EDA技術(shù)的簡(jiǎn)介、發(fā)展

EDA是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化的簡(jiǎn)稱，是電子設(shè)計(jì)與制造技術(shù)發(fā)展中的核心。EDA技術(shù)是以計(jì)算機(jī)為工具，采用硬件描述語(yǔ)言的表達(dá)方式，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)、計(jì)算數(shù)學(xué)、圖論、圖形學(xué)及拓?fù)溥壿?、?yōu)化理論等進(jìn)行科學(xué)、有效的融合，從而形成一種電子系統(tǒng)專用的新技術(shù)，是計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、信號(hào)分析技術(shù)的最新成果。EDA技術(shù)的出現(xiàn)不僅更好地保證了電子工程設(shè)計(jì)各級(jí)別的仿真、調(diào)試和糾錯(cuò)，為其發(fā)展帶來強(qiáng)有力的技術(shù)支持，并且在電子、通信、化工、航空航天、生物等各個(gè)領(lǐng)域占有越來越重要的地位，很大程度上減輕了相關(guān)從業(yè)者的工作強(qiáng)度。

在上世紀(jì)六七十年代，當(dāng)時(shí)的集成電路大多都是用手工來完成的，因?yàn)閷?shí)際的管子數(shù)量并不多，前端可以手工完成其功能的計(jì)算，后端版圖就根據(jù)電路圖，將管子，連線用筆轉(zhuǎn)移為幾何圖形，畫出膠帶圖等，因?yàn)楣茏拥臄?shù)量少，電路線也很簡(jiǎn)單，所以并不容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。

但是當(dāng)線路的數(shù)量達(dá)到上百或者上千以后，電路圖就變的復(fù)雜起來，人類就不適合這一項(xiàng)工作了。這時(shí)的人工效率將變得很低，且錯(cuò)誤率也會(huì)極大的增加，錯(cuò)誤率增加的同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致成本的急劇增加，因而更加高效低成本的EDA技術(shù)便登上了歷史的舞臺(tái)，在集成電路的設(shè)計(jì)中被大規(guī)模的應(yīng)用。

EDA技術(shù)在最近幾年獲得了飛速發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域也變得越來越廣泛，其發(fā)展過程是現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)技術(shù)的重要?dú)v史進(jìn)程，主要包括以下幾個(gè)階段。

早期階段，即CAD階段。20世紀(jì)70年代左右的社會(huì)已經(jīng)存在中小規(guī)模的集成電路，當(dāng)時(shí)人們采用傳統(tǒng)的方式進(jìn)行制圖，設(shè)計(jì)印刷電路板和集成電路，不僅效率低、花費(fèi)大，而且制作周期長(zhǎng)。人們?yōu)榱烁纳七@一情況，開始運(yùn)用計(jì)算機(jī)對(duì)電路板進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)，用CAD這一嶄新的圖形編輯工具代替電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)中布圖布線這類重復(fù)性較強(qiáng)的勞動(dòng)，其功能包括設(shè)計(jì)規(guī)則檢查、交互圖形編輯、PCB布局布線、門級(jí)電路模擬和測(cè)試等。

發(fā)展階段，即CAE階段。20世紀(jì)80年代左右，EDA技術(shù)已經(jīng)到了一定的發(fā)展和完善階段。由于集成電路規(guī)模逐漸擴(kuò)大，電子系統(tǒng)變得越發(fā)復(fù)雜，為了滿足市場(chǎng)需求，人們開始對(duì)相關(guān)軟件進(jìn)行進(jìn)一步的開發(fā)，在把不同CDA工具合成一種系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，完善了電路功能設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。EDA技術(shù)在此時(shí)期逐漸發(fā)展成半導(dǎo)體芯片的設(shè)計(jì)，已經(jīng)能生產(chǎn)出可編程半導(dǎo)體芯片。

