中國EDA新浪潮的黃金二十年

2002年，已在芯片業(yè)浸潤多時(shí)的謝仲輝回到上海。他早年求學(xué)于臺大，參與了新加坡政府一力扶持的特許半導體工廠(chǎng)的建立與運營(yíng)。隨著(zhù)身邊的同事逐漸回流大陸，他意識到國內的芯片工業(yè)正在飛速發(fā)展，急需富有經(jīng)驗的人才為國效力。于是，他選擇了參加國家“909工程”的華虹。

挑戰是顯而易見(jiàn)的：相比于國外的大客戶(hù)，國內的芯片設計公司普遍弱小，一個(gè)月的訂單量不過(guò)幾十片、甚至更少，而芯片制造的前期流片投入卻一點(diǎn)都不能少。光是一套掩模版就是幾十萬(wàn)美金，讓諸多設計從業(yè)者望而卻步。

為了降低客戶(hù)的前期投入，謝仲輝和他的團隊想到了一個(gè)辦法——多個(gè)客戶(hù)共享一套一套掩模版，由此可以大幅縮減芯片設計業(yè)的起始投入。在謝仲輝等人的努力下，華虹在國內申請了相應的專(zhuān)利，實(shí)際上自身承擔了部分成本以培育國內的芯片設計生態(tài)。當年很多弱小的芯片設計企業(yè)從回本起步，逐漸擴大在華虹的投片量，最終成長(cháng)為參天大樹(shù)。

二十年后，謝仲輝加入了一家致力于用人工智能和云服務(wù)賦能芯片設計業(yè)的新興EDA企業(yè)——芯華章。實(shí)際上，隨著(zhù)國內芯片設計產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，許多芯片老兵的職業(yè)生涯正在經(jīng)歷相似的轉變。

EDA，是一種為設計芯片出圖紙的電子自動(dòng)化工具。大陸早在上個(gè)世紀九十年代推出適用于模擬芯片的熊貓EDA，但因不能適應數字芯片潮流而成為一個(gè)較小的分支?？偟膩?lái)說(shuō)，自世紀之初始，中國EDA在國內產(chǎn)業(yè)界的存在微乎其微。

但時(shí)移勢易，經(jīng)歷二十多年的發(fā)展，中國EDA卻呈現出一個(gè)遵循市場(chǎng)化原則、結構較為均衡、甚至在一些領(lǐng)域略有領(lǐng)先的態(tài)勢。

那么，中國EDA行業(yè)目前的這種狀況是如何形成的？本文基于中國EDA產(chǎn)業(yè)的三個(gè)階段進(jìn)行了梳理：

1. 2000～2010：EDA商業(yè)模式奠基；

2. 2010～2020：痛點(diǎn)創(chuàng )新的競與合；

3. 2020～：大挑戰與新機遇

01

EDA商業(yè)模式奠基

EDA商業(yè)模式的成立要追溯到晶圓代工業(yè)的崛起。上個(gè)世紀90年代，臺積電作為專(zhuān)業(yè)晶圓代工廠(chǎng)，將目光聚焦在制造，服務(wù)于大量芯片設計客戶(hù)。這一商業(yè)模式需要簡(jiǎn)便高效的設計工具作為配套，使中小客戶(hù)不必依附于大公司內部的設計工具，就可以順利地設計芯片。

隨著(zhù)晶圓代工業(yè)逐漸成型，大量純粹的設計公司（fabless）如雨后春筍般出現，作為晶圓代工業(yè)與設計業(yè)的關(guān)鍵橋梁，EDA產(chǎn)業(yè)成熟了。之后，EDA行業(yè)在經(jīng)歷了連續多年高強度的并購后，新思、楷登兩巨頭脫穎而出，在各環(huán)節形成了一個(gè)連貫的商業(yè)布局：

晶圓廠(chǎng)端，為其提供完整的PDK工藝套件，作為設計客戶(hù)的標準參考，大大降低制造端的壓力；設計端，為其提供DDR、USB等廣泛應用的關(guān)鍵接口IP，節省芯片設計中自研此類(lèi)IP的時(shí)間和精力；甚至在光刻機端，新思為阿斯麥開(kāi)發(fā)了專(zhuān)用的鏡頭校準軟件，以使光刻過(guò)程精確無(wú)誤。

