大咖訪(fǎng)談|后端及制造端EDA的國產(chǎn)化路徑

| 專(zhuān)訪(fǎng)國微芯執行總裁兼首席技術(shù)官白耿

EDA是半導體產(chǎn)業(yè)鏈的基石，尤其是隨著(zhù)摩爾定律的演進(jìn)，工藝線(xiàn)寬越來(lái)越小，讓先進(jìn)工藝的進(jìn)步與EDA之間的聯(lián)系越來(lái)越密切。國際三大EDA巨頭占據著(zhù)后端及制造端EDA市場(chǎng)，國內的EDA公司則多致力于設計前端點(diǎn)工具，缺乏與工藝關(guān)聯(lián)度更高、復雜度更高的設計后端及制造端的工具。

國微芯是國內少數專(zhuān)注于后端及制造端的EDA廠(chǎng)商。2022年底國微芯推出五大系列平臺14款EDA工具，2023年國微芯又發(fā)布了多款自研數字EDA工具及軟件系統。為構建數字芯片設計與制造的橋梁，打造國產(chǎn)數字集成電路全流程EDA工具系統并實(shí)現規?；瘧玫於嘶A。

基于國微芯在后端及制造端EDA領(lǐng)域的發(fā)展，芯謀研究與國微芯執行總裁兼首席技術(shù)官白耿進(jìn)行了交流，探討國內后端及制造端EDA產(chǎn)業(yè)的機會(huì )與挑戰。

白耿博士現任深圳國微芯科技有限公司執行總裁兼首席技術(shù)官，南開(kāi)大學(xué)半導體物理碩士，美國伊利諾伊大學(xué)Urbana-Champaign分校電機工程博士，擁有20年以上EDA軟件工具開(kāi)發(fā)經(jīng)驗，擁有多項EDA美國專(zhuān)利并在國際權威EDA學(xué)術(shù)會(huì )議發(fā)表多篇論文，主持國家重大EDA專(zhuān)項多種工具開(kāi)發(fā)。白耿博士主要負責后端和制造端EDA平臺的開(kāi)發(fā)工作，研究方向包括超大規模集成電路設計中物理驗證、OPC、可制造性、可靠性等EDA工具的開(kāi)發(fā)。

國內后端及制造端EDA需求增長(cháng)

全球半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展受到地緣政治的挑戰，芯片制造領(lǐng)域首當其沖，與先進(jìn)工藝相關(guān)的技術(shù)受到了層層限制。涉及14nm以下工藝所用到的OPC等后端及制造端EDA工具被列入禁運清單，阻礙了國內廠(chǎng)商在芯片制造方面的發(fā)展。

隨著(zhù)中國半導體產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，產(chǎn)業(yè)的逐步升級，市場(chǎng)對EDA工具的需求也在不斷增加。這為國內EDA企業(yè)提供了更多的市場(chǎng)機會(huì )。一方面是出于對供應鏈穩定的考慮，另一方面是受到未來(lái)市場(chǎng)需求量的推動(dòng)，國內Foundry廠(chǎng)商擴產(chǎn)計劃也逐步邁上正軌，帶動(dòng)了國內市場(chǎng)對后端及制造端EDA工具的國產(chǎn)化需求增長(cháng)。

在國際環(huán)境和國內市場(chǎng)需求的雙重刺激下，被三大巨頭所壟斷的后端及制造端EDA市場(chǎng)為國內相關(guān)廠(chǎng)商打開(kāi)了一扇窗，提供了一個(gè)進(jìn)入到芯片制造領(lǐng)域的機會(huì )。國內EDA企業(yè)可以通過(guò)技術(shù)創(chuàng )新和研發(fā)，提供更加先進(jìn)、高效、可靠的EDA工具，滿(mǎn)足國內集成電路制造企業(yè)的需求。

EDA企業(yè)需要重視DTCO的發(fā)展

芯片復雜度越來(lái)越高，芯片設計企業(yè)需要與晶圓廠(chǎng)在早期進(jìn)行深度合作。在這個(gè)過(guò)程中，涉及到了芯片設計、晶圓廠(chǎng)、EDA等多個(gè)環(huán)節的協(xié)同工作。DTCO（Design Technology Co-optimization）的出現為多環(huán)節的協(xié)同優(yōu)化作業(yè)提供了極大的幫助，提高了芯片的性能、功耗和可靠性。

隨著(zhù)半導體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，DTCO被越來(lái)越多的廠(chǎng)商所采用，并成為EDA行業(yè)未來(lái)發(fā)展的主要趨勢之一。近年來(lái)，以Synopsys、Cadence為代表的EDA公司各自推出了基于DTCO方法學(xué)的EDA流程和解決方案。

作為連接芯片設計廠(chǎng)商、晶圓廠(chǎng)與EDA廠(chǎng)商的橋梁，DTCO對聚焦于后端和制造端的EDA廠(chǎng)商更為重要，EDA工具需要與晶圓廠(chǎng)和設計公司深度綁定。因此，各大EDA企業(yè)都依托于自身擅長(cháng)的方面解決問(wèn)題，實(shí)現共同升級迭代，最終推動(dòng)行業(yè)生態(tài)的建設。

