过去几十年，摩尔定律的演进推动芯片制造工艺和设计架构发生了翻天覆地的变化。随着晶体管尺寸接近物理极限，未来的先进设计和技术将朝着延续摩尔定律、超越摩尔定律和新型器件(超越CMOS)等方向演进。作为核心工具的EDA也需要步入新的发展时代，以支持更先进的工艺节点、更复杂的设计制造和更多样化的设计应用。
另一方面，从2018年制裁对华为国内半导体行业的唤醒，到最近美国EDA出口禁令的升级，国内EDA因为人为的“壁垒”打开了更广阔的市场空间。随着国内芯片设计制造产业链的不断升级，华大九天、全伦电子、广利威等龙头企业的上市，以及河间工软、新扎章、信和、星芯、鑫源等数十家新生力量的崛起，国内EDA行业也进入了新的发展阶段。
01
从0到1的突破，整个过程还有35~40%的差距需要填补。
中国的EDA产业起步不算晚。90年代初，国内首个自主研发的EDA系统“熊猫”诞生。但由于芯片设计产业链缺乏土壤，国家对产业的扶持力度不够，中国EDA产业经历了近20年的寒冬。2018年后，国内EDA迎来创业潮。据吉为咨询不完全统计，2021年EDA赛道融资事件超15起，融资企业超12家，融资规模可能超过20亿元；远超2020，融资事件超5起，规模超13亿元。从政策扶持到资本涌入，推动了该领域的井喷式增长。
根据设计对象的不同，EDA工具可以分为五大类:模拟设计、数字设计、晶圆制造、封装、系统等。主流的点工具有几百种。芯片设计、晶圆制造和封装测试中的不同工艺对EDA工具有不同的功能要求，因此需要使用不同种类的点工具。经过几十年的发展，EDA行业的三大巨头Synopsys、Cadence、Simens工业软件已经实现了全流程的覆盖，并且在一些点工具上具有独特的优势。Synopsys等优势是数字芯片设计、静态时序验证和SiP提供；Cadence的优势在于模拟或混合信号的定制电路和版图设计；西门子工业软件专注于后端验证、可测性设计和光学邻近校正。他们在巩固点工具领先地位的同时，也以it为中心，通过并购逐步向其他流程拓展。
纵观国内EDA的发展，由于EDA众多关键技术的每一个细分领域都有极高的技术壁垒、人才壁垒和生态壁垒，所以我们对数字电路的全流程和先进技术的支持仍然不足。但也有企业逐渐在全流程和特定领域的一些点工具上有所突破，获得了一定的市场份额。如上市公司中，华大九天实现了模拟电路全流程工具覆盖，在数字电路设计、平板显示电路设计、晶圆制造等方面具有独特的技术优势。全伦电子是EDA的器件建模、数字仿真和验证领域的技术领导者。近日，其发布了平台产品NanoDesigner，承载了DTCO概念创新打造EDA的全过程，正在走向新的发展阶段。广利威在制造EDA领域具有独特的价值，如芯片良率提升、电测试快速监控技术等。其他几十家新势力企业也有自己的点工具产品。随着这些企业的快速成长，国内EDA在多个领域实现了从0到1的突破，进入了全流程建设的新阶段。
业内专业人士指出，目前国内EDA工具整体可以商业化、产品化，只能覆盖60%~65%的工艺，也就是说35%~40%的dot工具还是空白。比如EDA工具中占比最大的RTL仿真，其次是逻辑综合，都没有商用的工具。有些工具已经开发了核心技术，可以试用，但是规模推广还有很多问题需要解决。缺乏技术无法满足行业的需求，所以做好整个EDA流程才是行业必须完成的第一要务。一方面是差距，一方面是先进工艺的一些缺陷。目前国内很多设计公司可以基于7nm甚至3nm进行设计，但是国内的EDA工具还不能支持。其中一个最重要的原因是，没有先进过程的参数，他们就无法适应和优化先进过程。
