EDA（Electronic Design Automation）已經(jīng)成為了集成電路產(chǎn)業(yè)中重要的一環(huán)，而目前全球EDA市場主要是被國際巨頭所壟斷。尤其是在貿(mào)易局勢多變的情況下，EDA也被視為是我國集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程當中的一個“卡脖子”環(huán)節(jié)。
但從我國EDA產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀上看，我國EDA市場還存在著產(chǎn)品覆蓋不全、技術(shù)積累薄弱、人才缺口巨大等問題。為了改善這種現(xiàn)狀，在2020集成電路EDA設(shè)計精英挑戰(zhàn)賽的同期，南京集成電路設(shè)計服務(wù)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心有限公司（ 簡稱：EDA創(chuàng)新中心 ）舉辦了“開源EDA助力產(chǎn)學融合論壇”。
EDA創(chuàng)新中心行政副總經(jīng)理李琳表示：“集成電路是高科技領(lǐng)域產(chǎn)品及應(yīng)用的核心技術(shù)之一，EDA則是我國集成電路產(chǎn)業(yè)中仍顯薄弱的一環(huán)。而開源作為一種創(chuàng)新的模式已經(jīng)在軟硬件方面取得了巨大的成功，如何將開源的成功復(fù)制到EDA領(lǐng)域，發(fā)掘出開源EDA的價值，也成為了業(yè)界的新課題。”
▲EDA創(chuàng)新中心行政副總經(jīng)理李琳
開源EDA的必要性
從全球EDA產(chǎn)業(yè)發(fā)展的情況來看，上個世紀九十年代，美國在支持超大規(guī)模集成電路發(fā)展的過程中，推動了一系列EDA工具的發(fā)展，奠定了其在全球EDA領(lǐng)域中的優(yōu)勢地位——據(jù)相關(guān)統(tǒng)計資料顯示，目前，除了三大EDA巨頭是美國企業(yè)，全球中小型EDA企業(yè)中的60%也是在美國建立。
多年來，這些美國企業(yè)主導(dǎo)著全球EDA市場。如今，EDA已經(jīng)發(fā)展成為了集成電路的核心支柱產(chǎn)業(yè)，而我國在EDA領(lǐng)域還與世界先進水平具有一定的差距，因此，國外廠商的發(fā)展經(jīng)歷和技術(shù)發(fā)展方向也能為本土廠商提供思路。
▲DARPA通過IDEA/POSH兩個開源項目的實施，使得可供使用的開源EDA數(shù)量增加了近一倍
東南大學國家專用集成電路系統(tǒng)工程技術(shù)中心教研室主任楊軍博士指出，發(fā)展國產(chǎn)EDA的目的在于要對集成電路產(chǎn)業(yè)起到支撐的作用。從另外一方面看，集成電路發(fā)展的最大動力是創(chuàng)新，EDA則是創(chuàng)新的載體之一，所以，本土EDA的發(fā)展不僅要補短板，還需要創(chuàng)新來驅(qū)動這個產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展。
▲東南大學國家專用集成電路系統(tǒng)工程技術(shù)中心教研室主任 楊軍博士
開源則是EDA實現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展的方向之一。從過去市場的經(jīng)驗中看，以Linux和安卓為代表的開源軟件在商業(yè)上獲得了巨大的成功，此外，還有一些開源軟件已經(jīng)逐漸成為主流工具之一，這說明了開源軟件的價值已經(jīng)被市場所認可。
開源在成本和靈活性上的優(yōu)勢，也同樣吸引了很多集成電路企業(yè)的注意。尤其是在芯片設(shè)計越來越復(fù)雜的今天，芯片設(shè)計對EDA的要求與依賴也越來越高，這也就意味著，相關(guān)廠商要為更先進的EDA工具而負擔更高額的成本。因而，EDA也開始向開源方向發(fā)展。
