1、什么是EDA軟件

EDA的全稱是Electronic design automation，即電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（英語：縮寫：EDA）。它是指利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）軟件，來完成超大規(guī)模集成電路（VLSI）芯片的功能設(shè)計(jì)、綜合、驗(yàn)證、物理設(shè)計(jì)（包括布局、布線、版圖、設(shè)計(jì)規(guī)則檢查等）等流程的設(shè)計(jì)方式。

這里有兩個(gè)重點(diǎn)，自動(dòng)化和全流程。

1.1自動(dòng)化

體現(xiàn)了EDA的定位，要知道在沒有EDA軟件的時(shí)代，也是可以做電子設(shè)計(jì)工作的。

類似于板級(jí)電路上的分立器件，一開始芯片中MOS管的數(shù)量并沒有那么多，根據(jù)器件參數(shù)和電路基礎(chǔ)知識(shí)尤其是電流方程、電壓方程是可以手動(dòng)設(shè)計(jì)并計(jì)算電路中的各種器件的尺寸、連接以及對(duì)應(yīng)的性能表現(xiàn)的。

至于那個(gè)年代的版圖設(shè)計(jì)階段說出來就更硬核了，人工幾何學(xué)方法把電路圖用筆畫出膠帶之后，甚至于有一道人工的檢查環(huán)節(jié)，由經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師拿著放大鏡一點(diǎn)點(diǎn)進(jìn)行DRC（設(shè)計(jì)規(guī)則檢查），要不是筆者在讀研的時(shí)候聽老教師說過這樣的例子實(shí)在難以想想這個(gè)魔幻的場(chǎng)面。

1.2全流程

全流程則體現(xiàn)了現(xiàn)代EDA的范圍，剛才的例子中提到的設(shè)計(jì)、計(jì)算（前仿）、布局布線、后仿等所有環(huán)節(jié)，目前都出現(xiàn)了EDA軟件的身影。

同時(shí)，對(duì)應(yīng)跟隨摩爾定律而一路飛漲的電路規(guī)模，現(xiàn)代芯片產(chǎn)業(yè)已經(jīng)無法想象脫離EDA軟件的樣子了（想象一下一塊芯片中有百億級(jí)別的晶體管，人工計(jì)算每個(gè)管子工作狀態(tài)的海量工作以及隨之而來肉眼可見的低良率）。

1.3一個(gè)實(shí)例

以EDA軟件在一個(gè)CPU的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)生命周期扮演的角色總結(jié)一下，在前端設(shè)計(jì)時(shí)，模擬電路部分是以電路圖的形式存在的，我們需要用到Cadence Virtuoso，在前仿時(shí)，同樣是Cadence家的Spectre是一個(gè)非常優(yōu)秀的工具。

在后端設(shè)計(jì)和后仿時(shí)，我們需要用到版圖設(shè)計(jì)工具Cadence Virtuoso 、版圖提參工具Cadence QRC和物理驗(yàn)證工具Mentor Calibre。

而數(shù)字電路部分以筆者最為熟悉的Synopsys 公司生態(tài)為例，在RTL（register-transfer level）設(shè)計(jì)階段則是Verilog代碼的形式，在RTL工具中最具有代表性的就是Synopsys Design compiler（DC）。

在前仿階段，則會(huì)用到Synopsys的VCS。在數(shù)字后端設(shè)計(jì)時(shí)，則會(huì)用到ICC。此外還會(huì)用到驗(yàn)證工具，比如說ICV，此外還有可測(cè)性設(shè)計(jì)工具DFT Compiler 、時(shí)序分析工具PT等。

2、EDA軟件美國三巨頭

從上面的小例子中其實(shí)就可以發(fā)現(xiàn)，目前芯片行業(yè)用得比較多的EDA工具基本都出自三家，Synopsys， Mentor和Cadence。三者的共同點(diǎn)是總部都位于美國，而且很巧的是都成立于上世紀(jì)90年代。

首先來看Cadence公司，因?yàn)樗谀M電路設(shè)計(jì)中的領(lǐng)導(dǎo)地位，所以筆者對(duì)其最為熟悉。從公司層面來說，1992 年 Cadence 就已經(jīng)進(jìn)入中國大陸及香港市場(chǎng)，并且在北京、上海陸續(xù)設(shè)立了多個(gè)研發(fā)中心，總員工數(shù)超過8000。

Cadence家的Spectre可以說是模擬IC設(shè)計(jì)的不二選擇。不少從業(yè)者從在校學(xué)習(xí)階段到進(jìn)入模擬芯片公司工作，都一直在用Cadence全家桶工具。

而Synopsys公司的業(yè)務(wù)則更加全面，而且事實(shí)上也是目前EDA 三巨頭的老大。

財(cái)大氣粗的Synopsys更是多年舉辦面向世界高校和研究院所青年IC設(shè)計(jì)人才的國際微電子奧林匹亞競(jìng)賽，一度在校園內(nèi)的影響力頗大。