星芯科技董事长兼总经理何青也表示，虽然这两年国内EDA行业发展如火如荼，但能够实现商业化应用的数字EDA工具仍然很少。“工商银行创始团队2018年从零开始，用了4年时间将EDA工具商业化。”何青解释说，数字芯片从设计到流片成本高，EDA工具种类多，要求高。要实现数字EDA全流程，只有一家企业做不到。
要实现国产EDA验证工具的突破，最重要的是全面提升规模、性能和自动化程度。所以公司也选择了验证作为EDA工具的第一个突破点。国内芯片公司只有解决验证中的复杂问题，才能设计出具有国际竞争力的产品。合工软去年推出了FPGA原型验证系统，今年6月又发布了UV APS新的功能升级版。
启源EDAampIP销售总经理邱宇民指出，随着先进制造工艺的不断迭代，芯片设计成本成倍飙升。不仅芯片的验证设计复杂，软件也变得异常复杂。软件团队需要更多的验证工具并行开发，以确保芯片流的成功和上市时间。但目前验证和仿真的痛点在于硬件和软件验证的脱节。软件开发采用传统的原型验证平台，硬件开发采用专用的硬件模拟器。前者功能少，诊断调试能力有限，后者价格昂贵，系统级或软件验证效率很低。随着制造工艺的发展，芯片设计也对验证工具提出了新的要求，包括提高集成电路研发效率、最大化流资源利用率、保证流成功率等。
亚·敏透露，公司实际上开发了一款低调的数字RTL仿真工具MimicPro，并于去年提供给客户，最近已经有一部分成功流播，证明MimicPro已经能够为客户解决很多痛点，甚至可以作为“备胎”使用。也有一些客户不断提出更多的要求。比如不同行业的RTL，需要的时钟不同，复杂程度、子卡、接口也不同。通用功能相对较少，需要不断优化和适配工具。但在客户需求的过程中，也帮助鑫启元对工具进行了迭代和打磨，这对于RTL仿真工具尤为重要。
“模拟真的很难。即使产品完成商业抛光，也要两三年。所以国内EDA仿真不多，主要以验证为主。我们也希望有更多的合作伙伴和朋友加入进来。”敏敏·闵说:“在早期，我们通过牺牲一些功能来实现性能。后期需要继续提高函数和语言集的丰富度，调试能力也要进一步提高。骨头留得越多，就越难。”
02
EDA云正在成为一种趋势，安全是最大的障碍。
2010年和2011年以来，Cadence、Synopsys等国际EDA巨头提出了EDA上云的概念。之后，英特尔、英伟达等芯片巨头开始探索EDA云工具的应用。2015年后，公有云架构逐渐稳定，数据安全体系逐渐成熟。如今EDA云平台的工具和运行环境已经逐渐整合，产品可以大规模复制到不同行业，提供给客户。可以说EDA云平台产业已经到了商业化发展的关键节点。
对于芯片设计公司/部门来说，如何快速实现产品研发，提高效率，同时实现更低的成本，具有极大可扩展性的“云”成为了很好的依靠。然而，如何安全可控地将更多的设计流程迁移到云端，利用云计算的灵活性进行扩展，更好地与低端工厂连接，实现更快的产品上市，仍有许多挑战需要解决。
根据微咨询的研究，到2024年，60%的尖端芯片设计将在云端完成，而2019年不到5%。芯片公司采用云设计的三大驱动力包括:
1.随着高级节点工艺设计的日益复杂，这些设计所需的计算能力也大大增加。尖端的芯片设计周期需要很高的计算成本，需要大量的硬件基础设施投入；
2.计算能力需求的灵活性是IC设计人员面临的与基础设施相关的最大挑战之一。在芯片设计周期的不同阶段，工程师需要不同的计算资源。物理学、电路仿真、静态时序分析等。需要很高的计算能力分配，而这种计算能力需求的波动可能导致设计周期中固定而有限的计算能力资源的瓶颈；