憑借在芯片產(chǎn)業(yè)鏈上下游的深入布局，EDA成為整個(gè)芯片產(chǎn)業(yè)的“關(guān)鍵先生”。隨著(zhù)數字芯片的晶體管數量飛速增長(cháng)，設計出錯的成本指數式增加，越來(lái)越多的設計客戶(hù)養成了支付正版EDA費用的習慣。

于是，EDA產(chǎn)業(yè)形成了一個(gè)很好的商業(yè)模式：一方面維持著(zhù)龐大精良的研發(fā)隊伍以開(kāi)發(fā)優(yōu)秀的產(chǎn)品，一方面維持著(zhù)完善的銷(xiāo)售和技術(shù)支持隊伍以緊密服務(wù)客戶(hù)。美股EDA巨頭財報中的銷(xiāo)售費用，大部分是工程師差旅期間對客戶(hù)進(jìn)行技術(shù)支持產(chǎn)生的支出。

簡(jiǎn)而言之，創(chuàng )新的技術(shù)價(jià)值和高人力資本的服務(wù)價(jià)值，成為EDA商業(yè)模式的核心。

到了2010年左右，EDA的行業(yè)格局基本穩定，EDA巨頭在美股開(kāi)始了十年長(cháng)牛之路。隨著(zhù)時(shí)間的推移，中國市場(chǎng)成為EDA行業(yè)增長(cháng)的巨大驅動(dòng)力。也正是從2010年開(kāi)始，一些本土EDA玩家注意到市場(chǎng)中未被充分滿(mǎn)足的機遇，開(kāi)始了自己的創(chuàng )新之路。

02

痛點(diǎn)創(chuàng )新的競與合

EDA市場(chǎng)的痛點(diǎn)集中在兩端：

在制造端，晶圓廠(chǎng)需要PDK工藝套件提供給設計客戶(hù)，自身在制造過(guò)程中也有提升芯片良率的需求，一個(gè)晶圓廠(chǎng)自己做這些事是不劃算的，不如委托給那些承接了諸多晶圓廠(chǎng)業(yè)務(wù)的第三方EDA廠(chǎng)商，隨著(zhù)時(shí)間的推移，三星、中芯國際等晶圓代工廠(chǎng)逐漸崛起，他們要與臺積電競爭，必須補上EDA這一課；

在設計端，芯片設計業(yè)快速變化，總會(huì )在特定環(huán)節演變出新的需求，因而除了EDA巨頭的全流程工具，對于能深刻解決某個(gè)環(huán)節痛點(diǎn)的點(diǎn)工具存在剛需，這為創(chuàng )業(yè)公司提供了創(chuàng )新的空間；同時(shí)，隨著(zhù)新的應用場(chǎng)景與下游產(chǎn)品的出現，會(huì )有一些IP固化下來(lái)成為芯片設計的高頻剛需品。

圍繞制造端與設計端的痛點(diǎn)，2010年左右，大陸的創(chuàng )業(yè)者開(kāi)始了在EDA領(lǐng)域的新一輪創(chuàng )業(yè)。

在制造端，概倫選擇了存儲芯片廠(chǎng)作為突破口。存儲芯片的市場(chǎng)格局大大不同于數字芯片，三星、SK和美光占據了大部分市場(chǎng)，從設計到制造都是一體的，因而用戶(hù)的感知非常迅速，反饋及時(shí)，銷(xiāo)售對象也自然非常明確。2010年成立后，概倫從器件建模和良率提升入手，拓展到仿真、測試等環(huán)節，對存儲大廠(chǎng)提供更多的產(chǎn)品和服務(wù)。反映在財報上，概倫的收入結構呈現制造類(lèi)EDA為主、大存儲客戶(hù)為主的特點(diǎn)。

在設計端，芯和選擇了仿真作為突破口。在芯片設計的各個(gè)環(huán)節中，電路版圖和邏輯綜合是芯片設計業(yè)歷史最為悠久、工程師日常使用接觸最多、EDA行業(yè)最先切入的，也是享有先發(fā)優(yōu)勢的EDA巨頭的一貫強項。一上來(lái)就期望改變用戶(hù)根深蒂固的設計習慣、切全流程是不切實(shí)際的，但是，仿真作為模擬、預測芯片實(shí)際運行狀況的環(huán)節，在芯片設計流程中復雜多變而又耗時(shí)，即便是初創(chuàng )公司開(kāi)發(fā)的點(diǎn)工具，只要有鮮明的差異化特色也能順利切入。

