EDA-芯片产业链中的“任督二脉”

       EDA（Electronic Design Automation，电子设计自动化）是指利用计算机辅助工具完成大规模集成电路芯片的功能设计、综合、验证等流程的设计方式。CIM data将EDA定义为设计、分析、仿真和制造电子系统的工具，包括从印刷电路板到集成电路。由于EDA涉及电子设计的各个方面，这使得EDA软件也非常多，可以归纳为电子电路设计及仿真工具、PCB设计软件、PLD设计软件、IC设计软件等类别。

       全球EDA产业市场规模不过百亿美元，但却支撑着数十万亿美元规模的数字经济，素有“芯片之母”称号。从芯片设计、晶圆制造、封装测试，到电子产品的设计，都离不开EDA工具。此外，TMT（数字新媒体）产业发展焦点的5G芯片、AI芯片，也是着眼于芯片设计，EDA位于芯片产业链最顶端的位置，具有牵一发而动全身的重大影响力，是芯片产业链中的“任督二脉”。

       随着大规模集成电路技术、计算机技术和电子系统设计技术的不断进步，EDA技术也获得了飞速发展，应用领域也变得越来越广泛。其发展过程是现代电子设计技术的重要历史进程，主要包括以下几个阶段：

       早期阶段，即CAD阶段。20世纪70年代左右的社会已经存在中小规模的集成电路，当时人们采用传统的方式进行制图、设计印刷电路板和集成电路，不仅效率低、花费大，而且制作周期长。人们为了改善这一情况，开始运用计算机对电路板进行PCB设计，用CAD这一崭新的图形编辑工具代替电子产品设计中布图布线这类重复性较强的劳动，其功能包括设计规则检查、交互图形编辑、PCB布局布线、门级电路模拟和测试等。

       发展阶段，即CAE阶段。20世纪80年代左右，EDA技术已经到了一定的发展和完善阶段。由于集成电路规模逐渐扩大，电子系统变得越发复杂，出现了以计算机仿真和自动布局布线为核心的第二代 EDA 技术—CAE。为了满足市场需求，人们将各个CAD工具集成为系统，从而加强了电路功能设计和结构设计。EDA技术在此时逐渐发展成半导体芯片的设计，已经能生产出可编程半导体芯片。

       成熟阶段。20世纪90年代以后，微电子技术获得了突飞猛进的发展，集成几千万乃至上亿的晶体管只需一个芯片。这给EDA技术带来了极大的挑战，促使各大公司对EDA软件系统进行更大规模的研发，以高级语言描述、系统级仿真和综合技术为特点的EDA就此出现，使得EDA技术获得了极大的突破。

       进入21世纪后，EDA技术得到更大发展。其主要特点是，在仿真验证和设计两个层面支持标准硬件语言的EDA软件工具功能更加强大，更大规模的可编程逻辑器件不断推出，系统级、行为级硬件描述语言趋于更加高效和简单。

       EDA行业在过去的几十年中，从自由竞争逐步走到寡头垄断。国外EDA巨头凭借不断的收并购，实现了IC全流程的自动化设计，在行业内保持了高度的垄断地位。在此背景下，国内EDA产业的发展之路尤为艰难。

引发融资潮，国产EDA迎来发展元年

       EDA软件行业流传着这么一句话：“谁掌握了EDA的话语权，谁就掌握了集成电路的命门，就可以对芯片行业的后来者降维打击。”回首2021年中国ICT市场，“元宇宙、低代码、国资云、SaaS、数智化、双碳”等无疑是令人首先想到的关键词。在中国ICT市场里，EDA几乎从未站在舞台的中央。

       随着5G、人工智能、自动驾驶等新兴技术的产业化加速，芯片需求量随之激增，在中国半导体市场蓬勃发展下，国内EDA的需求增长更加迅猛。在国外几乎垄断的大环境下，近几年国内诞生了一大批自主EDA厂商，以华大九天、概伦电子、国微思尔芯、广立微、芯愿景、芯华章、行芯科技、芯和半导体等为代表，拿下了一定的市场。由此涌现出了许多优秀的EDA点工具，各厂商凭借着点工具的优势，正朝着局部解决方案、全流程解决方案方向发展。

