過去幾年，因為各種各樣的原因，國內正在興起了一股EDA創業潮。誠然，從數據看來，這有非常大的必要。

據芯思想研究院的報道，2022年全球前三或者說全球前五EDA公司都是來自美國，其市場份額高達90%以上。作為對比，中國內地EDA公司全年營收占有全球市場的2%，即使在中國市場，也僅僅占有12.5%的份額。市場的缺失，產品的重要性，再加上其他不可控因素的推動，國產EDA的發展勢在必行。

按相關定義，EDA是指利用計算機輔助設計（CAD）軟件來完成超大規模集成電路（VLSI）芯片的功能設計、綜合、驗證、物理設計（包括布局、布線、版圖、設計規則檢查等）等流程的設計方式。

在現代的芯片設計中，EDA所參與的每一個環節都不容忽視，國內企業也聚焦著各個方面發力，驗證更是在近年來逐漸成為多家本土廠商關注的熱點。

驗證，芯片設計的重中之重

如大家所知道的一樣，隨著芯片制造工藝的縮小，制造芯片的成本正在與日俱增。但其實在工藝演進器件，芯片設計的成本也水漲船高。據外媒Semiengineering統計顯示，開發28nm芯片需要5130萬美元投入，到了16nm，這個數字就飆升到1億美元，7nm節點更是需要2.97億美元，到了5nm節點，開發芯片的費用將達到5.42億美元。圖1：不同節點芯片的開發成本由此可見，無論是設計，還是tape out芯片的成本都是極其昂貴的，如何在芯片流片前及時、徹底地發現設計中潛藏的邏輯錯誤，保證芯片的可用性、高效性、是業內著力解決的重點問題。換而言之，復雜芯片的開發需要進行更全面的測試驗證。作為芯片設計流程的重要一環，驗證貫穿了設計的每個階段，具體而言可劃分為前端仿真和后端仿真。其中，前端仿真主要為了檢測功能邏輯的缺陷，后端仿真是為了檢測門級電路由延遲導致采樣失敗所產生的功能缺陷。而具體到數字電路設計中，軟件仿真、硬件仿真及原型驗證則成為了設計和驗證團隊的常規選項。所謂軟件仿真是利用計算機軟件模擬運行數字電路設計，進行功能仿真和驗證，擁有易于使用、成本效益高，且具有復雜調試能力等優勢。但在碰到大規模數字電路設計之后，結構日漸復雜，仿真所需要的時間也越長，軟件仿真的效益受到了限制。硬件仿真則是利用專用的硬件系統對仿真進行加速，主要用于系統級的功能仿真和驗證。在此階段，IP子模塊已被拼接成整體系統，整體系統的源代碼仍不成熟，源代碼中仍可能存在一定量的錯誤，此時就需要利用硬件仿真來對系統源代碼中潛在的深度錯誤和性能瓶頸進行捕捉和探測，并對存在錯誤的源代碼進行修改和完善。為實現上述目的，硬件仿真工具將可控制時鐘和信號全可視作為核心技術，工具中含有數量較多的信號采集器來獲取系統電路運行的每一個時鐘周期的數據，以便查找設計錯誤，其技術的核心在于實現高速仿真速度的同時還要信號全部可探測。原型驗證主要是將設計映射到FPGA平臺，通過模擬芯片實際運行環境，來驗證芯片整體功能和性能，并提供片上軟件開發環境。圖2：驗證工具對比雖然軟件仿真、硬件仿真和原型驗證三者并沒有絕對的好壞之分，也沒有絕對的排他性，只是優勢互補。但因為硬件仿真擁有高性能、支持設計規模大和具有強大調試能力、支持快速搭建驗證環境、無需用戶過多干預，以及支持全自動編譯、能夠針對用戶不同設計場景和設計規模能夠有效地提高驗證效率等優點，所以在過去多年硬件仿真主要是一些較大型設計公司使用。但近年來，由于大數據處理及AI芯片設計規模的持續擴大，以及市場激烈競爭下的快速迭代需求，越來越多的芯片設計公司考慮選擇硬件仿真系統，來提高芯片驗證效率，縮短芯片開發周期，硬件仿真成為芯片設計功能驗證主要工具的趨勢越來越明顯。

芯神鼎，思爾芯的見招拆招

和EDA的許多環節一樣，硬件仿真領域也是一個由Cadence、Synopsys和西門子EDA控制的市場。他們也都有各自的硬件仿真加速器，提供了信號全可視的調試功能，在使用上也各有自己的一套流程。正因為這個市場如此重要，國內圍繞這個領域也涌現出了不少公司，思爾芯就是其中一個佼佼者。據介紹，思爾芯于2004年在上海成立。自成立以來，公司始終專注于集成電路 EDA 領域，聚焦于數字芯片的前端驗證業務，為國內外客戶提供原型驗證系統和驗證云服務等解決方案，助力人工智能、超級計算、圖像處理、數據存儲、信號處理等客戶實現數字電路設計功能的實現。在芯片功能驗證方面，公司也有了成熟的產品，能幫助整個芯片產業完成國產替代。圖3：思爾芯發展的里程碑在思爾芯看來，現在的硬件仿真器具備幾個特點，分別是：

