又斷供？美國對“芯片之母”EDA下手！如何戳中我們的“軟肋”？

物聯網智庫

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2022-08-05 15:10

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資料來源：芯智訊等

作者：今天星期四

物聯網智庫整理發布

導讀

據外媒Protocaol報道稱，美國針對中國大陸企業在芯片設計與制造上的發展，現已有了新的“約束力”手段。美國政府已經做好準備，對用于設計半導體的特定類型EDA軟件實施新的出口限制。

毫無疑問，在美國對中國科技企業的打壓“工具包”中，“斷供”已經成為最常態化的手段。昨日，據外媒Protocaol報道稱，美國針對中國大陸企業在芯片設計與制造上的發展，現已有了新的“約束力”手段。美國政府已經做好準備，對用于設計半導體的特定類型EDA軟件實施新的出口限制。

據知情人士稱，由于該軟件是涉及設計與制造最先進的人工智能芯片至關重要的下一代技術，美國政府希望借此計劃阻止中國相關公司獲得該軟件，這是美國在與中國的“馬拉松式”科技長跑中的重要一招。值得一提的是，報道提到這些軟件是使用“Gate-all-around”（環繞柵極，GAA）新技術制造芯片所必需的，典型的應用已經在三星3nm芯片中得到證實。

報道還稱，此前數月，美國政府一直在權衡該禁令的可能性，但目前看來已是大概率事件。新的出口限制或在未來幾周內實施，目前正在由管理和預算辦公室進行審查，其實施細節同步敲定當中。針對該消息，美國白宮和商務部尚未回復。

什么是EDA？

在半導體芯片行業，EDA屬于芯片設計中不可或缺的關鍵設計工具，被行業內稱為“芯片之母”。作為貫穿集成電路設計、制造、封裝、測試等產業鏈各環節的基礎工具，EDA可謂是集成電路產業的咽喉，直接影響產品的性能和量產率。

EDA是Electronic Design Automation的簡稱，中文名為“電子設計自動化”，是指以計算機為工具，融合圖形學、計算數學、微電子學、拓撲邏輯學、材料學及人工智能等技術，輔助工程師自動完成集成電路設計、綜合、驗證、物理結構（布線、布局和版圖）等一系列流程的軟件設計工具。

在EDA出現之前，傳統集成電路的設計復雜程度低，半導體設計制造工業仍較為原始和粗放。芯片的設計由傳統設計人員通過手工完成設計和布線等基礎動作，前沿的工程師會使用集合方法制造適用于電路光繪的專用膠帶（Photo plotter）便可滿足需求。

然而，隨著數據和計算量的激增，相較之前有限的晶體管布局和布線難度，現有的集成電路設計之復雜、規模之龐大、難度之艱巨，早已非單純的人力范圍所能及。這讓能夠自動完成工程師設計，將程式碼轉化為實際電路設計的EDA孕育而生。

簡單來說，工程師向EDA提供完成的HDL code（Hardware Description Language，硬件描述語言代碼），EDA會根據邏輯閘設計圖的規格對該代碼進行修改和調整，生成功能正確的電路圖，最后供給后端進行布局模擬和電路制作，形成光罩，然后支持流片到成品。

而除了幫助工程師提升芯片設計制造效率之外，EDA同樣能夠對芯片企業帶來重大效益上的提升。簡單舉個例子，流片作為集成電路設計制造過程中至關重要的一環，成功了意味著產品能夠快速投入市場，失敗了則意味著成百上千萬的資金就這樣打了水漂。而通過EDA，在集成電路高度復雜的今天，則能夠有效降低芯片設計的試錯成本，避免企業真金白銀的損失。

尤其是在半導體先進制程從7nm不斷向5nm、3nm，甚至2nm以下邁進，摩爾定律不斷逼近物理極限的今天，DEA軟件的作用可謂是重中之重。

根據相關報道稱，此前美國已經禁止向中國銷售10nm或更先進芯片的EDA工具，如果此次禁令出臺，無疑會進一步削弱國內企業在利用GAA技術構建芯片上的能力。

目前EDA仍是軟肋

EDA市場規模雖然并不算龐大，但發揮的杠桿效應卻十分顯著。根據SEMI的數據顯示，2020年EDA行業的全球市場規模剛剛超過100億美元，但卻撬動著集成電路行業超過4000億美元的年產值。重要的行業地位、潛在的巨大商業價值，也讓EDA成了業內的“兵家必爭之地”

20世紀80-90年代后，EDA行業在經過數輪的市場競爭、清洗和整合后，逐漸從“百家爭鳴”進入到了“三足鼎立”時代。根據目前EDA軟件市場來看，Synopsys、Cadence和Siemens EDA（原Mentor Graphics）在全球EDA市場占據絕對領先的優勢。

數據顯示，2019年，Synopsys在全球EDA市場上的份額為32%，2020年進一步提升至32.14%；2019年，Cadence在全球EDA市場上的份額為22.24%，2020年進一步提升至23.4%；2019年，Siemens EDA在全球EDA市場上的份額為10.3%%，2020年進一步提升至14%%。

三家EDA軟件主要供應商占據了全球市場60%-70%的份額，可見EDA市場格局頭部效應十分明晰那。

而在中國大陸，EDA市場優勢地位更為顯著。根據賽迪智庫數據顯示，2020年，Synopsys、Cadence和Siemens EDA三巨頭合集在國內約占到市場的將近90%左右。相比之下，國產EDA廠商的份額只有可憐的11.5%。其中，國內最大的EDA提供商華大九天占據了國內EDA市場約6%的份額。

