EDA：半導(dǎo)體自主可控的關(guān)鍵技術(shù)

EDA是電子設(shè)計自動化(Electronic Design Automation)的縮寫，20世紀(jì)90年代，國際上電子和計算機(jī)技術(shù)較先進(jìn)的國家，一直在積極探索新的電子電路設(shè)計方法，并在設(shè)計方法、工具等方面進(jìn)行了徹底的變革，取得了巨大成功。

過去十年，中國大陸半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出上升趨勢，正在與其他地區(qū)的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)競爭。其中大陸的競爭主力軍為Fabless企業(yè)，中國大陸的Fabless公司已經(jīng)占全球的四分之一。

如此多的Fabless公司，且市場占有率和活躍度很高，給了EDA工具和服務(wù)足夠的發(fā)展空間。這也是我國未來幾年不斷發(fā)展和壯大國內(nèi)EDA產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)。

芯片產(chǎn)業(yè)鏈包括設(shè)計、制造、封裝、測試、銷售，芯片核心實力重心在芯片設(shè)計。而芯片設(shè)計方面，IC設(shè)計及前后工序離不開EDA的支持。

EDA(Electronics Design Automation)軟件是一種在計算機(jī)的輔助下，完成集成電路的功能設(shè)計、綜合、驗證、物理設(shè)計等流程的軟件工具集群。

在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中，芯片產(chǎn)業(yè)鏈頂端，是依賴性極強(qiáng)的設(shè)計工具。作為半導(dǎo)體行業(yè)的第一個環(huán)節(jié)，EDA是芯片設(shè)計的“基石”和制造和設(shè)計的紐帶。

EDA是集成電路產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域內(nèi)“小而精”的環(huán)節(jié)，產(chǎn)值較小卻又極其重要。相對于幾千億美金的集成電路產(chǎn)業(yè)來說不值一提，但如果缺少了這個產(chǎn)品，全球所有的芯片設(shè)計公司都得停擺。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，2019年全球EDA市場規(guī)模達(dá)到105億美元。

EDA軟件供應(yīng)呈現(xiàn)寡頭壟斷，從前端設(shè)計-前仿真/驗證-后端設(shè)計-后端驗證仿真直到流片的全流程設(shè)計平臺基本被國際巨頭壟斷，護(hù)城河極深。

比如模擬/數(shù)?；旌闲酒O(shè)計一般采用Cadence平臺，數(shù)字芯片設(shè)計一般采用Synopsys平臺，國產(chǎn)EDA機(jī)會在于以點工具為突破口，由點及面逐步發(fā)展。

EDA全球市場份額占據(jù)前三位的是Synopsys、Cadence和被西門子收購的Mentor Graphics，三大EDA企業(yè)占全球市場的份額超過60%。

Synopsys擁有最為齊全的EDA工具產(chǎn)品線，其邏輯綜合工具DC和時序分析工具PT市占率極高，EDA軟件是其最重要業(yè)務(wù)，Intel是公司最大客戶。

Cadence產(chǎn)品涵蓋了電子設(shè)計的全流程，強(qiáng)項在于模擬或混合信號的定制化電路和版圖設(shè)計。Cadence是三家廠商中在中國布局最好的，2019年Cadence收入23.4億美元，其中約2.42億美元來自中國。

三大EDA公司有天然優(yōu)勢，在新工藝開發(fā)階段與全球領(lǐng)先的晶圓制造廠進(jìn)行全方位合作。這三家主流廠商在EDA市場已建立起一定的行業(yè)壁壘和用戶黏性，近年來市場份額維持穩(wěn)定。

國內(nèi)從上世紀(jì)八十年代中后期開始，就投入到EDA產(chǎn)業(yè)的研發(fā)當(dāng)中。國產(chǎn)首套EDA熊貓系統(tǒng)于1986年開始研發(fā)并于1993年問世。之后的國內(nèi)EDA發(fā)展曲折而緩慢，因各種因素影響，國產(chǎn)EDA產(chǎn)業(yè)沒有取得實質(zhì)成功。

國內(nèi)EDA廠商只能在工藝開發(fā)完以后拿到部分?jǐn)?shù)據(jù)，無法接觸到先進(jìn)工藝的核心部分，難以針對先進(jìn)工藝設(shè)計、改良EDA軟件，造成與三巨頭的客觀差距。

