盡管很多人還在糾結光刻機,但是中國現在最難的其實并不是光刻機,而是EDA工具,EDA全稱是Electronic design automation,也就是電子設計自動化,是指利用計算機輔助設計(CAD)軟件,來完成超大規模集成電路(VLSI)芯片的功能設計、綜合、驗證、物理設計(包括布局、布線、版圖、設計規則檢查等)等流程的設計方式。
在二十世紀七十到八十年代,設計人員依靠手工完成電路圖的輸入、布局和布線。由于這一時期的電路集成度不高(幾百到上千個晶體管),依靠手工在坐標紙上描繪出晶體管圖形(版圖),輸入到圖形發生器再用“刻紅膜”的方式制作光刻版。
從1970年代開始,隨著復雜的半導體以及通信技術的發展,大規模集成電路已經無法滿足信息社會,集成電路的研究、發展也逐步展開。這個時候超大規模集成電路也開始應運而生,超大規模集成電路的集成度已達到600萬個晶體管,線寬達到0.3微米。用超大規模集成電路制造的電子設備,體積小、重量輕、功耗低、可靠性高。
隨著超大規模集成電路的應用,可編程邏輯器件開始成熟,通過編程語言設計、驗證電路,利用工具綜合得到底層物理設計,這樣IC設計變得更加快速高效。
到目前為止,EDA工具已經是芯片設計不可缺少的工具,簡單來說,人類社會運使用的數百種芯片都是通過EDA設計出來的,它就像是廚具和食材,可以烹調出各種各樣的菜式。如果沒有EDA工具,整個芯片產業都是為EDA設計的芯片所服務的。
如果沒有EDA,高通、華為、蘋果等一系列芯片廠商都將無法研制新的芯片,完成芯片迭代升級。
但是EDA并不是一種工具,而是數十種工具的集合,EDA工具分為三部分:前端(Verilog數字描述、以及數模混合);后端(Place&Routing布局與布線);驗證(DRC/LVS 等)。
舉個例子,制定要設計麒麟9000 ,那他就要先制定好芯片規格,也就像功能列表一樣,包括芯片需要達到的具體功能和性能方面的要求。這樣研發人員才能拿出設計解決方案和具體實現架構,劃分模塊功能。
然后芯片設計工程師就要進行硬件描述語言形成代碼,然后再通過仿真驗證來檢驗編碼設計的正確性,檢驗的標準就是第一步制定的規格??丛O計是否精確地滿足了規格中的所有要求。規格是設計正確與否的黃金標準,一旦違反、不符合規格要求的,就需要重新修改設計和編碼。
仿真驗證通過之后進行邏輯綜合,綜合完成后需要再次做仿真驗證,然后再進行驗證,這個時候得到了門級網表電,就進行后端設計,這里面每一個步驟都需要用到不同的EDA工具,比方Design Compiler進行時樹鐘綜合、Astro布局布線流程、時序設計軟件primetime等等,所以很多人只關注芯片制造,但是卻不知道芯片設計的重要性,中國還有非常多高端芯片無法通過EDA設計出來,比如FPGA、AD數模轉化、射頻等等。
所以不要以為華為只是購買了ARM架構套個殼,ARM架構只是一個毛坯房,精裝修還是要靠自己,而這個精裝修難度是非常高的,需要的資金、人才都非常多。
某種程度上說,EDA就如工匠手中的工具,是芯片設計方案與半導體物理世界的紐帶,失去了它,就切斷了與原材料晶圓廠之間的聯系,芯片也就無從談起。
目前,Cadence、Synopsys和Mentor Graphics三家EDA廠商壟斷了全球市場,規模來看,Synopsys目前全球最大,2018年市場份額32.1%,Cadence僅次于Synopsys,2018年市場占有率22.0%,Mentor Graphics的占有率在10%左右。
三大 EDA 供應商都能提供全套的芯片設計解決方案,包括模擬、數字前端(圖形編輯、邏輯綜合)、后端(Layout)、DFT(可測性設計)、Signoff 等一整套設計工具。Cadence 的強項在于模擬和混合信號的模擬仿真和版圖設計,Synopsys的優勢在于邏輯綜合、數字前端、數字后端和PT signoff,而Mentor的優勢是 Calibre signoff 和 DFT,在PCB設計方向更顯特色。
中國目前也有自己的EDA廠商,那就是華大九天、廣立微、芯禾科技三大EDA巨頭。
雖然經過了整整20多年的發展,但是國內的EDA廠商EDA產品并不齊全,尤其在數字電路方面,我們整個國內EDA產業在這個領域短板明顯。
其次,因為國內半導體產業并沒有形成一個完善的產業鏈,像Cadence、Synopsys和Mentor Graphics,它們在新工藝開發階段就與晶圓制造廠合作,因此對工藝理解很到位,反過來可以更好地改進工具以支持先進工藝。
但中國半導體產業不完善,整個半導體生態不夠成熟國內EDA廠商與先進工藝結合比較弱。國內EDA產業與先進工藝結合不夠的原因,從而在EDA的研發突破上難度會更高。
另外,因為EDA研發太難了,中國的EDA人才僅有數百人,完全不夠支撐整個中國EDA工具的研發與突破。
目前,國家真正大力發展半導體產業,并且想要打造一個完善城市的半導體產業鏈,這是中國EDA工具發展的大好時機,中國EDA工具可以趁這個機會,多招募資金,多招募人才,多與上下游廠商配合,打造屬于中國自己完整的EDA工具產品,并且與海外市場競爭!
? ? ? ?責任編輯:tzh
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