什么是 EDA 軟件

EDA（Electronic Design Automation）是電子設計自動化軟件的簡稱，EDA 產業是集成電路設計最上游、最高端的產業，涵蓋了集成電路設計、布線、驗證和仿真等所有流程，是集成電路設計必需、也是最重要的軟件工具，被稱為“芯片之母”。EDA 軟件按產品類型細分包括：計算機輔助工程（Computer Aided Engineering，CAE）、印刷電路板（Printed Circuit Board，PCB）和多芯片模塊（Multichip Module，MCM）、集成電路設計和驗證、半導體知識產權（Intellectual Property，IP）。IP 即半導體集成電路設計中那些可以重復使用的、具有知識產權的設計模塊。集成電路設計公司無須對芯片每個細節進行設計，通過購買成熟可靠的 IP 方案，實現某個特定功能。這種類似搭積木的開發模式，縮短了芯片開發的時間，提高了芯片的可靠性。EDA 軟件廠商通常都提供成熟的半導體 IP 設計方案。

EDA 軟件的全球市場
目前，全球 EDA 工具的主要市場被三大巨頭瓜分，Synopsys、Cadence、Mentor Graphics 三巨頭擁有 EDA 工具大部分市場份額。三大 EDA 企業占全球市場的份額超過 60%，2018 年，Synopsys 全球市場份額領先，占比達到 32.10%；Cadence 次之，占比為 22.00%；Mentor Graphic 占比為 10.00%。這三大國外 EDA 廠商提供了 IC 設計行業最全面的 EDA 工具，覆蓋了芯片設計的整個流程，支持當前最先進的芯片制造工藝，行業經驗豐富，技術成熟，研發實力強大。三巨頭已經開始探索將云計算、人工智能等技術引入 EDA 工具中。2018 年 5 月，Synopsys 公司推出了云端 IC Validator，作為云端芯片物理驗證方案；2020 年 3 月，Synopsys 推出了 DSO.ai（設計空間優化 AI），這是業界第一個用于芯片設計的自主 AI 應用程序。

國產 EDA 軟件的起步
在發展初期，巴黎統籌委員會對我國實施禁運，國外 EDA 軟件無法進入中國，于是國內開始自主研發 EDA 軟件，1991 年，第一版國產 EDA 軟件——熊貓系統上市，并且一度闖入國際市場。但 1994 年，“巴統”解散，國外 EDA 公司迅速進入中國市場，由于當時我國半導體產業整體處于起步階段，人才、資金和產業鏈的缺乏導致國內 EDA 公司在競爭中節節敗退，市場份額大量流失，中國的 EDA 產業很快進入了低谷期。2008 年 4 月，國家“核高基”重大科技專項正式進入實施階段，EDA 領域也迎來了新一輪的國家支持，經過行業整合，國內出現了華大九天、芯愿景、廣立微、芯禾科技、概倫電子等一批優質企業，國產 EDA 再度迎來發展。2018 年，我國某些芯片設計企業被產業鏈上游斷供，EDA 軟件的重要性再次凸顯。

國產 EDA 軟件的困難

（1）國產 EDA 軟件工具不夠全面，尤其是在數字電路方面，Synopsys 與 Cadence 公司壟斷了 SoC 設計主流程的 EDA 工具，在物理驗證、綜合方面，國產 EDA 軟件技術與國際三巨頭差距很大，國產 EDA 廠商還沒有能力全面支撐產業發展。國際 EDA 三巨頭積累了深厚的技術壁壘、專利壁壘，國產 EDA 軟件總體上很難離開三大巨頭公司的平臺。

（2）第二，人才短缺，投入不足，沒有足夠的工程師來開發此類軟件。在研發投入方面，半導體行業觀察資料顯示，本土 EDA 企業龍頭華大九天，過去十年間所投研發資金也只有幾億元人民幣，而 Synopsys 僅 2018 年的研發投入就約為 10.8 億美元，Cadence 2018 年的研發投入約為 8.7 億美元。

（3）EDA 軟件轉換成本極高，新的玩家進入市場非常困難。國內相關芯片設計人員早已熟悉國際三巨頭的 EDA 工具，原有的大量產品設計、技術積累都是基于三巨頭的 EDA 工具，難以承受 EDA 軟件轉換的成本，缺乏切換到國產 EDA 軟件的動力。

