國產EDA現狀與困境：40%環節仍是空白！實現全流程仍需200億元、3000研發人才、5年時間！如何突破？

芯智訊|Core Zhixun|

2022-09-12 09:00:46 0

近年來，隨著*的重視和支持以及產業界的共同努力，*半導體產業發展迅速。但是，不可否認的是，國產半導體產業鏈仍存在著眾多的薄弱環節。比如備受關注的半導體制造領域，國內就一直面臨著“卡脖子”問題，特別是在*制程制造方面受制嚴重。另外，國內的半導體設計產業雖然達到了**的水平，但是芯片設計所需的EDA工具仍是嚴重受制于人，這些也成為了美國打壓*半導體產業的重要方向。

那么目前國內的EDA產業目前的現狀如何，存在哪些問題，如何去突破？帶著這些問題，芯智訊在近日采訪了多家國產EDA廠商，希望能夠為大家解答這些問題。

一、國產EDA現狀與困境

對于芯片設計來說，隨著芯片越來越復雜，設計也規模越來越大，設計師依靠手工難以完成相關工作，必須依靠 EDA 工具完成電路設計、版圖設計、版圖驗證、性能分析等工作，以減少設計偏差、提高流片成功率及節省流片費用。因此，EDA也有著“芯片之母”之稱。

1、美國EDA廠商壟斷國內外市場

首先從*EDA市場來看，美國廠商占據了壟斷地位。數據顯示，在2020年的*EDA市場，美國Synopsys、美國Cadence，以及EDA研發總部在美國的Siemens EDA（2016年Mentor Graphics被德國西門子收購后更名為Siemens EDA）、美國Ansys、美國Keysight Technologies的市場份額分別為29.1%、32%、16.6%、4.8%和3.3%，合計占據了*近86%的市場。

從國內EDA市場來看，美國三大EDA廠商也占據了主導地位。根據賽迪智庫數據顯示，2020年Synopsys、Cadence和Seimens EDA三巨頭合計占領國內約80%的市場份額，國產EDA廠商的份額僅11.5%，其中華大九天占據了國內EDA市場約6%的市場份額，居本土EDA企業首位。

雖然近兩年在自主可控及資本的助推下，國產EDA發展迅速，涌現出了數十家EDA廠商，但是絕大多數都是小而不強，且絕大多數都屬于是點工具類型，僅少數廠商擁有部分細分領域的全流程工具，但沒有實現整個集成電路設計所需的EDA全流程的覆蓋。目前，國內EDA廠商中，僅華大九天能夠提供模擬電路設計全流程EDA工具；概倫電子也只是提供了器件建模和電仿真兩大集成電路制造和設計的關鍵環節的工具，近期才剛發布面向各類存儲器電路、各類模擬電路等為代表的定制類芯片設計的EDA全流程工具；芯華章也只在數字驗證全流程方面有比較完整的覆蓋。

2、國產EDA仍有40%環節存在空白

據芯智訊了解，由于EDA的產業涉及的工具鏈比較長，整個工具鏈要做全，并不是一家兩家國產EDA廠商就能做到的，目前國產EDA廠商都相對比較弱小，需要國產EDA產業界共同努力。

一位專業人士向芯智訊透露，目前國產EDA工具整體上能夠商業化、產品化，能夠提供產業界使用的，大概只能覆蓋60%~65%的環節，也就是說還有35%~40%的環節還存在著空白。

即便是國內*早上市的EDA廠商概倫電子，其主要也只是提供了器件建模和電仿真兩大集成電路制造和設計的關鍵環節的工具。直到今年8月1日才宣布計劃推出*個面向各類存儲器電路、各類模擬電路等為代表的定制類芯片設計的EDA全流程NanoDesigner。

而國內*大的EDA廠商華大九天，雖然已在模擬電路設計和平板顯示電路設計方面基本實現了全流程工具覆蓋。但是，在數字電路設計方面仍未形成全流程工具覆蓋。有行業專家認為，目前國內數字電路全流程方面，可能仍有30%的空白。