正是從仿真這樣一個(gè)“利基市場(chǎng)”出發(fā)，芯和逐漸形成了自己的打法：依托多種自主創(chuàng )新的電磁、電路仿真技術(shù)，實(shí)現那些未被充分滿(mǎn)足的痛點(diǎn)需求，開(kāi)發(fā)出一個(gè)個(gè)好用的點(diǎn)工具，逐漸形成一個(gè)比較全面的涵蓋了從芯片、封裝到系統的面工具。在芯片設計的特定關(guān)鍵環(huán)節站穩腳跟后，對于主打全流程的EDA巨頭和大型晶圓代工廠(chǎng)，便形成了特殊的不可替代的價(jià)值。因此，在其他本土EDA廠(chǎng)商同業(yè)合作偏少的時(shí)候，芯和與新思、楷登兩大EDA巨頭都達成了深入的合作。

2021年下半年，芯和與新思聯(lián)合推出了全球首款3DIC先進(jìn)封裝設計分析全流程EDA平臺。傳統的從前端架構探索、后端物理實(shí)現、最后做分析驗證的單芯片線(xiàn)性設計流程，已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足后摩爾時(shí)代異構集成先進(jìn)封裝設計的要求，而需要在設計的每一個(gè)階段，都要綜合考慮芯片與封裝的聯(lián)合效應，并做出及時(shí)的仿真分析，提升設計迭代的效率。芯和的全流程EDA平臺充分釋放了其多年來(lái)在芯片、封裝到系統的仿真領(lǐng)域積累的能力，成為在這條新賽道上具備先發(fā)優(yōu)勢的國產(chǎn)EDA廠(chǎng)商。

在設計端，珠海芯動(dòng)選擇了接口IP。中芯國際等國內晶圓代工廠(chǎng)起步之初，IP生態(tài)是缺乏的，國內設計客戶(hù)也普遍囊中羞澀。IP中國化，即為設計客戶(hù)提供價(jià)格更低、與國內晶圓廠(chǎng)對接、表現可靠的IP，可以滿(mǎn)足相當數量的中小客戶(hù)的需求。珠海芯動(dòng)從IP業(yè)務(wù)出發(fā)，也為經(jīng)驗不足的設計客戶(hù)提供芯片定制服務(wù)。

頗為有趣的是，本土EDA企業(yè)在發(fā)展一段時(shí)間后，有向芯片設計下游拓展的趨勢，也就是直接下場(chǎng)自己設計芯片，而不滿(mǎn)足于只充當一個(gè)EDA工具商的角色。

芯和在射頻芯片、尤其是在IPD濾波器領(lǐng)域表現出色，打入了手機和射頻模組供應鏈，濾波器總出貨量在今年一月份累計出貨突破10億顆；芯動(dòng)的廣東風(fēng)格非常鮮明，先后做出了礦機芯片和GPU芯片，打法犀利。

究其原因，本土EDA企業(yè)進(jìn)軍芯片設計，在于他們對EDA工具和IP非常熟悉后，自然而然也就具備了設計芯片的能力。對于擅長(cháng)仿真的芯和來(lái)說(shuō)，射頻芯片的信號是非線(xiàn)性的，仿真能力是關(guān)鍵；對于擅長(cháng)接口IP的珠海芯動(dòng)來(lái)說(shuō)，礦機和GPU芯片，有自研IP可以相當程度上降低設計成本。除此之外，本土EDA廠(chǎng)商自己下場(chǎng)設計芯片，也能向主業(yè)部門(mén)提供更直接的反饋。

03

大挑戰與新機遇

2020年左右，隨著(zhù)人工智能、云服務(wù)的興起，同時(shí)大量的系統公司和新的大芯片玩家進(jìn)入市場(chǎng)，中國EDA行業(yè)有了新的機遇。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，EDA的進(jìn)步速度并沒(méi)有趕上芯片復雜度與參與者的急劇增加。

在芯片復雜度層面，僅以前端綜合為例：從前設計規模不大時(shí)，綜合一個(gè)模塊只需要幾小時(shí)，現在的模塊規模已是從前的上萬(wàn)倍，但設計效率僅僅改善了不到百倍。如果選擇5/7nm，至少需要3～5天才能完成。

在參與者層面，越來(lái)越多的復雜系統公司，如手機與汽車(chē)公司涉足芯片設計業(yè)。僅以汽車(chē)芯片為例，其不只要求功能正確，還要可靠性高、性能高、信息保護好。