（4）國產 EDA 工具缺乏與先進工藝的結合。芯片 EDA 軟件的最大特點是它與芯片代工廠具有高度的綁定關系，設計芯片時需要芯片代工廠提供的數據包，稱之為工藝設計套件（PDK）。PDK 是集成電路設計公司、芯片代工廠和 EDA 廠商的溝通橋梁，當開始一個新的半導體工藝時，需要預先開發一套 PDK，PDK 用代工廠的語言定義了一套反映代工廠工藝的文檔資料，包含芯片的設計規則、模擬模型、單元規格、數據的文件。PDK 數據包更新頻繁，通常會不斷優化，并且對 EDA 軟件有綁定及校驗的作用，一般只支持當前最新版的 EDA 工具。國際 EDA 三巨頭在新工藝開發階段與世界領先的晶圓代工廠如臺積電、三星電子均有全方位合作，對生產工藝有很深刻的理解，而國內 EDA 廠商只能在代工廠工藝開發完以后拿到部分數據，無法接觸到先進工藝的核心部分，難以針對先進工藝設計改良 EDA 軟件，造成與國際 EDA 三巨頭的客觀差距。

國產 EDA 軟件的機遇

（1）國家意志的支持。隨著國家加大對核心芯片國產化的政策、資金投入，半導體產業鏈自給率低的問題得到了整個社會輿論和資本的關注與重視，半導體產業鏈國產替代成為關系到國家安全的亟待解決的問題。EDA 軟件作為芯片設計階段最重要的工具，國產化需求自然會讓國產 EDA 廠商有更多的機會。出于對供應商供貨穩定性、安全性的考慮，國內芯片設計公司會更有動力拓展供貨商來源，增加使用國產 EDA 軟件的比例。2018 年 9 月，國家集成電路產業投資基金戰略投資國內 EDA 軟件龍頭企業華大九天，從此 EDA 軟件的發展進入國家隊的統籌規劃中。

（2）巨大的市場需求和增長潛力。2019 年，中國半導體市場規模為 1547 億美元，占了全球市場份額的 33%，已經成為全球最大的半導體消費國，規模相當于美國、歐盟及日本的總和，其中芯片設計行業市場規模約為 440.7 億美元，年復合增長率為 25.9%，市場規模暫居世界第二。我國芯片設計企業的數量自 2012 年以來逐年增加，逐步進入全球市場的主流競爭格局中，截至 2019 年年底，我國芯片設計企業達到 1780 家。在 2019 年全球前 50 家芯片設計企業中，我國企業占據了 10 個席位，并且培育出華為海思等達到國際先進水平的芯片設計巨頭，巨大的產業規模為國產 EDA 軟件的發展提供了足夠大的市場。

（3）第三，我國芯片代工工藝的進步。隨著我國芯片代工廠的發展，國產 EDA 廠商有了與芯片代工廠深度合作的可能。目前中芯國際已經能夠量產 14nm 的芯片，同時 12nm、7nm 也在測試之中，離國際先進水平只差 1 至 2 代。國產 EDA 軟件廠商與中國先進芯片代工廠商綁定，使在物理驗證、綜合等領域完善 EDA 軟件成為可能。芯片設計公司、EDA 廠商和芯片代工廠合作進行 EDA 軟件研發，制定國產 EDA 軟件的開發規范，成立 EDA-IP- 代工廠聯盟，帶動 EDA 軟件協同發展極有希望。

（4）云計算、人工智能等技術與 EDA 技術的融合為國產 EDA 技術后來居上提供可能。隨著芯片設計的規模和復雜程度逐年增長，芯片設計需要處理大量計算，芯片驗證是一項計算尤為密集的任務，云計算技術可以滿足計算密集需求；同時，隨著人工智能逐漸成為市場的主要驅動力，將人工智能引入 EDA 工具，可以幫助芯片設計達到更優化的目標，開發性能更高的終端產品。我國在云計算、人工智能等領域與國際先進技術差距不大，基于云計算、人工智能的 EDA 技術可將我國 EDA 企業與國際三巨頭的技術差距大大縮小，我國企業有機會通過引入云計算、人工智能實現彎道超車。

審核編輯 黃昊宇