而且根據此前華大九天公布的招股書顯示，該公司除在電路仿真工具產品一項中支持最高量產工藝制程做到了最先進的5nm，處于國際領先水平，其他包括原理圖編輯工具、版圖編輯工具、物理驗證工具、寄生參數提取工具、可靠分析工具在內的工具仍然停留在28nm制程階段，尚不能支持16nm及以下先進工藝制程，與先進工藝的同類領先工具仍存在一定差距。

另外，來自一份向美國證券交易委員會提交的季度文件顯示，Synopsys和Cadence第二財季中，分別各有17%和13%的收入來自于中國大陸。不過，這些文件中并沒有清楚指出Synopsys和Cadence的收入中，有多少是來源于用于GAA技術相關芯片的EDA軟件。

同時報道提到，目前Cadence和Siemens EDA尚未就該消息進行表態，不過Synopsys的一位發言人表示，該公司將遵守美國的所有出口管制。

圍剿中的國產EDA

事實上，這并不能算作中國大陸第一次被EDA困住。早在1949年12月，成立僅一個月的“巴黎統籌委員會”就對中國實行了禁運，在很長的一段時間內，國外的EDA都無法進入中國。

1986年7月，電子工業部執行國家的決定，確定在北京、上海、無錫建立3個集成電路設計中心，并以北京為重點，先行一步。不久后的“七五”期間，IC CAD自主開發任務交給了北京集成電路設計中心牽頭，動員全國17個單位、超120名專家（后增至300名），共同開發國產EDA。

最終歷經3年時間，攻關組在1991年對外發布了新一代CAD系統的原型版本——熊貓系統。該系統的問世打破了國外EDA的長期封鎖，并在此后不斷完善，1995年更是進入包括美國在內的國際市場，擁有5家客戶，共20余套系統和工具出售。

不過好景不長，1994年，“巴統”禁令取消，EDA三巨頭紛紛涌入中國市場，以成熟的技術、低廉的價格、免費贈送等組合拳，快速收割著市場份額。

相比之下，上述三巨頭可謂優勢盡顯。比如，無論是Synopsys、Cadence還是Siemens EDA，在其過往的發展中，通過大量的整合并購吸收和容納外部的實力，讓它們很快能夠在EDA市場上“獨領風騷”。其次是當地政府扶持也讓它們在長期的發展中有著不斷的給養。比如Cadence，作為由SDA System和ECAD合并而來的EDA巨頭，憑借出色的班底被直接保送至全球前三。而除此之外，美國國防部對其長期的支持，也是Cadence一直處于行業巔峰的關鍵。

雖然現在來看，國際EDA巨頭的涌入讓中國的集成電路行業與世界進一步接軌，誕生了如華為海思這樣的優秀芯片設計企業。但與此同時，國內EDA的發展與在缺少養分和市場環境的情況下逐漸凋零。如今，伴隨著中美全方位的摩擦和對抗，國產EDA軟件實力不足的軟肋再次被現實揭開，無疑又為國產EDA的發展提供了重要發展機遇。

國產EDA發展正當時

從政策來看，自2008年中國工信部啟動“核高基”重大專項計劃起，國內EDA產業得到了國家層面的大力扶持。在“十二五”和“十三五”期間，我國繼續發布了多項鼓勵政策，支持EDA技術的發展和突破。

尤其是在去年，國家及地方政府紛紛發布的“十四五”規劃當中，大力發展集成電路設計工具（EDA）明確被寫在當中，其中，上海、山東、江蘇、浙江、廣東等沿海地區皆為重點支持EDA發展的省/市。

在產業方面，國內EDA企業也有如群星冉冉升起，并能夠在資本市場獲得青睞。比如華大九天，作為“熊貓系統”的繼承者，華大九天可以說是國產EDA的“國家隊”。雖然仍舊與國外EDA行業巨頭存在差距，但在某些方面還是值得稱贊的。

目前，華大九天已發展成為我國規模最大、技術最強的EDA龍頭企業。可以提供全流程數模混合信號芯片設計系統、SoC后端設計分析及優化解決方案、平板(FPD)全流程設計系統、IP以及面向晶圓制造企業的相關服務，其客戶覆蓋國內眾多集成電路企業。

2021年，包括華大九天、概倫電子、國微思爾芯以及廣立微在內的4家國產EDA企業，還紛紛登陸了資本市場。

在學術方面，去年底華中科技大學官方微信公眾號公布該校在11月4日結束的EDA領域國際會議ICCAD 2021上，華中科技大學計算機學院呂志鵬教授團隊獲得了CAD Contest布局布線（Routing With Cell Movement Advanced）算法競賽的第一名，也讓人頗為驚喜。

在市場方面，在全球集成電路及EDA行業發展持續向好的情況下，我國集成電路產業保持高速增長的大背景下，我國2018年、2019年、2020年EDA行業總銷售額分別約為44.9億元、55.2億元和66.2億元，實現連續增長。其中，2020年我國自主EDA工具企業在本土市場營收約為7.6億元，同比增幅65.2%。

結尾

總而言之，美國新一輪的打壓禁令的大棒落下來后，從國內產業的發展來講，一定會經歷一段時間的陣痛，但與此同時，在國內環境逐漸向好的情況下，也要對國產化保有一定的信心。因為一個國家的強大，一定離不開每一個細節，而EDA這塊硬骨頭，我們當然也啃得下。

參考資料：

1.華大九天首次公開發行股票并在創業板上市招股說明書

2.《EDA的中場戰事》，我思鍋我在

3.《EDA軟件：半導體行業的“七寸”（深度）》，計算機文藝復興

4.《EDA市場三足鼎立，國產EDA有何機會？》，全球半導體觀察

5.《EDA，國產芯片最薄弱一環》，賽博汽車

6.《傳美國將對華斷供GAA技術相關的EDA工具》，芯智訊