EDA公共技術服務平臺的發展和作用研究

吳克棟

摘 ?要：芯片的特征尺寸遵循量子摩爾定律持續縮小，當前最先進的CMOS集成電路制造工藝已演進到7nm工藝。未來幾年，5nm、3nm工藝也會陸續量產。先進的芯片制造工藝逐漸逼近經典物理極限，量子效應開始凸顯，并由此給集成電路設計（IC設計）帶來了前所未有的挑戰，設計的復雜度顯著提高。利用EDA公共技術服務平臺相關設計工具和設計環境，工程師將芯片的電路設計、設計IC版圖、性能分析的整個過程交由計算機自動處理完成，出錯少，效率高。強有力的EDA工具能幫助設計工程師解決各種潛在的問題，提高芯片的可靠性，縮短設計周期，加快芯片的量產，提高產品的市場競爭力。

關鍵詞：芯片 ?集成電路設計 ?IC設計 ?EDA公共技術服務平臺

中圖分類號：TN702 ? 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）10（b）-0004-02

EDA是電子設計自動化（Electronic Design Automation）的簡稱。設計人員在EDA平臺上，用硬件描述語言Verilog HDL進行設計文件和程序編寫，然后由計算機自動進行邏輯編譯、綜合優化、布局布線和仿真，自動進行芯片的適配編譯、邏輯映射和下載等任務。EDA技術可大幅度提高IC設計的效率和可操作性，減少錯誤，減輕勞動強度。EDA公共技術服務平臺通過整合資源，可提供EDA工具應用、設計環境和資源、技術支持、人才培訓等服務。

1 ?IC設計產業發展形勢分析

隨著社會和技術的發展，IC設計產業也快速由單一功能芯片向SoC芯片（系統芯片）發展。單個SoC芯片上就可以完整集成處理單元（如CPU、DSP）、存儲單元、模擬IP及其他各種功能IP核，可實現電子系統的全部功能，極大地縮小了電子產品的體積。SoC芯片在性能、成本、可靠性、功耗、生命周期以及適用范圍等方面有著明顯的優勢，因此它是IC設計發展的必然趨勢。隨著SoC芯片性能越來越強，芯片規模越來越大。SoC芯片的規模一般遠大于普通的ASIC（專用集成電路），可達數千萬門級別，包含數億個晶體管。由于納米級工藝帶來的設計困難、專業人才匱乏等，使得SoC芯片設計的復雜度和困難度大幅度提高，EDA工具的需求越來越多。

以南京為例，截止目前，南京江北新區集聚了200余家集成電路企業，涵蓋芯片設計、晶圓制造、封裝測試、終端制造等產業鏈上下游全部環節。其中，IC設計類企業接近100家。在臺積電、紫光存儲等龍頭項目的帶領下，華大半導體、中星微電子等國內芯片設計領域排名前十的企業有一半落戶南京江北新區。全球集成電路知名企業安謀電子（arm）、新思科技（Synopsys）、楷登電子（Cadence）也積極布局江北新區。創意電子（GUC）、臺灣欣銓、靈動微電子、國家ASIC工程中心、賽寶工業技術研究院等一大批重點項目也落戶南京江北新區，助力南京“芯片之城”全面提速。

我國像南京這樣擁有大量IC設計產業的城市都面臨著IC設計創新和增速困局。IC設計中小型企業和初創期企業數量占比最大，對推動整個IC設計產業的發展意義重大。這類公司一般無法承擔正版EDA軟件的高額許可費，為降低研發成本和知識產權風險，迫切需要EDA公共技術服務平臺來提供EDA工具和設計環境，企業只需支付較低的使用租金就可以享受專業的軟件設計工具、配套資源和技術服務。