       直至2021年，国产EDA火起来了。2021年3月12日发布的《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标纲要》中明确将集成电路列为7大科技前沿领域攻关的第3位，EDA的攻关更是位列集成电路之首。2021年11月30日发布的《“十四五”软件和信息技术服务业发展规划》提出，重点突破工业软件，关键基础软件补短板，建立EDA开发商、芯片设计企业、代工厂商等上下游企业联合技术攻关机制，突破针对数字、模拟及数模混合电路设计、验证、物理实现、制造测试全流程的关键技术，完善先进工艺工具包。同年，北京、上海、安徽、广东、江苏、山东、浙江等省市都明确指出要大力发展EDA工具。

       2021年，国产EDA也成为资本市场关注的焦点。据不完全数据统计，2021年22家EDA公司融资超过30次，融资金额超过60亿元，而在2018年，EDA领域融资仅为6次，2019年9次融资，2020年18次。同时，以概伦电子、华大九天等为代表的国内EDA厂商们已成功上市或在上市路上。2021年，国内4家EDA公司同时发起IPO，6月21日华大九天创业板上市受理；6月25日概伦电子科创板上市受理，并在12月28日首发上市；6月30日广立微创业板上市受理；8月24日国微思尔芯科创板上市受理。

       国家战略层面的重视，地方扶持政策的相继落地，资本市场的追捧，让大家深刻地认识到了国产EDA的价值。

他山之石，国外EDA巨头优势分析

       然而，与EDA行业寡头相比，国内EDA厂商在产品系统性、技术先进性、客户粘性等方面仍存在差距。且国产EDA虽然在器件建模、电路仿真等单点领域实现了突破，但并未像“三巨头”一样，能提供一套完整的全流程工具链。众所周知，全球EDA市场寡头垄断，集中度较高。垄断全球EDA市场的则是新思科技（Synopsys）、楷登电子（Cadence）和明导国际（Mentor Graphics，2016年被西门子收购）三家“巨头”，且均为美国公司。

       “三巨头”如何垄断全球EDA市场？公开资料显示，其在全球EDA市场的占比接近80%。“三巨头”的垄断之势，源于其能提供完整的EDA工具，覆盖了从前端设计、后端设计、仿真/验证直到流片的整套产品，并形成了设计的闭环。同时，三者的核心竞争力略有不同，各自在其擅长的领域不断深耕。正是由于三家公司针对芯片设计流程的不同环节各有优势，使得EDA行业格局长期保持“三足鼎立”的稳定局面。

       Synopsys：拥有最全面的产品线，为全球电子市场提供技术先进的IC设计与验证平台，致力于复杂的芯片上系统（SoC）的开发。其优势产品在于数字芯片设计、逻辑 综合等相关工具，如公司的逻辑综合工具Design Compiler、静态时序分析工具Prime Time、调试工具verdi 等。

       Cadence：由SDA Systems和ECAD两家公司合并而来，是全球最大的电子设计技术(Electronic Design Technologies)、程序方案服务和设计服务供应商。其优势产品在于模拟芯片设计相关工具。

       Mentor Graphics：能提供完整的软件和硬件设计解决方案，除EDA工具外，还具备非常多助力汽车电子厂商的产品，包括嵌入式软件等，2016年被西门子收购。其优势产品在于DFT和PCB设计等环节，如Calibre Signoff和DFT等产品。

       从短期来看，国外巨头垄断EDA市场的局面还将持续。但面对行业巨头的技术优势，国内EDA厂商也在正加速更迭EDA产品。

厚积薄发，奋力突围的国内EDA代表厂商

       剑指全流程工具的概伦电子：概伦电子成立于2010年，专注于EDA 工具的自主设计和研发，在集成电路制造和设计的器件建模和电路仿真两大关键环节打造了关键工具，能够支持7nm/5nm/3nm 等先进工艺节点和FinFET、FD-SOI等半导体工艺路线。成立10年后，概伦电子在2021年收购了韩国EDA企业Entasys，并于2021年12月成功上市科创板。目前，概伦电子的器件建模及验证EDA工具被全球大部分领先的晶圆厂所采用和验证，包括台积电、三星电子、联电、格芯、中芯国际、美光科技、长鑫存储等。