DTCO是國際EDA企業(yè)與國內企業(yè)拉開(kāi)差距的重要原因，大力推廣國內DTCO是行業(yè)重要發(fā)展方向。對于國內EDA產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，國內缺少致力于后端和制造端的EDA廠(chǎng)商。雖然市場(chǎng)環(huán)境的變化，為國內廠(chǎng)商提供了與晶圓廠(chǎng)合作的機會(huì )，但在建立DTCO方面，國內廠(chǎng)商仍處于起步階段。

統一數據底座推進(jìn)DTCO生態(tài)

從國際后端及制造端EDA公司的成功經(jīng)驗來(lái)看，完善DTCO生態(tài)是他們的穩固行業(yè)地位的護城河之一。建立DTCO需要進(jìn)行有效的數據交互，建立統一的數據底座可以提升開(kāi)發(fā)效率，幫助用戶(hù)簡(jiǎn)化日益復雜的設計制造流程。

從長(cháng)遠來(lái)看，DTCO更深遠的影響在于可以將整個(gè)芯片設計的物理驗證和OPC工具整合在統一數據底座上。這些工藝信息統一反饋給晶圓廠(chǎng)，能夠縮短芯片設計周期，保證更高的制造良率，避免資金的損失。統一數據底座的意義不僅在于與晶圓廠(chǎng)之間的聯(lián)動(dòng)，也需要考慮與芯片設計端的工具結合。

隨著(zhù)芯片功能愈加復雜，芯片設計與晶圓廠(chǎng)之間的數據交互越來(lái)越多，統一數據底座的搭建，對于后起的EDA企業(yè)來(lái)說(shuō)或許更有優(yōu)勢。相對于傳統巨頭，后來(lái)者可以無(wú)需兼顧老版本以及處理大量歷史積累的不同版本文件與格式，進(jìn)行全流程工具量統一數據底座的開(kāi)發(fā)，并且制定統一的規則描述語(yǔ)言，加速工具研發(fā)及芯片設計周期。

從底層數據入手搭建統一的數據底座是國內EDA企業(yè)縮小與國際企業(yè)差距的方式之一。尤其是對于要建立全流程解決方案的EDA企業(yè)來(lái)說(shuō)，越早確立底層數據交互平臺，在后期的迭代開(kāi)發(fā)中才能更具優(yōu)勢。近年來(lái)，包括國微芯在內的本土EDA廠(chǎng)商開(kāi)始注重底層共性技術(shù)的積累，推出EDA統一數據底座標志性工具，為國產(chǎn)EDA未來(lái)發(fā)展打下的基礎，減弱國外廠(chǎng)商在底層邏輯上對本土企業(yè)形成的壓迫和遏制。

物理驗證和OPC協(xié)同開(kāi)發(fā)的重要性

物理驗證和OPC同時(shí)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，也是體現建立統一數據底座的意義之一。

國內現階段的后端及制造端EDA廠(chǎng)商在個(gè)別點(diǎn)工具的開(kāi)發(fā)上有所成就，但缺少物理驗證和OPC。在半導體制造過(guò)程中，物理驗證和OPC通常是同時(shí)進(jìn)行的。在芯片設計完成后，首先需要進(jìn)行物理驗證，以確保芯片的功能和性能符合設計要求。然后，將經(jīng)過(guò)物理驗證的芯片送入生產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行OPC,以確保其能夠穩定地生產(chǎn)出來(lái)。因此，可以說(shuō)物理驗證和OPC是半導體制造過(guò)程中不可或缺的兩個(gè)環(huán)節，它們共同保證了芯片的質(zhì)量和穩定性。

物理驗證與OPC進(jìn)行同步開(kāi)發(fā)，需要在架構、底座、數據交互方面進(jìn)行整體設計。物理驗證工具和OPC工具擁有共享統一的數據底座，在讀取版圖、解析版圖數據時(shí)有高速運行讀取的能力，同時(shí)可以形成自己smDB版圖格式的文件，之后通過(guò)讀取自己版圖格式，比讀取GDS/OASIS的速度可以提高上百倍，可以大大提升流片前物理證驗及OPC效率。

但對于國內廠(chǎng)商來(lái)說(shuō)，同時(shí)進(jìn)行物理驗證和OPC的研發(fā)難度很大，建立統一數據底座更是一項艱巨的挑戰。其一是相關(guān)人才數量不足；其二是在當今追求快速盈利的情況下，從底層進(jìn)行研發(fā)，需要在人才和資金方面進(jìn)行長(cháng)期穩定的投入；其三，如果通過(guò)并購來(lái)進(jìn)行整合，成型的獨立產(chǎn)品，要想整合并不容易，往往并購過(guò)來(lái)的產(chǎn)品只會(huì )在流程方面進(jìn)行集合整合。建立在統一數據底座上的EDA工具，未來(lái)能更好地進(jìn)行優(yōu)化，對后期產(chǎn)品迭代，加速芯片研發(fā)周期都有著(zhù)深遠的影響，這也是國內EDA企業(yè)所欠缺的。