從另一個角度來看，開源硬件被越來越多地應(yīng)用到集成電路領(lǐng)域中，以實現(xiàn)芯片設(shè)計重用和設(shè)計加速，并開始逐步落實。北京大學高能效計算與應(yīng)用中心執(zhí)行主任羅國杰博士曾在其發(fā)表的一篇文章中指出，開源EDA工具在開源硬件的設(shè)計中扮演著非常重要的角色。若沒有開源EDA工具，開源硬件依然需要借助商業(yè)EDA軟件進行后續(xù)設(shè)計，而這些商業(yè)軟件很有可能無法高能效地完成開源硬件的后續(xù)開發(fā)。
▲北京大學高能效計算與應(yīng)用中心執(zhí)行主任 羅國杰博士
因此，開發(fā)開源EDA不僅能夠推動國產(chǎn)EDA產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新，在商業(yè)價值方面還有著很大的發(fā)展空間。
開源EDA的發(fā)展難點
雖然開源是EDA的一個創(chuàng)新方向，但開源EDA的發(fā)展依舊面臨很多挑戰(zhàn)。
中科院計算所助理研究員解壁偉博士在本次論壇中指出了開源EDA發(fā)展的三大難點，其一是開源EDA工具質(zhì)量相比商業(yè)工具還存在著很大差距，這也使得用戶數(shù)量非常有限；其二，Contributor同時需要具備計算機、數(shù)學和電子方面的知識，但這類人才的基數(shù)較少，導(dǎo)致了開源EDA的貢獻者數(shù)量有限；其三，由于開源EDA框架結(jié)構(gòu)不清晰，導(dǎo)致了代碼不統(tǒng)一且復(fù)用率低，工具與算法綁定，設(shè)計新算法通常需要大量重寫，使得開源EDA的推廣和大規(guī)模使用受到了阻礙。
▲中科院計算所助理研究員 解壁偉博士
在EDA領(lǐng)域當中，F(xiàn)PGA EDA在開源方向上已經(jīng)取得了一些進展。據(jù)安路科技軟件Fellow劉建華博士介紹，由Jason Anderson教授領(lǐng)導(dǎo)開發(fā)的LegUp Computing是一款FPGA高層次綜合工具，可以使硬件設(shè)計人員可以使用C對FPGA器件進行編程，以提高生產(chǎn)率并簡化驗證；在邏輯映射方面，伯克利實驗室所推出的ABC也被多家FPGA企業(yè)采用；另外，由Vaughn Betz教授領(lǐng)導(dǎo)研發(fā)的FPGA布局布線工具VPR也受到了企業(yè)的歡迎。
▲安路科技軟件Fellow 劉建華博士
作為支持國產(chǎn)開源FPGA EDA發(fā)展的企業(yè)之一，安路科技的劉建華博士指出了開源FPGA EDA的發(fā)展難點。他表示：“開源EDA工具社區(qū)通常以學校和極客為主，他們具有豐富的創(chuàng)造力但也存在著缺少工程經(jīng)驗和資金支持等問題；而純商業(yè)的大型企業(yè)缺乏鼓勵外部創(chuàng)新的動力，一旦內(nèi)部技術(shù)達到先進水平，就轉(zhuǎn)向?qū)Ｗ⒂趦?nèi)部改進，而忽視對開源的貢獻；另外，在商業(yè)工具已經(jīng)具有競爭力的領(lǐng)域，開源EDA工具難以維持高質(zhì)量。這都成為了開源FPGA EDA的瓶頸。”
如何助力開源EDA的繁榮
為了突破開源EDA的發(fā)展瓶頸，我國在近兩年中也涌現(xiàn)了一批致力于此的企業(yè)。在2019年6月成立的EDA創(chuàng)新中心便是其中之一。據(jù)其官網(wǎng)介紹顯示，開源EDA平臺、EDA產(chǎn)業(yè)標準、EDA云平臺服務(wù)以及先導(dǎo)性技術(shù)研究是公司聚焦的四個板塊。
針對開源EDA平臺方面，EDA創(chuàng)新中心研發(fā)副總經(jīng)理陳剛博士表示：“開源EDA對基礎(chǔ)組件的需求在于點工具各自獨立，需要統(tǒng)一的底層平臺，整合成套的工具鏈。實際上，開源組件是一個開放的科研平臺、教育平臺，也是一個開放的創(chuàng)新平臺。”
▲EDA創(chuàng)新中心研發(fā)副總經(jīng)理 陳剛博士
