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EDA（Electronic Design Automation）是电子设计自动化软件的简称，EDA产业是集成电路设计最上游、最高端的产业，涵盖了集成电路设计、布线、验证和仿真等所有流程，是集成电路设计必需、也是最重要的软件工具，被称为“芯片之母”。EDA软件按产品类型细分包括：计算机辅助工程（Computer Aided Engineering，CAE）、印刷电路板（Printed Circuit Board，PCB）和多芯片模块（Multichip Module，MCM）、集成电路设计和验证、半导体知识产权（Intellectual Property，IP）。IP即半导体集成电路设计中那些可以重复使用的、具有知识产权的设计模块。集成电路设计公司无须对芯片每个细节进行设计，通过购买成熟可靠的IP方案，实现某个特定功能。这种类似搭积木的开发模式，缩短了芯片开发的时间，提高了芯片的可靠性。EDA软件厂商通常都提供成熟的半导体IP设计方案。
国产EDA软件在艰难中起步
我国EDA产业起步相对艰难。在发展初期，巴黎统筹委员会对我国实施禁运，国外EDA软件无法进入中国，于是国内开始自主研发EDA软件，1991年，第一版国产EDA软件——熊猫系统上市，并且一度闯入国际市场。但1994年，“巴统”解散，国外EDA公司迅速进入中国市场，由于当时我国半导体产业整体处于起步阶段，人才、资金和产业链的缺乏导致国内EDA公司在竞争中节节败退，市场份额大量流失，中国的EDA产业很快进入了低谷期。2008年4月，国家“核高基”重大科技专项正式进入实施阶段，EDA领域也迎来了新一轮的国家支持，经过行业整合，国内出现了华大九天、芯愿景、广立微、芯禾科技、概伦电子等一批优质企业，国产EDA再度迎来发展。2018年，我国某些芯片设计企业被产业链上游断供，EDA软件的重要性再次凸显。2018年9月，国家集成电路产业投资基金战略投资国内EDA软件龙头企业华大九天，从此EDA软件的发展进入国家队的统筹规划中。
华大九天在EDA方面有四个解决方案：一是模拟/数模混合芯片设计全流程，是全球第一个采用GPU加速技术实现电路仿真的；二是数字SoC设计优化EDA系统；三是晶圆制造专用工具和服务；四是平板显示设计EDA系统。除了四个解决方案之外，还有围绕接口类的IP。然而跟国际EDA三巨头相比，技术上的差距依旧很明显：一是缺乏数字芯片设计核心工具模块，无法支撑数字芯片全流程设计；二是对先进工艺支撑还不够，除了两三个工具能支持14nm、7nm、5nm之外，其他很多工具都做不到；三是缺乏制造及封测EDA系统，无法支撑芯片封测厂商的应用需求。
经过30余年的长足发展，全球EDA软件主要供应者是美国企业Synopsys、Cadence和Mentor Graphic，并称EDA三巨头。三大EDA企业占全球市场的份额超过60%，2018年，Synopsys全球市场份额领先，占比达到32.10%；Cadence次之，占比为22.00%；Mentor Graphic占比为10.00%。国内EDA市场寡头垄断的现象更加严重，三巨头所占比例高达95%，包括华大九天在内的国内EDA企业总份额占比不到5%，国内半导体市场对美国企业EDA软件依赖严重。
当前EDA三巨头已经开始探索将云计算、人工智能等技术引入EDA工具中。2018年5月，Synopsys公司推出了云端IC Validator，作为云端芯片物理验证方案；2020年3月，Synopsys推出了DSO.ai（设计空间优化AI），这是业界第一个用于芯片设计的自主AI应用程序。国内EDA企业目前还没有推出相关的探索成果。
现实困难不容忽视
目前，国产EDA软件发展面临困境。
第一，国产EDA软件工具不够全面，尤其是在数字电路方面，Synopsys与Cadence公司垄断了SoC设计主流程的EDA工具，在物理验证、综合方面，国产EDA软件技术与国际三巨头差距很大，国产EDA厂商还没有能力全面支撑产业发展。国际EDA三巨头积累了深厚的技术壁垒、专利壁垒，国产EDA软件总体上很难离开三大巨头公司的平台。
