在芯片的生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)中，處于產(chǎn)業(yè)最上游的是IP、EDA。其中EDA被大家稱為“芯片之母”，在芯片的設(shè)計(jì)、制造、封測(cè)等環(huán)節(jié)中都需要用到。

不僅如此，隨著工藝越先進(jìn)，EDA越重要，因?yàn)樵较冗M(jìn)的芯片，設(shè)計(jì)、流本成本非常高，所以在流片前都需要用EDA來(lái)進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證。

但大家也都清楚，國(guó)產(chǎn)EDA發(fā)展較晚，全球EDA市場(chǎng)被美國(guó)壟斷，按照2022年的數(shù)據(jù)，全球EDA市場(chǎng)，美國(guó)三大巨頭占了80%以上的份額，在中國(guó)更是占了90%以上的份額。

國(guó)產(chǎn)EDA的份額不到10%，為何份額這么低呢？一方面是大家支持的流程不夠全，很多國(guó)產(chǎn)EDA只涉及到芯片的部分環(huán)節(jié)，做不到全流程覆蓋，而國(guó)外的EDA覆蓋了所有環(huán)節(jié)和流程，所以很多芯片廠，會(huì)使用國(guó)外的EDA產(chǎn)品。

另外則是很多國(guó)產(chǎn)EDA支持的工藝不夠先進(jìn)，以前大多只是支持到28nm，連14nm都很多流程不支持。

此外就是IP方面，國(guó)外的很多EDA大廠，其實(shí)也是IP大廠，有各種IP核，供芯片廠商使用，使用這些IP，可以大大降低門檻，提高效率。

基于這幾點(diǎn)，所以國(guó)外EDA才能夠壟斷市場(chǎng)，而國(guó)產(chǎn)EDA就只能在后面追趕。

但是國(guó)外的EDA再好，也存在卡脖子的風(fēng)險(xiǎn)，比如華為，就被斷供了一些先進(jìn)的EDA，所以關(guān)鍵時(shí)候，還得是國(guó)產(chǎn)頂上才行。


新技術(shù)浪潮推動(dòng)EDA創(chuàng)新與變革

當(dāng)前，除了本土EDA廠商和行業(yè)伙伴自身努力謀發(fā)展之外，芯片領(lǐng)域新興技術(shù)層出不窮，新興架構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)、需求和理念也在不斷推動(dòng)行業(yè)進(jìn)步。當(dāng)下RISC-V、Chiplet和AI技術(shù)成為行業(yè)高頻詞，其發(fā)展和成熟給EDA廠商帶來(lái)了新挑戰(zhàn)和新機(jī)遇。

陳英仁表示，面對(duì)RISC-V、AI、Chiplet等技術(shù)的快速發(fā)展，EDA技術(shù)必須進(jìn)行創(chuàng)新和變革，以滿足新的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)需求。


RISC-V為設(shè)計(jì)帶來(lái)更多可能性

首先來(lái)看RISC-V，RISC-V架構(gòu)從設(shè)計(jì)理念上摒棄了“歷史包袱”，具有精簡(jiǎn)、低功耗、模塊化、可擴(kuò)展、開(kāi)放開(kāi)源等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，旨在為芯片設(shè)計(jì)帶來(lái)更多可能性。

尤其是在物聯(lián)網(wǎng)（IoT）領(lǐng)域，開(kāi)源架構(gòu)RISC-V的出現(xiàn)，進(jìn)一步點(diǎn)燃了新晉者的熱情。

在逐漸走向成熟的IoT行業(yè)中，RISC-V以其極具多樣性、低功耗、高安全性和成本效益的優(yōu)勢(shì)，展現(xiàn)出巨大的潛力。更重要的是，其開(kāi)源和高度可定制的特性賦予了芯片設(shè)計(jì)企業(yè)更大的自主權(quán)，從而滿足了多樣化的客戶需求。

