EDA软件如何突破美国的“瓶颈”技术?

一年后,5月15日,美国政府再次利用其国家权力阻止华为。与去年的“516实体名单”相比,这次的攻击更加精确和彻底。

简而言之,如果世界上任何一家半导体公司想为华为生产芯片,它必须首先获得美国的许可。

为什么美国政府能如此宽容?因为无论世界上哪个半导体企业或多或少都在使用美国企业的软件和技术。这就是所谓的“长臂管辖权”。

中国半导体公司必须受此约束吗?理论上,这是因为中国半导体产业链中的一些底层技术只能使用美国技术。

美国全面限制和升级了华为的芯片产业,涵盖了芯片设计的上游软件、芯片制造的上游设备,以及目前TSMC生产的最重要的7纳米芯片制造。美国商务部对华为芯片产业链的所有环节发起了有针对性的精确攻击。

首当其冲的是芯片设计的上游EDA软件。虽然华为可以设计芯片,但集成电路设计的高端软件EDA工具基本上仍被凯德思、Synopsys和Mentor垄断。在中国市场,这三家EDA软件公司占据了95%的市场份额。

就华为而言,自去年516起,美国三大EDA制造商与华为的合作已相继终止。这意味着自那以后,华为没有收到新工具和新的升级服务,但它可以继续使用华为购买和授权的EDA工具。换句话说,目前华为海斯也可以使用旧的EDA进行集成电路设计。

然而,从长远来看,在国内取代EDA软件势在必行。一些分析人士认为,美国的技术限制给中国国内EDA软件的发展带来了机遇。

话虽如此,我们也必须清楚地认识到中美在EDA软件方面的技术差距以及本地化和替代的困难。但与此同时,我们必须放弃“妥协和投降”的幻想,寻求技术突破的可能性。

为什么电子设计自动化软件很重要?

如果将芯片制造比作建筑,集成电路设计就是建筑的设计图,EDA软件是该图的设计工具,但EDA软件的复杂度比建筑设计软件高n个数量级。

电子设计自动化是电子设计自动化的缩写。它是基于电子计算机辅助设计技术开发的计算机辅助设计软件系统。它集成了应用电子技术、计算机技术、信息处理和智能技术的最新成果,进行电子产品的自动化设计。

使用EDA工具,电子设计人员可以从概念、算法、协议等方面设计电子系统。并且可以在计算机上自动处理从电路设计、性能分析到集成电路布局或印刷电路板布局的整个电子产品过程。EDA技术可以广泛应用于电子、通信、航空航天、机械等领域。

随着集成电路技术的发展,EDA软件在业界越来越成为“芯片设计软件工具”的代名词。

换句话说,EDA软件是芯片设计的重要工具。然而,由于芯片设计过程复杂、分工精细、多技术集成,EDA软件并不仅仅指一个或几个软件,而是涉及近百种不同的技术,涵盖了各种“点工具”软件工具集群。

EDA软件可以大大提高芯片设计的效率。同时,EDA软件也应用于芯片制造和封装。电子设计自动化、半导体材料和设备共同构成了集成电路的三大基础。如今,一个芯片上至少有数亿至数十亿个晶体管需要在设计过程中进行连续的模拟和验证,这是与EDA软件分不开的。没有EDA工具,即使是最先进的芯片设计者也是无用的。

从EDA在芯片设计和制造中的基本作用来看,它的重要性是不言而喻的。然而,从EDA软件的复杂性来看,其技术实现非常困难。

具体来说,芯片的前端设计包括芯片规格的制定和详细设计、高密度编码、仿真验证、逻辑综合、静态时序分析和形式验证。后端设计包括布局设计、布局规划、综合布线、布局布线、寄生参数提取、布局物理验证等。

从上述设计过程中使用的工具来看,它几乎被Cadence、Synopsys和Mentor所垄断,这可能会让许多呼吁尽快实现EDA软件本地化的人失望。

那么,中国的EDA本地化替代面临什么挑战?

EDA本地化替换有什么困难?

我们必须首先了解EDA行业的特点。EDA是集成电路产业链中极其重要的关键基础环节,但也是一个产值相对较小的高度集中的产业环节。

2018年,与近5000亿美元的芯片产业相比,EDA的市场规模只有97.15亿美元。70%的市场份额由西门子旗下的EDA的三大巨头Synopsys、Cadence和Mentor Graphics持有。全球EDA产业形成了三大巨头的寡头垄断格局。在中国市场,三大巨头占据了EDA 95%以上的市场份额,集中度较高。

这不仅极大地挤压了中国EDA行业的发展空间,也严重影响了国内EDA软件的研发步伐。20世纪90年代,当美国解除对中国电子设计自动化的禁令时,美国先进的电子设计自动化软件迅速进入中国并接管了中国。结果,中国羽翼未丰的EDA的独立研发步伐被打乱,“技术市场”成为十多年来的路径依赖。

与美国高端成熟的EDA产业链相比,中国EDA产业发展的难点是什么?

