上面這些設(shè)計流程所使用的工具上來看，它幾乎都被Cadence、Synopsys、Mentor三家美國公司壟斷，這可能讓很多呼吁EDA軟件盡快國產(chǎn)化的人們感到失望。

那么，我國的EDA的國產(chǎn)化替代到底面臨哪些挑戰(zhàn)呢？

EDA國產(chǎn)化替代面臨哪些難題？

我們首先要理解EDA產(chǎn)業(yè)的特點。EDA是集成電路產(chǎn)業(yè)鏈當(dāng)中極其重要的關(guān)鍵基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，但又是產(chǎn)值相對較小的一個高度集中化的產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)。

2018年相對于近五千億美金的芯片產(chǎn)業(yè)，整個EDA 的市場規(guī)模僅為97.15 億美元。而其中有70%的市場份額都由EDA 三巨頭Synopsys、Cadence 和西門子旗下的Mentor Graphics 占據(jù)。全球EDA產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成了三巨頭公司寡頭壟斷格局，在中國市場上，EDA的市場份額中三巨頭更是占到了95%以上，集中度更高。

這不僅極大的擠壓了我國EDA產(chǎn)業(yè)的發(fā)展空間，同時也嚴(yán)重影響了我國EDA軟件的國產(chǎn)化的研發(fā)節(jié)奏。90年代，當(dāng)美國解除了對中國的EDA禁令之后，美國的先進(jìn)的EDA軟件迅速來華，一路攻城略地，致使中國剛剛起步的EDA自主研發(fā)的節(jié)奏被打亂，“市場換技術(shù)”成為了此后十幾年的路徑依賴。

與美國高端、成熟的EDA產(chǎn)業(yè)鏈相比，我國在EDA產(chǎn)業(yè)發(fā)展上面有哪些難點呢？

首先是技術(shù)門檻。EDA工具是一個“多工具”組成的軟件集群，目前我國的企業(yè)在部分工具上實現(xiàn)了突破，但目前在完整可用的全流程工具鏈上，還需要更多的技術(shù)積累，而這并非短期之內(nèi)就能完成。

其次是技術(shù)集成度高。EDA是芯片設(shè)計公司、晶圓廠、EDA軟件商長期協(xié)作的成果，需要大量的人才投入、數(shù)學(xué)優(yōu)化和經(jīng)驗積累，并非一朝一夕可一蹴而就。目前許多EDA企業(yè)不僅提供EDA軟件，同時也提供IP設(shè)計，既能降低成本，又能通過開發(fā)一些定制化EDA功能來提高IP質(zhì)量，成為當(dāng)前主要流行的模式。我國在先進(jìn)制程上面的集成設(shè)計能力顯著落后于國外2-3代。

再次是人才門檻。在EDA軟件研發(fā)人才方面，國內(nèi)設(shè)立EDA專業(yè)的高校不太多，而且互聯(lián)網(wǎng)和金融行業(yè)吸引了大量的軟件開發(fā)人才，導(dǎo)致EDA軟件研發(fā)人才嚴(yán)重不足。

最后，我國在EDA技術(shù)的知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)上面也亟待加強。

目前，EDA成為我國半導(dǎo)體行業(yè)實現(xiàn)自主可控的關(guān)鍵瓶頸。在EDA軟件領(lǐng)域，我國已擁有華大九天、廣立微、芯禾科技、藍(lán)海微、九同方微、博達(dá)微、概倫電子、珂晶達(dá)、創(chuàng)聯(lián)智軟等企業(yè)，需要在克服以上的難題中，實現(xiàn)由“點”到“面”的全面突破。

EDA軟件國產(chǎn)化替代如何破局？

我們先看當(dāng)前現(xiàn)狀。去年516實體清單事件前，華為獲得了當(dāng)時版本EDA工具的永久授權(quán)。由于這些EDA軟件能夠領(lǐng)先實際芯片制造工藝兩三年，所以短期內(nèi)EDA禁令對華為的芯片設(shè)計不會有太大影響。

然而如果因為技術(shù)出口禁令的持續(xù)，華為無法得到更新升級的EDA新版本工具，將極大制約華為在更高端的芯片技術(shù)的迭代發(fā)展。不久前，華為嘗試與意法半導(dǎo)體（STM.N）聯(lián)合設(shè)計芯片，其中一個目的也是想獲得EDA設(shè)計技術(shù)，以找到美國技術(shù)禁令之外的技術(shù)備案，但是隨著這輪制裁加劇，這一合作也可能終止。

目前，華為只能將14nm的芯片制造訂單轉(zhuǎn)移給國內(nèi)的中芯國際。而在在5nm和7nm芯片制造上，中芯國際依然落后于臺積電的技術(shù)和工藝。這其中一個很大原因還是在于為中芯國際提供芯片設(shè)計軟件的國內(nèi)廠商，無法在高端芯片的設(shè)計上面實現(xiàn)突破。

