始于積微成著，志在鑄芯筑魂

鄭小龍

摘 要：國微集團作為老牌的國產(chǎn)芯片設(shè)計公司，對中國集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展做出過貢獻，并以國產(chǎn)化集成電路芯片在國際和國內(nèi)專用市場獲得成功。通過其所積累的豐富的半導(dǎo)體設(shè)計經(jīng)驗，結(jié)合國產(chǎn)芯片產(chǎn)業(yè)鏈中關(guān)鍵環(huán)節(jié)的需求，持續(xù)專注于芯片設(shè)計的全流程EDA系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用，具備產(chǎn)業(yè)化推廣和應(yīng)用能力。國微集團通過產(chǎn)學(xué)研合作促進技術(shù)發(fā)展和人才支撐，與多所知名大學(xué)通過建立聯(lián)合實驗室和項目合作，推進EDA教育體系完善。

關(guān)鍵詞：視密卡；CAM；CA；EDA；AI；仿真；全流程；驗證1

1 先驅(qū)者的“芯”路歷程

國微集團起源于1993年，可謂是中國半導(dǎo)體的元老級企業(yè)，也是最早在深圳開半導(dǎo)體設(shè)計之先河的先行者，對行業(yè)發(fā)展具有深遠意義。創(chuàng)建之初正值國家發(fā)起芯片產(chǎn)業(yè)的大規(guī)模沖擊，便承接“908工程”項目，幾年后又承接“909工程”，均做出突出貢獻。經(jīng)過二十多年來的穩(wěn)步發(fā)展，國微集團成為半導(dǎo)體領(lǐng)域根深蒂固、枝葉豐茂，且名副其實的常青樹，其母公司國微控股有限公司（簡稱“國微控股”）于2016年在香港上市，孵化出多家優(yōu)質(zhì)微電子企業(yè)，其中不乏知名 A股上市公司。在新形勢下集成電路國產(chǎn)化的浪潮中，國微集團將扮演什么角色？會發(fā)揮什么作用？帶著這樣的問題，我在深圳的國實大廈拜訪了黃國勇副總裁，通過交流溝通，對于國微集團發(fā)展規(guī)劃有了較為全面的了解。

黃國勇談到國微國產(chǎn)芯片發(fā)展一個重要里程，就是在2006年成功推出第一代視密卡（CAM）芯片，次年成為DVB國際組織成員，在2009年又推出全球首款“CI+CAM”芯片，奠定在歐洲細分市場第一的地位。視密卡是一種數(shù)字視頻條件接收（CA）模塊，連接電視機與外部信號源，可將數(shù)字壓縮信號轉(zhuǎn)成電視內(nèi)容并顯示，如圖1所示。將視密卡插入帶有CI接口的數(shù)字電視一體機，用戶可直接觀看所訂付費數(shù)字電視內(nèi)容而無需機頂盒，這就要求視密卡芯片具有很高的集成度和可靠性。國微的芯片不僅做到這些，還有成本的優(yōu)勢，和對客戶支持很好的響應(yīng)，所以占據(jù)全球視密卡市場份額半數(shù)以上（據(jù)Frost&Sullivan統(tǒng)計）。

國微集成電路的開發(fā)覆蓋頗廣，囊括安全芯片、物聯(lián)芯片、觸控芯片等系列，還在加大圖像AI芯片、語音和聲紋芯片、傳感芯片的研發(fā)力度，這不僅發(fā)揮出其深厚的芯片開發(fā)積淀和能量，而且對于集成電路電子設(shè)計自動化（EDA）芯片設(shè)計工具有著超乎尋常的掌握，由此具備全面掌控的實力。

2 耕耘者的“芯”器歷練

“工欲善其事，必先利其器”是一種共識。集成電路本土產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵無外乎一硬和一軟的兩大利器，前者就是已被廣泛關(guān)注的光刻機設(shè)備，后者則是EDA設(shè)計工具軟件系統(tǒng)。黃國勇指出，當(dāng)前國際三大巨頭Synopsys、Cadence和Mentor Graphics公司壟斷EDA市場，可為芯片企業(yè)提供全套開發(fā)工具軟件系統(tǒng)。雖然二十世紀(jì)八十年代末國家投入完成“熊貓集成電路CAD系統(tǒng)”，卻沒能產(chǎn)業(yè)化而停滯。之后陸續(xù)有EDA公司出現(xiàn)，但其工具軟件基本停留在分散的點工具，全套工具鏈很不完全。作為完整產(chǎn)業(yè)鏈條的半導(dǎo)體需要長期的迭代過程來完善，而國內(nèi)EDA廠商參與晶圓廠合作研發(fā)的機會不多，使得推出的EDA產(chǎn)品用戶寥寥，就會因反饋不全面而難以改進，形成死循環(huán)。這就使得國產(chǎn)芯片沒有國產(chǎn)EDA軟件系統(tǒng)支持，無形中存在“卡脖子”的危機。

