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路长而艰,国产EDA的发展之路
(2024年7月20日更新)

强则反兵,走则减势。紧随其后,累其气力,消其斗志,散而后擒,兵不血刃,这是三十六计中欲擒故纵的精义EDA中国错过了国内应用的发展EDA作为数千亿集成电路、万亿电子信息的必备支撑产业,20多年的重要时机,EDA在芯片领域被称为工业母机EDA发展路长而艰难。

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一、EDA是何方神圣

为什么说EDA那么重要,EDA全称为电子设计自动化。打开芯片的包装外壳,在高倍显微镜下观察其表面,您将看到无数定期放置的设备和连接,这是芯片的地图。IC本地图的设计和制造各个环节都需要使用相应的EDA工具。EDEtron代理A工具是集成电路设计、制造、包装、测试等工作的必要工具,贯穿整个集成电路产业链。



为什么EDA这是因为随着集成电路产业的快速发展,设计规模、复杂性和先进技术不断提高。根据加州大学圣迭戈分校AndrewKahng2013年教授推测,2011年设计消费级应用处理器芯片的成本约为4000万美元,如果不考虑1993年至2009年EDA技术进步,相关设计成本可能高达77亿美元,EDA技术进步提高了设计效率近200倍。同时,基于先进包装集成技术的平台模块、异构并行处理器和芯粒技术已成为提高设计效率的重要途径,上述方法的应用也与EDA相辅相成的技术进步。因此,EDA工具的发展提高了芯片设计的整体效率,从而降低了芯片设计的整体成本。

另外,从市场价值来看,根据赛迪智库的数据,2020年EDA全球市场规模超过70亿美元,但支撑着数十万亿美元的数字经济。全球规模最大、增长最快的集成电路市场中国,EDA杠杆效应更大。一旦EDA包括集成电路设计企业在内的全球集成电路行业,在这个行业基础上会受到重大影响EDA由工具、集成电路、电子系统、数字经济等组成的倒金字塔产业链结构稳定性将面临巨大挑战。


二、EDA的使用场景

一个完整的集成电路设计和制造过程主要包括三个阶段:工艺平台开发、集成电路设计和集成电路制造。



各阶段的主要内容和细分环节如下:

①工艺平台开发阶段主要包括晶圆厂(包括晶圆厂)IDM制造部门等。)主导半导体设备和制造工艺设计完成后,通过PDK或建立IP集成电路设计企业通过标准单元库提供(包括使用)fabless芯片设计公司,半导体IP公司、IDM设计部等)。

②集成电路设计阶段主要由集成电路设计企业主导,基于晶圆厂提供PDK或IP与标准单元库进行电路设计,模拟和验证设计结果。如果模拟和验证结果不符合设计指标要求,则需要修改和优化设计方案,并再次模拟,直到达到指标要求。物理实现完成后,设计仍需再次模拟和验证,最终满足指标要求,交付晶圆厂制造。在大规模集成电路设计过程中,由于工艺复杂、集成度高,往往需要反复进行电路设计、模拟、验证和物理实现。

③集成电路制造阶段主要由晶圆厂根据物理实现后的设计文件制造。如果制造结果不符合要求,可能需要返回工艺开发阶段,调整和优化工艺平台,重生设备模型PDK为集成电路设计企业提供设计改进。

上述三个设计和制造的主要阶段需要对应EDA支持工具,包括支持工艺平台开发和集成电路制造两个阶段的制造EDA支持集成电路设计阶段的工具和设计类别EDA工具。

三、国产EDA丢失的20年

EDA这么重要,中国人以前没有意识到他的重要性吗?事实并非如此。回到20世纪70年代到80年代,由于巴黎统筹委员会对中国实施的禁运管制,中国无法购买国外EDA中国已经开始使用工具EDA1986年,中国拿出两弹一星的精神,动员了全国17个单位,共有200多名专家聚集在华大九天的前身(即北京集成电路设计中心),最终于在1990年发布了熊猫EDA,也打破了西方技术的封锁。

眼看他国产EDA然而,就在这时,老美不知从哪里学到了我们祖先的36计之欲擒故纵,直接放开了EDA封锁,几家外国巨头迅速进入中国,带来了更成熟的技术和产业链,价格更低,市场冷静无情,缺乏持续的政策支持和市场支持,结果可以想象,熊猫还不成熟EDA创业未半,中路崩塌,看到他的楼又塌了。

四、EDA国际三巨头

在中国缺席的20年里,国外EDA凭借不断的并购,巨头实现了IC全过程的自动化设计在行业内保持了高度的垄断地位。新思科技、铿锵电子、西门子三大巨头EDA占全球市场78%以上。



