隨著超大規(guī)模集成電路的持續(xù)發(fā)展，晶體管密度進(jìn)一步快速上升，伴隨芯片規(guī)模擴(kuò)大使芯片設(shè)計難度的持續(xù)加大，在多種因素的影響下，芯片設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)需要利用EDA工具來提升設(shè)計效率，如邏輯綜合、布局布線、仿真驗證。芯片設(shè)計的演進(jìn)方向已經(jīng)對EDA的發(fā)展提出了方向性的新需求，然而縱觀國內(nèi)市場，其主要流程和技術(shù)平臺依然由國際EDA廠商所主導(dǎo)。因此，作為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的一項卡脖子技術(shù)，國內(nèi)EDA產(chǎn)業(yè)的發(fā)展成為了業(yè)界關(guān)注的焦點之一。
在這種時勢的推動下，國內(nèi)也涌現(xiàn)了一些EDA初創(chuàng)企業(yè)。作為本土EDA行業(yè)的新秀，芯華章在2021世界半導(dǎo)體大會期間發(fā)布了《EDA 2.0 白皮書》，期望能為國內(nèi)EDA產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供一條新的思路。
而筆者認(rèn)為透過《EDA 2.0 白皮書》，能夠讓我們更加深刻地理解EDA這個產(chǎn)業(yè)正在發(fā)生什么變化。以及在向EDA2.0轉(zhuǎn)變的過程當(dāng)中，EDA價值的變化能為本土EDA廠商帶來哪些機(jī)會。
什么是EDA 2.0時代
在探尋國內(nèi)EDA產(chǎn)業(yè)的未來發(fā)展之前，我們要先了解EDA產(chǎn)業(yè)正在發(fā)生的變化，以及是什么原因促使EDA產(chǎn)業(yè)發(fā)生了這種變化。對癥下藥，才能從根本上解決國內(nèi)EDA產(chǎn)業(yè)發(fā)展的難點問題。
在芯華章所發(fā)布的《EDA 2.0 白皮書》中，他們將19世紀(jì)90年代到今天的EDA發(fā)展劃分為EDA 1.0階段和EDA 1.X階段。其中，EDA 1.0階段是指從1990到2003年之間所建立起來的EDA，在這期間，集成電路設(shè)計已經(jīng)基本定型為基于IP的模塊以及大規(guī)模RTL集群的設(shè)計方法。在2003年之后，隨著AI和工藝制程的進(jìn)步，基于EDA 1.0的疊加式工具的出現(xiàn)，推動了EDA 1.X階段的到來。
但從EDA 1.0到EDA 1.X這個階段，也就是從2003年到如今的20年間，芯片的復(fù)雜度雖然比前20年提高了數(shù)萬倍，成本提高了100倍，芯片工藝也已演進(jìn)到納米級別。但芯片設(shè)計方法學(xué)卻始終沒有革命性改變。
而隨著物聯(lián)網(wǎng)和AI時代的到來，市場對定制芯片的需求量增加，定制芯片則要求芯片設(shè)計周期和設(shè)計成本在目前的基礎(chǔ)上大幅優(yōu)化，對從設(shè)計驗證到制造的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈提出了更高的要求。因此，現(xiàn)有EDA 1.X也面臨著越來越多的挑戰(zhàn)。芯華章認(rèn)為，在后摩爾時代，EDA 1.X所面臨的挑戰(zhàn)主要體現(xiàn)在以下四點：
1.設(shè)計周期長，無法滿足應(yīng)用快速創(chuàng)新需求
2. EDA設(shè)計流程于系統(tǒng)級軟硬件需要缺少關(guān)聯(lián)
3.設(shè)計投資大，成本大，項目風(fēng)險大
4.需要新建大規(guī)模團(tuán)隊，高度依賴經(jīng)驗，人才難求
這些挑戰(zhàn)推動著EDA進(jìn)行升級，也推動著EDA行業(yè)從1.X階段向2.0階段邁進(jìn)。
“芯片發(fā)展是由系統(tǒng)來驅(qū)動，在這種情況下，賦能系統(tǒng)創(chuàng)新是EDA的新任務(wù)。”芯華章運營副總裁傅強(qiáng)表示：“EDA 2.0不再是工具的組合，而是支撐系統(tǒng)+芯片+算法+軟件協(xié)同開發(fā)的服務(wù)化平臺，這是EDA 2.0與其他時代相比的最大的區(qū)別。”
