1、什么是EDA軟件

EDA的全稱是Electronic design automation，即電子設(shè)計自動化（英語：縮寫：EDA）。它是指利用計算機輔助設(shè)計（CAD）軟件，來完成超大規(guī)模集成電路（VLSI）芯片的功能設(shè)計、綜合、驗證、物理設(shè)計（包括布局、布線、版圖、設(shè)計規(guī)則檢查等）等流程的設(shè)計方式。

這里有兩個重點，自動化和全流程。

1.1自動化

體現(xiàn)了EDA的定位，要知道在沒有EDA軟件的時代，也是可以做電子設(shè)計工作的。

類似于板級電路上的分立器件，一開始芯片中MOS管的數(shù)量并沒有那么多，根據(jù)器件參數(shù)和電路基礎(chǔ)知識尤其是電流方程、電壓方程是可以手動設(shè)計并計算電路中的各種器件的尺寸、連接以及對應(yīng)的性能表現(xiàn)的。

至于那個年代的版圖設(shè)計階段說出來就更硬核了，人工幾何學(xué)方法把電路圖用筆畫出膠帶之后，甚至于有一道人工的檢查環(huán)節(jié)，由經(jīng)驗豐富的工程師拿著放大鏡一點點進(jìn)行DRC（設(shè)計規(guī)則檢查），要不是筆者在讀研的時候聽老教師說過這樣的例子實在難以想想這個魔幻的場面。

1.2全流程

全流程則體現(xiàn)了現(xiàn)代EDA的范圍，剛才的例子中提到的設(shè)計、計算（前仿）、布局布線、后仿等所有環(huán)節(jié)，目前都出現(xiàn)了EDA軟件的身影。

同時，對應(yīng)跟隨摩爾定律而一路飛漲的電路規(guī)模，現(xiàn)代芯片產(chǎn)業(yè)已經(jīng)無法想象脫離EDA軟件的樣子了（想象一下一塊芯片中有百億級別的晶體管，人工計算每個管子工作狀態(tài)的海量工作以及隨之而來肉眼可見的低良率）。

1.3一個實例

以EDA軟件在一個CPU的設(shè)計、生產(chǎn)生命周期扮演的角色總結(jié)一下，在前端設(shè)計時，模擬電路部分是以電路圖的形式存在的，我們需要用到Cadence Virtuoso，在前仿時，同樣是Cadence家的Spectre是一個非常優(yōu)秀的工具。

在后端設(shè)計和后仿時，我們需要用到版圖設(shè)計工具Cadence Virtuoso 、版圖提參工具Cadence QRC和物理驗證工具Mentor Calibre。

而數(shù)字電路部分以筆者最為熟悉的Synopsys 公司生態(tài)為例，在RTL（register-transfer level）設(shè)計階段則是Verilog代碼的形式，在RTL工具中最具有代表性的就是Synopsys Design compiler（DC）。

在前仿階段，則會用到Synopsys的VCS。在數(shù)字后端設(shè)計時，則會用到ICC。此外還會用到驗證工具，比如說ICV，此外還有可測性設(shè)計工具DFT Compiler 、時序分析工具PT等。

2、EDA軟件美國三巨頭

從上面的小例子中其實就可以發(fā)現(xiàn)，目前芯片行業(yè)用得比較多的EDA工具基本都出自三家，Synopsys， Mentor和Cadence。三者的共同點是總部都位于美國，而且很巧的是都成立于上世紀(jì)90年代。

首先來看Cadence公司，因為它在模擬電路設(shè)計中的領(lǐng)導(dǎo)地位，所以筆者對其最為熟悉。從公司層面來說，1992 年 Cadence 就已經(jīng)進(jìn)入中國大陸及香港市場，并且在北京、上海陸續(xù)設(shè)立了多個研發(fā)中心，總員工數(shù)超過8000。

Cadence家的Spectre可以說是模擬IC設(shè)計的不二選擇。不少從業(yè)者從在校學(xué)習(xí)階段到進(jìn)入模擬芯片公司工作，都一直在用Cadence全家桶工具。

