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中国EDA新浪潮的黄金二十年
(2024年12月21日更新)

2002年,已经渗透芯片行业很长时间的谢仲辉回到了上海。早年,他在台湾大学学习,参与了新加坡政府支持的特许半导体工厂的建立和运营。随着同事们逐渐回到大陆,他意识到国内芯片行业正在迅速发展,迫切需要富有Sumida代理人才为国效力。因此,他选择了华虹参加国家909工程。

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挑战是显而易见的:与国外大客户相比,国内芯片设计公司普遍较弱,每月订单量只有几十件,甚至更少,但芯片制造的早期流量投资不能减少。一套模板只有几十万美元,这让许多设计从业者望而却步。

为了减少客户的早期投资,谢仲辉和他的团队想出了一种方式——多个客户共享一套模板,这可以大大减少芯片设计行业的初始投资。在谢仲辉等人的努力下,华虹在中国申请了相应的专利,实际上承担了培育国内芯片设计生态的部分成本。当年,许多弱芯片设计企业逐渐扩大了华虹的投影量,最终成长为参天大树。

二十年后,谢仲辉加入了一个新兴的芯片设计行业,致力于人工智能和云服务EDA企业-芯华章。事实上,随着国内芯片设计行业的发展,许多芯片老兵的职业生涯也在发生类似的变化。

EDA,它是一种为芯片设计图纸的电子自动化工具。早在20世纪90年代,大陆就推出了适合模拟芯片的熊猫EDA,但它已经成为一个小分支,因为它不能适应数字芯片的趋势。总的来说,自世纪初以来,中国EDA国内工业界的存在很少。

然而,经过20多年的发展,中国变得容易EDA但遵循市场化原则,结构平衡,甚至在某些领域略显领先。

那么,中国EDA这种情况是如何形成的?本文以中国为基础EDA梳理了行业三个阶段:

1. 2000~2010:EDA商业模式奠基;

2. 2010~2020:痛点创新竞和合;

3. 2020~

01

EDA商业模式奠基

EDA商业模式的建立可以追溯到晶圆代工业的崛起。20世纪90年代,台积电作为一家专业的晶圆代工厂,专注于制造,为大量的芯片设计客户服务。这种商业模式需要简单高效的设计工具作为支持,使中小型客户能够顺利设计芯片,而无需依赖于大公司的设计工具。

随着晶圆代工业的逐渐形成,大量纯设计公司(fabless)作为晶圆代工业和设计行业的关键桥梁,如雨后春笋般涌现,EDA工业成熟。之后,EDA经过多年的高强度并购,新思、楷登两大巨头脱颖而出,在各个环节形成了连贯的商业布局:

晶圆厂端为其提供完整的服务PDK工艺套件作为设计客户的标准参考,大大降低了制造端的压力;设计端为其提供服务DDR、USB广泛使用的关键接口等IP,节省芯片设计的自主研究IP时间和精力;即使在光刻机上,新思也为阿斯麦开发了专门的镜头校准软件,使光刻过程准确。

芯片产业链上下游布局深入,EDA成为整个芯片行业的关键先生。随着数字芯片晶体管数量的快速增长和设计错误成本指数的增加,越来越多的设计客户开发了合法的支付EDA成本习惯。

于是,EDA该行业已经形成了一个良好的商业模式:一方面,它保持了一个庞大而优秀的研发团队来开发优秀的产品,另一方面,它保持了一个完美的销售和技术支持团队来密切服务客户。美国股市EDA巨头财务报告中的销售费用大多是工程师在差旅期间对客户提供技术支持的费用。

总之,创新的技术价值和高人力资本的服务价值已经成为EDA商业模式的核心。

2010年左右,EDA行业格局基本稳定,EDA巨头在美国股市开始了十年的长牛之路。随着时间的推移,中国市场已经成为EDA行业增长的巨大驱动力。也正是从2010年开始,一些地方EDA玩家注意到市场上没有完全满足的机会,开始了自己的创新之路。

02

痛点创新的竞和合

EDA市场痛点集中在两端:

在制造端,晶圆厂需要PDK工艺套件提供给设计客户,在制造过程中也需要提高芯片的良率。晶圆厂自己做这些事情不划算。最好委托那些承担了许多晶圆厂业务的第三方EDA随着时间的推移,三星、中芯国际等晶圆代工厂逐渐崛起。他们必须补充与台积电的竞争EDA这一课;

在设计方面,芯片设计行业的快速变化总是在特定的环节演变出新的需求,所以除了EDA巨人的整个过程工具只需要能够深入解决某环节痛点的点工具,为初创企业提供创新空间;同时,随着新的应用场景和下游产品的出现,会有一些IP固化成为芯片设计的高频刚性需求。

