8月12日，美国商务部工业和安全局（BIS）在《联邦公报》上发布了一项临时最终规则，将四项“新兴和基础技术”加入出口管制清单，其中三项涉及半导体，并包括芯片设计中被称为“芯片之母”的上游产业EDA（ElectronicDesignAutomation，电子设计自动化）。

图为美国商务部宣布断供的官方文件

数字时代，芯片的地位不言而喻。在中国“缺芯”之痛里，除了广为人知的光刻机，EDA工具也是死穴之一。年，美国制裁华为的第一轮手段就是发布其芯片设计必需的EDA工具出口禁令。而此次“断供”也意味着中国未来有可能在2纳米、3纳米制程及以下的芯片设计上进程受阻。EDA究竟有多大威力？EDA作为中国解决芯片产业短板前景如何？

EDA1.0向EDA2.0演进

如何形容EDA？或许可将其比喻为生物圈的水，没有水，碳基生命便无法存活；没有EDA，全球几十万亿的数字经济也无法发展。根据ESDAlliance数据，年全球EDA市场规模不足亿美元，却支撑着数十万亿美元规模的数字经济，杠杆效应接近倍。如果缺少了EDA行业，整个电子信息产业都将崩塌。

芯片设计是一个庞大且复杂的工程，包括数字与模拟电路设计、物理后端设计、封装设计、可测性设计等。在没有诞生EDA工具前，开发者只能以人工画图的方式进行电路设计。而EDA可以利用计算机辅助设计软件，完成超大规模集成电路芯片的功能设计、综合、验证、物理设计等流程，能使芯片设计的效率得到数百倍的提升，EDA工具的日臻完善大大降低了芯片设计公司流片失败的概率。EDA是集成电路设计必需、也是最重要的软件工具。

传统的EDA工具主要面向芯片，目的是帮助芯片在更先进的工艺上实现更强悍的功能。然而当工艺节点越小，这样做的成本越高昂，且风险极高。根据IBS的相关统计数据，从28nm到5nm，集成电路设计成本从万美元暴涨到了5.亿美元，3nm的集成电路设计成本接近甚至超过了10亿美元，这样高昂的成本让小公司望而却步，让大公司更加谨慎。

目前的EDA工具只能算一种半自动化的工具，大量的工作还需要人工来操作。只有当AI技术融入之后，EDA工具才开始真正走向了自动化之路。

图为EDA工具进阶史

我国国产EDA智能软件和系统创企芯华章针对芯片设计难、人才少、设计周期长、设计成本高企的问题，发布了《EDA2.0白皮书》。芯华章认为EDA2.0时代的目标是，“要从现有的EDA1.0过程中大幅减少芯片架构探索、设计、验证、布局布线等工作中的人力占比，将过去的设计经验和数据吸收到EDA工具中，形成智能化的EDA设计。”

EDA加速拥抱AI，实现多方位赋能

EDA行业从上个世纪八九十年代的百家争鸣发展到如今，已形成了美国的新思科技（Synopsys）和楷登电子科技（Cadence）、年被德国西门子收购的明导国际（MentorGraphics）三足鼎立之势。三家公司的产品覆盖了传统芯片设计的全流程，具有明显的“寡头效应”和极高的技术壁垒。

年全球EDA行业总收入的70%都装进了三巨头的腰包。而在中国市场，集中度甚至更高，EDA销售额的95%由以上三家瓜分。

如今，人类已跨入人工智能时代，为了跟上时代风口，更为了提高芯片设计的生产力和优化芯片设计过程，已有不少EDA公司将目光投向人工智能技术，期待AI能让EDA继续进化。

图为EDA工具贯穿整个集成电路设计和制造流程

深度学习等算法能够提高EDA软件的自主程度，提高集成电路设计效率，缩短芯片研发周期。机器学习在EDA的应用可以概括为四个方面：数据快速提取模型；布局中的热点检测；布局和线路；电路仿真模型。

近两年来，采用AI技术的EDA方案更是层出不穷。例如，新思科技推出了DSO.ai，大规模扩展了对芯片设计流程选项的探索，能够自主执行次要决策，并使用强化学习来观察设计随时间的演变情况，大幅提升整体生产力。Cadence发布了Cerebrus，采用了类似用合成技术取代原理图人工绘制的方法，打破了芯片设计必须依靠人力的局限。西门子EDA（Mentor）则在光学邻近效应矫正中引入了机器学习方法，大幅提升了输出预测精度并缩短了预测时间。

芯片行业正在发生质变，硬件和软件之间的界限渐渐被AI打破。AI芯片的架构不像CPU、GPU一样固定，AI芯片的设计者可以根据应用的需求，组合通用的AI算子设计出专用架构和芯片。很多大型系统公司纷纷自研定制芯片,使其系统架构与众不同，实现独特的竞争力。领域专用架构（DSA，DomainSpecificArchitecture）可让芯片设计者决定部分算法变成硬件，以更灵活的方式，通过更好的软硬件协同，更高效地满足应用需求。

由于芯片设计是一个很长的复杂流程，整个过程中可能需要十几个EDA工具，因此AI既可以应用于EDA点工具中来优化单个芯片设计环节，也可以用于整个芯片设计流程的优化。未来，从芯片的架构设计、制造以及封装的全流程都会融入AI技术，但缩短芯片从设计到制造的整个生命周期还需要整个产业链的共同努力。

国产EDA软件的春天来了？

长期以来，我国EDA软件发展落后，多年来国产EDA在数字实现领域依旧一片死寂，EDA成为中国芯片崛起的命门之一，被西方大国卡得死死的。

究其原因是EDA是人才密集型行业，需要尖端的科技人才。EDA涵盖的工具流程非常复杂，每一个流程核心节点的工具研发，都需要非常有经验的架构师来引领方向，培养一个EDA人才往往需要10年左右的时间，这也导致了EDA人才的普遍匮乏。

随着EDA对集成电路产业的战略意义不断提高和市场新机遇的带动，近年来国内EDA企业如雨后春笋般涌现。根据中国半导体行业协会集成电路设计分会的数据，年中国大陆有家芯片设计企业，同比增长了26.7%，广泛分布在消费电子、汽车、智慧城市等多个行业。但这些企业大多为中小微企业，且大多面临人手短缺，设计能力匮乏等问题，尤其是设计团队在进行仿真和验证时，往往缺乏大规模的算力集群支持。

图为-年中国EDA市场规模及预测

不过，近几年中国在半导体芯片制造领域一直受到西方国家的打压，而这也间接激励了中国进一步的发展。自从年7月份，国家正式出手斥资亿元在上海建设“东方芯港”项目后，中国半导体行业就不断传来好消息：年，中国集成电路产业规模达亿元，为全球同期增速的4倍；年，国产EDA获得了8纳米低功耗(LPP)工艺技术认证，“中国芯”进入加速时代。中国芯片行业虽然起步时间晚，与发达国家之间差距较大，但一直坚定走在正确的道路上，自主化芯片产业链前景光明。

目前，我国本土成规模的EDA企业有华大九天、芯禾科技、广立微电子、博达微科技、概伦电子、蓝海微科技、奥卡思微电等，其中三家已成功上市。这些企业虽然产品不够齐全、集成度也不够高，但他们仍是中国EDA产业的希望和火种。

图为国内EDA代表厂商

相信在中国芯片强国的时代背景下，半导体各个产业链强势崛起并取得全面突破指日可待，中国也将走出属于自己的EDA龙头企业。

（陈晨）

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