而Synopsys公司的業(yè)務(wù)則更加全面，而且事實上也是目前EDA 三巨頭的老大。

財大氣粗的Synopsys更是多年舉辦面向世界高校和研究院所青年IC設(shè)計人才的國際微電子奧林匹亞競賽，一度在校園內(nèi)的影響力頗大。

在三家競爭中，Synopsys的優(yōu)勢更在于數(shù)字前端、數(shù)字后端和PT signoff。

mentor graphic名列第三，體量也遠(yuǎn)比前兩家要小，但是始終在EDA廠商中有一席之地，其拳頭產(chǎn)品Calibre signoff和DFT功不可沒。

可以說在目前的市場格局下，2016年被德國西門子收購的Mentor 選擇了一條最適合自己的發(fā)展路線，不做大而全，只做小而美。

綜合三家發(fā)展情況，作為世界第一的EDA公司，近幾年來Synopsys公司的經(jīng)營業(yè)績規(guī)模持續(xù)擴大，去年公司營業(yè)收入達(dá)到33.61億美元，同比增長7.68%。

而作為老二的Cadence公司，去年的營收是23.36億美元。而Mentor被西門子收購不在單獨披露收入數(shù)據(jù)，17年時營收規(guī)模不足Synopsys一半。

總體來看，EDA市場規(guī)模其實發(fā)展比較平穩(wěn)，但是總量依舊驚人，去年已經(jīng)跨過百億美元的門檻，而就在這百億美元的市場中，過半都在三巨頭Synopsys、Cadence和Mentor Graphic的手中。

3、國內(nèi)EDA廠商現(xiàn)狀梳理

在全球市場份額被三巨頭吃掉70%的情況下，國內(nèi)市場當(dāng)然也不例外。

目前中國芯片業(yè)EDA銷售額的95%由上文提及的Synopsys、Cadence和Mentor Graphic三家瓜分。相比于這個悲觀的絕對數(shù)值，國內(nèi)一些EDA公司的發(fā)展趨勢還是不錯的。

國產(chǎn)EDA市場也有一些發(fā)展得相對突出的國內(nèi)公司，下面將重點介紹兩家，一家堪稱目前國內(nèi)EDA領(lǐng)頭羊，另外一家則選擇了非常具體的應(yīng)用場景，因為其上市進(jìn)程，可以說備受關(guān)注和爭議。

3.1北京華大九天

綜合來看目前最被看好的是2009年成立的北京華大九天。

在國內(nèi)EDA軟件市場堪稱規(guī)模最大，目前華大九天可以提供包括模擬/數(shù)模混合IC設(shè)計全流程解決方案、數(shù)字SoC IC設(shè)計與優(yōu)化解決方案、晶圓制造專用EDA工具和平板顯示（FPD）設(shè)計全流程解決方案在內(nèi)的一站式服務(wù)，在生態(tài)建設(shè)方面可以是當(dāng)之無愧的國內(nèi)龍頭企業(yè)。

尤其是在液晶平板領(lǐng)域，國內(nèi)的行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者京東方和華星光電都是華大九天的客戶，要知道這兩家目前在世界范圍內(nèi)都是三星、LG的有力競爭者。

所以搭上了平板這個風(fēng)口，加上2018年獲得國家大基金的投資，可以說華大九天在業(yè)內(nèi)的發(fā)展是相當(dāng)被寄予厚望的。

3.2北京芯愿景

如果你關(guān)注國內(nèi)資本市場的話，想必對這一家公司不會陌生。

今年5月，號稱科創(chuàng)板首家EDA企業(yè)的北京芯愿景提交上交所IPO申請，吸引了很多人關(guān)注國內(nèi)EDA軟件的發(fā)展。

但是細(xì)細(xì)剖析之后，你會發(fā)現(xiàn)號稱EDA軟件廠商的芯愿景，2019年EDA軟件授權(quán)收入僅為442.07萬元，在公司總營收1.55億元中占比僅為2.85%。

那其他97.15%是什么呢？——公司IC分析服務(wù)和IC設(shè)計服務(wù)。

聽上去比較高大上，但是其實和“反向工程”可能關(guān)系比較密切，尤其是“電路提取和分析”這一塊的內(nèi)容，可以說是一個細(xì)分的方向，并不是傳統(tǒng)EDA廠商非常關(guān)注的領(lǐng)域。

3.3其他廠商

除了華大九天和芯愿景之外，國內(nèi)還有一些EDA廠商在各自的方向上有所發(fā)展，比如收購了北京博達(dá)微并剛剛完成A輪融資的概倫電子，在半導(dǎo)體器件建模和一體化半導(dǎo)體參數(shù)測試解決方案方向就處于國內(nèi)領(lǐng)先地位。