1、需要支持超大設計規模，可以支持數十億門級別的設計仿真，并且還需要保持足夠快的運行速度；

2、需要支持用戶設計的快速移植和部署，通常在1-2周內完成工程搭建，無需對硬件環境進行手工連線；

3、需要操作便捷，系統自動化程度高，支持用戶設計的全自動編譯，無需對設計過多干預，Gigabyte級別的設計網表能快速編譯并快速完成后端工作；

4、需要具有強大的調試能力，支持足夠靈活的調試手段，可以捕捉源代碼的深度錯誤和性能瓶頸。在實現高速運轉速度的同時保證信號全部可探測（信號全可視），支持靈活的實時觸發、海量的波形數據存儲和分析；

5、需要支持豐富的驗證模式，可以滿足用戶不同驗證場景的需求。

圖4：OmniArk芯神鼎的系統架構基于這些見解和公司的積累，面對芯片市場的新需求，思爾芯推出了全新的企業級硬件仿真加速器——OmniArk芯神鼎。作為一款由思爾芯自主研發的產品，OmniArk芯神鼎擁有多項自主知識產權的核心技術，采用了超大規模商用可擴展陣列架構和機箱模塊結構設計，極大方便了維護和擴展。其產品形態也覆蓋了從桌面型到機柜型，設計容量可擴展可至20億門。OmniArk芯神鼎還用到了AI技術（即Smart P&R），可以智能參數優化，大大提升PR的成功率。除此以外，該硬件系統還包含一套便捷易用的軟件系統，支持GUI圖形界面和TCL腳本命令，集成編譯、運行、調試的完整流程。圖5 ：OmniArk芯神鼎的軟件介紹據思爾芯介紹，OmniArk芯神鼎還擁有實現用戶設計快速移植和部署、全自動編譯流程、MHz級仿真加速、強大的調試糾錯能力、多種仿真驗證模式和豐富的VIP庫等特點。尤其是其全自動編譯流程方面的設計，能夠在較少需要用戶干預的情況下，通過多種核心技術實現快速編譯與自由設計。圖6：OmniArk芯神鼎硬件仿真系統特點總結思爾芯方面強調，作為一款基于FPGA設計的產品，OmniArk芯神鼎在與EDA三大家同類型產品相比的時候，凸顯了其成本和芯片設計匹配度更高的優勢。正因為擁有如此多優勢，OmniArk芯神鼎目前已在多個芯片設計頭部企業推廣使用，能滿足汽車電子、CPU、AI、5G、云計算等SoC 設計所需的復雜驗證。回顧這家EDA企業過去近二十年的發展，這款產品攀登高峰道路上的一個新里程碑。

整合專注，打造國產數字EDA全流程

作為一家專注于驗證領域的EDA企業，除了新發布的硬件仿真系統OmniArk芯神鼎外，思爾芯更早之前還打造了具有架構靈活、易于擴展、運行速度快等優勢的原型驗證系統和驗證云系統，能夠高效構造真實的芯片運行場景，為芯片設計客戶建立驗證模型，以測試設計代碼在真實場景中的運行效果，進而加速客戶設計的功能驗證、系統驗證和嵌入式軟件與應用的開發。正是因為這么多極具競爭力的產品，思爾芯的EDA工具獲得了超過600家的客戶使用。特別是在原型驗證市場，公司在中國原型驗證市場中銷售額排名第一，在世界原型驗證市場中銷售額也位居第二。這主要受惠于公司過去多年研發投入和迭代，在硬件仿真系統OmniArk芯神鼎上，思爾芯也制定了一個短期目標。基于這些產品和積累，思爾芯也正在推動一個異構驗證方法學，使得多種不同形式的設計在系統建模（Genesis芯神匠），軟件仿真（PegaSim芯神馳），硬件仿真（OmniArk芯神鼎），原型驗證（Prodigy芯神瞳）得以協同仿真和交叉驗證，以確保設計出正確的芯片。展望未來，思爾芯也將結合其他產品線，硬件仿真配上軟仿、原型協同仿真的軟件，以實現軟硬件協同仿真的完美運行。進而打造出真正的國產數字EDA全流程。思爾芯同時強調，因為EDA點工具數量多，不可能有一家公司全部自己開發。而縱觀三大家的發展史也是一部并購史，所以需要有平臺企業去整合有潛力且專注于某個細分領域的優秀的公司。思爾芯在這方面也小試牛刀。據資料顯示，思爾芯在去年并購了國微晶銳（深圳國微晶銳技術有限公司）。之所以這個并購標的，按照思爾芯的說法，除了看中其研發的硬件仿真系統本身就具有過硬技術實力以外，還看中了其產品線與思爾芯本身的產品互補。此次推出的企業級硬件仿真系統OmniArk 芯神鼎就是思爾芯通過這單并購，將后者的硬件仿真技術融入公司現有產品線，并進行核心技術整合所得。“我們不會盲目并購，而是要根據自身的戰略規劃選擇并購對象，最終實現1+1>2的果。”思爾芯方面強調。他們同時指出，除了并購外，公司也會去看全球市場上尋找有潛力的EDA點工具，通過授權進行二次開發和迭代，做成匹配公司本土客戶需求的工具。這也是公司未來發展的另一個方式。
文章轉載自公眾號半導體行業觀察