摘要：EDA(Electronic Design Automation)是芯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，電子工程師設計芯片一樣需要EDA軟件平臺來進行電路設計、性能分析到生成芯片電路版圖?，F(xiàn)在的一塊芯片有上億個晶體管，不依靠EDA工具，高端芯片設計就無從下手。

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、計算機輔助制造、計算機輔助測試和計算機輔助工程的概念發(fā)展而來。EDA技術以計算機軟件為工作平臺，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(fā)明提高了芯片設計的工作效率和可操作性，簡化了芯片設計的過程。

全球EDA技術市場形成巨頭壟斷

在全球EDA市場，經(jīng)過多次的重組并購巨頭公司已經(jīng)形成了強大的產業(yè)壁壘、技術壁壘、人才優(yōu)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(jù)WSTS(全球半導體貿易統(tǒng)計組織)統(tǒng)計，2017年全球包括EDA、半導體知識產權(SIP)以及服務等在內的整體EDA產業(yè)市場規(guī)模約為85-90億美元之間，美國三大廠商占據(jù)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(yè)模式分為兩類：license證書授權與IP核(具有知識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，對于芯片公司而言，一般需要多套license才能滿足芯片設計需求。以聯(lián)發(fā)科和華為為例，2010年聯(lián)發(fā)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。這樣的費用對于初創(chuàng)公司而言是無法接受的，芯片創(chuàng)業(yè)公司在面臨研發(fā)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軟件費用。

IP核的作用是把一組擁有知識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件IP核構件的形式出售(可以理解為功能擴展包)。芯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，用于構建不同功能芯片的基礎系統(tǒng)。

2017年，IP核的交易額已經(jīng)超越了EDA工具和服務本身，成為EDA產業(yè)交易規(guī)模最大的一部分。根據(jù)WSTS統(tǒng)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是全球范圍內最成功的IP核提供商，已經(jīng)向超過200家半導體公司提供技術授權，每年全球范圍內設計及銷售的內含ARM處理器的芯片達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(fā)展了國內60多家ARM Connected Community成員。ARM已將自己的發(fā)展和多家合作伙伴的發(fā)展密切聯(lián)系在了一起，他們共同組成了一個ARM生態(tài)圈。

國內EDA技術剛剛起步，發(fā)展本土EDA技術至關重要

我國的EDA技術起步較早，但由于沒有上下游產業(yè)的刺激，發(fā)展較為緩慢，與國外巨頭之間有較大的技術差距。根據(jù)中國半導體行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，目前國內集成電路設計公司90%以上采用國外EDA工具，本土廠商還未能占據(jù)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，不僅僅是芯片禁售，包括基礎的芯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(jīng)按照美國商務部的要求，暫停了對華為的授權和軟件更新業(yè)務，這意味著美國從根本上全面封鎖了中國芯片產業(yè)。在這樣的背景下，發(fā)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(zhàn)略的一部分。

EDA增長的根本因素是芯片工藝的提升，EDA工具的開發(fā)不僅需要良好的算法，還需要和先進的芯片技術相結合。芯片從14nm、7nm、5nm、2nm的演進，工藝越來越復雜，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(zhàn)。

目前，除了北京華大九天稍具規(guī)模外，中國幾乎沒有別的能提供芯片EDA工具的公司。華大九天是國內規(guī)模最大、技術最強的EDA龍頭企業(yè)，也是大規(guī)模集成電路CAD國家工程研究中心依托單位，承擔著國產EDA軟件研發(fā)與推廣的重任。華大九天推出的EDA工具已經(jīng)能滿足40納米工藝制程以上的芯片設計，但與國外適用于7納米的工藝制程以上的芯片設計還有不小的技術差距。

結語

EDA工具的技術發(fā)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，從而失去自我迭代更新的能力。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(xù)不斷的努力與技術創(chuàng)新總會有彎道超車的機會。