3.随着自动驾驶、汽车电气化、人工智能和5G等应用的兴起，越来越多的初创企业正在投资芯片设计，但这些小企业大多缺乏足够的资金灵活性或投资芯片设计所需计算资源的能力。
创新科技副总裁熊文表示，半导体行业是走向云的最后堡垒，许多行业已经意识到了这一点。然而，半导体公司普遍视数据安全如生命，对将其RD数据和核心设计放入云端仍有一些担忧。然而现在芯片公司的成本负担越来越重，包括人力、ip授权、制造流片，尤其是芯片设计后期EDA仿真需要的大量机房资源等等。与传统EDA工具相比，云EDA用户不必为不必要的功能付费，降低了IT硬件投入和工具维护的人力成本。在运营成本上升的背景下，云EDA将是必然趋势。芯片设计公司不断吸收变化，优化自己的设计。这方面，虽然不是全部都上云，但至少部分EDA功能会慢慢迁移到云上。采用云EDA可以改变企业的投资回报率，这对于中小型创业公司来说是很有吸引力的。
HPC、领先代工厂和EDA公司推动芯片设计云的最新趋势代表了芯片设计创新的新时代。随着越来越多的初创芯片设计公司进入自动驾驶、人工智能和5G领域，利用云计算可以帮助他们解决设计工具和硬件基础设施的高成本问题。虽然EDA上云无疑已经成为一种趋势，但是进展非常缓慢。吉为咨询认为，传统设计模式的改变导致了客户使用习惯的改变。EDA项目的成本逐渐从Capex，资本支出，转变为Opex，产品快速上市的压力也要求灵活的计算能力分配。此外，我国知识产权门槛提高对EDA软件合规性的要求也只是其中一种需求。
本文总结了熊文EDA硬件在云之路上面临的四大壁垒，包括技术壁垒、数据安全壁垒、商业模式壁垒和成本壁垒。对于用户特别关心的安全问题，他解释了Innoda的考虑。一方面，对于企业通过外网访问内网时的数据安全，Innoda主要采用Palo Alto网络防火墙技术，外网访问采用白名单模式，用户可以通过VPN或专网访问。另一方面，接入内网后的数据安全。Innoda在客户的数据接入内网后，提供了一套物理隔离和保护措施。同时为客户提供24小时视频监控和严格的操作日志，定期培训工程师，避免人为失误。
03
国内EDA进入新的发展阶段，从技术积累到格局重构。
目前国内EDA虽然还不能像海外巨头一样提供覆盖全流程的解决方案，但其在一些关键环节的突破和技术积累也使得国内EDA工具逐渐在高度集中的市场中分得一杯羹。我们现在面临的问题是如何在整个过程的下一阶段实现从技术积累到格局重构的突破。
1.星星之火，可以燎原，全力打造整个EDA流程。
在何青看来，国内半导体行业没有办法完美实现弯道超车，只能靠勤奋加速，换取发展时间。何清指出，全流程数字化工具链不太可能由一家公司实现。对于一个企业来说，能做的就是在点工具上有所突破，收集不同“点优势”的产品和技术。预计两年左右可以建成一套国产数字EDA的全流程工具。
EDA工具链很长，需要全行业的共同努力才能实现全过程的目标。业界普遍认为，过去一个EDA产品的开发和商业化需要五年时间。在当前形势下，本土企业正努力抓紧时间，有望加快这一进程。要支撑整个系统，除了数字和模拟开发工具，还需要补充制造、封装和应用的工具。乐观估计最快也要到2027年才能实现。
这个过程可能至少需要3000名RD人员，要有足够的高层次人才；行业每年要投入40到50亿，未来五年总投入在200亿以上；还需要解决国内EDA厂商各自为战、重复投资和浪费的问题。