數字EDA領域專業人士指出，“RTL（register transfer level）邏輯仿真，是EDA工具中是用量*大的一塊，國內這類產品也很少；邏輯綜合方面也比較薄弱，國內的EDA廠商邏輯綜合工具現在做FPGA是可以的，因為FPGA是相對比較固定的，但做ASIC則不然”。

對此，在RTL邏輯仿真工具上已有突破的芯啟源EDA&IP銷售總經理裘燁敏也指出，“RTL仿真確實很難，之前也僅有國外三大EDA廠能夠提供相關產品。我們也是在去年才成功推出了自己邏輯仿真工具——MimicPro，并且已經有提供給客戶使用，客戶產品今年也才剛剛流片。即便如此，我們的邏輯仿真工具也并沒有做到百分之百的覆蓋，但是已經可以解決很多企業的痛點了，或者說已經合格做備胎了。”

△芯啟源EDA&IP銷售總經理裘燁敏

△芯啟源EDA仿真工具MimicPro

裘燁敏坦言：“RTL仿真這一塊，普適性的feature相對不多，每一個企業對于feature的要求都有比較大的差異，哪怕是同一個行業都會有一些不一樣，這就要求我們國內的企業投入更多的人力去適應客戶的需求。我們也希望有更多的合作伙伴或者友商往RTL仿真去做，但確實很難，雖然國內有我們這樣的一兩家公司在做，但是做到落地到商用打磨完，可能還需要兩三年。”

據芯智訊了解，對于芯片前端設計人員來說，主要工作內容就是進行RTL邏輯開發。當算法人員完成算法之后，芯片設計人員是用Verilog HDL完成算法的硬件建模，即所謂的RTL開發。RTL開發完成之后，進入驗證階段。這市就需要用到EDA邏輯仿真驗證，可以用來檢查代碼中的語法錯誤以及代碼行為的正確性。而隨著異構芯片、chiplet 的普及、算法、軟件框架的復雜化，前端工程師范疇的驗證工作，也從邏輯仿真，覆蓋到算法及軟硬件協同驗證。

3、質量、工藝、數據遷移問題

國產EDA除了仍有很多空白環節之外，要想替代國外EDA，還存在著質量、對*工藝的支持、客戶數據遷移等方面的問題。

行芯董事長兼總經理賀青就表示，“雖然國內在模擬電路設計上已經實現了全流程工具覆蓋，但在數字芯片設計的EDA工具鏈與*頭部公司還存在空白。數字芯片從開發到流片投入動輒數億元，試錯成本高昂，所需EDA工具種類繁多，對精度、效率、容量都有極高要求。行芯從2018年成立，一直專注于芯片物理設計Signoff領域，與行業頭部客戶協同作戰，用了四年時間才實現數字EDA工具的商業化。”

△行芯董事長兼總經理賀青

裘燁敏也坦言：“我們的RTL仿真工具實際上在性能上，犧牲了很多feature，接下來我們會把性能趕上去，但是feature的能力還得慢慢往上走，debug的功能確實沒有做到那么全，也還得一步一步，一點一點的做，而且越后面剩下的骨頭就越難啃。”

另外，國產EDA在*制程工藝的支撐上也存在著難題。比如目前國內很多芯片設計公司都能夠設計7nm、5nm的芯片，但是國產EDA工具很多還做不到對*工藝的支持。

業內普遍認為，EDA發展*大的問題，是我們拿不到*工藝的參數（需要代工廠配合），沒有參數，工具就沒有辦法適配、結合，這也意味著再往更*的制程走就會非常困難，國產EDA工具被卡也還有這方面的原因。所以即便全流程工具有了，還要和*制程結合。

對于國產EDA廠商來說，要想從國外EDA廠商手中*下客戶，還面臨著客戶數據遷移的難題。

如果客戶長期使用國外的EDA工具，就會積累很多的底層數據，主要就是PDK，特別是對于模擬芯片來說更為關鍵。比如臺積電，一年可能會發布多個工藝節點，每個工藝節點又會有不同的分支，所以總的PDK可能有幾千個。國內很多晶圓廠的各個工藝也只提供三大EDA公司的PDK，其他都不愿意提供，因為他也要投入。這時候，客戶想要遷移到國產EDA工具，就必須要解決PDK問題。因為PDK不能直接拿來用，一方面有加密的問題，另一方面還有知識產權的問題。所以，必須要重新來做一套，非常的耗時耗力。這也是國產EDA工具在推廣過程當中遇到的*大問題。