根據(jù)RISC-V基金會(huì)數(shù)據(jù)，2022年采用RISC-V架構(gòu)的處理器核已出貨100億顆，其中絕大多數(shù)出貨都集中在MCU和IoT領(lǐng)域。預(yù)計(jì)到2025年，RISC-V架構(gòu)的處理器核出貨量將突破800億顆。在出貨量暴增的同時(shí)，RISC-V應(yīng)用場(chǎng)景不再局限于低功耗物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，而是逐漸向手機(jī)、電腦、汽車、數(shù)據(jù)中心等應(yīng)用領(lǐng)域拓展。

不僅如此，RISC-V作為一種開(kāi)放指令集架構(gòu)，也為中國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)提供了一個(gè)新的選擇和機(jī)會(huì)。隨著國(guó)際貿(mào)易沖突和“逆全球化”加劇，國(guó)內(nèi)開(kāi)始加速擁抱開(kāi)源RISC-V架構(gòu)發(fā)展，以避免在主流CPU芯片架構(gòu)上受制于人，實(shí)現(xiàn)更多的自主創(chuàng)新和供應(yīng)鏈安全。

去年出貨量超100億顆的RISC-V架構(gòu)芯片，國(guó)內(nèi)出貨量已經(jīng)占據(jù)一半，不僅有眾多國(guó)內(nèi)企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)加入了RISC-V國(guó)際基金會(huì)，還成立了中國(guó)開(kāi)放指令生態(tài)聯(lián)盟和國(guó)內(nèi)首個(gè)RISC-V專利聯(lián)盟，致力于推動(dòng)中國(guó)RISC-V芯片生態(tài)建設(shè)。

RISC-V技術(shù)正憑借其開(kāi)放性、高效性和卓越的可擴(kuò)展性，重新定義計(jì)算的未來(lái)。不過(guò)，任何技術(shù)的發(fā)展都存在兩面性，RISC-V在提供自主供應(yīng)鏈機(jī)會(huì)，加速技術(shù)迭代的同時(shí)，其開(kāi)放協(xié)作模式也帶來(lái)了諸多挑戰(zhàn)。

RISC-V的劣勢(shì)在于其還處于發(fā)展初期，還沒(méi)有形成一個(gè)完善而統(tǒng)一的技術(shù)體系和商業(yè)模式。陳英仁指出，在標(biāo)準(zhǔn)細(xì)節(jié)定義、碎片化&穩(wěn)定性以及EDA支持方面，RISC-V還存在不足，為芯片設(shè)計(jì)帶來(lái)挑戰(zhàn)。

隨著RISC-V技術(shù)深入各領(lǐng)域，它以開(kāi)源、簡(jiǎn)潔和高度可擴(kuò)展的特性正逐步塑造未來(lái)。盡管RISC-V潛力巨大，其生態(tài)系統(tǒng)仍存在待完善之處。特別是其獨(dú)立、靈活和彈性的設(shè)計(jì)理念讓系統(tǒng)碎片化的問(wèn)題劇增。

EDA的任務(wù)就是傾聽(tīng)客戶需求，來(lái)滿足他們?cè)诓煌瑧?yīng)用對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)或生態(tài)系統(tǒng)的支持。

為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，思爾芯為RISC-V提供了涵蓋微架構(gòu)分析、系統(tǒng)整合、規(guī)范符合性測(cè)試以及軟件性能評(píng)估的一系列優(yōu)化解決方案。通過(guò)思爾芯的“芯神匠”的系統(tǒng)&應(yīng)用性能分析、“芯神瞳”的評(píng)估架構(gòu)配置/軟件性能分析、“芯神鼎”的規(guī)范符合性測(cè)試等策略，構(gòu)建一個(gè)更高效和穩(wěn)定的RISC-V平臺(tái)。