       2021年，概伦电子发布了快速精准的标准单元库特征化工具NanoCell，能精确且高效的对单元电路进行时序、功耗及噪声等特征的仿真与提取；发布先进参数化单元库开发平台PCellLab，内建了功能丰富全面的开发模板和友好的图形化交互界面，可根据用户输入的工艺和设计参数自动化生成PCell代码；发布层次化SoC设计规划方案NavisPro，可预测和预防设计中出现物理实现问题，跨设计层级的接口网络时序估计使设计者最大程度的减少设计迭代以缩短SoC设计的上市时间；并对智能先进器件模型自动提取平台SDEP、双引擎FastSPICE电路仿真器NanoSpice Pro、半导体参数测试系统FS-Pro进行了升级。最近，概伦电子在互动平台表示，即将推出的设计类EDA全流程平台产品NanoDesigner，可以为客户提供电路设计输入、仿真和验证、版图实现、物理验证和设计优化等完整的设计流程。

       致力于提供全套设计解决方案的华大九天：华大九天成立于2009年，聚焦EDA工具开发、销售及相关服务业务。其提供的EDA产品已经覆盖了四大领域：模电设计、数电设计、平板设计和晶圆设计，产品具体包括原理图和版图编辑工具Aether、电路仿真工具ALPS和异构仿真系统ALPS-GT、物理验证工具Argus、寄生参数提取工具RCExplore、单元库特征化提取工具Liberal等。

       华大九天SPICE电路仿真工具Empyrean ALPS在2021年成功通过三星半导体EDA工具认证流程SAFE-QEDA，实现对其14nm和8nm工艺制程的支持。Empyrean ALPS是华大九天自主研发的高速高精度并行晶体管级电路仿真工具，支持数千万元器件的电路仿真和数模混合信号仿真，通过创新的智能矩阵求解算法和高效的并行技术，突破了电路仿真的性能和容量瓶颈，仿真速度相比同类电路仿真工具显著提升。华大九天客户覆盖国内集成电路细分领域众多企业，如中芯国际、华力微电子、华虹宏力、华为海思、中星微电子、紫光展锐、飞腾、兆芯、龙芯、华芯通、华星光电、熊猫电子、重庆惠科。

       专注快速原型验证的国微思尔芯：国微集团旗下的国微思尔芯是业内领先的快速原型验证及仿真系统的EDA工具研发、销售及设计服务提供商。其聚焦于EDA领域数字芯片的前端验证，为国内外客户提供原型验证系统和验证云服务等解决方案，服务于人工智能、超级计算、图像处理、数据存储、信号处理等数字电路设计功能的实现。

       2021年，国微思尔芯发布架构设计解决方案“Genesis 芯神匠”，提供一站式软硬件协同建模平台，帮助设计师彻底解决无法建模的难题；还推出在原型验证领域的前沿技术创新产品—芯神瞳逻辑矩阵LX2，其作为业内领先的企业级高密原型验证解决方案，在“容量”和“性能”两个维度表现卓越，满足最前沿的 5G、AI、ML、GPU 等应用的验证需求，加速系统验证和软件开发。

       专注芯片成品率与良率分析领域的广立微：广立微电子成立于2003年，专注于芯片成品率提升和电性测试快速监控技术，提供EDA软件、电路IP、WAT电性测试设备以及与芯片成品率提升技术相结合的整套解决方案。其在集成电路设计到量产的整个产品周期内实现芯片性能、成品率、稳定性的提升，成功案例覆盖多个集成电路现金工艺节点。

       2021年，广立微发布DataExp-General，支持多种文件类型的导入，可满足工程师快速灵活分析的需求；在此产品上，根据半导体数据特性，可以增加特有的分析模块，对多维数据进行可视化呈现，从海量数据快速挖掘价值。

