EDA技術(shù)的簡介、發(fā)展

EDA是電子設(shè)計自動化的簡稱，是電子設(shè)計與制造技術(shù)發(fā)展中的核心。EDA技術(shù)是以計算機為工具，采用硬件描述語言的表達方式，對數(shù)據(jù)庫、計算數(shù)學(xué)、圖論、圖形學(xué)及拓撲邏輯、優(yōu)化理論等進行科學(xué)、有效的融合，從而形成一種電子系統(tǒng)專用的新技術(shù)，是計算機技術(shù)、信號處理技術(shù)、信號分析技術(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)計各級別的仿真、調(diào)試和糾錯，為其發(fā)展帶來強有力的技術(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)者的工作強度。

在上世紀六七十年代，當時的集成電路大多都是用手工來完成的，因為實際的管子數(shù)量并不多，前端可以手工完成其功能的計算，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，因為管子的數(shù)量少，電路線也很簡單，所以并不容易出現(xiàn)錯誤。

但是當線路的數(shù)量達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工作了。這時的人工效率將變得很低，且錯誤率也會極大的增加，錯誤率增加的同時也會導(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，在集成電路的設(shè)計中被大規(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)計技術(shù)的重要歷史進程，主要包括以下幾個階段。

早期階段，即CAD階段。20世紀70年代左右的社會已經(jīng)存在中小規(guī)模的集成電路，當時人們采用傳統(tǒng)的方式進行制圖，設(shè)計印刷電路板和集成電路，不僅效率低、花費大，而且制作周期長。人們?yōu)榱烁纳七@一情況，開始運用計算機對電路板進行PCB設(shè)計，用CAD這一嶄新的圖形編輯工具代替電子產(chǎn)品設(shè)計中布圖布線這類重復(fù)性較強的勞動，其功能包括設(shè)計規(guī)則檢查、交互圖形編輯、PCB布局布線、門級電路模擬和測試等。

發(fā)展階段，即CAE階段。20世紀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)模逐漸擴大，電子系統(tǒng)變得越發(fā)復(fù)雜，為了滿足市場需求，人們開始對相關(guān)軟件進行進一步的開發(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)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計。EDA技術(shù)在此時期逐漸發(fā)展成半導(dǎo)體芯片的設(shè)計，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90年代以后，微電子技術(shù)獲得了突飛猛進的發(fā)展，集成幾千萬乃至上億的晶體管只需一個芯片。這給EDA技術(shù)帶來了極大的挑戰(zhàn)，促使各大公司對EDA軟件系統(tǒng)進行更大規(guī)模的研發(fā)，以高級語言描述、系統(tǒng)級仿真和綜合技術(shù)為特點的EDA就此出現(xiàn)，使得EDA技術(shù)獲得了極大的突破。

目前我國EDA技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

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

目前在國內(nèi)市場，國外廠商占據(jù)了95%份額，而國產(chǎn)廠商僅僅占據(jù)了5%的份額。

2018年中國EDA市場集中度情況（來源：公共資料整理）

在EDA電子設(shè)計軟件上，我國與西方發(fā)達國家還有很大的差距，目前我們幾乎拿不出同西方一樣的設(shè)計軟件，一旦被他人制裁，屆時我們將面臨沒有EDA軟件可用的局面。然而EDA軟件又是設(shè)計電子芯片，電路板必需的軟件，涵蓋了 IC 設(shè)計、電路板設(shè)計布線、驗證和仿真，測試等所有方面，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，因為EDA軟件是 IC設(shè)計，電路板設(shè)計最上游、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，分別是美國的Synopsys、美國的Cadence 和西門子旗下的 Mentor Graphics 。

就2019的營收情況來看，2019全球EDA軟件市場規(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公司剛建立時幾乎占不到任何的市場份額，沒有市場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，因而想要在短時間內(nèi)趕超世界先進的EDA技術(shù)還有很長很長的路要走。

國內(nèi)EDA企業(yè)狀況

談到國內(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“國寶級”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)計平臺。該平臺曾承擔過國家重大科技攻關(guān)研發(fā)項目熊貓IC CAD系統(tǒng)的研發(fā)，并獲得國家科技進步一等獎，雖然獲獎但在市場化道路上充滿了艱辛和坎坷。在九十年代國家908項目的推動下，作為國家布局的設(shè)計中心都曾購買過熊貓系統(tǒng)，但隨著幾家國際巨頭公司的進入，市場份額一下子被占據(jù)了絕大多數(shù)，這就導(dǎo)致了它的市場變得很小，比以往更加艱難。不過作為我國EDA企業(yè)的支柱，華大九天目前已發(fā)展成為我國規(guī)模最大、技術(shù)最強的EDA龍頭企業(yè)?？梢蕴峁┤鞒虜?shù)模混合信號芯片設(shè)計系統(tǒng)、SoC后端設(shè)計分析及優(yōu)化解決方案、平板(FPD)全流程設(shè)計系統(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)覆蓋了國內(nèi)很多的集成電路企業(yè)。

