EDA公共技術(shù)服務(wù)平臺(tái)的發(fā)展和作用研究

吳克棟

摘 ?要：芯片的特征尺寸遵循量子摩爾定律持續(xù)縮小，當(dāng)前最先進(jìn)的CMOS集成電路制造工藝已演進(jìn)到7nm工藝。未來幾年，5nm、3nm工藝也會(huì)陸續(xù)量產(chǎn)。先進(jìn)的芯片制造工藝逐漸逼近經(jīng)典物理極限，量子效應(yīng)開始凸顯，并由此給集成電路設(shè)計(jì)（IC設(shè)計(jì)）帶來了前所未有的挑戰(zhàn)，設(shè)計(jì)的復(fù)雜度顯著提高。利用EDA公共技術(shù)服務(wù)平臺(tái)相關(guān)設(shè)計(jì)工具和設(shè)計(jì)環(huán)境，工程師將芯片的電路設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)IC版圖、性能分析的整個(gè)過程交由計(jì)算機(jī)自動(dòng)處理完成，出錯(cuò)少，效率高。強(qiáng)有力的EDA工具能幫助設(shè)計(jì)工程師解決各種潛在的問題，提高芯片的可靠性，縮短設(shè)計(jì)周期，加快芯片的量產(chǎn)，提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

關(guān)鍵詞：芯片 ?集成電路設(shè)計(jì) ?IC設(shè)計(jì) ?EDA公共技術(shù)服務(wù)平臺(tái)

中圖分類號(hào)：TN702 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2019）10（b）-0004-02

EDA是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（Electronic Design Automation）的簡稱。設(shè)計(jì)人員在EDA平臺(tái)上，用硬件描述語言Verilog HDL進(jìn)行設(shè)計(jì)文件和程序編寫，然后由計(jì)算機(jī)自動(dòng)進(jìn)行邏輯編譯、綜合優(yōu)化、布局布線和仿真，自動(dòng)進(jìn)行芯片的適配編譯、邏輯映射和下載等任務(wù)。EDA技術(shù)可大幅度提高IC設(shè)計(jì)的效率和可操作性，減少錯(cuò)誤，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。EDA公共技術(shù)服務(wù)平臺(tái)通過整合資源，可提供EDA工具應(yīng)用、設(shè)計(jì)環(huán)境和資源、技術(shù)支持、人才培訓(xùn)等服務(wù)。

1 ?IC設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展形勢(shì)分析

隨著社會(huì)和技術(shù)的發(fā)展，IC設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)也快速由單一功能芯片向SoC芯片（系統(tǒng)芯片）發(fā)展。單個(gè)SoC芯片上就可以完整集成處理單元（如CPU、DSP）、存儲(chǔ)單元、模擬IP及其他各種功能IP核，可實(shí)現(xiàn)電子系統(tǒng)的全部功能，極大地縮小了電子產(chǎn)品的體積。SoC芯片在性能、成本、可靠性、功耗、生命周期以及適用范圍等方面有著明顯的優(yōu)勢(shì)，因此它是IC設(shè)計(jì)發(fā)展的必然趨勢(shì)。隨著SoC芯片性能越來越強(qiáng)，芯片規(guī)模越來越大。SoC芯片的規(guī)模一般遠(yuǎn)大于普通的ASIC（專用集成電路），可達(dá)數(shù)千萬門級(jí)別，包含數(shù)億個(gè)晶體管。由于納米級(jí)工藝帶來的設(shè)計(jì)困難、專業(yè)人才匱乏等，使得SoC芯片設(shè)計(jì)的復(fù)雜度和困難度大幅度提高，EDA工具的需求越來越多。

以南京為例，截止目前，南京江北新區(qū)集聚了200余家集成電路企業(yè)，涵蓋芯片設(shè)計(jì)、晶圓制造、封裝測(cè)試、終端制造等產(chǎn)業(yè)鏈上下游全部環(huán)節(jié)。其中，IC設(shè)計(jì)類企業(yè)接近100家。在臺(tái)積電、紫光存儲(chǔ)等龍頭項(xiàng)目的帶領(lǐng)下，華大半導(dǎo)體、中星微電子等國內(nèi)芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域排名前十的企業(yè)有一半落戶南京江北新區(qū)。全球集成電路知名企業(yè)安謀電子（arm）、新思科技（Synopsys）、楷登電子（Cadence）也積極布局江北新區(qū)。創(chuàng)意電子（GUC）、臺(tái)灣欣銓、靈動(dòng)微電子、國家ASIC工程中心、賽寶工業(yè)技術(shù)研究院等一大批重點(diǎn)項(xiàng)目也落戶南京江北新區(qū)，助力南京“芯片之城”全面提速。

我國像南京這樣擁有大量IC設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)的城市都面臨著IC設(shè)計(jì)創(chuàng)新和增速困局。IC設(shè)計(jì)中小型企業(yè)和初創(chuàng)期企業(yè)數(shù)量占比最大，對(duì)推動(dòng)整個(gè)IC設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展意義重大。這類公司一般無法承擔(dān)正版EDA軟件的高額許可費(fèi)，為降低研發(fā)成本和知識(shí)產(chǎn)權(quán)風(fēng)險(xiǎn)，迫切需要EDA公共技術(shù)服務(wù)平臺(tái)來提供EDA工具和設(shè)計(jì)環(huán)境，企業(yè)只需支付較低的使用租金就可以享受專業(yè)的軟件設(shè)計(jì)工具、配套資源和技術(shù)服務(wù)。

2 ?建設(shè)EDA公共技術(shù)服務(wù)平臺(tái)對(duì)我國產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要性