而半導(dǎo)體巨頭國微集團旗下的EDA產(chǎn)品，在FPGA驗證及仿真系統(tǒng)上已經(jīng)處于領(lǐng)先地位，值得一提的是，國微集團不僅承擔(dān)著國家重大科技專項，而且和高校合作緊密，和傳統(tǒng)電子名校西安電子科技大學(xué)共同成立的EDA研究院，致力于解決EDA人才培養(yǎng)的問題，為產(chǎn)業(yè)破局提供了另外一條思路。

其他還有杭州廣立微、行芯科技、蘇州芯禾科技、珂晶達(dá)、成都奧卡思等公司也在芯片測試、功耗分、可靠性分析、工藝仿真等領(lǐng)域有自己的拳頭產(chǎn)品。

4、為什么國產(chǎn)EDA會被人“卡脖子”

EDA作為芯片產(chǎn)業(yè)中不可缺少的一環(huán)，在把芯片行業(yè)上升到國家安全的大背景下，可以說破局已經(jīng)勢在必行。從上文梳理的國內(nèi)外EDA公司對比來看，我們發(fā)現(xiàn)了幾個亟待解決的難題：

1、對于IC設(shè)計企業(yè)而言，尤其是數(shù)字IC設(shè)計業(yè)務(wù)，先進(jìn)工藝的流片成本過大，很難拿出這樣的勇氣來選擇巨頭公司以外的替代品。

2、面對Cadence或者Synopsys公司提供的全家桶軟件，很多公司脫離整個生態(tài)的成本過高，IC行業(yè)的設(shè)計工程師往往是研究生學(xué)歷起步，很多工程師從學(xué)校學(xué)習(xí)到多年工作一直使用的都是Cadence或者Synopsys公司的產(chǎn)品，用戶習(xí)慣強大。而且事實上目前也沒有一家國內(nèi)EDA公司可以全流程取代國外巨頭。

3、EDA軟件的研發(fā)對新入局者來說最需要的就是大量資金投入和時間、經(jīng)驗的積累。在市場被巨頭瓜分的情況下，恐怕很難有足夠的利潤、足夠的現(xiàn)金流支撐公司一步步發(fā)展下去。

4、EDA的下游是設(shè)計公司，而設(shè)計公司的下游是工藝廠。EDA巨頭和工藝廠的捆綁是困擾國內(nèi)EDA公司的一大難題。尤其是國內(nèi)很多都是Fabless模式，模擬IC的0.18um或者0.13um工藝還好，一旦涉及到先進(jìn)工藝，下游Foundry 不給EDA公司足夠的支持，整條產(chǎn)業(yè)鏈都無法走通。

5、關(guān)于國產(chǎn)EDA破局的思考

對應(yīng)于上面提到的幾個難題，我們也有相應(yīng)的建議。

1、EDA公司層面，從相對簡單的模擬IC入手，一方面模擬IC市場較大，并且工藝相對成熟，巨頭們的壟斷優(yōu)勢沒有那么明顯。另一方面芯片公司設(shè)計、投產(chǎn)成本沒有那么高，尤其是2009年一波模擬IC創(chuàng)業(yè)之后，國內(nèi)的小設(shè)計公司還是很多的，可以從一個點切入市場。華大九天可以說就已經(jīng)證明了這條路可以走通。

2、EDA人才層面，2015年國家已經(jīng)建立9所微電子示范學(xué)院，覆蓋了工藝、設(shè)計、器件等諸多方向，但是對于EDA人才的培養(yǎng)還需加強，尤其是產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的方向非常值得探索。因為沒有太大的商業(yè)利益左右，尋求學(xué)界的合作往往比撬動一些大的設(shè)計公司更加可行。

3、整個行業(yè)層面，需要更多的行業(yè)扶持。包括美國在內(nèi)的國家對于在芯片這樣的戰(zhàn)略行業(yè)、頂尖工業(yè)行業(yè)都是扶持力度巨大的。尤其是在已經(jīng)落后的情況下，要想奮起直追，當(dāng)然離不開國家政策、資本的幫助。

4、大方向要選對，不能劍走偏鋒，抄襲工具從整個生態(tài)的角度上來說肯定會傷害EDA行業(yè)甚至是芯片行業(yè)的健康發(fā)展。
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