除了華大九天之外，在我國另一家比較著名的EDA企業(yè)是山東濟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)計技術(shù)和半導(dǎo)體器件模型/噪聲測試解決方案，下一步產(chǎn)品方向為新一代大規(guī)模高精度仿真及設(shè)計驗證平臺、針對納米級制造技術(shù)的半導(dǎo)體器件建模庫平臺及測試驗證系統(tǒng)等。前一段時間概倫電子收購博達微科技，博達微主要產(chǎn)品是測試領(lǐng)域的半導(dǎo)體測試系統(tǒng)，以及人工智能算法為核心的半導(dǎo)體測試方案、器件模型以及物理驗證工具。兩家公司過去既是競爭對手，也是合作伙伴，這次收購有助于發(fā)揮雙方各自特長，互補共贏這也在一定程度上促進了我國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。提供基于測試芯片的軟硬件系統(tǒng)和整體解決方案，可用于高效測試芯片自動設(shè)計、高速電學(xué)測試和智能數(shù)據(jù)分析的全流程平臺，該平臺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)級封裝SiP研發(fā)的公司，2010年成立?？蔀樾酒O(shè)計公司和系統(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、IC封裝設(shè)計、和射頻模擬混合信號設(shè)計等。

九同方微電子有限公司，總部設(shè)在武漢，簡稱“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)團隊。提供完備的IC流程設(shè)計工具，從電路原理圖設(shè)計、電路原理仿真（超大規(guī)模IC電路、RF電路），到3D電磁場全波仿真的IC設(shè)計全流程仿真能力?！?/p>

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

中國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產(chǎn)EDA企業(yè)外，我國還有一大批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，各個公司的技術(shù)不能整合，對于國內(nèi)的EDA產(chǎn)業(yè)的貢獻極其有限。

除了企業(yè)之外，有些高校和科研機構(gòu)也有從事于EDA軟件研發(fā)的團隊。例如中科院青島EDA中心，清華大學(xué)計算機系EDA研究室和復(fù)旦大學(xué)專用集成電路與系統(tǒng)國家重點實驗室等。這些高校和科研機構(gòu)為EDA的研發(fā)提供了更多的動力，有助于讓我國在EDA技術(shù)上盡快取得突破性的進展。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之一，主要為集成電路設(shè)計企業(yè)提供中立、開放的設(shè)計、軟件、知識產(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，促進集成電路產(chǎn)業(yè)鏈的快速形成。清華大學(xué)計算機系 EDA 研究室成立于 70 年代初，主要研究高層次綜合、驗證和模擬，互連規(guī)劃與優(yōu)化，時鐘網(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“華大九天實驗室”。深圳國微與西安電子科技大學(xué)聯(lián)合最近成立“西電國微EDA研究院”。

縱觀國內(nèi)眾多的EDA企業(yè)，但是相對比較分散，個體還比較小。對于EDA這個小眾市場，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。在市場被大量占據(jù)壟斷的情況下，后者雖然可畏但奮力追趕勢必是一件很艱辛和困難的事情。

除此之外，我覺得中國EDA行業(yè)最難的突破點應(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)人才相對于其他環(huán)節(jié)的人才是少之又少。因此我國應(yīng)聯(lián)合多個部門，從EDA人才的培養(yǎng)入手，在各個高校中大量培養(yǎng)EDA建設(shè)開發(fā)人才，努力爭取從人才方面突破西方發(fā)達國家對于頂尖EDA技術(shù)的封鎖。

在中美貿(mào)易戰(zhàn)的大背景下，面對芯片設(shè)計的難關(guān)，EDA軟件平臺的建設(shè)迫在眉睫，相較于國際EDA巨頭，國產(chǎn)EDA在三個方面差距十分明顯：首先缺少數(shù)字芯片設(shè)計的核心工具模塊，無法支撐數(shù)字芯片全流程設(shè)計；其次先進工藝支撐不夠，暫時未進入先進代工廠的聯(lián)盟；還有缺乏制造及測試EDA系統(tǒng)，無法支持集成電路封測的應(yīng)用需求。現(xiàn)在各個層面，從大學(xué)EDA人才培養(yǎng)，到華大九天提供的EDA軟件培訓(xùn)，還有代工廠先進制程的不斷開發(fā)，我們期待未來中國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，真正實現(xiàn)國產(chǎn)芯片的設(shè)計自主可靠，不受他人的干預(yù)。

原文標題：EDA的簡介、發(fā)展及我國EDA技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

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