       专注于芯片分析与芯片设计服务的芯愿景：芯愿景创立于2002年，是一家以IP核、EDA软件和集成电路分析设计平台为核心的高技术服务公司。向全球客户提供集成电路分析、集成电路设计、集成电路EDA软件授权服务。

       芯愿景将EDA软件需求定位于IC分析服务和设计服务领域，累计研发了8套EDA系统，共40多个软件，覆盖了集成电路工艺分析、电路分析和知识产权分析鉴定的全流程。其依托于自主IP平台和EDA软件的集成电路设计服务，成功实现了工业控制、汽车电子、安防监控、网络设备、物联网和智能硬件等领域多款芯片的一站式设计服务。

       聚焦数字芯片验证领域的芯华章：芯华章成立于2020年3月，是一家立足中国、面向全球的国产集成电路EDA智能软件和系统公司。目前芯华章形成以智能调试、智能编译、智能验证座舱为三大基座，提供全面覆盖数字芯片验证需求的五大产品线，包括：硬件仿真系统、FPGA原型验证系统、智能验证、形式验证以及逻辑仿真。

       2021年，芯华章发布四款拥有自主知识产权的数字验证EDA产品—桦捷 (HuaPro-P1)、穹鼎 (GalaxSim-1.0)、穹景 (GalaxPSS) 、穹瀚 (GalaxFV) ，以及统一底层框架的智V验证平台。这些产品突破了当前国内EDA企业仅提供部分点工具，无法支持数字芯片验证全流程的现状，在实现多工具协同、降低EDA使用门槛的同时，提高芯片整体验证效率。

       致力于芯片功耗分析工具的行芯科技：行芯科技致力于从传统工艺到先进工艺，为IC设计企业提供领先的Signoff工具链和解决方案。行芯Signoff解决方案面向最前沿的芯片设计和工艺节点，着力解决5G、人工智能、大数据、自动驾驶、物联网时代下集成电路瓶颈问题，帮助工程师尽早发现设计漏洞与缺陷，改进“PPAR”，即Power-Performance-Area-Reliability，提高芯片设计效率和加快产品上市时间。

       2021年，行芯科技基于FinFET先进工艺的全芯片参数提取解决方案GloryEX，成功通过三星先进工艺的高标准认证，是国内唯一通过认证的Signoff精度提取工具。

       可提供半导体全链仿真解决方案的芯和半导体：芯和半导体（前身为芯禾科技）成立于2010年，专注EDA软件、集成无源器件IPD和系统级封装SiP微系统的研发。其主要为半导体芯片设计公司和系统厂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、IC封装设计、和射频模拟混合信号设计等。

       芯和半导体的EDA产品以仿真为主，集首创革命性的电磁场仿真器、人工智能与云计算等一系列前沿技术于一身，提供覆盖芯片、封装到系统的全产业链仿真EDA解决方案。2021年，其正式发布高速仿真EDA解决方案2021版本，首创了“速度-平衡-精度”三种仿真模式，帮助工程师根据自己的应用场景选择最佳的模式，以实现仿真速度和精度的权衡。

       多年前，在EDA软件上，我们抄了近路——直接采用国外EDA工具。然而，现实告诉我们，EDA发展之路，还得靠自己脚踏实地、一步一个脚印地走出来。通过以上对于国内EDA代表厂商的盘点，可以发现在很多点工具上，我们已经实现了从0到1的突破，且各有所长。国内EDA厂商多点布局，正逐步形成产业生态。

       随着芯片设计逐步走向线上化、数字化、智能化，带来了云上EDA、AI设计、软硬件协同等设计趋势，EDA也将进入全面革新的EDA 2.0时代，需要全行业、全流程、全工具的多方面改进。风雨多经志弥坚，关山初度路犹长。希望未来我国EDA产业能以更稳健的心态实现更高质量的发展。

参考资料
工业软件专题报告：EDA，国产崛起正当时：
https://baijiahao.baidu.com/s?id=1707150188256551116&wfr=spider&for=pc
EDA的简介、发展及我国EDA技术发展现状：
https://zhuanlan.zhihu.com/p/267924554
国产EDA，还差在哪？
https://baijiahao.baidu.com/s?id=1731954927317431117&wfr=spider&for=pc