據(jù)悉，思爾芯還在助力北京開(kāi)源芯片研究院“香山”項(xiàng)目的不斷演進(jìn)。

“香山”高性能RISC-V處理器是一個(gè)由中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所孕育出的開(kāi)源項(xiàng)目，從“香山”的第一代到目前的第三代，其背后的技術(shù)支撐與演進(jìn)都離不開(kāi)思爾芯的助力，開(kāi)芯院都采用了思爾芯的“芯神瞳”原型驗(yàn)證解決方案，加速其技術(shù)的演進(jìn)與應(yīng)用落地。

在集成電路和微處理器設(shè)計(jì)中，原型驗(yàn)證是不可或缺的一環(huán)，它涉及到在真實(shí)硬件上驗(yàn)證設(shè)計(jì)的功能、性能和可靠性。思爾芯為“香山”提供了一個(gè)針對(duì)性的解決方案——芯神瞳VU19P原型驗(yàn)證系統(tǒng)，使“香山”能夠高效地完成SPEC跑分驗(yàn)證、IO驗(yàn)證以及BSP驅(qū)動(dòng)的開(kāi)發(fā)等工作，涵蓋了從硬件設(shè)計(jì)到軟件集成的整個(gè)生命周期的不同方面。


國(guó)產(chǎn)EDA廠商如何構(gòu)建自己的核心競(jìng)爭(zhēng)力？

1）基礎(chǔ)研究：EDA工具涉及到芯片設(shè)計(jì)非常底層的技術(shù)，在EDA工具里面內(nèi)嵌了大量的引擎。它需要對(duì)芯片的模型進(jìn)行處理，不可避免的會(huì)涉及到半導(dǎo)體的材料學(xué)量子力學(xué)這樣非常底層的技術(shù)。

2）算法的實(shí)現(xiàn)能力：特別是在設(shè)計(jì)模擬的仿真器以及數(shù)字的后端的布局布線工具，這樣的工具是需要針對(duì)一個(gè)特殊的優(yōu)化問(wèn)題去設(shè)計(jì)一套算法，并且把這個(gè)算法合適的實(shí)現(xiàn)出來(lái)。算法的好壞和實(shí)現(xiàn)的差異會(huì)影響整個(gè)EDA工具在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中的速度和精度，這是非常用影響用戶體驗(yàn)和EDA工具本身的質(zhì)量的。算法的設(shè)計(jì)不可避免就會(huì)用到一些應(yīng)用數(shù)學(xué)的知識(shí)、計(jì)算機(jī)科學(xué)特別是算法結(jié)構(gòu)方面的知識(shí)。現(xiàn)在大服務(wù)器都是多核的運(yùn)行，甚至是帶有GPU的加速。在這種情況下如何根據(jù)這個(gè)服務(wù)器的硬件的結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)恼{(diào)整算法，讓它跑得更快更準(zhǔn)，是EDA供應(yīng)商的一個(gè)核心價(jià)值。

3）產(chǎn)品的完備性：是從商務(wù)的角度，因?yàn)榫哂型暾墓ぞ哝湑?huì)讓公司在商務(wù)談判的時(shí)候更有優(yōu)勢(shì)。如果公司擅長(zhǎng)的只是芯片設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)當(dāng)中某個(gè)點(diǎn)工具，在商務(wù)談判當(dāng)中是處于不利地位的，因?yàn)楦?jìng)爭(zhēng)對(duì)手如果具有比較完備的產(chǎn)品會(huì)把公司擠出競(jìng)爭(zhēng)。


AI+ED為芯片設(shè)計(jì)帶來(lái)多重助力

AI大模型極度依賴算力，算力芯片復(fù)雜度和數(shù)量需求急劇上升，變相提升了EDA需求。另一方面，AI技術(shù)也可以優(yōu)化EDA工具，進(jìn)一步提升芯片設(shè)計(jì)的效率。

