EDA是晶片設計的基礎，突破壟斷迫在眉睫

摘要：EDA(Electronic Design Automation)是晶片自動化設計的重要工具。

正如編輯文檔需要微軟的office一樣，電子工程師設計晶片一樣需要EDA軟體平台來進行電路設計、性能分析到生成晶片電路版圖。

現在的一塊晶片有上億個電晶體，不依靠EDA工具，高端晶片設計就無從下手。

EDA工具是電子設計自動化的簡稱，從上世紀60年代計算機輔助設計、計算機輔助製造、計算機輔助測試和計算機輔助工程的概念發展而來。

EDA技術以計算機軟體為工作平台，融合了應用電子技術、計算機技術、信息處理及智能化技術的最新成果，進行電子產品的自動化設計。

EDA技術的發明提高了晶片設計的工作效率和可操作性，簡化了晶片設計的過程。

全球EDA技術市場形成巨頭壟斷

在全球EDA市場，經過多次的重組併購巨頭公司已經形成了強大的產業壁壘、技術壁壘、人才優勢，市場基本被美國三家公司壟斷：Cadence、Synopsys和Mentor Graphic，其中第三位的Mentor Graphics在2016年被西門子收購。

據WSTS(全球半導體貿易統計組織)統計，2017年全球包括EDA、半導體智慧財產權(SIP)以及服務等在內的整體EDA產業市場規模約為85-90億美元之間，美國三大廠商占據了57%的市場份額，其他國家無人能望其項背。

圖 1 2017年EDA公司市場份額

EDA公司的商業模式分為兩類：license證書授權與IP核(具有智慧財產權的集成電路芯核Intellectual Property的簡稱)。

license證書售價高昂，其三年期使用費用高達100萬美元，對於晶片公司而言，一般需要多套license才能滿足晶片設計需求。

以聯發科和華為為例，2010年聯發科耗資5000萬美元與Cadence公司簽署訂單，以獲得其證書授權;2014年華為一次性花費3000萬美元去購買Cadence公司的證書。

這樣的費用對於初創公司而言是無法接受的，晶片創業公司在面臨研發成本與設計成本外，還要面臨漫長的設計周期，很難再去支付高昂的EDA軟體費用。

IP核的作用是把一組擁有智慧財產權的電路設計方案集合在一體，構成集成電路的基本單位，EDA供應商把這些基本單位以軟體IP核構件的形式出售(可以理解為功能擴展包)。

晶片設計工程師將多個不同功能的IP像搭積木一樣組合起來，用於構建不同功能晶片的基礎系統。

2017年，IP核的交易額已經超越了EDA工具和服務本身，成為EDA產業交易規模最大的一部分。

根據WSTS統計，目前全球有超過400家IP核供應商，提供超過6000個不同種類的IP核。

其中ARM是全球範圍內最成功的IP核提供商，已經向超過200家半導體公司提供技術授權，每年全球範圍內設計及銷售的內含ARM處理器的晶片達40多億顆。

從2001年進入中國市場，國內已有400多所大學開設了ARM相關的課程和實驗室、出版了120多本中文的ARM相關教科書，發展了國內60多家ARM Connected Community成員。

ARM已將自己的發展和多家合作夥伴的發展密切聯繫在了一起，他們共同組成了一個ARM生態圈。

國內EDA技術剛剛起步，發展本土EDA技術至關重要

我國的EDA技術起步較早，但由於沒有上下游產業的刺激，發展較為緩慢，與國外巨頭之間有較大的技術差距。

根據中國半導體行業協會統計，目前國內集成電路設計公司90%以上採用國外EDA工具，本土廠商還未能占據一定的市場。

中興事件中，美國禁止三巨頭之一的Cadence對中興提供服務，不僅僅是晶片禁售，包括基礎的晶片自主設計也要進行圍追堵截;今年的制裁華為事件，Synopsys和Cadence也已經按照美國商務部的要求，暫停了對華為的授權和軟體更新業務，這意味著美國從根本上全面封鎖了中國晶片產業。

在這樣的背景下，發展國內自己的EDA技術就顯得尤為重要，這也是國家集成電路戰略的一部分。

EDA增長的根本因素是晶片工藝的提升，EDA工具的開發不僅需要良好的算法，還需要和先進的晶片技術相結合。

晶片從14nm、7nm、5nm、2nm的演進，工藝越來越複雜，線寬越來越小，良品率問題凸顯，這也給國內本土EDA廠商帶來了機遇與挑戰。

目前，除了北京華大九天稍具規模外，中國幾乎沒有別的能提供晶片EDA工具的公司。

華大九天是國內規模最大、技術最強的EDA龍頭企業，也是大規模集成電路CAD國家工程研究中心依託單位，承擔著國產EDA軟體研發與推廣的重任。

華大九天推出的EDA工具已經能滿足40納米工藝製程以上的晶片設計，但與國外適用於7納米的工藝製程以上的晶片設計還有不小的技術差距。

結語

EDA工具的技術發展離不開技術與資金的支持，雖然在算法方面中國有可能取得一定的技術突破，但在美國三巨頭公司壟斷地位的情況下，國產EDA工具很難打開市場，也很難從市場得到資金支持與技術反饋，從而失去自我疊代更新的能力。

雖然短時間內國內的EDA工具還不可能趕超美國，但國內廠商持續不斷的努力與技術創新總會有彎道超車的機會。