EDA发展历史及现状
最后更新：2020-04-07 11:38:04 手机定位技术交流文章
介绍
当我开始写这篇文章时，我想到了1994年2月的某一天，在北京的人民大会堂，一个重要的商业活动即将开始。这是Cadence进入中国的开幕式。主席台上的一面红色大横幅上写着:“凯德科美科中国”，宣布世界顶级电子设计自动化供应商已经开始进入中国市场。
Cadence是世界上重要的EDA制造商，也是最早进入中国市场的EDA供应商。
Cadence于上世纪90年代进入中国，这是中国半导体的起步阶段。这一阶段有两个标志:一是国家908工程，以无锡华静6寸线为中心，全国建立了10个无晶圆厂设计中心(后扩大到20多个，涵盖集成电路企业、整机企业、国防科研院所、大专院校等)。)。这是中国半导体产业链首次在国家层面布局。第二个迹象是，由清华大学微电子研究所徐家生教授领导的团队在20世纪80年代末和90年代初开发了16K(2k×8)NMOS SRAM。该电路采用3μmNMOS双层布线工艺。当时，中国有五家重点半导体制造企业:无锡华晶、绍兴华月、上海北陵、上海飞利浦和北京首钢日照。
我工作的国防研究所代表了这个行业的最高水平。这是一条3英寸3微米的CMOS工艺线(CMOS成为主流工艺之前的NMOS工艺)。这就是Cadence进入中国时半导体市场的背景。
EDA进入中国的意义
在Cadence进入中国的第二年，另外两家EDA制造商Synopsys和Mentor Graphics也悄悄地进入了中国。20世纪90年代，中国集成电路设计的EDA市场基本上被这三家公司瓜分，仅在设计工具的不同领域处于领先地位。国内软件熊猫只占据一小部分领土。
EDA进入中国的最大意义在于使国内集成电路设计工具开始与世界接轨，结束了过去依赖半人工半自动化的计算机辅助设计(CDA)时代。随着设计工具的改进，我们已经开始在设计方法上接近世界水平，并且在一定程度上，我们已经加快了我们的集成电路设计水平。
今天，EDA在计算机、通信、航空航天等领域的作用是毋庸置疑的。1993年，EDA市场仍然很小，只有19亿美元，到2018年达到97亿美元，预计到2019年将超过100亿美元。
随着集成电路规模的巨大发展，今天的芯片设计已经达到了数万亿门的集成度。手工完成它是不可思议的。EDA行业专门为芯片设计工程师提供逻辑综合、布局、仿真和验证工具，已经成为整个半导体行业生态链中最上游和最高端的节点。
EDA作为集成电路设计的基本工具，大致经历了三个发展阶段:
第一阶段是计算机辅助设计时代，计算机辅助设计是计算机辅助设计。在20世纪70年代和80年代，设计者依赖于电路图的手动输入、布局和布线。由于这一时期电路集成度低(数百到数千个晶体管)，晶体管图形(布局)被手工绘制在坐标纸上，输入到图形发生器，然后通过“红膜雕刻”制成平版。到20世纪70年代中期，可编程逻辑技术出现了。开发人员试图自动化整个设计项目，不再满足于完成光刻掩模的绘图。这一时期计算机辅助设计的主要功能是交互式图形编辑、晶体管级版图设计、版图设计、设计规则检查、门级电路仿真和验证等。这是电子设计自动化的萌芽阶段。第二阶段是电子设计自动化的商业化。这个时代的特点是可编程逻辑器件开始成熟。这一阶段的标志是卡夫尔·米德和琳·康维于1980年出版的《超大规模集成电路系统导论》。本文首次提出用语言编程来设计芯片。在这种思想下，硬件描述语言VHDL和Verilog得以发展，为EDA的商业化奠定了良好的基础。到目前为止，尽管语言和工具仍在不断发展，但通过编程语言设计、电路验证和工具综合来获得底层物理设计的方式并没有改变。在此期间，电子设计自动化开始商业化。第三阶段是系统设计阶段。20世纪90年代，随着硬件语言的标准化和集成电路设计方法的不断发展，推动了EDA设计工具的普及和发展。在此期间，出现了各种设计方法流派:完全定制设计、半定制设计、专用集成电路设计、标准单元库、门阵列、可编程逻辑阵列等。在这个阶段，设计者开始从电路设计转向系统设计。EDA工具可以实现从系统行为级描述到系统综合、系统仿真和系统测试，从而真正实现设计自动化。这一时期的EDA技术的特点是高级语言描述、系统级仿真和综合技术。在此期间，自上而下的设计方法成为主流。
进入21世纪后，EDA技术得到了更大的发展。主要特点是在仿真验证和设计层面支持标准硬件语言的EDA软件工具更加强大，大规模可编程逻辑器件不断推出，系统级和行为级硬件描述语言更加高效和简单。