在三家競(jìng)爭(zhēng)中，Synopsys的優(yōu)勢(shì)更在于數(shù)字前端、數(shù)字后端和PT signoff。

mentor graphic名列第三，體量也遠(yuǎn)比前兩家要小，但是始終在EDA廠商中有一席之地，其拳頭產(chǎn)品Calibre signoff和DFT功不可沒。

可以說在目前的市場(chǎng)格局下，2016年被德國西門子收購的Mentor 選擇了一條最適合自己的發(fā)展路線，不做大而全，只做小而美。

綜合三家發(fā)展情況，作為世界第一的EDA公司，近幾年來Synopsys公司的經(jīng)營(yíng)業(yè)績(jī)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，去年公司營(yíng)業(yè)收入達(dá)到33.61億美元，同比增長(zhǎng)7.68%。

而作為老二的Cadence公司，去年的營(yíng)收是23.36億美元。而Mentor被西門子收購不在單獨(dú)披露收入數(shù)據(jù)，17年時(shí)營(yíng)收規(guī)模不足Synopsys一半。

總體來看，EDA市場(chǎng)規(guī)模其實(shí)發(fā)展比較平穩(wěn)，但是總量依舊驚人，去年已經(jīng)跨過百億美元的門檻，而就在這百億美元的市場(chǎng)中，過半都在三巨頭Synopsys、Cadence和Mentor Graphic的手中。

3、國內(nèi)EDA廠商現(xiàn)狀梳理

在全球市場(chǎng)份額被三巨頭吃掉70%的情況下，國內(nèi)市場(chǎng)當(dāng)然也不例外。

目前中國芯片業(yè)EDA銷售額的95%由上文提及的Synopsys、Cadence和Mentor Graphic三家瓜分。相比于這個(gè)悲觀的絕對(duì)數(shù)值，國內(nèi)一些EDA公司的發(fā)展趨勢(shì)還是不錯(cuò)的。

國產(chǎn)EDA市場(chǎng)也有一些發(fā)展得相對(duì)突出的國內(nèi)公司，下面將重點(diǎn)介紹兩家，一家堪稱目前國內(nèi)EDA領(lǐng)頭羊，另外一家則選擇了非常具體的應(yīng)用場(chǎng)景，因?yàn)槠渖鲜羞M(jìn)程，可以說備受關(guān)注和爭(zhēng)議。

3.1北京華大九天

綜合來看目前最被看好的是2009年成立的北京華大九天。

在國內(nèi)EDA軟件市場(chǎng)堪稱規(guī)模最大，目前華大九天可以提供包括模擬/數(shù)模混合IC設(shè)計(jì)全流程解決方案、數(shù)字SoC IC設(shè)計(jì)與優(yōu)化解決方案、晶圓制造專用EDA工具和平板顯示（FPD）設(shè)計(jì)全流程解決方案在內(nèi)的一站式服務(wù)，在生態(tài)建設(shè)方面可以是當(dāng)之無愧的國內(nèi)龍頭企業(yè)。

尤其是在液晶平板領(lǐng)域，國內(nèi)的行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者京東方和華星光電都是華大九天的客戶，要知道這兩家目前在世界范圍內(nèi)都是三星、LG的有力競(jìng)爭(zhēng)者。

所以搭上了平板這個(gè)風(fēng)口，加上2018年獲得國家大基金的投資，可以說華大九天在業(yè)內(nèi)的發(fā)展是相當(dāng)被寄予厚望的。

3.2北京芯愿景

如果你關(guān)注國內(nèi)資本市場(chǎng)的話，想必對(duì)這一家公司不會(huì)陌生。

今年5月，號(hào)稱科創(chuàng)板首家EDA企業(yè)的北京芯愿景提交上交所IPO申請(qǐng)，吸引了很多人關(guān)注國內(nèi)EDA軟件的發(fā)展。

但是細(xì)細(xì)剖析之后，你會(huì)發(fā)現(xiàn)號(hào)稱EDA軟件廠商的芯愿景，2019年EDA軟件授權(quán)收入僅為442.07萬元，在公司總營(yíng)收1.55億元中占比僅為2.85%。

那其他97.15%是什么呢？——公司IC分析服務(wù)和IC設(shè)計(jì)服務(wù)。

聽上去比較高大上，但是其實(shí)和“反向工程”可能關(guān)系比較密切，尤其是“電路提取和分析”這一塊的內(nèi)容，可以說是一個(gè)細(xì)分的方向，并不是傳統(tǒng)EDA廠商非常關(guān)注的領(lǐng)域。

3.3其他廠商

除了華大九天和芯愿景之外，國內(nèi)還有一些EDA廠商在各自的方向上有所發(fā)展，比如收購了北京博達(dá)微并剛剛完成A輪融資的概倫電子，在半導(dǎo)體器件建模和一體化半導(dǎo)體參數(shù)測(cè)試解決方案方向就處于國內(nèi)領(lǐng)先地位。