第二，人才短缺，投入不足，没有足够的工程师来开发此类软件。我国约有1500名EDA软件开发工程师，只有300名左右工程师在国产EDA公司和研究机构工作，其他大部分都在国际EDA三大巨头处工作。而Synopsys公司一家就有7000多名研发人员，其中有5000多人从事EDA的研发。在研发投入方面，半导体行业观察资料显示，本土EDA企业龙头华大九天，过去十年间所投研发资金也只有几亿元人民币，而Synopsys仅2018年的研发投入就约为10.8亿美元，Cadence 2018年的研发投入约为8.7亿美元。
第三，EDA软件转换成本极高，新的玩家进入市场非常困难。芯片设计公司一旦采用某种EDA工具即不易转换，因为芯片设计工程师熟悉该EDA工具，如果要转换必须重新学习，而且先前设计的历史档案数据库会因为EDA工具不同而必须作一定程度的转换甚至重新设计。国内相关芯片设计人员早已熟悉国际三巨头的EDA工具，原有的大量产品设计、技术积累都是基于三巨头的EDA工具，难以承受EDA软件转换的成本，缺乏切换到国产EDA软件的动力。
第四，国产EDA工具缺乏与先进工艺的结合。芯片EDA软件的最大特点是它与芯片代工厂具有高度的绑定关系，设计芯片时需要芯片代工厂提供的数据包，称之为工艺设计套件（PDK）。PDK是集成电路设计公司、芯片代工厂和EDA厂商的沟通桥梁，当开始一个新的半导体工艺时，需要预先开发一套PDK，PDK用代工厂的语言定义了一套反映代工厂工艺的文档资料，包含芯片的设计规则、模拟模型、单元规格、数据的文件。PDK数据包更新频繁，通常会不断优化，并且对EDA软件有绑定及校验的作用，一般只支持当前最新版的EDA工具。国际EDA三巨头在新工艺开发阶段与世界领先的晶圆代工厂如台积电、三星电子均有全方位合作，对生产工艺有很深刻的理解，而国内EDA厂商只能在代工厂工艺开发完以后拿到部分数据，无法接触到先进工艺的核心部分，难以针对先进工艺设计改良EDA软件，造成与国际EDA三巨头的客观差距。
国产EDA软件正迎来弯道超车机遇
同时，我们也要看到，国产EDA软件正迎来难得的发展机遇。
第一，国家意志的支持。随着国家加大对核心芯片国产化的政策、资金投入，半导体产业链自给率低的问题得到了整个社会舆论和资本的关注与重视，半导体产业链国产替代成为关系到国家安全的亟待解决的问题。EDA软件作为芯片设计阶段最重要的工具，国产化需求自然会让国产EDA厂商有更多的机会。出于对供应商供货稳定性、安全性的考虑，国内芯片设计公司会更有动力拓展供货商来源，增加使用国产EDA软件的比例。
第二，巨大的市场需求和增长潜力。2019年，中国半导体市场规模为1547亿美元，占了全球市场份额的33%，已经成为全球最大的半导体消费国，规模相当于美国、欧盟及日本的总和，其中芯片设计行业市场规模约为440.7亿美元，年复合增长率为25.9%，市场规模暂居世界第二。我国芯片设计企业的数量自2012年以来逐年增加，逐步进入全球市场的主流竞争格局中，截至2019年年底，我国芯片设计企业达到1780家。在2019年全球前50家芯片设计企业中，我国企业占据了10个席位，并且培育出华为海思等达到国际先进水平的芯片设计巨头，巨大的产业规模为国产EDA软件的发展提供了足够大的市场。
第三，我国芯片代工工艺的进步。随着我国芯片代工厂的发展，国产EDA厂商有了与芯片代工厂深度合作的可能。目前中芯国际已经能够量产14nm的芯片，同时12nm、7nm也在测试之中，离国际先进水平只差1至2代。国产EDA软件厂商与中国先进芯片代工厂商绑定，使在物理验证、综合等领域完善EDA软件成为可能。芯片设计公司、EDA厂商和芯片代工厂合作进行EDA软件研发，制定国产EDA软件的开发规范，成立EDA-IP-代工厂联盟，带动EDA软件协同发展极有希望。
第四，云计算、人工智能等技术与EDA技术的融合为国产EDA技术后来居上提供可能。随着芯片设计的规模和复杂程度逐年增长，芯片设计需要处理大量计算，芯片验证是一项计算尤为密集的任务，云计算技术可以满足计算密集需求；同时，随着人工智能逐渐成为市场的主要驱动力，将人工智能引入EDA工具，可以帮助芯片设计达到更优化的目标，开发性能更高的终端产品。我国在云计算、人工智能等领域与国际先进技术差距不大，基于云计算、人工智能的EDA技术可将我国EDA企业与国际三巨头的技术差距大大缩小，我国企业有机会通过引入云计算、人工智能实现弯道超车。中国信息通信研究院泰尔终端实验室 段虎才(来源：中国.邮.电.报)
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