成熟階段。在20世紀(jì)90年代以后，微電子技術(shù)獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，集成幾千萬乃至上億的晶體管只需一個(gè)芯片。這給EDA技術(shù)帶來了極大的挑戰(zhàn)，促使各大公司對(duì)EDA軟件系統(tǒng)進(jìn)行更大規(guī)模的研發(fā)，以高級(jí)語(yǔ)言描述、系統(tǒng)級(jí)仿真和綜合技術(shù)為特點(diǎn)的EDA就此出現(xiàn)，使得EDA技術(shù)獲得了極大的突破。

目前我國(guó)EDA技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

總體來講我國(guó)EDA軟件的發(fā)展現(xiàn)狀就是：與國(guó)外差距巨大，同時(shí)市場(chǎng)也被國(guó)外所壟斷，缺乏建設(shè)EDA軟件的專業(yè)人才，想要趕超世界先進(jìn)水平還有極其漫長(zhǎng)的路要走。

目前在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，國(guó)外廠商占據(jù)了95%份額，而國(guó)產(chǎn)廠商僅僅占據(jù)了5%的份額。

2018年中國(guó)EDA市場(chǎng)集中度情況（來源：公共資料整理）

在EDA電子設(shè)計(jì)軟件上，我國(guó)與西方發(fā)達(dá)國(guó)家還有很大的差距，目前我們幾乎拿不出同西方一樣的設(shè)計(jì)軟件，一旦被他人制裁，屆時(shí)我們將面臨沒有EDA軟件可用的局面。然而EDA軟件又是設(shè)計(jì)電子芯片，電路板必需的軟件，涵蓋了 IC 設(shè)計(jì)、電路板設(shè)計(jì)布線、驗(yàn)證和仿真，測(cè)試等所有方面，目前還沒有其他軟件工具可以替代EDA的。所以在行業(yè)內(nèi)將EDA軟件稱為--電子工業(yè)之母，因?yàn)镋DA軟件是 IC設(shè)計(jì)，電路板設(shè)計(jì)最上游、最高端的產(chǎn)業(yè)。

目前世界上最為著名的三大EDA軟件公司，分別是美國(guó)的Synopsys、美國(guó)的Cadence 和西門子旗下的 Mentor Graphics 。

就2019的營(yíng)收情況來看，2019全球EDA軟件市場(chǎng)規(guī)模約為90億美元，然而這三家公司占據(jù)了其中的70%份額，約為60多億美元，幾乎處于EDA產(chǎn)業(yè)的壟斷地位。這種局面也導(dǎo)致了新生的EDA公司剛建立時(shí)幾乎占不到任何的市場(chǎng)份額，沒有市場(chǎng)份額就限制了新生公司的發(fā)展，這樣的話EDA行業(yè)幾乎就一直處于這三者壟斷的局面。不幸的是，我國(guó)的EDA企業(yè)誕生的大多較晚，發(fā)展較為緩慢，因而想要在短時(shí)間內(nèi)趕超世界先進(jìn)的EDA技術(shù)還有很長(zhǎng)很長(zhǎng)的路要走。

國(guó)內(nèi)EDA企業(yè)狀況

談到國(guó)內(nèi)的EDA行業(yè)，很多人的第一反應(yīng)就是華大九天，也就是在EDA行業(yè)非常熟悉的命名為“國(guó)寶級(jí)”的熊貓IC CAD系統(tǒng)。

“華大九天成立于2009年，其前身是原華大電子“熊貓”EDA設(shè)計(jì)平臺(tái)。該平臺(tái)曾承擔(dān)過國(guó)家重大科技攻關(guān)研發(fā)項(xiàng)目熊貓IC CAD系統(tǒng)的研發(fā)，并獲得國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)，雖然獲獎(jiǎng)但在市場(chǎng)化道路上充滿了艱辛和坎坷。在九十年代國(guó)家908項(xiàng)目的推動(dòng)下，作為國(guó)家布局的設(shè)計(jì)中心都曾購(gòu)買過熊貓系統(tǒng)，但隨著幾家國(guó)際巨頭公司的進(jìn)入，市場(chǎng)份額一下子被占據(jù)了絕大多數(shù)，這就導(dǎo)致了它的市場(chǎng)變得很小，比以往更加艱難。不過作為我國(guó)EDA企業(yè)的支柱，華大九天目前已發(fā)展成為我國(guó)規(guī)模最大、技術(shù)最強(qiáng)的EDA龍頭企業(yè)?？梢蕴峁┤鞒虜?shù)模混合信號(hào)芯片設(shè)計(jì)系統(tǒng)、SoC后端設(shè)計(jì)分析及優(yōu)化解決方案、平板(FPD)全流程設(shè)計(jì)系統(tǒng)、IP以及面向晶圓制造企業(yè)的相關(guān)服務(wù)，其客戶已經(jīng)覆蓋了國(guó)內(nèi)很多的集成電路企業(yè)。