2010年左右,大陆企业家开始围绕制造端和设计端的痛点EDA新一轮领域创业。

在制造方面,概伦选择了存储芯片厂作为突破。存储芯片的市场模式与数字芯片、三星、SK和美光占据了大部分市场,从设计到制造都是一体的,所以用户感知非常快,反馈及时,销售对象自然非常清晰。2010年成立后,概伦从设备建模和良好率的提高开始,扩展到模拟和测试,为大型存储制造商提供更多的产品和服务。概伦的收入结构反映在财务报告中EDA以大存储客户为主的特点。

在设计端,芯和仿真被选为突破口。在芯片设计的各个环节,电路布局和逻辑综合是芯片设计行业历史最悠久、工程师日常使用接触最多的环节EDA第一个进入行业的人也享有先发优势EDA巨人的一贯强项。希望改变用户根深蒂固的设计习惯,切割整个过程是不现实的,但模拟作为一个模拟,预测芯片的实际运行,在芯片设计过程中复杂多变和耗时,即使初创公司开发点工具,只要有独特的差异化特征也可以顺利切入。

正是从模拟的利基市场出发,核心逐渐形成了自己的打法:依托各种自主创新的电磁和电路模拟技术,开发出易于使用的点工具,逐步形成从芯片、包装到系统的全面覆盖面工具。在芯片设计的特定关键环节站稳脚跟后,专注于整个过程EDA巨头和大型晶圆代工厂形成了特殊的不可替代价值。所以,在其他地方EDA当厂商同行合作较少时,芯与新思、楷登两大EDA巨头们已经达成了深入的合作。

2021年下半年,芯和与新思联合推出全球首款3DIC先进封装设计分析全过程EDA平台。传统的前端结构探索、后端物理实现、最终分析验证单芯片线性设计过程,不能满足后摩尔时代异构集成先进包装设计的要求,需要在设计的各个阶段,综合考虑芯片和包装的联合效应,及时模拟分析,提高设计迭代的效率。芯和的全过程EDA平台充分释放了多年来在芯片、包装到系统模拟领域积累的能力,成为国内新轨道的先发优势EDA厂商。

在设计端,珠海芯动选择了界面IP。中芯国际等国内晶圆代工厂起步之初,IP缺乏生态,国内设计客户普遍缺钱。IP中国化,即为设计客户提供更低的价格,与国内晶圆厂对接,性能可靠IP,能满足相当数量的中小客户的需求。珠海芯动从IP为经验不足的设计客户提供芯片定制服务。

有趣的是,本地EDA经过一段时间的发展,企业有向芯片设计下游扩展的趋势,即直接设计芯片,而不满足于只充当一个EDA工具制造商的角色。

特别是在射频芯片中IPD滤波器领域表现出色,进入手机和射频模块供应链。今年1月,滤波器总出货量超过10亿;广东芯动风格非常鲜明,先后制作了矿机芯片GPU芯片,打法犀利。

原因,本土EDA企业进入芯片设计的原因是他们EDA工具和IP熟悉之后,自然有设计芯片的能力。射频芯片的信号是非线性的,模拟能力是关键;擅长接口IP就珠海芯动而言,矿机和矿机GPU芯片,有自研IP设计成本可以大大降低。此外,本土EDA制造商自己设计芯片,也可以向主要业务部门提供更直接的反馈。

03

大挑战和新机遇

2020年左右,随着人工智能和云服务的兴起,大量系统公司和新的大芯片玩家进入市场,中国EDA这个行业有了新的机遇。

简单来说,EDA芯片的复杂性和参与者的快速增长并没有赶上。

在芯片复杂性方面,以前端综合为例:在过去,当设计规模不大时,整合一个模块只需几个小时。现在模块的规模是以前的数万倍,但设计效率只提高了不到100倍。如果您选择5/7nm,完成至少需要3~5天。

在参与者层面,越来越多复杂的系统公司,如手机和汽车公司,参与芯片设计行业。以汽车芯片为例,它不仅需要正确的功能,还需要高可靠性、高性能和良好的信息保护。

那么,如何让大量的芯片设计新手快速启动复杂的芯片呢?这就成了EDA行业面临的重大挑战自然成为新兴产业EDA参与者的新机遇。

但是,要抓住这个机会,新兴EDA参与者面临三个困难:

可靠性和一致性。就像人们开老德国车自然会感到安全一样,开新车也会感到不安。EDA对于企业来说,首先要保证客户使用工具的结果与老企业一致正确,这是对的EDA工具的最低要求。

使用体验。事实上,它是否易于使用,即是否容易使用,是否能提高开发效率。不同的客户在前端和后端有不同的需求和新兴EDA除了提供多样化的解决方案外,企业还需要派对现场工程师提供配套的技术支持服务,帮助客户及时解决专业问题。