其中,新思科技的产品线最全面,其优势在于数字前端、数字后端和验证测试;洪腾电子的优势在于定制电路和地图设计的模拟和混合信号;西门子EDA在物理验证领域势突出,印刷电路板也有一定优势。


五、国产EDA的目前进展

2008年4月,国家科技重大专项核心电子设备、高端通用芯片、基础软件产品实施方案经国务院常务会议审议通过。作为《国家中长期科技发展规划纲要(2006-2020年)》确定的16个重大科技专项之一,EDA该行业再次得到鼓励和支持。

自2008年以来,国内EDA华大九天、概伦电子、广立微电子、国微集团、核心、半导体等公司应运而生。到目前为止,中国本土EDA企业开始进入市场的主流视野。

5.一华九天,已提交IPO

华大九天成立于2009年,自成立以来一直专注于EDA研发工具。公司初始团队的一些成员参与了熊猫ICCAD系统研发工作。

目前,公司的主要产品包括模拟电路设计的全过程EDA数字电路设计工具系统EDA平板显示电路设计的全过程EDA工具系统和晶圆制造EDA工具等EDA围绕相关领域提供技术开发服务的工具软件。



1.模拟集成电路设计

模拟电路的整个过程是结构设计、地图设计、功能和物理验证。该过程包括原理图编辑、电路模拟、地图编辑、物理验证、寄生参数提取、可靠性分析等环节。



目前,公司拥有模拟电路设计的全过程EDA集成电路工艺工艺的具体情况如下表所示:



目前公司主要现有模拟电路设计全过程EDA在工具系统中,电路仿真工具支持最先进的5nm量产工艺处于国际领先水平;其他模拟电路设计EDA工具支持28nm工艺工艺已支持5nm同类领先工具的先进工艺仍存在一定差距。

2.数字电路设计EDA工具

数字电路设计是指电路功能设计、逻辑综合、物理实现、电路和地图分析和验证的过程。该过程通常分为数字前端和数字后端,主要包括单元库准备、逻辑模拟、逻辑综合、布局布线、寄生参数提取、时间分析和优化、物理验证和地图集成和分析。



目前,公司现有数字电路设计EDA具体情况如下表所示:



根据上表,公司已发布的数字电路设计EDA在工具中,单元库/IP质量验证工具、高精度时间模拟分析工具、时间功耗优化工具、地图集成分析工具、时钟质量检验分析工具可支持世界上最先进的5nm量产工艺处于国际领先水平;单元库特征提取工具开发时间短,目前可支持40个nm量产工艺,与同类国际领先工具仍存在一定差距。总的来说,公司发布的数字电路设计EDA除个别工具外,工具均达到国际领先水平,可支持5nm量产工艺。

此外,该公司目前在数字电路EDA该领域仅覆盖数字电路设计的部分流程,尚未覆盖整个流程工具。

3.平板显示电路设计的全过程EDA工具系统

平板显示电路设计与模拟电路的设计理念、工艺和原则相似。公司在现有模拟电路设计工具的基础上,结合平板显示电路设计的特点,开发了世界领先的平板显示电路设计全过程EDA工具系统。



4、晶圆制造EDA工具

公司开发晶圆厂的工艺IP设计要求提供相关的晶圆制作造EDA包括设备模型提取工具、存储器编译器开发工具、单元库特征提取工具、单元库/IP质量验证工具、地图集成与分析工具、模拟电路设计全过程EDA工具等,为晶圆制造商提供了重要的技术支持。

公司晶圆制造EDA具体工具如下图所示:



5.已上市的概伦电子

经过12年的发展,公司目前的主要产品和服务关系如下图所示:



公司制造EDA该工具主要用于晶圆厂工艺平台的设备模型建模,为集成电路设计阶段提供工艺平台的关键信息,作为现阶段电路模拟验证的基础;

公司设计EDA该工具主要用于设计阶段的电路模拟和验证,是从前端设计到后端验证的核心EDA工具;

公司的半导体器件特性测试仪器是测量半导体器件各种特性的工具EDA工具提供高效准确的数据支持;