除了華大九天之外，在我國(guó)另一家比較著名的EDA企業(yè)是山東濟(jì)南概倫電子科技有限公司。概倫公司于2010年3月成立，產(chǎn)品包括電路仿真/良率導(dǎo)向設(shè)計(jì)技術(shù)和半導(dǎo)體器件模型/噪聲測(cè)試解決方案，下一步產(chǎn)品方向?yàn)樾乱淮笠?guī)模高精度仿真及設(shè)計(jì)驗(yàn)證平臺(tái)、針對(duì)納米級(jí)制造技術(shù)的半導(dǎo)體器件建模庫(kù)平臺(tái)及測(cè)試驗(yàn)證系統(tǒng)等。前一段時(shí)間概倫電子收購(gòu)博達(dá)微科技，博達(dá)微主要產(chǎn)品是測(cè)試領(lǐng)域的半導(dǎo)體測(cè)試系統(tǒng)，以及人工智能算法為核心的半導(dǎo)體測(cè)試方案、器件模型以及物理驗(yàn)證工具。兩家公司過去既是競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，也是合作伙伴，這次收購(gòu)有助于發(fā)揮雙方各自特長(zhǎng)，互補(bǔ)共贏這也在一定程度上促進(jìn)了我國(guó)EDA企業(yè)的發(fā)展。

廣力微是一家專門為半導(dǎo)體企業(yè)提供性能分析和良率提升方案的公司，2003年成立，總部設(shè)在杭州。提供基于測(cè)試芯片的軟硬件系統(tǒng)和整體解決方案，可用于高效測(cè)試芯片自動(dòng)設(shè)計(jì)、高速電學(xué)測(cè)試和智能數(shù)據(jù)分析的全流程平臺(tái)，該平臺(tái)可有助于提高集成電路性能、良率以及穩(wěn)定性。

蘇州芯禾科技是一家專注EDA軟件、集成無源器件IPD和系統(tǒng)級(jí)封裝SiP研發(fā)的公司，2010年成立?？蔀樾酒O(shè)計(jì)公司和系統(tǒng)廠商提供差異化的軟件產(chǎn)品和芯片小型化解決方案，包括高速數(shù)字設(shè)計(jì)、IC封裝設(shè)計(jì)、和射頻模擬混合信號(hào)設(shè)計(jì)等。

九同方微電子有限公司，總部設(shè)在武漢，簡(jiǎn)稱“九同方”，很容易讓人想起“九頭鳥”，成立于2011年。擁有16名留美博士核心研發(fā)團(tuán)隊(duì)。提供完備的IC流程設(shè)計(jì)工具，從電路原理圖設(shè)計(jì)、電路原理仿真（超大規(guī)模IC電路、RF電路），到3D電磁場(chǎng)全波仿真的IC設(shè)計(jì)全流程仿真能力?！?/p>

（以上關(guān)于中國(guó)EDA企業(yè)的統(tǒng)計(jì)來源于公共資料整理，僅在此處引用）

中國(guó)EDA公司概覽

（資料來源：百度資料收集）

除了以上幾家較為著名國(guó)產(chǎn)EDA企業(yè)外，我國(guó)還有一大批EDA企業(yè)，大多從事EDA產(chǎn)業(yè)鏈上的部分內(nèi)容，但是規(guī)模都比較小，各個(gè)公司的技術(shù)不能整合，對(duì)于國(guó)內(nèi)的EDA產(chǎn)業(yè)的貢獻(xiàn)極其有限。

