始于積微成著(zhù)，志在鑄芯筑魂

1   先驅者的“芯”路歷程

國微集團起源于1993 年，可謂是中國半導體的元老級企業(yè)，也是最早在深圳開(kāi)半導體設計之先河的先行者，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(guò)二十多年來(lái)的穩步發(fā)展，國微集團成為半導體領(lǐng)域根深蒂固、枝葉豐茂，且名副其實(shí)的常青樹(shù)，其母公司國微控股有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)“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(huì )發(fā)揮什么作用？帶著(zhù)這樣的問(wèn)題，我在深圳的國實(shí)大廈拜訪(fǎng)了黃國勇副總裁，通過(guò)交流溝通，對于國微集團發(fā)展規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(gè)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(chǎng)第一的地位。

視密卡是一種數字視頻條件接收（CA）模塊，連接電視機與外部信號源，可將數字壓縮信號轉成電視內容并顯示，如圖1 所示。將視密卡插入帶有CI 接口的數字電視一體機，用戶(hù)可直接觀(guān)看所訂付費數字電視內容而無(wú)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(hù)支持很好的響應，所以占據全球視密卡市場(chǎng)份額半數以上（據Frost&Sullivan 統計）。

圖1 視密卡在高清數字電視業(yè)務(wù)中的應用

國微集成電路的開(kāi)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(yǔ)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(kāi)發(fā)積淀和能量，而且對于集成電路電子設計自動(dòng)化（EDA）芯片設計工具有著(zhù)超乎尋常的掌握，由此具備全面掌控的實(shí)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(wú)外乎一硬和一軟的兩大利器，前者就是已被廣泛關(guān)注的光刻機設備，后者則是EDA設計工具軟件系統。黃國勇指出，當前國際三大巨頭Synopsys、Cadence 和Mentor Graphics 公司壟斷EDA市場(chǎng)，可為芯片企業(yè)提供全套開(kāi)發(fā)工具軟件系統。雖然二十世紀八十年代末國家投入完成“熊貓集成電路CAD 系統”，卻沒(méi)能產(chǎn)業(yè)化而停滯。之后陸續有EDA公司出現，但其工具軟件基本停留在分散的點(diǎn)工具，全套工具鏈很不完全。作為完整產(chǎn)業(yè)鏈條的半導體需要長(cháng)期的迭代過(guò)程來(lái)完善，而國內EDA 廠(chǎng)商參與晶圓廠(chǎng)合作研發(fā)的機會(huì )不多，使得推出的EDA 產(chǎn)品用戶(hù)寥寥，就會(huì )因反饋不全面而難以改進(jìn)，形成死循環(huán)。這就使得國產(chǎn)芯片沒(méi)有國產(chǎn)EDA 軟件系統支持，無(wú)形中存在“卡脖子”的危機。

如何使國內EDA 軟件系統與集成電路產(chǎn)業(yè)鏈密切結合而成為良性循環(huán)？就成為中國EDA 企業(yè)所要面臨的挑戰。國微集團憑借2018 年承擔“芯片設計全流程EDA 系統開(kāi)發(fā)與應用”國家重大科技專(zhuān)項契機，勇于擔當、銳意進(jìn)取，下定決心在 EDA 技術(shù)領(lǐng)域一展身手。

縱觀(guān)數字芯片設計全流程，如圖2 所示的EDA 平臺，首先要進(jìn)行建模驗證、邏輯綜合，再要進(jìn)行軟件和硬件仿真，然后布局布線(xiàn)，后面就是時(shí)序分析等等一系列的驗證。

圖2 數字全流程EDA平臺

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

圖3 EDA系統設計流程框圖

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(shí)間差，為此國微建立國產(chǎn)EDA 平臺時(shí)，選擇引進(jìn)設計思想先進(jìn)、整體軟件架構較好的布局布線(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)，再將其中通用服務(wù)引擎如時(shí)序、功耗等工具分離出來(lái)形成獨立工具。這就打造出數字芯片設計全流程 EDA 系統平臺的關(guān)鍵一環(huán)，基于模塊級布局布線(xiàn)系統，輔以布局、時(shí)鐘樹(shù)綜合、布線(xiàn)、時(shí)序優(yōu)化、功耗優(yōu)化等內建工具，可以實(shí)現IC 設計的快速收斂。這些系統工具已得到國際先進(jìn)工藝廠(chǎng)商40 nm、28 nm、16 nm、10 nm 的工藝認證，并得到更多工藝廠(chǎng)商不同程度的支持。

3   有志者的“芯”育情懷

黃國勇強調，EDA 作為半導體產(chǎn)業(yè)中不可或缺的關(guān)鍵環(huán)節，其國產(chǎn)化志在必得，這將直接促進(jìn)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“熊貓系統研發(fā)”及海外工作經(jīng)歷，擔任過(guò)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EDA 領(lǐng)域人才匱乏使得研究和開(kāi)發(fā)力量遠遠不足，國微為此將EDA 人才培養放在重要的地位，促進(jìn)微電子領(lǐng)域產(chǎn)學(xué)研的深層次結合。

國微集團和國內大學(xué)的合作已開(kāi)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(shí)驗室，與國內多所高校建立研究生培養和實(shí)習基地。加強校企合作首先以EDA 企業(yè)具體需求為出發(fā)點(diǎn)，然后發(fā)揮各自特長(cháng)。

專(zhuān)注于基礎算法研究，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(shí)戰中不斷積累經(jīng)驗，這樣的良性互動(dòng)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(kāi)發(fā)國產(chǎn)化芯片的新興力量。

最近的經(jīng)濟熱詞是“內循環(huán)”，半導體行業(yè)同樣需要內循環(huán)，通過(guò)政府、企業(yè)、學(xué)校、科研機構等把循環(huán)打通，保持解決問(wèn)題的態(tài)度，整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈一起努力，相互促進(jìn)，協(xié)同發(fā)展，形成完整的生態(tài)系統，才能不再受制約。黃國勇認為，只有潛下心來(lái)，把目光放長(cháng)遠，把內循環(huán)做好，為中國集成電路產(chǎn)業(yè)貢獻成熟的數字芯片設計全流程EDA 系統的目標就完全可以達到。

（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志社2021年2月期）