從設計者角度考慮，從一個EDA公司平臺遷移到另外一個EDA平臺的時候，工具賣多少錢不重要，怕的是原來底層積累的東西遷移不過去，那個代價比買EDA的代價要大很多，也確實有一定的難度。

△芯啟源產品市場總監胡侃

芯啟源產品市場總監胡侃認為，這其實是國產EDA生態的問題。“不管是EDA的標準化，還有很多處理器的開源組織，都不是我們自己的，沒有標準化就面臨很多客戶使用的時候會產生壁壘，廠家不一樣，標準知識不一樣，文件都不一樣，不可復用，這個使得產業落地非常有挑戰性，怎么打通這個生態，怎么構建國產EDA生態很重要。

4、人才缺口問題

國產EDA要發展，離不開人才。但是目前國內的EDA人才比較缺乏。

根據招股書顯示，國內*大的EDA廠商華大九天截至2021年12月31日，員工總數也只有660人；概倫電子截至2022年6月30日，在職員工總數為294人；廣立微截至2022年6月30日，在職員工總數為102人。相比之下其他數十家國產EDA廠商的員工人數大多不到100人。照此估算，目前已有這些國產EDA廠商的員工總數恐怕僅有不到3000人左右（賽迪智庫數據顯示，2020年本土EDA企業總人數約為2000人）。

需要指出的是，本土EDA廠商當中這不到3000人的從業人員，其中大約僅有2500人是研發人員。

相比之下，頭部的EDA廠商當中，僅Synopsys一家EDA企業的*員工數就超過了13000人，達到了本土EDA產業的從業人數4倍以上。即使規模相對較小的Siemens EDA，*員工總數也有6000人以上。

另外，目前國內很多EDA公司都還是各做各的，存在著重復投入和浪費的問題。

二、國產EDA如何破局？

以上提到了國產EDA面臨的很多問題和挑戰，那么如何解決這些問題和挑戰呢？

1、實現EDA全流程覆蓋：需投入200億元、3000研發人才、5年時間

如何打造EDA全流程？行芯董事長兼總經理賀青認為，EDA企業應該從點工具上突破，并爭取客戶的使用以獲得迭代；對于行業而言，應思考如何“連點成線”。

對于國內目前比較欠缺的數字全流程EDA工具方面，賀青表示，基于目前的行業發展，通過國內EDA廠商協作的方式，大概還需要兩年的時間才能打造一套完*產化的數字EDA全流程工具。

按照EDA行業的正常的經驗，一個工具從開發到出來成熟，變成產品有5年，但是現在由于外部形式變化，所以迫使國內需要加快一點，所以過去兩年左右開始布局，再加兩年左右基本可以成熟。這可能是必須要走的路。

但是，數字全流程只是一個方面。從整個國產EDA全流程覆蓋的角度來看，設計、制造端，還有應用端，所有的東西都要全部覆蓋。

芯智訊從業內多位專家處了解到的看法是：“國內涉及到制造、封裝層面布局的企業還不多，很多都是剛剛起步，五年時間屬于基本的要求。而且五年內要想真正做出來，還需要有足夠的資源才行，這個資源也不僅僅是有錢就行，也不是說有足夠數量的人才就行，關鍵是要有足夠的高層次人才行。未來五年內把這個事情做好，預計每年要投入40-50億元（至少200億）。人才方面，國內要把EDA做全，3000的研發人員是起步要求，加上其他的銷售、行政等配套人員，差不多要4000人。但是目前，國內的EDA人才是比較緊缺的。”