2008年，國內(nèi)從事EDA研究領(lǐng)域涌現(xiàn)了華大電子、華天中匯、芯愿景、愛克賽利、圣景微、技業(yè)思、廣立微和訊美等公司。

之后十年發(fā)展，華大九天、芯愿景、芯禾科技、廣立微、博達(dá)微等幾個企業(yè)從國產(chǎn)EDA陣型中展露生機(jī)。

華大九天承載了熊貓系統(tǒng)的技術(shù)，在是目前國內(nèi)規(guī)模最大、技術(shù)實力最強(qiáng)的EDA企業(yè)。能提供全流程FPD設(shè)計解決方案，目前中國電子持有華大九天33.45%股權(quán)，上海建元股權(quán)投資基金(申通地鐵持股70%)持有華大九天17.42%股份。

芯愿景擁有IC分析服務(wù)、IC設(shè)計服務(wù)及EDA軟件授權(quán)三大業(yè)務(wù)板塊。公司已累計研發(fā)了6套EDA系統(tǒng)，共30多個軟件，累計發(fā)放授權(quán)認(rèn)證超過3萬個，EDA軟件用戶群包括國內(nèi)外芯片設(shè)計公司、研究所、高校和知識產(chǎn)權(quán)服務(wù)機(jī)構(gòu)等。2020年5月，芯愿景科創(chuàng)板上市已獲上交所受理。

EDA企業(yè)若想保持核心競爭力需要靠技術(shù)支持，與其他高新技術(shù)企業(yè)相似，EDA企業(yè)獲取技術(shù)優(yōu)勢的途徑有收購兼并其他企業(yè)的成熟技術(shù)、高研發(fā)投入和政府扶持。

EDA與工藝設(shè)計強(qiáng)相關(guān)，既要跟著工藝跑，又需要用戶的信任去驗證，所以必須獲得產(chǎn)業(yè)鏈上下游支持，建立產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈，才能更好的發(fā)展。

根據(jù)Cadence數(shù)據(jù)，芯片設(shè)計流程主要可分為前端設(shè)計(Front end)與后端設(shè)計(Backend)，其中前端設(shè)計(也稱為邏輯設(shè)計)主要涉及芯片的功能設(shè)計，后端設(shè)計(也稱為物理設(shè)計)主要涉及工藝有關(guān)的設(shè)計，使其成為具備制造意義的芯片。

細(xì)分來看，芯片設(shè)計包含流程包含RTL編寫、功能驗證、邏輯綜合、形式驗證、DFT(Design for Testability)、布局布線、Sign Off、版圖驗證等多個流程。

對于芯片來說，好的布局和布線會節(jié)省面積，提高信號的完整性、穩(wěn)定性，直接提高芯片的可靠性，所以EDA軟件對于芯片設(shè)計至關(guān)重要。借助這個電子自動工具，工程師就可以在電腦上對芯片設(shè)計的前后端技術(shù)和驗證技術(shù)進(jìn)行操作，幫助芯片更好地走線、驗證和仿真。

5月15日美國制裁升級，芯片設(shè)計與制造全面被卡。芯片設(shè)計方面，華為所遭受到EDA軟件斷供是對EDA軟件升級以及后續(xù)其他服務(wù)支持，由于EDA軟件的設(shè)計領(lǐng)先當(dāng)前的芯片幾年，基于現(xiàn)有EDA軟件仍能設(shè)計先進(jìn)的制程工藝。由此可見，華為短期內(nèi)風(fēng)險可控。

中金電子認(rèn)為，EDA是我國半導(dǎo)體行業(yè)實現(xiàn)自主可控的關(guān)鍵瓶頸。國產(chǎn)EDA發(fā)展的難點包括：

1)EDA工具鏈條長，雖然目前華大九天、概倫電子在部分點工具上有所突破，但完整可用的全流程工具鏈還需要長期的技術(shù)積累;

2)EDA廠商需要和晶圓代工廠密切配合，而我國目前先進(jìn)制程代工也較為落后;

3)我國的知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)需要進(jìn)一步加強(qiáng)。

EDA的應(yīng)用廣泛，在機(jī)械、電子、通信、航空航天、化工、礦產(chǎn)、生物、醫(yī)學(xué)、軍事等各個領(lǐng)域，都有EDA的應(yīng)用。而目前EDA技術(shù)已在各大公司、企事業(yè)單位和科研教學(xué)部門廣泛使用。