EDA主流制造商
经过近30年的市场博弈，全球EDA市场的主要参与者基本保持不变，或者说前述的Cadence、Synopsys和Mentor Graphics，这三个垄断市场的格局没有改变。然而，门拓被西门子收购，其名称成为西门子门拓。
20多年来，这三家EDA公司似乎一直保持着自己的领域，并在各自的专业领域中不断努力。三家公司在中国的员工也很友好。他们中的一些人仍然在几家公司之间跳来跳去，但他们也很平静。这三个是竞争性的和友好的。它们可以在全球半导体技术和市场的动态变化中保持相对平衡的格局。它们也是行业中的另一种景观。
就规模而言，Synopsys目前是世界上最大的，2018年市场份额为32.1%。Cadence仅次于Synopsys，2018年市场份额为22.0%，Mentor Graphics市场份额约为10%。
从技术上来说，这三家EDA制造商都有自己独特的优势，或者说解决设计过程的重点是不同的。
如果粗略划分，EDA工具分为三部分:前端(Verilog数字描述，数模混合)；后端(放置和布线布局和布线)；核查(刚果民主共和国/LVS等。)。
Cadence的创新设计软件(来源:Cadence)
所有三家EDA供应商都可以提供一套完整的芯片设计解决方案，包括一套完整的设计工具，如模拟、数字前端(图形编辑、逻辑合成)、后端(布局)、可测性设计、签核等。Cadence的优势在于模拟仿真以及模拟和混合信号的布局设计。Synopsys的优势在于逻辑综合、数字前端、数字后端和终端签核，而Mentor的优势在于Calibre签核和DFT，它们在PCB设计方向上更具特色。
此外，Cadence和Synopsys还提供IP授权(硬核和软核)，这对中小型设计公司非常有吸引力。
芯片设计中常用的主要模拟和验证工具(来源:与非门网络)
从历史上看，EDA最早的玩家是Calma、计算机视觉和Applicon，它们在20世纪70年代并驾齐驱。进入20世纪80年代后，Mentor Graphics、Daisy和Valid开始崛起。未来还会有另一个两代情，那就是与Cadence发生长期诉讼的公司。两代情在败诉后被Synopsys收购。
经过20多年的市场竞争，这三家公司得以生存和发展。Cadence、Synopsys和Siemens Mentor占据了全球EDA市场近70%的份额。
从这三家公司近年来在中国的布局可以看出，EDA正在向系统化、本地化的方向发展。2017年底，Cadence与南京市政府合作，投资数亿元成立“南京丁凯电子科技有限公司”，使研发和技术支持更加本地化。Synopsys更加雄心勃勃，将在武汉建立一个新思科技全球研发中心，该中心将于2019年12月竣工并开放。NST全球总裁陈智宽称，R&D中心是“随着电子设计进入新时代，NST在中国发展的一个重要里程碑”在此之前，Synopsys武汉研发中心已经运营了7年。
中国电子设计自动化企业现状
说到中国的电子设计自动化行业，首先要说的是我们行业非常熟悉的“国宝”熊猫集成电路设计系统——华大九天。
华大九天成立于2009年。其前身是原华大电子“熊猫”的EDA设计平台。该平台承担了国家重大科技攻关项目熊猫集成电路CAD系统的研发，并获得国家科技进步一等奖。尽管它赢得了奖项，但在走向市场的道路上，它充满了艰辛和挫折。在90年代国家908项目的推动下，设计中心作为国家布局，收购了熊猫系统，但随着几家国际巨头的进入，其市场化道路变得更加艰难。
作为国家队，华大九天已经发展成为中国最大、最强的EDA龙头企业。可为晶圆制造企业提供全过程数模混合信号芯片设计系统、SoC后端设计分析和优化解决方案、平板显示器全过程设计系统、知识产权及相关服务，客户覆盖国内多家集成电路企业。
另一家具有特色的EDA公司是山东济南贵润电子科技有限公司，该公司成立于2010年3月。其产品包括电路模拟/面向成品率的设计技术和半导体器件模型/噪声测试解决方案。下一步是开发新一代大规模、高精度仿真和设计验证平台、面向纳米制造技术的半导体器件建模库平台和测试验证系统。
加伦公司的创始人刘志红与硅谷的胡正明团队合作开发了BSIM3仿真模型。后来，生物香料在此基础上发展起来。刘志红博士曾担任凯登斯全球事务副总裁。