正如前面所提到的，目前本土EDA企業的員工總數大概只有不到3000人，這其中研發人員估計不到2500人。

另外，本土EDA企業之前還存在著各自為戰，著重復投入和浪費的問題。所以，真正在做有助于國產EDA全流程覆蓋，這2500人研發人才是不夠的。

就目前國內所有的EDA人才力量，如果大家做好分工尚能滿足人力要求，如果企業間還存在很多業務和人力的重疊則不太足以支撐，所以需要大家協作來解決這個問題。

“EDA全流程的覆蓋，需要眾多國產EDA合作伙伴一起，通過形成聯盟，特別是在重點客戶上，大家需要充分協同。比如，我們的產品主要是面向*工藝，但是我們只覆蓋了一個面，要實現所有流程的覆蓋，就需要大家一起，在某家大客戶那邊投一個團隊，大家一起打磨，整個流程串起來沒有問題了，能夠被客戶用了，才算是有了。”賀青說道。

2、多角度入手，引導和鼓勵使用國產EDA

國產EDA要想得到更快的發展，自然是離不了國產芯片設計廠商的大力支持。雖然在近年來美國對*半導體產業的持續打壓，以及“國產替代”的趨勢之下，一些國產芯片設計廠商也開始愿意給予國產EDA機會，但是主要也只是一些頭部的芯片設計廠商。

“*現在幾千家芯片設計企業，實際上愿意用國產EDA的企業少之又少，哪怕在‘清單’上的企業，有些都沒有用，這就是當前的狀況，也是需要大家努力改變的。當然，現在情況至少比以前好了很多。”賀青說道。

另一方面，正由于目前國產EDA與國外EDA存在較大差距，因此客戶在用的過程當中也存在一定的風險，這也讓部分國產芯片設計廠商望而卻步，特別是中小型的芯片設計廠商不愿意當“小白鼠”，而對于大廠來說，門檻更高，很多中小國產EDA廠商又難以做進去。

對此，一些國產EDA企業曾從以下幾方面持續呼吁：

首先，隨著外部形勢的變化，企業上下游要有戰略的定位。鼓勵和引導產業界從戰略的角度來考慮，這需要*和產業界集體呼吁，因為這已經不是簡單的市場、效益問題。

第二，僅僅靠幾個大公司對產業的拉動，力量有限，還是要市場化。這就要求國產EDA廠商要把自己的產品做好，前期需要抓住客戶戰略上給予支持的機會，把產品打磨好，后期就需要主動地從市場化的角度，配合應用需求，依靠自身產品的市場競爭力去贏得市場。

第三，政府層面上應該鼓勵或者引導國產化的應用。比如設立一個國產化獎勵基金，用國產化EDA用得好了，可以獎勵一下，用得越好獎勵更多，真正的讓他愿意用，并把國產EDA用好。

“國產EDA發展目前主要是基于外部的壓力，反而發展的比較快。在前幾年，我們做好的工具，實際上沒有特別好的場景給我們做打磨，很多客戶此前或許基于他們自身盡快流片實現量產壓力，并沒有給國產EDA企業機會。但現在，這些機會開始越來越多，我們也是希望從政府引導方面給到企業更多的機會。EDA本來就是工具，整個全流程的東西不經過打磨自然是無法做到更好。我們也是希望客戶能給我們機會去打磨，去把產品做好。”裘燁敏說道。

鴻芯微納CTO王宇成則認為，即使未來國產EDA工具鏈技術上達到了可替代性，真正要國內用戶愿意來買單也會是非常困難的。“需要多管齊下才有成功可能性。首先需要有采用國產EDA工具的頭部芯片設計企業來背書；還要有國內fab對國產工具的支持，協同優化；*政策上要加強保護軟件知識產權，加強打擊盜版，同時以補貼鼓勵使用國產工具，使芯片公司從財務上使感受到使用國產工具的好處。這樣形成正循環，*后形成國產工具的突破。”

3、天下武功，唯快不破

要想突破國外EDA的壟斷，甚至實現反超，國產EDA除了要把產品做好之外，還需跑的比國外EDA廠商更快。雖然國外的EDA廠商為了服務好本土客戶，也都有在國內建立服務團隊，提供本地化的快速服務。但是由于外資企業文化上的差異，本土EDA廠商依然可以通過“速度”來實現突圍。比如本土廠商很多都可以為客戶提供7×24小時的快速反應的貼身服務，而這卻是國外EDA廠商難以做到的。