2.消除“隔阂”和“偏见”，让客户更愿意使用国产工具。
全球EDA巨头用了几十年的时间进行RD和MA积累到今天的优势和深厚的生态壁垒。国内半导体企业长期使用国际巨头的产品，形成了强大的用户粘性。再加上他们对国内外EDA产品技术发展水平的固有认知，小公司不愿意试错，大公司门槛高。某种程度上，“鸿沟”和“偏见”给EDA工具的国内替代带来了阻力。更重要的是，EDA工具的选择关系到流的成功率，客户更换EDA工具的风险极高。当客户使用国产EDA的数据与国际巨头EDA工具不一致时，即使是国产厂商也需要对结果做出解释。
何培新认为，EDA软件非常复杂，技术壁垒高。最重要的不仅是开发工具，还要不断迭代。只有生态和客户的支持，才能形成闭环。因此，我们应该以开放的心态拥抱当地客户的实际需求，实现差异化优势。产品面世后，我们可以进一步加强合作，不断打磨产品，不断突破现有工具的技术负担和技术壁垒，进一步提高验证调试的效率，做到易用耐用，实现共赢。国内EDA厂商将通过与ic厂商的相互促进，进一步夯实本土厂商放眼世界的基础。
敏敏·闵说，该公司在过去几年里制造的工具并没有特别好的抛光应用场景。很多客户基于自身流片和尽快量产的压力，并没有给国内EDA公司太多的机会，但现在这种情况正在改变。邱敏希望政府能够给予更多的政策指导，并对购买和使用国产EDA工具进行补贴。随着美国制裁的收紧，国内EDA的窗口期已经不多。如果客户能给更多的机会打磨，国内EDA可以更快的成熟，进而更好的反哺行业。
华大九天董事长刘卫平提出了几点建议。第一，他从战略角度引导下游客户增加产业链的战略合作，而不是单纯考虑市场和利益。其次，仅仅依靠几个大公司带动产业是有限的，还是需要市场化。这就要求国产EDA工具要经得起市场的考验，前期依靠国家战略引导客户，后期通过自身产品的竞争力赢得市场。最后，从政策层面，鼓励或引导本地化的应用，比如设立本地化奖励基金，鼓励客户使用本地化产品。他们用的越好，奖励就越多，让客户真的愿意用国产EDA，用好它。
3.并购整合，格局重构
回顾EDA行业的诞生和发展，也是一部EDA巨头的并购史。与EDA龙头企业在发展过程中进行的大量并购不同，国内EDA行业仍处于发展初期，只有华大九天在2010年收购了华天中汇，全伦电子分别在2019年和2021年收购了博达威和恩塔西斯。随着国内EDA行业初创企业的出现和发展，行业龙头企业也将有望通过并购快速拓展产品线，提升核心竞争力。
刘卫平表示，国产数字化全流程的实现，无非就是几个手段:一是一体化。在复合经营的条件下，寻找合适的合作伙伴进行兼并整合；第二，投资。如果整合不可能，寻找合适的合作伙伴和投资机会；第三，联合运营，合作进行技术开发和商业运营，“你中有我，我中有你”的方式将所有工具串成一个整体。
何清补充说，这个融合与合作的过程需要解决两个层面的问题。首先是技术层面，需要统一底层数据格式，无缝传递设计数据。其次是文化层面，不同团队的融合需要解决文化和理念的差异。
04
写在最后
回顾全球集成电路设计的发展，展望未来，设计领域呈现出以下三个新趋势:设计异构化、芯片和算法系统集成、敏捷设计。行业的变化让EDA工具发生了深刻的变化。
美国的禁令也是一把双刃剑，正迫使新一代中国半导体企业迅速脱颖而出。
国内EDA行业逐渐壮大，星火燎原。他们能否在行业和国内浪潮的双重大变局下重塑EDA行业格局？我们可能还需要从长计议，给EDA更多的信心和时间进行本地化。