首先是技术门槛。EDA工具是一个“多工具”软件集群。目前,我国企业在一些工具上取得了突破,但目前需要更多的技术积累在完整的、可利用的全过程工具链上,这不可能在短时间内完成。

其次,技术集成度高。EDA是芯片设计公司、晶圆厂和EDA软件供应商之间长期合作的结果。它需要大量的人才投入、数学优化和经验积累,不可能一蹴而就。目前,许多EDA企业不仅提供EDA软件,还提供IP设计,通过开发一些定制的EDA功能,不仅可以降低成本,还可以提高IP质量,因此成为当前流行的主要模式。中国先进制造工艺的综合设计能力落后于国外2-3代。

同样,人才的门槛。在ed a软件研发人才方面,我国开设EDA专业的高校不多,互联网和金融业吸引了大量的软件开发人才,导致EDA软件研发人才严重短缺。

最后,中国还需要加强对EDA技术知识产权的保护。

目前,电子设计自动化已经成为中国半导体行业实现自我控制的关键瓶颈。在EDA软件领域,我国已经有华大久天、广利威、新和科技、兰海威、久通方威、博达威、古龙电子、科景达、创联阮直等企业,在克服上述困难方面需要实现从“点”到“面”的全面突破。

EDA软件如何被本地化所取代?

让我们先看看目前的情况。在去年516实体上市事件之前,华为获得了该版本EDA工具的永久授权。由于这些EDA软件可以在两到三年内主导实际的芯片制造过程,因此EDA禁令在短期内不会对华为的芯片设计产生太大影响。

然而,如果华为因持续禁止技术出口而无法获得更新的EDA工具,将极大地限制华为高端芯片技术的迭代开发。不久前,华为试图与意法半导体联合设计芯片。n)。其目标之一是获得电子设计自动化设计技术,以发现美国技术禁令之外的技术文件。然而,随着这一轮制裁的加剧,这种合作也可能终止。

目前,华为只能将14纳米芯片制造订单转移到SMIC国内。然而,在制造5纳米和7纳米芯片方面,SMIC仍然落后于TSMC。其中一个重要原因是,为SMIC提供芯片设计软件的国内制造商无法在高端芯片设计上实现突破。

从长远来看,中国国内对EDA软件的替代势在必行。相反,美国新一轮的技术升级增强了中国半导体产业独立的决心和速度。然而,一系列因素也在悄悄地推动着中国EDA软件产业的发展和失败。

首先,EDA在中国的领先企业正在接受来自国家和投资机构的各种财政援助和战略投资。

5月15日晚,SMIC宣布,国家集成电路基金二期和上海集成电路基金二期分别向SMIC南部注入15亿美元和7.5亿美元。这将大大扩展14纳米晶片的容量。

同样,国家也在加大对EDA产业资源的倾斜力度,以促进EDA软件的自主开发。其中,国威深圳的“EDA系统开发及芯片设计全过程应用”专项子课题(简称“项目”)已获国家重大科技项目批准,项目总资金约4亿元。作为中国最大的EDA公司,华大近年来也从中国各投资机构获得了几轮数亿元的投资。

在政策支持方面,面对不使用国产EDA软件的情况,国产EDA软件有一定的购买偏好。例如,深圳最近发布了《关于加快集成电路产业发展若干措施》,这是国内第一个明确支持EDA研发的政策,包括对EDA研发的资金激励,以及对购买国内EDA软件的补贴。

其次,在市场层面,国内集成电路产业的新发展也为国内EDA软件的发展带来了一定的机遇。

目前,国内芯片普遍采用12纳米、7纳米等新技术,迫切需要国内EDA软件来开发与国际大工厂相当的产品。只有在基于最先进技术的设计中,才有可能发现过程中的缺陷和潜在的产品机会。当然,这给国内集成电路设计企业带来了一定的挑战,但在美国可以随时“堵塞”的情况下,我们必须付出一定的试错成本来推动国内EDA软件的进步。

新应用的兴起,如人工智能芯片和物联网芯片,给现有的电子设计自动化行业和芯片设计过程带来了新的挑战。与此同时,它也给中小型电子设计开发公司带来了许多新的技术研究方向,成为他们突破电子设计开发巨头主导壁垒的新机遇。

第三,人工智能技术作为一个新的变量正在给国内集成电路设计带来突破。

最近,谷歌正在使用人工智能算法来学习芯片的布局,这样它就可以在更短的时间内设计出人工设计之外的产品。同样,人工智能技术也在EDA公司得到广泛应用。例如,华大在第九天推出的“九天邓泽旭”就是使用人工智能算法来加速知识产权验证。通过人工智能学习以前的知识产权案例,验证新知识产权,验证准确率达到99%左右。

此外,如果我们要从更长远的角度看待美国的这一“突破核心”事件,我们必须认识到,完善的技术创新产权保护和成熟的人才培养机制是我国实现核心技术掌握在自己手中的根本途径。

最后,我们应该清醒地认识到,国内替代EDA软件等与芯片制造相关的核心技术肯定不是一件自然的事情。如果你想一想日本半导体的繁荣和衰落,你可以向他们学习。

从短期来看,在国外禁用EDA软件不会对华为造成致命的影响,但由于美国对整个半导体技术的限制和升级,华为正面临着更加危险的局面。主动游戏和寻找“备用轮胎”变成了两手准备,要同时进行。

从长远来看,这个国家和这个行业不能再有对美国“妥协”和“寻求宽恕”的幻想。该行业的所有部门必须表现出耐心和决心,投资于发展和研究。