而半導(dǎo)體巨頭國微集團(tuán)旗下的EDA產(chǎn)品，在FPGA驗(yàn)證及仿真系統(tǒng)上已經(jīng)處于領(lǐng)先地位，值得一提的是，國微集團(tuán)不僅承擔(dān)著國家重大科技專項(xiàng)，而且和高校合作緊密，和傳統(tǒng)電子名校西安電子科技大學(xué)共同成立的EDA研究院，致力于解決EDA人才培養(yǎng)的問題，為產(chǎn)業(yè)破局提供了另外一條思路。

其他還有杭州廣立微、行芯科技、蘇州芯禾科技、珂晶達(dá)、成都奧卡思等公司也在芯片測(cè)試、功耗分、可靠性分析、工藝仿真等領(lǐng)域有自己的拳頭產(chǎn)品。

4、為什么國產(chǎn)EDA會(huì)被人“卡脖子”

EDA作為芯片產(chǎn)業(yè)中不可缺少的一環(huán)，在把芯片行業(yè)上升到國家安全的大背景下，可以說破局已經(jīng)勢(shì)在必行。從上文梳理的國內(nèi)外EDA公司對(duì)比來看，我們發(fā)現(xiàn)了幾個(gè)亟待解決的難題：

1、對(duì)于IC設(shè)計(jì)企業(yè)而言，尤其是數(shù)字IC設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)，先進(jìn)工藝的流片成本過大，很難拿出這樣的勇氣來選擇巨頭公司以外的替代品。

2、面對(duì)Cadence或者Synopsys公司提供的全家桶軟件，很多公司脫離整個(gè)生態(tài)的成本過高，IC行業(yè)的設(shè)計(jì)工程師往往是研究生學(xué)歷起步，很多工程師從學(xué)校學(xué)習(xí)到多年工作一直使用的都是Cadence或者Synopsys公司的產(chǎn)品，用戶習(xí)慣強(qiáng)大。而且事實(shí)上目前也沒有一家國內(nèi)EDA公司可以全流程取代國外巨頭。

3、EDA軟件的研發(fā)對(duì)新入局者來說最需要的就是大量資金投入和時(shí)間、經(jīng)驗(yàn)的積累。在市場(chǎng)被巨頭瓜分的情況下，恐怕很難有足夠的利潤(rùn)、足夠的現(xiàn)金流支撐公司一步步發(fā)展下去。

4、EDA的下游是設(shè)計(jì)公司，而設(shè)計(jì)公司的下游是工藝廠。EDA巨頭和工藝廠的捆綁是困擾國內(nèi)EDA公司的一大難題。尤其是國內(nèi)很多都是Fabless模式，模擬IC的0.18um或者0.13um工藝還好，一旦涉及到先進(jìn)工藝，下游Foundry 不給EDA公司足夠的支持，整條產(chǎn)業(yè)鏈都無法走通。

5、關(guān)于國產(chǎn)EDA破局的思考

對(duì)應(yīng)于上面提到的幾個(gè)難題，我們也有相應(yīng)的建議。

1、EDA公司層面，從相對(duì)簡(jiǎn)單的模擬IC入手，一方面模擬IC市場(chǎng)較大，并且工藝相對(duì)成熟，巨頭們的壟斷優(yōu)勢(shì)沒有那么明顯。另一方面芯片公司設(shè)計(jì)、投產(chǎn)成本沒有那么高，尤其是2009年一波模擬IC創(chuàng)業(yè)之后，國內(nèi)的小設(shè)計(jì)公司還是很多的，可以從一個(gè)點(diǎn)切入市場(chǎng)。華大九天可以說就已經(jīng)證明了這條路可以走通。

2、EDA人才層面，2015年國家已經(jīng)建立9所微電子示范學(xué)院，覆蓋了工藝、設(shè)計(jì)、器件等諸多方向，但是對(duì)于EDA人才的培養(yǎng)還需加強(qiáng)，尤其是產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的方向非常值得探索。因?yàn)闆]有太大的商業(yè)利益左右，尋求學(xué)界的合作往往比撬動(dòng)一些大的設(shè)計(jì)公司更加可行。

3、整個(gè)行業(yè)層面，需要更多的行業(yè)扶持。包括美國在內(nèi)的國家對(duì)于在芯片這樣的戰(zhàn)略行業(yè)、頂尖工業(yè)行業(yè)都是扶持力度巨大的。尤其是在已經(jīng)落后的情況下，要想奮起直追，當(dāng)然離不開國家政策、資本的幫助。

4、大方向要選對(duì)，不能劍走偏鋒，抄襲工具從整個(gè)生態(tài)的角度上來說肯定會(huì)傷害EDA行業(yè)甚至是芯片行業(yè)的健康發(fā)展。
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