快速反馈。这是新兴的EDA企业在竞争中取胜的关键问题。没有国内大芯片客户的高度信任和及时反馈,新兴EDA企业在产品抛光和迭代优化过程中存在明显的劣势。

如何解决上述问题?成立于2020年的新兴产业EDA企业-芯华章在每一个问题上都给出了相应的解决方案。

在可靠性和一致性方面,没有投资研发的捷径。GalaxSim以数字仿真产品为例,新华章安排数百人参与人机界面、调试、调度器、约束器等功能模块,由具有20或30年研发经验的行业老兵领导,确保与主流工具相同的可靠性。

芯片设计行业在使用体验方面陷入了分裂生态。在芯片设计的不同过程中,从业者会遇到不同的数据库、数据结构和语言,第三方算法引擎不支持交互和共享。所以,即使用一家公司的下属EDA客户在使用产品时得到的结果无法相通。以数字验证为例,激励移植、重复编译、碎片化调试所浪费的时间占总验证时间的30%以上。

新兴EDA企业的自然优势是没有历史负担的限制。

芯华章通过三步走快速提升产品使用体验:

第一,内外开放。开发自己的工具,当然数据库和数据结构要统一,对外部厂商开放。API接口打开数据,API接口和CPU平台,EDA通过工具和数据之间的交互和集成,基本体验将首先出现。

二、优化体验。通过集成原生云和智能生成场景PSS标准等新技术,一方面通过基于场景的新智能验证方法,提高效率,另一方面通过桌面、云等不同的计算平台,使从业者不再局限于固定的计算平台和有限的计算资源,更方便验证;使用新的软件框架,使工具在x86、ARM等不同CPU在架构上快速适应移植,没有客户手写测试激励,大大提高了工作效率。

三、提高性能。要做到这一点,需要做到EDA在工具的底层设计上动心思。传统的适合芯片验证的逻辑模拟方法主要是在系统中排列和组合所有可能性,然后看看它是否正确,但一旦有更多的可能性或紧急情况,就有一些选项很容易被遗漏。芯华章的穹瀚GalaxFV采用形式验证方法,用数学建模告诉验证人员哪些必须是错误的,使验证完整准确。

由于采用了更好的算法,EDA产品对于CPU而且内存资源的消耗更少,所以计算平台就不那么吃了。就像《头文字》D》中间,虽然周杰伦开着残旧的车AE性能和马力(CPU而且内存也没那么大,但由于他的驾驶技术(算法)好,也能在秋名山上漂移,甩开强大的对手。最后,新兴EDA对于企业来说,快速反馈是非常重要的。这个关键问题实际上包括三个重要维度:

首先,客户是否有水平。新华章的几个典型合作伙伴——展锐、ZTE、天数智能芯片等,都是中国芯片行业最好的老兵之一。他们有经验和水平,可以成为新兴的EDA企业提出高质量的产品需求,帮助其快速抛光和优化。

第二,客户是否认可。客户越多,问题就越棘手。因此,客户是否认可?EDA企业的研发和支持团队决定了双方的合作是否能够实现。新华章的团队以前为中国许多高标准的芯片公司服务,积累了相当多的客户经验。这是芯片行业一个非常重要的竞争力。

三、如何为客户服务。新兴EDA当然,企业产品线并不完整,但在大芯片设计市场爆发的时候,首先要聚集客户。芯华章的产品还没有开发完成,但团队有AI高性能处理芯片的验证经验,因此选择为芯片提供专家服务。这是一项基于行业洞察力的绝佳竞争措施。毕竟,EDA在商业模式的基础上,很大一部分是技术支持和客户服务,归根结底是客户信任的积累。

除芯华章外,还有其他新兴EDA公司也在其他领域尝试。

芯片设计的后端链接布局。一般来说,在芯片设计中,工程代码通过工具逐步变成符合工厂流量的晶体管地图。过去,后端环节需要更多的劳动时间,但随着大芯片晶体管数量达到100亿,后端工具自动化和智能化的重要性急剧上升。

04

尾声

与上世纪90年代的熊猫不同EDA国家工程,中国EDA过去十年行业的进步是一个完全市场化的过程。EDA行业之所以能取得如此大的进步,离不开三点:

首先是全球晶圆制造业的开放。EDA和IP在环节上,三星、台积电等晶圆厂态度相对开放。特别是三星,其供应链系统接受了相当数量的本地制造商,这是中国EDA提供市场机会。

然后是EDA工业巨头在中国扎根,系统地培养了一批经验丰富的数字芯片人才。EDA如果列出行业内的新兴企业,你会发现每个人的工作经历都是一样的。

最后,当地芯片设计行业发展迅速,市场内生驱动了大量的先进需求。20世纪90年代,纯设计公司在大陆市场并不存在,但今天,大型系统公司迅速崛起,他们对芯片设计的需求是最先进的。

当然,对所有参与者来说,一个开放的中国市场是平等的。考虑到中国市场诞生了大量复杂的系统公司,并且仍在增长,中国EDA新浪潮将把当地芯片设计业推向新的高峰。

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