那么，如何讓數量眾多的芯片設計新手快速上手復雜芯片？這成為EDA行業(yè)面臨的重大挑戰，也自然成為新興EDA參與者的全新機遇。

但是，要想抓住這一機遇，新興EDA參與者面臨三點(diǎn)困難：

可靠一致。正如人們駕駛老牌的德國車(chē)會(huì )自然覺(jué)得安全，開(kāi)新車(chē)就會(huì )感到不安。對于后發(fā)的EDA企業(yè)而言，首先要保證客戶(hù)使用工具得到的結果和老牌企業(yè)是一致的、正確的，這是對EDA工具的最低要求。

使用體驗。其實(shí)就是是否“好用”，即容不容易上手、能否提升開(kāi)發(fā)效率。不同客戶(hù)在前、后端的需求各有不同，新興EDA企業(yè)除提供多樣化的解決方案外，還需派對應駐場(chǎng)工程師提供配套的技術(shù)支持服務(wù)，幫助客戶(hù)及時(shí)解決專(zhuān)業(yè)問(wèn)題。

快速反饋。這是新興EDA企業(yè)要在競爭中勝出的關(guān)鍵問(wèn)題。沒(méi)有國內大芯片客戶(hù)的高度信任與及時(shí)反饋，新興EDA企業(yè)在產(chǎn)品打磨和迭代優(yōu)化的過(guò)程中便居于明顯劣勢。

應該怎么解決上述問(wèn)題？成立于2020年的新興EDA企業(yè)——芯華章，在每一個(gè)難題上分別給出了對應的解決方案。

在可靠一致上，沒(méi)有什么捷徑可以走，就是投入研發(fā)。以穹鼎GalaxSim數字仿真器產(chǎn)品為例，芯華章在人機界面、調試、調度器、約束器等多個(gè)功能模塊安排了上百人參與，并由具備二三十年研發(fā)經(jīng)驗的行業(yè)老兵帶隊，去保證達到與主流工具一樣的可靠性。

在使用體驗上，芯片設計業(yè)界受困于割裂的生態(tài)。從業(yè)者在芯片設計不同的流程中，會(huì )遇到不同的數據庫、數據結構和語(yǔ)言，也會(huì )遇到第三方算法引擎不支持交互與共享。于是，即便是用一家公司下屬的EDA產(chǎn)品，客戶(hù)在使用時(shí)得出的結果無(wú)法相通。以數字驗證為例，激勵移植、重復編譯、碎片化調試所浪費的時(shí)間占到總體驗證時(shí)間的30%以上。

新興EDA企業(yè)的天然優(yōu)勢，就是沒(méi)有歷史包袱的限制。

芯華章通過(guò)三步走快速提升其產(chǎn)品的使用體驗：

一，內外打通。自己開(kāi)發(fā)工具，當然數據庫和數據結構要保持統一，對外部廠(chǎng)商也開(kāi)放API接口，打通了數據、API接口和CPU平臺，EDA工具之間不再割裂，透過(guò)工具和數據之間的交互、融合，基礎體驗首先會(huì )上來(lái)。

二，優(yōu)化體驗。透過(guò)融合原生云、智能生成場(chǎng)景的PSS標準等新的技術(shù)，一方面透過(guò)新的基于場(chǎng)景的智能驗證方法學(xué)，提高效率，另一方面打通桌面端、云端等不同的計算平臺，使從業(yè)者不再受限于固定的計算平臺和有限的計算資源，可以更為便利地進(jìn)行驗證；用新的軟件框架，讓工具能夠在x86、ARM等不同CPU架構上快速做適配移植，而不用客戶(hù)手寫(xiě)測試激勵，大大提高了工作的效率。

三，提升性能。要做到這一點(diǎn)，需要在EDA工具的底層設計上動(dòng)心思。適用于芯片驗證的傳統邏輯仿真方法，多是在系統中排列組合所有可能性，然后看對不對，但可能性一旦多了，或者發(fā)生突發(fā)事件，就有一些選項容易遺漏。芯華章的穹瀚GalaxFV采用形式驗證方法，用數學(xué)建模告訴驗證人員哪些一定是錯的，如此便能做到驗證的完備和準確。