如何使國內(nèi)EDA軟件系統(tǒng)與集成電路產(chǎn)業(yè)鏈密切結(jié)合而成為良性循環(huán)？就成為中國EDA企業(yè)所要面臨的挑戰(zhàn)。國微集團憑借2018年承擔(dān)“芯片設(shè)計全流程EDA系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用”國家重大科技專項契機，勇于擔(dān)當(dāng)、銳意進取，下定決心在 EDA技術(shù)領(lǐng)域一展身手。縱觀數(shù)字芯片設(shè)計全流程，如圖2所示的EDA平臺，首先要進行建模驗證、邏輯綜合，再要進行軟件和硬件仿真，然后布局布線，后面就是時序分析等等一系列的驗證。

芯片設(shè)計的流程極為復(fù)雜，所涉及到的EDA工具非常多，其中每種在設(shè)計流程中都舉足輕重，只有在特定時間內(nèi)保證所有設(shè)計實現(xiàn)和驗證仿真的結(jié)果都滿足設(shè)計需求，才能確保芯片順利完成并投產(chǎn)。EDA工具一般分為設(shè)計實現(xiàn)工具和驗證仿真工具兩類，對應(yīng)芯片開發(fā)的設(shè)計實現(xiàn)和驗證測試兩個并行流程，如圖3所示框圖，關(guān)聯(lián)且交互。設(shè)計實現(xiàn)從起始，RTL文件經(jīng)邏輯綜合產(chǎn)生Netlist表，然后先進行布圖，再進行布局布線，輸出GDS文件結(jié)束設(shè)計。同步進行的驗證測試分功能驗證和邏輯驗證，包括門級仿真、硬件加速器仿真、時序分析、功耗分析、形式驗證、物理驗證等等。所進行的測試流程包括可靠性設(shè)計和芯片測試，而上述過程都離不開時序庫、功耗庫、噪聲庫和物理庫的支持。

鑒于與國際水平技術(shù)差距近二十年，唯有選擇特殊途徑才能減小時間差，為此國微建立國產(chǎn)EDA平臺時，選擇引進設(shè)計思想先進、整體軟件架構(gòu)較好的布局布線關(guān)鍵技術(shù)，再將其中通用服務(wù)引擎如時序、功耗等工具分離出來形成獨立工具。這就打造出數(shù)字芯片設(shè)計全流程 EDA 系統(tǒng)平臺的關(guān)鍵一環(huán)，基于模塊級布局布線系統(tǒng)，輔以布局、時鐘樹綜合、布線、時序優(yōu)化、功耗優(yōu)化等內(nèi)建工具，可以實現(xiàn)IC設(shè)計的快速收斂。這些系統(tǒng)工具已得到國際先進工藝廠商40 nm、28 nm、16 nm、10 nm的工藝認(rèn)證，并得到更多工藝廠商不同程度的支持。

3 有志者的“芯”育情懷

黃國勇強調(diào)，EDA作為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中不可或缺的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其國產(chǎn)化志在必得，這將直接促進芯片的國產(chǎn)化的綜合能力。所以國微集團以之作為最重要的戰(zhàn)略發(fā)展方向，其重大舉措就是吸納眾多EDA行業(yè)的頂尖人才。他在清華計算機系連獲學(xué)士、碩士、博士學(xué)位，投身EDA領(lǐng)域很早，曾有“熊貓系統(tǒng)研發(fā)”及海外工作經(jīng)歷，擔(dān)任過多項國家EDA攻關(guān)課題重任，并于2017年加入國微。他坦言，國內(nèi)EDA領(lǐng)域人才匱乏使得研究和開發(fā)力量遠遠不足，國微為此將EDA人才培養(yǎng)放在重要的地位，促進微電子領(lǐng)域產(chǎn)學(xué)研的深層次結(jié)合。

國微集團和國內(nèi)大學(xué)的合作已開始布局，與西安電子科技大學(xué)于2019年初成立西電國微EDA研究院，與東南大學(xué)2020年中成立EDA聯(lián)合實驗室，與國內(nèi)多所高校建立研究生培養(yǎng)和實習(xí)基地。

加強校企合作首先以EDA企業(yè)具體需求為出發(fā)點，然后發(fā)揮各自特長。專注于基礎(chǔ)算法研究，而EDA企業(yè)以工程項目攻關(guān)方式完成產(chǎn)業(yè)要求，教師和學(xué)生在實戰(zhàn)中不斷積累經(jīng)驗，這樣的良性互動才能更好地使EDA企業(yè)和高校受益，從而培植以國產(chǎn)化EDA開發(fā)國產(chǎn)化芯片的新興力量。

最近的經(jīng)濟熱詞是“內(nèi)循環(huán)”，半導(dǎo)體行業(yè)同樣需要內(nèi)循環(huán)，通過政府、企業(yè)、學(xué)校、科研機構(gòu)等把循環(huán)打通，保持解決問題的態(tài)度，整個產(chǎn)業(yè)鏈一起努力，相互促進，協(xié)同發(fā)展，形成完整的生態(tài)系統(tǒng)，才能不再受制約。黃國勇認(rèn)為，只有潛下心來，把目光放長遠，把內(nèi)循環(huán)做好，為中國集成電路產(chǎn)業(yè)貢獻成熟的數(shù)字芯片設(shè)計全流程EDA系統(tǒng)的目標(biāo)就完全可以達到。