芯華章認(rèn)為，“系統(tǒng)+芯片+算法+軟件”協(xié)同開發(fā)的定制化芯片，決定了系統(tǒng)應(yīng)用的競爭優(yōu)勢，芯片的創(chuàng)新效率成為關(guān)注的焦點。未來10年將是社會對芯片技術(shù)提出更快發(fā)展要求的10年，EDA工具和方法學(xué)需要全面進(jìn)階，才能降低技術(shù)門檻，進(jìn)一步提升芯片技術(shù)發(fā)展的速度和創(chuàng)新的效率。
實現(xiàn)EDA 2.0的關(guān)鍵路徑
也就是說，EDA 1.0階段當(dāng)中，為通用高性能計算設(shè)計的EDA工具，需要面向垂直行業(yè)，向更加精細(xì)化的方向發(fā)展。在這個發(fā)展過程當(dāng)中，就需要EDA工具和方法學(xué)的全面進(jìn)階，而這則意味著EDA要從底層技術(shù)開始革新。
從EDA 2.0所要達(dá)到的目標(biāo)上看，滿足以下四點，即可實現(xiàn)EDA 2.0：一是用工具填補(bǔ)軟硬件鴻溝；二是自動且智能的流程、不止是點工具的結(jié)合；三是需要開放的服務(wù)化平臺，提供定制化的可能性，提供開源的可能性；四是縮短從芯片需求到應(yīng)用的周期。
芯華章產(chǎn)品與業(yè)務(wù)規(guī)劃總監(jiān)楊曄表示：“從系統(tǒng)設(shè)計的需求上看，EDA 2.0是從系統(tǒng)向下到芯片的制造和生產(chǎn)的過程，從軟件來，這個流程最終要回到軟件中去，這是EDA 2.0的關(guān)鍵特征。”
由此，芯華章也在其發(fā)布的《EDA 2.0白皮書》中提出了EDA 2.0的三條關(guān)鍵路徑，包括開放和標(biāo)準(zhǔn)化、自動化和智能化，平臺化和服務(wù)化：
開放和標(biāo)準(zhǔn)化。產(chǎn)業(yè)上下游共同制定開放的標(biāo)準(zhǔn)。基于這些開放接口和標(biāo)準(zhǔn)，以需求為導(dǎo)向進(jìn)行定制，方便流程自動化和AI智能處理的集成。
自動化和智能化。EDA 2.0的目標(biāo)是要從現(xiàn)有的EDA 1.0過程中大幅減少芯片架構(gòu)探索、設(shè)計、驗證、布局布線等工作中的人力占比，將過去的設(shè)計經(jīng)驗和數(shù)據(jù)吸收到EDA工具中，形成智能化的EDA設(shè)計。
平臺化和服務(wù)化。打造基于云原生軟件架構(gòu)的全新EDA服務(wù)平臺EDaaS，深度利用云端彈性性能，給用戶提供近乎無限的計算彈性以及更優(yōu)化的使用模式。
需要注意的是，向EDA 2.0方向升級，也并不意味著全盤摒棄EDA 1.X階段的成果。
“EDA 1.X階段的一些經(jīng)驗標(biāo)準(zhǔn)，一些設(shè)計規(guī)則，一定會繼續(xù)在芯片設(shè)計領(lǐng)域長期存在。芯片設(shè)計不可能繞過這些物理的規(guī)則和設(shè)計的需求”，楊曄表示：“但是這些東西會更多的從現(xiàn)有的工具和經(jīng)驗當(dāng)中提煉出來，進(jìn)入EDA 2.0的內(nèi)部，EDA 2.0會將經(jīng)驗變成一個個模型或者算法，提高整體流程的自動化、智能化，降低使用門檻以及對人的高度依賴。”
但對于EDA廠商來說，將新技術(shù)應(yīng)用到EDA工具當(dāng)中仍存在著巨大的挑戰(zhàn)。楊曄表示：“EDA 2.0工具的內(nèi)部會變得更復(fù)雜，EDA公司要在EDA工具當(dāng)中完成智能化的任務(wù)。但是對用戶來說，EDA工具只是變得更簡單更好用，變成一種更加普惠的技術(shù)。”
除此之外，還需要我們重點關(guān)注的是，EDA 2.0白皮書當(dāng)中所提到的開放和標(biāo)準(zhǔn)這一關(guān)鍵路徑。根據(jù)筆者了解，這里所提到的開放的EDA并不是單純地指開源EDA。芯華章認(rèn)為，未來EDA產(chǎn)業(yè)的開放和標(biāo)準(zhǔn)化不僅僅由EDA廠商或標(biāo)準(zhǔn)化組織決定，而應(yīng)該由產(chǎn)業(yè)鏈上游的EDA生態(tài)和下游的業(yè)界共同定義——從系統(tǒng)廠商、芯片廠商到EDA廠商的全產(chǎn)業(yè)生態(tài)來共同制定開放的標(biāo)準(zhǔn)。基于這些開放接口和標(biāo)準(zhǔn)，EDA廠商、用戶、第三方都可以以需求為導(dǎo)向進(jìn)行定制，方便流程自動化和AI智能處理的集成。