最近，加伦电子公司收购了博达微技术公司。博达微的主要产品是测试领域的半导体测试系统，以及以人工智能算法为核心的半导体测试方案、器件模型和物理验证工具。这两家公司过去既是竞争对手，也是合作伙伴。此次收购将有助于充分发挥双方各自的优势，实现互利互补。这对中国的电子设计自动化行业也是一件好事。
广利威是一家专门为半导体企业提供性能分析和产量改进计划的公司。它成立于2003年，总部设在杭州。本发明提供了一种基于测试芯片的软硬件系统和整体解决方案，可作为高效测试芯片自动设计、高速电学测试和智能数据分析的全过程平台，有助于提高集成电路的性能、成品率和稳定性。
苏州新和科技是一家专业从事EDA软件、集成无源器件IPD和系统级封装SiP的公司，成立于2010年。它可以为芯片设计公司和系统制造商提供差异化的软件产品和芯片小型化解决方案，包括高速数字设计、集成电路封装设计和射频模拟混合信号设计。
总部位于武汉的九通方微电子有限公司，简称“九通方”，很容易让人联想到“玖龙”，成立于2011年。它有16个在美国学习的核心研发团队。提供完整的集成电路工艺设计工具，从电路原理图设计、电路原理仿真(超大规模集成电路、射频电路)，到三维电磁场全波仿真集成电路设计工艺仿真能力。
中国也有大量的本地EDA制造商，如天津蓝海卫科技，其产品是与布局相关的EDA点工具和服务。2016年，三名来自硅谷的中国医生在硅谷创建了成都Okas，并于2018年登陆成都高新区。主要产品验证工具，包括用于功能特性验证的AveMC和MegaEC全过程设计平台；深圳洪欣微纳成立于2018年，曾被命名为“深圳市神通微纳科技有限公司”(现在仍然是神通。看看阿里巴巴。把它命名好是非常重要的！)，其产品主要是场所和；路由相关工具；苏州科景达电子成立于2011年。产品是半导体器件模拟、辐射传输和效应模拟技术领域的数值计算软件和服务。
2014-2019年Q1全球EDA行业市场规模和增长(来源:公共数据汇编)
除了企业，高校也有从事EDA软件研发的团队。例如清华大学计算机系EDA实验室和复旦大学应用集成电路与系统国家重点实验室。
清华大学计算机系EDA研究室成立于20世纪70年代初。主要研究高层综合、验证与仿真、互连规划与优化、时钟网络优化、版图布局、布线和寄生参数提取等。华大先后与清华大学、复旦大学、浙江大学和福州大学建立了“华大九天实验室”。深圳国威与西安电子科技大学最近共同成立了“西安国威电子设计研究院”。
就国内EDA企业而言，数量众多，但相对分散，个体规模相对较小。对于电子设计自动化这一利基市场来说，这三个国家在世界上可以达到70%的份额。除了华大的九天之外，我们的大多数EDA公司起步相对较晚。在一个前面有老虎，后面有狼的市场里，尽管有恐惧，年轻一代要赶上肯定是一件非常困难的工作。因此，追求必须有重点，而不能全面进行。
中国EDA行业最难突破的应该是人才。全球EDA员工人数从2017年的37，200人增加到2018年的42，800人，增加了56，600人。虽然人数在不断增加，但作为芯片/集成电路产业链的前端，EDA软件领域的研发人才却少之又少。
另一种方式是整合并购，通过并购，EDA产业将更加集中，分工也更加合理。吃小鱼，吃大鱼，吃强者，也是EDA行业不争的事实。从这个角度来看，加伦收购博达维无疑是一个非常好的先例。
结束语
中国EDA企业正处于“夹缝中求生存”的境地，但同时也面临着巨大的机遇。随着半导体制造中心向中国大陆转移，EDA产业的重心也将转移到中国大陆。正如Cadence和Synopsys继续扩大其在中国的研发能力，我们已经认识到EDA软件人才培养的重要性。可以预见，本地EDA行业将在不断学习和完善的市场趋势中逐步成长。
附言
中午，当这篇文章快要结束的时候，我在我工作的软件园地下餐厅吃饭，遇到了一个来自中国中部河南省焦作的年轻人。聊天中，我了解到他的公司是永中，总部在无锡(软件园飞鱼座)。他们公司正在中国开发一种本地办公软件。这项开发已经进行了20多年，目前拥有一支超过500人的团队。据小倪说，像他这样的公司也有金山，该公司熟悉金山词霸，正在开发金山WPS，一个基本的文字处理办公软件。我想，我们中国的EDA软件公司什么时候才能坚持20多年，也许只剩下3家企业，那么成功的希望就更大了。坚持研发和自主创新，只有这样，我们才能在EDA领域与世界级的巨头竞争。没有别的办法。
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