當(dāng)前，IC設(shè)計(jì)業(yè)正朝著高集成度，超大規(guī)模，高性能，低功耗的方向發(fā)展，加上納米級(jí)先進(jìn)工藝給設(shè)計(jì)帶來的巨大挑戰(zhàn)，強(qiáng)有力的EDA工具能幫助設(shè)計(jì)工程師解決各種潛在的問題，提高芯片的可靠性，縮短設(shè)計(jì)周期，加快芯片的量產(chǎn)，提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

目前，全球EDA工具的主要市場(chǎng)被三大巨頭瓜分，Synopsys、Cadence、Mentor Graphics三巨頭擁有EDA工具大部分市場(chǎng)份額。2017年，全球包括EDA、半導(dǎo)體知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IP）以及EDA服務(wù)等在內(nèi)的整體EDA產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)規(guī)模約為85～90億美元之間，三巨頭約瓜分70%的市場(chǎng)份額。

我國的EDA廠商主要包括華大九天（北京）、廣立微（杭州）、芯禾科技（蘇州）。與EDA三巨頭相比，我國EDA廠商的技術(shù)和市場(chǎng)份額差距很明顯。但華大九天能提供數(shù)?；旌螴C設(shè)計(jì)全流程EDA解決方案、SoC設(shè)計(jì)優(yōu)化EDA解決方案等。廣立微在foundry良率測(cè)試分析工具方面，蘇州芯禾科技在package仿真工具方面具有自己獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

Synopsys、Cadence、Mentor Graphics 這三大國外EDA廠商提供了IC設(shè)計(jì)行業(yè)最全面的EDA工具，覆蓋了芯片設(shè)計(jì)的整個(gè)流程，支持當(dāng)前最先進(jìn)的芯片制造工藝，行業(yè)經(jīng)驗(yàn)豐富，技術(shù)成熟，研發(fā)實(shí)力強(qiáng)大。因此，目前我國的IC設(shè)計(jì)企業(yè)，幾乎都使用這3家的EDA設(shè)計(jì)工具。然而，由于許可費(fèi)用高昂，只有規(guī)模大的芯片設(shè)計(jì)公司會(huì)購買。對(duì)于數(shù)量眾多的初創(chuàng)公司和中小型公司，在面臨設(shè)計(jì)成本和制造成本壓力以及研發(fā)周期漫長風(fēng)險(xiǎn)情況下，設(shè)計(jì)公司很難再支付EDA廠商高額的許可費(fèi)用。另外，在國家對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)日益重視的背景下，知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)越來越嚴(yán)格，若使用盜版軟件工具將面臨高額的知識(shí)產(chǎn)權(quán)風(fēng)險(xiǎn)。

在市場(chǎng)迫切需求情況下，我國已逐步建立多個(gè)EDA公共服務(wù)平臺(tái)提供EDA工具、設(shè)計(jì)服務(wù)、技術(shù)支持、人才培訓(xùn)等業(yè)務(wù)，以滿足眾多中小型IC設(shè)計(jì)企業(yè)對(duì)正版EDA軟件設(shè)計(jì)環(huán)境的需求，降低企業(yè)的EDA軟件使用成本和知識(shí)產(chǎn)權(quán)風(fēng)險(xiǎn)。

3 ?我國主要的EDA公共技術(shù)服務(wù)平臺(tái)建設(shè)情況

目前，我國的EDA公共服務(wù)平臺(tái)主要依托國家集成電路設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)化基地和國家芯火雙創(chuàng)基地。自2000年開始，我國科技部在北京、上海、深圳、無錫、杭州、西安、成都、濟(jì)南等地區(qū)，先后批準(zhǔn)建立8個(gè)國家集成電路設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)化基地，后來還批準(zhǔn)建立廣州國家現(xiàn)代服務(wù)業(yè)集成電路設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)化基地。自2016年開始，我國工信部先后在國內(nèi)幾個(gè)重要城市批準(zhǔn)建設(shè)首批國家芯火雙創(chuàng)基地，包括深圳、南京、北京、上海、杭州、西安、合肥、無錫等城市，并逐步建設(shè)了EDA公共服務(wù)平臺(tái)。

我國集成電路設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)化基地已經(jīng)打造了一個(gè)以環(huán)渤海、長三角、珠三角為核心，輻射全國的EDA公共技術(shù)服務(wù)平臺(tái)體系，服務(wù)企業(yè)數(shù)量占全國IC設(shè)計(jì)企業(yè)80%以上。各基地都已建立了EDA公共技術(shù)服務(wù)平臺(tái)，提供包括EDA工具、MPW流片、IP開發(fā)和復(fù)用、測(cè)試驗(yàn)證、SoC設(shè)計(jì)服務(wù)、人才培養(yǎng)和引進(jìn)、創(chuàng)新應(yīng)用推廣、創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化等服務(wù)，積累了較多的技術(shù)、資源和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。IC設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展直接帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)和技術(shù)創(chuàng)新，有力支撐戰(zhàn)略型新興產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。EDA公共技術(shù)服務(wù)平臺(tái)在孵化IC設(shè)計(jì)初創(chuàng)企業(yè)，扶持IC設(shè)計(jì)中小型企業(yè)，引進(jìn)IC設(shè)計(jì)海歸企業(yè)等方面發(fā)揮重要的基礎(chǔ)性支撐作用，為近10年來我國IC產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展起到重要推動(dòng)作用。

4 ?結(jié)語

IC設(shè)計(jì)技術(shù)日漸復(fù)雜，EDA工具軟件十分昂貴。因此，建立完善的EDA公共技術(shù)服務(wù)平臺(tái)能夠?yàn)榧呻娐吩O(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)提供價(jià)格低廉、服務(wù)優(yōu)質(zhì)、開放共享、資源豐富的軟硬件工具和服務(wù)，能極大地促進(jìn)IC設(shè)計(jì)行業(yè)的快速發(fā)展。

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