過去一段時間里,我們關注了半導體行業的各個位面,比如芯片制造,操作系統,地域紛爭等等,也欣喜地看到中國半導體企業在產業鏈中的快速就位。但同時應當注意到的是,有一扇技術大門卻一直沒有被推開,那就是EDA工具。
EDA,即電子設計自動化(Electronics Design Automation)的概念十分寬泛,想做芯片設計,就不離開EDA工具。在機械、智能手機、通訊設備、航空航天、生物醫藥等等各個涉及電子自動化的領域,通過EDA技術來完成特定目標芯片的設計,可以說是產業鏈上游的上游、基礎的基礎。
EDA工具軟件可大致可分為芯片設計輔助軟件、可編程芯片輔助設計軟件、系統設計輔助軟件等三類。進入我國并具有廣泛影響的EDA軟件是系統設計軟件輔助類和可編程芯片輔助設計軟件:Protel、PSPICE、multiSIM10(原EWB的最新版本)、OrCAD、PCAD、LSIIogic、MicroSim,ISE,modelsim等等。這些工具都有較強的功能,一般可用于幾個方面,例如很多軟件都可以進行電路設計與仿真,同時還可以進行PCB自動布局布線,可輸出多種網表文件與第三方軟件接口。
EDA技術即是電子設計自動化技術,它由PLD技術發展而來,可編程邏輯器件PLD的應用與集成規模的擴大為數字系統的設計帶來了極大的方便和靈活性,變革了傳統的數字系統設計理念、過程、方法。通過對PLD技術不斷地改進提高,EDA技術應運而生。
EDA真正開始是上世紀80年代的某一次DAC上,有人覺得可以利用計算機輔助軟件賺取設計廠商的錢,于是大家紛紛發現了商機,EDA產業就這么雨后春筍般的起來了。后來隨著集成電路規模越來越大,EDA的應用不僅僅限于布線和數值仿真,高層次的數字設計又催生了硬件描述語言Verilog和VHDL。一直到今天,個人感覺EDA里最大塊的三部分就是高層次設計相關的部分,驗證/綜合/布局相關的部分,和偏底層的SPICE仿真。當然現在隨著集成電路尺寸到了20納米下,各種其他問題也越來越受到關注,比如良率,信號完整性,甚至封裝,EDA充斥在IC產業的方方面面。
這個行業曾經是IC產業中最暴利的一環,從業者也是IC行業中知識最全面最聰明的一批。不過由于在IC產業內創業門檻低,越來越多的人加入到競爭中,在幾十年的競爭和吞并后,現在已經成了Synopsys和Cadence兩家獨大的局面了,另外受到整個IC行業下行的影響,油水也大不如前,EDA從業者的技能也被細化,是個容易進入不容易離開的行業。
經過30余年的行業整合發展,全球EDA工具市場體現出較明顯的寡頭壟斷特征,新思科技(Synopsys)、楷登電子(Cadence)與西門子EDA(原Mentor Graphics)作為目前僅有的擁有設計全流程EDA工具解決方案的企業,集中了全球超77%的EDA工具市場。此外,Ansys憑借熱分析、壓電分析等優勢點工具,Keysight EEsof憑借電磁仿真、射頻綜合等優勢點工具,獲得市場第四、第五的位置。近三年來,在優勢工具的鞏固下,在2020年全球72.3億美元的市場中,前五大EDA工具企業控制了約85%的市場,其中市場前三大企業的市場占有率近80%。除市場前三的EDA工具企業外,其他企業缺少布局設計全流程工具技術的綜合實力,各企業均在各自擅長的領域開發面向特定流程或個別環節的工具產品,瓜分剩余市場份額。
集成電路設計工具(EDA工具)從計算機輔助設計軟件發展而來,在行業商業、銷售模式上具有與工業軟件相似的方式。經過30余年獨立發展,EDA工具結合集成電路領域特殊的市場形態和運作方式,形成了具有自身特色的行業商業和銷售模式。綜合看,國際主流廠商推廣EDA工具商業應用的方式包括“定期授權+技術服務”,以及面向高校、科研院所推廣教育應用。
“定期授權+技術服務”的商業模式的由來。原美國Arcsys公司在商業競爭中為降低客戶的EDA工具使用成本、增強公司與客戶間的耦合度,實現公司產業市場競爭力提升,在20世紀90年代一改傳統的EDA工具永久許可銷售模式,將EDA工具的一次性售賣改為有限期租賃,并在產品服務期為客戶提供開發技術支持等的服務。
EDA上云是未來的趨勢之一,利用云端龐大的運算能力能夠有效解決仿真耗時的問題,直接降低芯片創業者獲取EDA工具的成本,某些芯片大企業也可以靈活地臨時使用某些工具。而眾所周知,中國云服務廠商無論是在硬件部署、軟件創新、軟硬件協同方面,已經開始成為智能產業的支撐力量,也將成為推動EDA領域進化的關鍵變量。
隨著科技水平的提高,電子產品的更新換代日新月異,而EDA技術作為各類電子產品研發的源動力,自然而然成為現代電子系統設計的核心。
進入21世紀以來,電子技術已經全方位納入到EDA領域,EDA技術使得電子領域各學科之間的界限愈加模糊,相互間互為包容,其發展趨勢主要表現在以下幾個方面:EDA技術要生存就必須適應市場發展趨勢,要專注于技術創新,而EDA產品技術創新的重點將體現在系統級驗證及可制造性設計(DFM )兩大領域;使電子設計成果將以自主知識產權(IP)的方式得以明確表達和確認,IP的合理應用是產品設計流程得以加速的一個有效途徑。一體化的設計工具平臺使用戶受益于統一的用戶界面,避免了在不同的工具之間進行數據相互轉換等繁瑣的操作過程;描述語言一直是EDA業中重要的一環,然而隨著IC復雜度的不斷提高,從更高層次入手對系統進行描述是描述語言未來的發展方向;隨著EDA技術在全世界范圍內的飛速發展,使得基于Linux環境的EDA技術將成為電路設計領域的主流。
EDA技術應用廣泛,如今已涉及到各行各業,EDA技術水平也在不斷提高,設計工具趨于完美,EDA市場也日趨成熟。