概伦电子的优缺点非常明显,优点是公司专注于某些特定的优缺点EDA在工具方面,与全品类覆盖的公司相比,全心全意的聚焦使得概伦电子将具体EDA工具更专业,公司设备建模和验证EDA国际知名的工具EDA该工具在全球范围内形成了相对稳定的市场地位,被全球领先的晶圆厂广泛使用,世界十大晶圆代工厂中有9家,包括台积电、三星电子、联电、格芯、中芯国际。报告期内,上述九家晶圆代工厂的设备建模和验证EDA工具收入占公司制造类EDA工具累计收入比例超过50%。公司的电路模拟和验证EDA在高度垄断的市场模式下,工具在全球存储芯片领域取得了强大的竞争优势,部分取代了世界领先的企业,并被三星电子等全球领先的存储芯片制造商广泛使用SK海力士、美光科技等世界前三大存储器制造商。报告期内,上述三家存储器制造商的收入占公司设计的比例EDA工具收入的比例超过40%。

公司的主要缺点是:新思科技、铿锵电子、西门子EDA与国际竞争对手相比,公司在产品种类丰富度上存在明显差距。上述国际竞争对手丰富多样的产品可以满足下游客户的各种需求,为他们提供一站式的采购选择。与国际竞争对手相比,公司的产品类型较少,导致公司在产品销售协同效应上处于劣势。同时,产品在公司运营中失败的风险难以分散。如果公司现有产品在特定时期技术更新落后,无法满足客户需求,可能会因缺乏其他可推广产品而影响公司的运营成果和市场地位。

5.广立威,已申报IPO

该公司成立于2003年,相比,公司成立于2003年,主要里程碑时间可参考下图。



公司多年来一直深入从事集成电路产量提高领域,利用行业领先的高效测试芯片自动设计、高速电气测试和智能数据分析的全过程平台和技术方法Foundry与Fabless厂商提供从EDA一系列产品和服务,如软件、测试芯片设计服务、电气测试设备到数据分析等,与制造端和设计端的需求密切相关,确保芯片的可制造性,在提高芯片性能、成品率和稳定性的基础上,有效加快产品上市。

EDA如何提高芯片的良率?提高芯片成品率的关键是对制造过程进行完整有效的监控和检测,并结合制造过程中的其他数据进行准确快速的分析,及时发现问题和潜在风险,并反馈给集成电路制造端(Foundry制造商)和设计端(Fabless改进工艺和设计,提高成品率。



制造过程中的检测包括物理检测和电气检测:

①物理检测:制造过程中的缺陷和相关物理参数(如关键尺寸、薄膜厚度等)主要通过光学、电子束等方法获般通过扫描电镜、电子显微镜、光学仪器等设备实现;

②电气检测:晶圆制造到一定阶段或完成制造环节后,通过设备或测试结构的电气性能测试,获得相关电气参数,表示工艺状态和芯片成品率。电气测试通常通过电气测试机与探针台连接到晶圆。

将物理检测和电气检测获得的信息反馈给晶圆厂,改进制造工艺,优化芯片设计,提高芯片成品率。



广立微主要专注于电气检测技术,以高效电气检测为手段,提高芯片成品率,独立开发一系列软硬件产品和服务。相应公司的产品和服务如下:



六、整体数据比较

以上主要介绍了国外三大巨头和国内三大公司的业务覆盖情况。一般来说,国际三大巨头通过多年的并购和持续的高研发投资实现了EDA全产业链布局,而国内几家公司凭借自身在各自领域的优势,也分得一席之地。为了更合理地分析国内外的竞争差距,通过各公司的公开披露数据,我们将下表列出各公司的总资产、收入、净利润、毛利率、研发成本投资等。



从上表数据可以看出,虽然国内制造商正在赶上,收入和净利润增长相对较快,但市场仍由主要的国际知名制造商主导。与上述国际顶级制造商相比,国内在品牌影响力、技术研发水平、财务实力和市场份额方面存在一定差距。

在研发成本规模方面,由于国内公司的总体规模和财务实力,公司的研发投资绝对规模远低于国际主流制造商(一般为0.4-3%之间)。

就市场份额而言,国内EDA与国际知名制造商相比,产品之间的差距也很大。如果公司不能继续增加研发投资,开拓市场,提高产品和服务水平,以适应未来的市场竞争模式,公司的经营业绩可能会受到不利影响。

七、写在最后

在沙发的一边,别人怎么能打鼾呢?虽然宋太祖的话很老,但今天仍然是竞争的名言。市场极其残酷,没有所谓的礼让和和平发展。

美国对华为的禁令直接阻止了世界各地的晶圆厂为华为的先进工艺制造芯片,使华为无法为华为制造合格的芯片,即使它具有高端芯片的设计能力。

现在,作者想说的是,如果美国是对的,EDA工具再次被禁止,在半导体领域的芯片设计领域,特别是使用fabless芯片设计公司,可能会面临巨大的风险,因此,在核心技术领域,一方面,EDA另一方面,需要政府的政策支持,也需要产业链上下游的共同努力。



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