也因為采用了更好的算法，EDA產(chǎn)品對于CPU和內存資源的消耗是更少的，也就不那么吃計算平臺。好比在《頭文字D》中，周杰倫雖然駕駛著(zhù)殘舊的AE86，性能和馬力（CPU和內存）沒(méi)那么大，但因為他駕駛技術(shù)（算法）好，也能在秋名山上漂移地出神入化，甩開(kāi)強大的對手。最后，新興EDA企業(yè)要做大做強，快速反饋極為重要。這個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題其實(shí)包含了三個(gè)重要的維度：

一，客戶(hù)是否有水平。芯華章的幾個(gè)典型合作伙伴——展銳、中興、天數智芯等，都是國內數一數二的芯片業(yè)老兵，他們有經(jīng)驗，有水平，就能對新興EDA企業(yè)提出高質(zhì)量的產(chǎn)品需求，幫助其快速打磨、優(yōu)化。

二，客戶(hù)認不認。越是見(jiàn)多識廣的客戶(hù)，提出的問(wèn)題也越刁鉆。因而，客戶(hù)是否認可EDA企業(yè)的研發(fā)和支持團隊，決定了雙方合作能否達成。芯華章的團隊之前服務(wù)過(guò)國內眾多高規格的芯片公司，積累了相當的客戶(hù)經(jīng)驗，在“看人下菜”的芯片行業(yè)，這是一個(gè)很重要的競爭力。

三，怎么服務(wù)客戶(hù)。新興EDA企業(yè)產(chǎn)品線(xiàn)當然沒(méi)那么齊全，但在大芯片設計市場(chǎng)爆發(fā)的時(shí)點(diǎn)，也一定要先把客戶(hù)聚攏過(guò)來(lái)。芯華章在與燧原合作時(shí)產(chǎn)品尚未開(kāi)發(fā)完成，但團隊有AI高性能處理芯片方面的驗證經(jīng)驗，于是選擇為其提供專(zhuān)家級服務(wù)。這是基于行業(yè)洞察的一個(gè)絕佳競爭舉措。畢竟，EDA商業(yè)模式的根基里，有很大一部分是技術(shù)支持與客戶(hù)服務(wù)，歸根結底，就是客戶(hù)信任的積累。

除了芯華章，其他新興EDA公司也在其他領(lǐng)域嘗試。

芯行紀在芯片設計后端環(huán)節布局。通俗地來(lái)講，就是在芯片設計時(shí)，把工程代碼通過(guò)工具一步一步變成符合工廠(chǎng)流片的晶體管版圖。以往后端環(huán)節耗費人力工時(shí)較多，但隨著(zhù)大芯片的晶體管數量達到百億級別，后端工具自動(dòng)化和智能化的重要性急劇上升。

04

尾聲

不同于上個(gè)九十年代的“熊貓”EDA國家工程，中國EDA行業(yè)在過(guò)去十年的進(jìn)步，是一個(gè)完全市場(chǎng)化的過(guò)程。中國EDA行業(yè)之所以能取得這么大的進(jìn)步，離不開(kāi)三點(diǎn)：

首先是全球晶圓制造業(yè)的開(kāi)放。對于EDA和IP環(huán)節，三星、臺積電等晶圓廠(chǎng)持比較開(kāi)放的態(tài)度。尤其是三星，其供應鏈體系接納了相當數量的本土廠(chǎng)商，這為中國EDA提供了市場(chǎng)機會(huì )。

然后是EDA行業(yè)巨頭在中國扎根，系統地培養了一批經(jīng)驗資深的數字芯片人才。把國內EDA行業(yè)的新興企業(yè)列一下，就會(huì )發(fā)現大家的工作經(jīng)歷大同小異。

最后是本土芯片設計業(yè)突飛猛進(jìn)，快速成長(cháng)起來(lái)，市場(chǎng)內生驅動(dòng)了大量先進(jìn)的需求。放在九十年代，純粹的設計公司在大陸市場(chǎng)尚不存在，但到了今天，大型系統公司飛速崛起，他們對于芯片設計的需求一上來(lái)就是最先進(jìn)的。

當然，一個(gè)開(kāi)放的中國市場(chǎng)，對于所有參與者而言都是平等的?？紤]到中國市場(chǎng)已經(jīng)誕生了相當數量的復雜系統公司，并且還在不斷增長(cháng)中，中國的EDA新浪潮，一定會(huì )將本土芯片設計業(yè)推向一個(gè)新的高峰。