在開放和標(biāo)準(zhǔn)化這條路徑的背后，則藏著國內(nèi)EDA產(chǎn)業(yè)發(fā)展的契機(jī)。
眾所周知，缺少全流程的EDA工具是國內(nèi)EDA企業(yè)發(fā)展的痛點之一。也正是因為國內(nèi)廠商沒有做全流程的工具，也就代表國產(chǎn)EDA工具的發(fā)展需要本土廠商之間的合作，而這也是開放和標(biāo)準(zhǔn)的誕生。
中科院EDA中心主任陳嵐也曾在EDA 2.0白皮書的發(fā)布會中表示：“開放EDA可以滿足Chiplet、AI等新的技術(shù)，EDA 2.0沒有歷史包袱，因此，可以快速讓新的技術(shù)進(jìn)入到EDA工具當(dāng)中，并讓客戶客戶進(jìn)行快速驗證。對于國內(nèi)來說，開放的EDA是具有牽引性技術(shù)的產(chǎn)品，尤其是在只有點工具的情況下，開放的EDA工具可以幫助企業(yè)快速建立系統(tǒng)的競爭力。”
EDA 2.0時代下的EDA企業(yè)核心價值
在產(chǎn)業(yè)向EDA 2.0做升級的同時，EDA企業(yè)的核心價值也發(fā)生了轉(zhuǎn)變。
楊曄表示，工業(yè)軟件它的關(guān)鍵在于對垂直領(lǐng)域的深入的理解，以及將這種理解放到系統(tǒng)整體的框架里當(dāng)中。所以，EDA工具不再是作為單獨的點工具發(fā)揮價值，EDA與各種平臺的結(jié)合以及云的結(jié)合，打造出來智能和自動的流程，其所發(fā)揮的作用將遠(yuǎn)超于軟件的本身。
傅強(qiáng)表示：“未來EDA公司真正的核心競爭力，是要去擁抱系統(tǒng)公司的需求。”
同時，由于定制化的系統(tǒng)需求增加，這也會促使整個產(chǎn)業(yè)內(nèi)部進(jìn)行迭代，而不僅僅是靠EDA企業(yè)本身對工具的迭代。從這個角度來說，EDA產(chǎn)業(yè)的迭代一定會加快，而這種需求到工具的迭代加快之后，也必然促進(jìn)芯片的設(shè)計和制造也會加快。而這也擴(kuò)大了EDA的市場空間，對于國內(nèi)EDA廠商來說，這為產(chǎn)業(yè)帶來了更多換道超車的機(jī)會。
他表示：“當(dāng)我們?nèi)肀н@樣的一個新的科研范式，新的產(chǎn)業(yè)變革的時候，我們新企業(yè)會更具發(fā)展前景。”
芯華章推動EDA 2.0發(fā)展
芯華章在做好現(xiàn)實產(chǎn)品開發(fā)的同時，也為國內(nèi)EDA產(chǎn)業(yè)的發(fā)展描繪出了一個十分可行的藍(lán)圖，同時，芯華章也為這個藍(lán)圖制定了一個明確的時間點。芯華章認(rèn)為，EDA 2.0的元年將發(fā)生在2026年。
為推動EDA 2.0時代的到來，芯華章也做了許多工作。
傅強(qiáng)表示：“技術(shù)的發(fā)展與革新需要沉淀和準(zhǔn)備，另外，新的技術(shù)生態(tài)還要培育，所以依照我們在這個行業(yè)二三十年的經(jīng)驗來看，這個過程需要5年左右的時間。” 而這一全新生態(tài)需要產(chǎn)業(yè)鏈上下游的共識與協(xié)作。
基于EDA 2.0將不再是對工具的組合，而是一個自主化智能化的流程和一個服務(wù)化和可定制的平臺，來賦能更高效、更敏捷的系統(tǒng)創(chuàng)新。芯華章開創(chuàng)性地提出芯片設(shè)計平臺服務(wù)模式——EDaaS （Electronic Design as a Service）。并以此為基礎(chǔ)開啟EDA 2.0時代。
根據(jù)芯華章的規(guī)劃，EDaaS可以提供專業(yè)的咨詢或設(shè)計服務(wù)，也可基于云平臺和開放數(shù)據(jù)進(jìn)行定制服務(wù)。EDA 2.0的目標(biāo)是要讓系統(tǒng)工程師和軟件工程師也能參與到芯片設(shè)計中來，解決設(shè)計難、人才少、設(shè)計周期長、設(shè)計成本高企的問題，用智能化的工具和服務(wù)化的平臺來縮短從芯片需求到應(yīng)用創(chuàng)新的周期，滿足數(shù)字世界中系統(tǒng)應(yīng)用對芯片多樣化的需求，賦能科技進(jìn)步。