為此，EDA創(chuàng)新中心研發(fā)了一款OpenEDA.com開源平臺。今年11月，該開源平臺正式上線， 該平臺首個項目——開源EDA基礎(chǔ)構(gòu)件OpenEDI也于同期正式發(fā)布。根據(jù)陳剛博士介紹，OpenEDI的建設(shè)思路是從數(shù)據(jù)庫入手，聚焦通用、有共性的組件（包括parsers、通用算法以及通用計算架構(gòu)），再交付到產(chǎn)業(yè)當中應(yīng)用于具體工具產(chǎn)品。
據(jù)悉，OpenEDI將圍繞著超大規(guī)模集成電路設(shè)計、制造、封裝測試等領(lǐng)域所需EDA技術(shù)進行開發(fā)與發(fā)展，旨在促進EDA領(lǐng)域的開源開放協(xié)同創(chuàng)新，構(gòu)建EDA的技術(shù)鏈、創(chuàng)新鏈和生態(tài)鏈，推動EDA開源軟件技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
從學術(shù)角度上看，羅國杰博士認為，打造開源EDA算法平臺是發(fā)展開源EDA的突破口之一。“開源支撐EDA算法開發(fā)，使其成為芯片設(shè)計者可掌握的技能”，他指出：“通過層次化和功能重用能夠解決軟件復(fù)雜度的問題。”
從流程上，EDA大致可分為應(yīng)用層、接口層、數(shù)據(jù)層、算法層和求解器層。通過拆解，框架開發(fā)者可專注于增強EDA算法的性能，EDA算法開發(fā)者專注于算法設(shè)計而不需要過多地考慮性能，而芯片設(shè)計者則可以根據(jù)自己的需求來實現(xiàn)快速定制。在這其中，開源EDA組件就有機會賦能，實現(xiàn)AI驅(qū)動的自動設(shè)計流程。
順應(yīng)EDA智能化發(fā)展趨勢，與AI人工智能學院互相合作，不僅是行業(yè)趨勢，這也是行業(yè)專家所提倡的。
這也意味著，開源EDA的發(fā)展離不開人才，因此，培養(yǎng)EDA人才也成為了業(yè)界專家關(guān)注的重點。楊軍博士指出，集成電路一級學科的建立，如果就此促成EDA二級學科的建立，將會為培養(yǎng)EDA人才提供了機會。在這個過程中，師資力量和課程的設(shè)置則是需要考慮的重點。此外，校企合作培養(yǎng)，產(chǎn)、學、研精準協(xié)同也在其中發(fā)揮著重要的作用。楊軍博士表示：“EDA英雄不問出處，以賽代練，也可以吸引更多的EDA人才。”
而集成電路EDA設(shè)計精英挑戰(zhàn)賽便提供了這樣一個機會。
作為為本次大賽提供特別贊助的EDA創(chuàng)新中心也十分注重EDA人才的培養(yǎng)。據(jù)了解，EDA創(chuàng)新中心將大力引進海內(nèi)外優(yōu)秀的集成電路人才，同時通過完善的內(nèi)部培訓機制，培養(yǎng)出年輕的后備力量，搭建起完整的人才梯隊，并為員工創(chuàng)建完善的職業(yè)發(fā)展通道。在未來的5至10年，創(chuàng)新中心將打造成為我國乃至全球EDA前沿技術(shù)研究中心、技術(shù)儲備中心、人才培養(yǎng)與集聚中心。
為了落實人才培養(yǎng)計劃，今年11月，EDA創(chuàng)新中心還聯(lián)合了東南大學和華大九共同打造了聯(lián)合實驗室，旨在加快EDA技術(shù)研發(fā)和人才培養(yǎng)，推動國內(nèi)EDA產(chǎn)業(yè)整體提升。
結(jié)語
開源EDA的發(fā)展已經(jīng)受到了業(yè)界的關(guān)注，EDA創(chuàng)新中心立足于南京，擁有非常豐富的高校資源，同時，在南京江北新區(qū)國家級新區(qū)和自貿(mào)區(qū)雙區(qū)聯(lián)動，及“芯片之城”兩城一中心的帶動下，此地所集聚的大量集成電路企業(yè)，也為EDA創(chuàng)新中心的開源項目發(fā)展提供了契機。
在政、企、學、研的共同努力下，我們或許可以期待，開源EDA能夠為本土EDA產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展打開新的大門。