國內后端及制造端EDA突破路徑

2018年以來(lái)，國產(chǎn)EDA工具的發(fā)展受到行業(yè)重視，大量資本涌入EDA賽道，國內EDA企業(yè)乘勢而起。這些企業(yè)的出現為國產(chǎn)EDA產(chǎn)業(yè)的發(fā)展注入了活力，但另一方面，EDA人才和資源也因此而分散在各個(gè)企業(yè)中。對于晶圓廠(chǎng)來(lái)說(shuō)，一家晶圓廠(chǎng)也不可能選擇對接十幾家EDA企業(yè)來(lái)集成一套全流程解決方案。因此，未來(lái)國內EDA企業(yè)必然會(huì )走向并購整合，在這個(gè)過(guò)程中，國內EDA企業(yè)如何在生存中求突破需要行業(yè)思考。

首要要明確的是，EDA公司雖然現在受到資本的青睞，但產(chǎn)品如果得不到良好的市場(chǎng)反饋，就要面臨著(zhù)被資本拋棄的風(fēng)險。EDA企業(yè)要學(xué)會(huì )自己造血，用技術(shù)突破站穩腳跟。

后端及制造端EDA在技術(shù)上取得突破需要抓住以下幾點(diǎn)：

一、要與頭部晶圓廠(chǎng)建立深度合作關(guān)系。頭部晶圓代工廠(chǎng)通常擁有較為先進(jìn)的生產(chǎn)線(xiàn)和工藝，并且具備規模經(jīng)濟效應。與這樣的代工廠(chǎng)合作，企業(yè)可以獲得先進(jìn)的制造技術(shù)和成本效益。且晶圓代工廠(chǎng)通常會(huì )不斷研發(fā)新的制造技術(shù)，EDA企業(yè)可以通過(guò)合作進(jìn)行產(chǎn)品迭代，在滿(mǎn)足客戶(hù)的產(chǎn)品創(chuàng )新需求同時(shí)，也能通過(guò)技術(shù)的迭代，縮小與國際企業(yè)的差距。

二、可以從特定市場(chǎng)出發(fā)走向大眾市場(chǎng)。晶圓廠(chǎng)不會(huì )輕易更換已得到驗證的EDA工具，尤其是針對大眾市場(chǎng)的芯片制造，如果EDA工具出現問(wèn)題，將會(huì )對晶圓廠(chǎng)造成巨大的影響。但在現在特殊的環(huán)境下，國產(chǎn)EDA工具可以通過(guò)政策扶持，從某些特定市場(chǎng)進(jìn)入到后端及制造端市場(chǎng)，這些市場(chǎng)通常對芯片有特殊的需求和規格，芯片需要滿(mǎn)足特定的性能、可靠性和安全性標準。雖然這部分市場(chǎng)規模有限，但對于國內EDA企業(yè)來(lái)說(shuō)仍是不錯的機會(huì )。EDA企業(yè)也可以通過(guò)這種方式，未來(lái)擴大與晶圓廠(chǎng)的合作，走向大眾市場(chǎng)。

三、28nm是后端及制造端EDA企業(yè)發(fā)展的突破點(diǎn)之一。全球終端應用中采用最多的是成熟工藝芯片，國內晶圓代工廠(chǎng)在成熟工藝方面已經(jīng)實(shí)現了規?；慨a(chǎn)，具有支持國產(chǎn)EDA工具進(jìn)入實(shí)際產(chǎn)線(xiàn)的基礎。且隨著(zhù)新興應用的崛起，成熟工藝還有巨大的提升潛力，國產(chǎn)EDA企業(yè)要抓住成熟工藝發(fā)展趨勢，尤其是28nm節點(diǎn)發(fā)展，與晶圓廠(chǎng)深度合作，進(jìn)行技術(shù)迭代，才有可能在更先進(jìn)的工藝上有所突破。

四、建立中試線(xiàn)。中試生產(chǎn)線(xiàn)是技術(shù)創(chuàng )新的企業(yè)實(shí)現從理論到實(shí)踐轉變的重要手段，可以降低技術(shù)風(fēng)險和市場(chǎng)風(fēng)險，避免大規模生產(chǎn)帶來(lái)的風(fēng)險和成本。通過(guò)模擬真實(shí)生產(chǎn)流程，EDA企業(yè)不斷改進(jìn)和優(yōu)化工藝參數和設備配置，及時(shí)解決工藝中的難題，提升生產(chǎn)效率和產(chǎn)能。有助于企業(yè)了解產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和良品率，以及驗證大規模生產(chǎn)是否可行。

五、抓住SOI特殊工藝的機會(huì )。汽車(chē)電子、物聯(lián)網(wǎng)等新興應用的出現，帶動(dòng)了行業(yè)對特殊工藝的需求。采用特殊工藝的芯片更具有針對性，需要在早期與EDA企業(yè)進(jìn)行合作。且采用特殊工藝的芯片往往不需要EUV設備，用現有的DUV設備就可以滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，這也是國內EDA企業(yè)打入市場(chǎng)的機會(huì )之一。

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