芯易薈CEO汪達(dá)均對(duì)于AI在EDA領(lǐng)域的應(yīng)用保持樂(lè)觀態(tài)度，他認(rèn)為與晶圓制造、半導(dǎo)體設(shè)備、半導(dǎo)體系統(tǒng)等產(chǎn)業(yè)鏈上下游其他環(huán)節(jié)相比，AI給EDA產(chǎn)業(yè)帶來(lái)變革驅(qū)動(dòng)力更為明顯：“AI+EDA可以大幅提升EDA工具的效率、產(chǎn)出及使用性，進(jìn)一步提升芯片設(shè)計(jì)的效率，同時(shí)降低設(shè)計(jì)的成本。因此，我們要非常重視AI技術(shù)的持續(xù)演變?！?/span>

隼瞻科技則已將AI+EDA引入產(chǎn)品WingStudio當(dāng)中，通過(guò)人工智能技術(shù)的深度介入，實(shí)現(xiàn)架構(gòu)探索的自動(dòng)化，從而“進(jìn)化”出PPA最優(yōu)的處理器架構(gòu)。

隼瞻科技CEO曾軼將該功能巧妙地比喻成“給處理器做CT”，表示W(wǎng)ingStudio內(nèi)部配置了多種人工智能分析引擎，能不斷通過(guò)引擎分析的推導(dǎo)來(lái)測(cè)試不同設(shè)計(jì)方案的運(yùn)行效率，提供明確的分析報(bào)告，最終為客戶優(yōu)化處理器的各項(xiàng)指標(biāo)。

在奇捷科技研發(fā)部VP袁峰看來(lái)，基于AI的EDA研究在學(xué)術(shù)圈和工業(yè)界都吸引了很多關(guān)注，并且已經(jīng)取得了不錯(cuò)的進(jìn)展。例如，AI技術(shù)可以分析大量的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和性能指標(biāo)，通過(guò)建立模型和預(yù)測(cè)算法，輔助設(shè)計(jì)工程師進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。這有助于提高芯片的性能、功耗和面積（PPA），并減少設(shè)計(jì)迭代次數(shù)。

當(dāng)前，奇捷科技在AI方面也已經(jīng)開(kāi)展相關(guān)的研究工作，核心的關(guān)注點(diǎn)是如何利用AI提高ECO的質(zhì)量，優(yōu)化邏輯補(bǔ)丁的尺寸等核心算法性能，未來(lái)將有基于AI技術(shù)的EDA產(chǎn)品推向市場(chǎng)。


突破先進(jìn)制程已近在咫尺

實(shí)際上，這幾年國(guó)產(chǎn)EDA進(jìn)步也非?？?。

在2022年時(shí)，國(guó)產(chǎn)華大九天已經(jīng)排名第四名了，份額高達(dá)6%左右，而所有國(guó)產(chǎn)合計(jì)占到了10%+，相比起5年前的2018年，直接了市場(chǎng)的翻倍（2018年時(shí)國(guó)產(chǎn)EDA才5%左右）。

另外在流程上，國(guó)產(chǎn)EDA在14nm階段，基本上實(shí)現(xiàn)了全覆蓋，也就是說(shuō)在14nm這個(gè)工藝上，基本上不借助國(guó)外EDA，也能夠完成全部EDA需要完成的工作。

更重要的是，國(guó)內(nèi)有幾大廠商在很多的環(huán)節(jié)和流程上，不僅只是14nm，而是實(shí)現(xiàn)了3nm，比如華大九天就表示，產(chǎn)品覆蓋了數(shù)字、模擬、混合信號(hào)、射頻等多個(gè)領(lǐng)域，能夠支持從0.35um到3nm的各種工藝節(jié)點(diǎn)。

概倫電子也表示，自己研發(fā)的產(chǎn)品支持7nm/5nm/3nm等先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)。鴻芯微納也表示，去年就搞定了5nm，目前已實(shí)現(xiàn)了3nm工藝。

可見(jiàn)，中國(guó)芯要突破，國(guó)產(chǎn)EDA已經(jīng)準(zhǔn)備好了，就看芯片設(shè)計(jì)企業(yè)們，以及芯片制造企業(yè)們，能不能相互牽手，一起前進(jìn)了。