從長遠(yuǎn)來看，我國EDA軟件的國產(chǎn)替代方案勢在必行。美國新一輪技術(shù)限制的升級反而堅定了我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)自主化的決心和速度。而一系列因素也在悄然推動我國EDA軟件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和破局。

首先，國內(nèi)的EDA領(lǐng)軍企業(yè)正在得到來自國家和投資機構(gòu)的多項資助和戰(zhàn)略投資。

就在5月15日晚，中芯國際發(fā)布公告稱，國家集成電路基金二期以及上海集成電路基金二期對中芯南方分別注資15億、7.5億美元。此舉將極大地擴充14納米晶圓的產(chǎn)能。

同樣國家也在加大對EDA產(chǎn)業(yè)的資源傾斜力度，推動EDA軟件的自主化發(fā)展。其中，國微深圳的專項子課題“芯片設(shè)計全流程EDA系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用”（“該項目”）已獲國家重大科技專項立項，將獲得該項目共計約4億元資助。而作為本土最大的EDA公司華大九天近幾年也已獲得我國各類投資機構(gòu)的多達(dá)數(shù)億元的多輪投資。

在政策扶持上面，面對國內(nèi)EDA軟件無人使用的狀況，給予國內(nèi)EDA軟件一定的采購傾斜。比如，近日深圳印發(fā)的《關(guān)于加快集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展若干措施》，其中推出首個國內(nèi)明確支持EDA研發(fā)的政策，包括EDA研發(fā)的資助獎勵，購買國產(chǎn)EDA軟件的費用補貼等。

其次，在市場層面，國內(nèi)IC產(chǎn)業(yè)的新發(fā)展也為國產(chǎn)EDA軟件的發(fā)展帶來一定機遇。

國內(nèi)芯片目前普遍采用的都是12nm、7nm等新工藝，迫切要求國內(nèi)EDA軟件研發(fā)出可以媲美國際大廠的產(chǎn)品。只有在基于最先進(jìn)工藝的設(shè)計中，才有可能發(fā)現(xiàn)流程的缺陷和潛在的產(chǎn)品機會。當(dāng)然，這對國內(nèi)IC設(shè)計的企業(yè)提出了一定挑戰(zhàn)，但在美國隨時可以“卡脖子”的情況下，我們必須要付出一些試錯成本來推動國產(chǎn)EDA軟件的進(jìn)步。

像AI芯片、IoT芯片等新應(yīng)用興起，對現(xiàn)有EDA行業(yè)和芯片設(shè)計流程帶來了新的挑戰(zhàn)，同時也給中小EDA公司帶來了很多新的技術(shù)研究方向，成為他們突破EDA巨頭優(yōu)勢壁壘的新機會。

第三， AI技術(shù)作為新變量正在為國內(nèi)IC設(shè)計帶來突破。

近日，谷歌就在運用AI算法來學(xué)習(xí)芯片的規(guī)劃布局，從而在更短時間內(nèi)，可以設(shè)計出超越人工設(shè)計的產(chǎn)品。而同樣，AI技術(shù)也正在EDA公司中被廣泛采用。比如，華大九天推出的Empyrean Mcfly，就是用AI的算法加速IP驗證，通過AI學(xué)習(xí)以前的IP案例，對新的IP進(jìn)行驗證，驗證精度達(dá)到99%左右。

另外，如果我們要站在更長遠(yuǎn)的角度來看待這一次美國的“斷芯”事件，我們就必須意識到完善的技術(shù)創(chuàng)新的產(chǎn)權(quán)保護(hù)和成熟的人才培養(yǎng)機制，才是我國能夠?qū)崿F(xiàn)核心技術(shù)掌握在自己手里的根本方法。

最后，我們還要冷靜地意識到，EDA軟件以及其他芯片制造的相關(guān)核心技術(shù)的國產(chǎn)替代，絕對不是一件水到渠成的事情。想一想日本半導(dǎo)體的興盛和衰落，就是我們的前車之鑒。

從短期來看，現(xiàn)有國外EDA軟件的禁用不會對華為造成致命性的影響，但是受美國整個半導(dǎo)體技術(shù)限制升級，華為則面臨更兇險的局面。積極博弈和尋求“備胎”成為當(dāng)下要同時進(jìn)行的兩手準(zhǔn)備。

從長遠(yuǎn)來看，國家及業(yè)內(nèi)不能再對美國抱有“妥協(xié)”和“求放過”的幻想。產(chǎn)業(yè)各界必須拿出耐心和決心來投入基礎(chǔ)科學(xué)和核心技術(shù)的發(fā)展與研發(fā)當(dāng)中。

而在這條更加艱難的道路上，我國的芯片產(chǎn)業(yè)以及相關(guān)的科技產(chǎn)業(yè)，要做好長期承受苦痛的心理準(zhǔn)備。對于EDA軟件產(chǎn)業(yè)，更是如此。

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