除了企業(yè)之外，有些高校和科研機(jī)構(gòu)也有從事于EDA軟件研發(fā)的團(tuán)隊(duì)。例如中科院青島EDA中心，清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系EDA研究室和復(fù)旦大學(xué)專用集成電路與系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等。這些高校和科研機(jī)構(gòu)為EDA的研發(fā)提供了更多的動(dòng)力，有助于讓我國(guó)在EDA技術(shù)上盡快取得突破性的進(jìn)展。中科院青島EDA中心是微電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展不可或缺的重要平臺(tái)之一，主要為集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)提供中立、開放的設(shè)計(jì)、軟件、知識(shí)產(chǎn)權(quán)、技術(shù)培訓(xùn)等公共服務(wù)，通過為企業(yè)提供解決共性問題的環(huán)境，促進(jìn)集成電路產(chǎn)業(yè)鏈的快速形成。清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系 EDA 研究室成立于 70 年代初，主要研究高層次綜合、驗(yàn)證和模擬，互連規(guī)劃與優(yōu)化，時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，布圖布局、布線和寄生參數(shù)提取等。華大九天先后與清華大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、浙江大學(xué)、福州大學(xué)等聯(lián)合建立“華大九天實(shí)驗(yàn)室”。深圳國(guó)微與西安電子科技大學(xué)聯(lián)合最近成立“西電國(guó)微EDA研究院”。

縱觀國(guó)內(nèi)眾多的EDA企業(yè)，但是相對(duì)比較分散，個(gè)體還比較小。對(duì)于EDA這個(gè)小眾市場(chǎng)，全球三家就可以做到70%占有率。我們多數(shù)EDA公司除了華大九天以外，其他公司的起步都比較晚。在市場(chǎng)被大量占據(jù)壟斷的情況下，后者雖然可畏但奮力追趕勢(shì)必是一件很艱辛和困難的事情。

除此之外，我覺得中國(guó)EDA行業(yè)最難的突破點(diǎn)應(yīng)該是人才。全球EDA從業(yè)人員從2017年3.72萬人增加到2018年4.28萬人，增加了0.56萬人。雖然人數(shù)在增加，但作為芯片/集成電路產(chǎn)業(yè)鏈的最前端，EDA軟件領(lǐng)域的研發(fā)人才相對(duì)于其他環(huán)節(jié)的人才是少之又少。因此我國(guó)應(yīng)聯(lián)合多個(gè)部門，從EDA人才的培養(yǎng)入手，在各個(gè)高校中大量培養(yǎng)EDA建設(shè)開發(fā)人才，努力爭(zhēng)取從人才方面突破西方發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)于頂尖EDA技術(shù)的封鎖。

在中美貿(mào)易戰(zhàn)的大背景下，面對(duì)芯片設(shè)計(jì)的難關(guān)，EDA軟件平臺(tái)的建設(shè)迫在眉睫，相較于國(guó)際EDA巨頭，國(guó)產(chǎn)EDA在三個(gè)方面差距十分明顯：首先缺少數(shù)字芯片設(shè)計(jì)的核心工具模塊，無法支撐數(shù)字芯片全流程設(shè)計(jì)；其次先進(jìn)工藝支撐不夠，暫時(shí)未進(jìn)入先進(jìn)代工廠的聯(lián)盟；還有缺乏制造及測(cè)試EDA系統(tǒng)，無法支持集成電路封測(cè)的應(yīng)用需求?，F(xiàn)在各個(gè)層面，從大學(xué)EDA人才培養(yǎng)，到華大九天提供的EDA軟件培訓(xùn)，還有代工廠先進(jìn)制程的不斷開發(fā)，我們期待未來中國(guó)EDA企業(yè)取得不斷地突破，成功的將EDA的核心技術(shù)掌握在自己手中，真正實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)芯片的設(shè)計(jì)自主可靠，不受他人的干預(yù)。

原文標(biāo)題：EDA的簡(jiǎn)介、發(fā)展及我國(guó)EDA技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

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