“*人的勤勞，使得我們本土企業可以通過更快的速度來進行追趕國外廠商。比如，以前我們客戶采用國外的EDA軟件設計芯片所需要的周期是1，那么我們公司現在已經做到只需要原來周期的1/3，要做到這一點，我們自然需要付出更多的人力和時間，這也使得我們每天幾乎都處于極限狀態，用速度來幫助客戶換取時間。這也是我們的一個取勝之道。”賀青說道。

當然，除了通過更多的人力和精力的付出，來換取速度上的優勢，我們也可以嘗試其他的路徑或者其他人沒有走通的路徑，比如更好的解決硬件對于軟件的加速問題，來實現速度上的趕超。

4、并購整合，做大做強

近幾年由于美國的打壓以及資本的追捧，涌現出了一大批的初創型國產EDA企業，使得目前國內國產EDA企業的數量超過了30家，遠超國外EDA企業數倍。雖然數量很多，但總體上都很弱小，產品覆蓋面也是非常零散。

從國外三大EDA巨頭的發展歷程來看，期間經歷了一系列頻繁的并購。有數據統計，截至2020年底，這三大EDA巨頭共發起過200余起兼并收購案，其中Synopsys兼并收購次數*多，高達80次；Cadence和Siemens EDA分別為62次和66次。

顯然，未來國產EDA要想做大做強，也必然會經歷一個優勝劣汰、大魚吃小魚的過程。

鴻芯微納CTO王宇成也表示：“國外EDA供應商經過二三十年的商業競爭，兼并整合，已經形成了數家公司能夠提供高度集成和完整的工具鏈。相比之下，國內EDA供應商還處于僅能提供點工具，群雄逐鹿的狀態。國內芯片設計公司既沒有動力，也沒能力來購買國產點工具，化費精力拼裝成工具鏈來取代現有高度成熟高度整合，由單一供應商提供的解決方案。就連國內的Fab，也只認證Cadence flow與Synopsys flow, 沒有點工具的認證機制。所以，國產EDA 要能夠贏得客戶，成為主流工具鏈，并購整合是極為必要的手段。”

對于國內EDA產業整合并購需要注意的關鍵問題，還是需要更多的戰略思考與定力。一方面，純粹的技術拼湊無法真正提升企業的核心競爭力，需要做到真正的互補；另一方面，企業只有自身具備一定的自主技術與研發實力后，才能夠透過自身的創新能力，把這些技術充分消化、串聯起來，才能更好打通工具間的限制，通過深度融合更好賦能客戶生產效率提升。

5、突破工藝限制，面向系統級應用，打造下一代EDA

過去的四十年里面，不斷發展的工藝和架構設計共同推動著*制程的發展。但是現實趨勢來看，一方面工藝的進步已經逼近極限，更高工藝已經不能帶來過去那種成本、性能、功耗的*優勢。

根據Techinsight網站對天璣9000處理器的分析，臺積電所聲稱的N4關鍵工藝尺寸與其早期N5產品幾乎完全相同。另一方面，芯片創新空間更大了，越來越多的系統廠商，諸如蘋果、特斯拉等開始下場自研芯片。援引某位業內資深人士觀點，他表示“為了達成系統、應用對芯片的要求，大家更多從系統設計角度出發，借助系統、架構的創新，以應用導向驅動芯片設計，實現對系統能力的提升，降低對*工藝的依賴。”

這些新出現的市場需求、技術趨勢，一方面為EDA發展提供了新的市場機遇，另一方面，也對EDA工具提出了更高的、不同以往的要求。這位業內資深人士人提到，“諸如人工智能、云原生等技術的出現，又為下一代EDA工具提供了更大的想象空間。這就為國產EDA廠商提供了更高的技術起點，也是實現跨越式發展的新機遇。”

由此看來，如何抓住下一代EDA的發展趨勢，帶動EDA從自動化向智能化發展，形成從系統需求到芯片設計的智能化流程，讓系統工程師和軟件工程師都能參與到芯片設計中來，縮短從芯片需求到系統應用創新的周期，降低復雜芯片的設計和驗證難度，更好賦能電子系統創新，也應該成為所有EDA廠商思考和重視的方向。

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