2 ?建設EDA公共技術服務平臺對我國產業發展的重要性

當前，IC設計業正朝著高集成度，超大規模，高性能，低功耗的方向發展，加上納米級先進工藝給設計帶來的巨大挑戰，強有力的EDA工具能幫助設計工程師解決各種潛在的問題，提高芯片的可靠性，縮短設計周期，加快芯片的量產，提高產品的市場競爭力。

目前，全球EDA工具的主要市場被三大巨頭瓜分，Synopsys、Cadence、Mentor Graphics三巨頭擁有EDA工具大部分市場份額。2017年，全球包括EDA、半導體知識產權（IP）以及EDA服務等在內的整體EDA產業市場規模約為85～90億美元之間，三巨頭約瓜分70%的市場份額。

我國的EDA廠商主要包括華大九天（北京）、廣立微（杭州）、芯禾科技（蘇州）。與EDA三巨頭相比，我國EDA廠商的技術和市場份額差距很明顯。但華大九天能提供數模混合IC設計全流程EDA解決方案、SoC設計優化EDA解決方案等。廣立微在foundry良率測試分析工具方面，蘇州芯禾科技在package仿真工具方面具有自己獨特的優勢。

Synopsys、Cadence、Mentor Graphics 這三大國外EDA廠商提供了IC設計行業最全面的EDA工具，覆蓋了芯片設計的整個流程，支持當前最先進的芯片制造工藝，行業經驗豐富，技術成熟，研發實力強大。因此，目前我國的IC設計企業，幾乎都使用這3家的EDA設計工具。然而，由于許可費用高昂，只有規模大的芯片設計公司會購買。對于數量眾多的初創公司和中小型公司，在面臨設計成本和制造成本壓力以及研發周期漫長風險情況下，設計公司很難再支付EDA廠商高額的許可費用。另外，在國家對知識產權日益重視的背景下，知識產權保護越來越嚴格，若使用盜版軟件工具將面臨高額的知識產權風險。

在市場迫切需求情況下，我國已逐步建立多個EDA公共服務平臺提供EDA工具、設計服務、技術支持、人才培訓等業務，以滿足眾多中小型IC設計企業對正版EDA軟件設計環境的需求，降低企業的EDA軟件使用成本和知識產權風險。

3 ?我國主要的EDA公共技術服務平臺建設情況

目前，我國的EDA公共服務平臺主要依托國家集成電路設計產業化基地和國家芯火雙創基地。自2000年開始，我國科技部在北京、上海、深圳、無錫、杭州、西安、成都、濟南等地區，先后批準建立8個國家集成電路設計產業化基地，后來還批準建立廣州國家現代服務業集成電路設計產業化基地。自2016年開始，我國工信部先后在國內幾個重要城市批準建設首批國家芯火雙創基地，包括深圳、南京、北京、上海、杭州、西安、合肥、無錫等城市，并逐步建設了EDA公共服務平臺。

我國集成電路設計產業化基地已經打造了一個以環渤海、長三角、珠三角為核心，輻射全國的EDA公共技術服務平臺體系，服務企業數量占全國IC設計企業80%以上。各基地都已建立了EDA公共技術服務平臺，提供包括EDA工具、MPW流片、IP開發和復用、測試驗證、SoC設計服務、人才培養和引進、創新應用推廣、創新成果轉化等服務，積累了較多的技術、資源和運行經驗。IC設計產業的發展直接帶動相關產業的轉型升級和技術創新，有力支撐戰略型新興產業的快速發展。EDA公共技術服務平臺在孵化IC設計初創企業，扶持IC設計中小型企業，引進IC設計海歸企業等方面發揮重要的基礎性支撐作用，為近10年來我國IC產業的快速發展起到重要推動作用。

4 ?結語

IC設計技術日漸復雜，EDA工具軟件十分昂貴。因此，建立完善的EDA公共技術服務平臺能夠為集成電路設計產業提供價格低廉、服務優質、開放共享、資源豐富的軟硬件工具和服務，能極大地促進IC設計行業的快速發展。

參考文獻

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