不想再被「卡脖子」 中國致力發展自有EDA生態

作者 : Luffy Liu,EE Times China

在2020 ICCAD會議期間,EE Times/EDN China記者採訪了多家來自EDA產業領域的高層,包括Mentor, A Siemens Business全球副總裁暨中國區總經理凌琳,芯華章(X-EPIC)董事長暨CEO王禮賓,以及國微集團旗下國微思爾芯CEO林俊雄、鴻芯微納 CTO王宇成。

有人說EDA是一個神奇的產業,參與的公司不多,卻凝聚了人類在電子工業領域最多的智慧結晶,被稱作「晶片之母」、「晶片產業皇冠上的明珠」。而先前人們普遍認為晶片業是中國科技產業中最被「卡脖子」的一個部門,但因為中美貿易戰美方對中興、華為的制裁,我們發現一旦EDA工具被限制,整個晶片產業都可能停擺。

目前在EDA領域,Synopsys、Cadence和Mentor三大供應商佔據95%的市場,複雜高階晶片設計完全依賴他們的EDA工具。2018年,中國大陸前10大EDA公司銷售額約3.5億元,只佔據全球市場比例的0.8%;最新統計資料顯示,三大EDA供應商的員工總數是中國EDA從業人員總數的十倍以上…此巨大差距讓中國大陸無論是資本市場還是官方政策,都特別關注本土EDA軟體的發展。

日前於重慶舉辦的中國積體電路設計業2020年會(2020 ICCAD)暨重慶積體電路產業創新發展高峰論壇上,中國半導體產業協會積體電路設計分會理事長魏少軍在題為「抓住機會實現跨越」的報告中表示,中國國產EDA繼模擬全流程設計工具進入市場參與競爭後,在數位電路流程上也形成了一系列重要的單點工具;中國業界相信再經過幾年的努力,也可以擁有自己的數位電路全流程設計工具。

在2020 ICCAD會議期間,EE Times/EDN China記者採訪了多家來自EDA產業領域的高層,包括Mentor, A Siemens Business全球副總裁暨中國區總經理凌琳,芯華章(X-EPIC)董事長暨CEO王禮賓,以及國微集團旗下國微思爾芯CEO林俊雄、鴻芯微納 CTO王宇成。

Mentor:西門子帶來超越EDA的專業化資源

EDA是一個永遠需要創新的產業,在過去的一年中雖然受疫情影響,但Mentor在西門子的支持下收購了一些公司,擴充了其工具產品線。Mentor將在2021年1月起更名為Siemens EDA,繼續作為西門子數位化工業軟體的一部分營運。

針對越來越多EDA廠商開始談論的開放源碼(開源)概念,凌琳認為,開源做法主要集中在一些技術做得好的新創公司中,他們把一些基本功能部分開源給設計者試用,如果需要更多功能時則需要購買;「我目前看到這類開源工具大部分用於系統板級設計,但要做一個100億電晶體SoC設計,目前這類EDA工具開源的可能性幾乎沒有。」

Mentor, A Siemens Business全球副總裁、中國區總經理凌琳

Mentor, A Siemens Business全球副總裁、中國區總經理凌琳 (圖片來源:ICCAD)

利用新型EDA工具確實可以做出不一樣的產品,或者說達到不同的效果,但從幾家EDA大廠的成本架構來看,雖然純利很高,但也是研發成本最高的一類企業。高投入帶來高度集中化,包括購買技術資產和研發投入。新創公司在開源的同時如果不能保證營收,未來有很大可能性會被大公司併購。

所以在凌琳看來,EDA完全開源或者是免費從商務模式來看可能性不大,至少不會把最精華的部分開源。唯一存在開源和協同可能的研發類型,是與大學院校之間研究性質的合作開發。比如在美國,一些大學會與EDA業者合作開發專案、研發工具引擎或演算法,而學校、教授和公司之間則是進行交叉授權。

2016年西門子收購Mentor後,業界也很期待工業和EDA兩家巨擘的結合會擦出什麼樣的火花,能不能做到其他兩家純EDA公司做不到的事情?其實西門子從收購Mentor之初就表露出一個願景,就是打造一個更完整的設計平台。

「Mentor專注的EDA、IC和系統設計,都是這個平台的一部分;」凌琳表示,對使用者來說,最直觀的體驗是他的晶片不單能在一個系統裡展現效能,這個子系統在另外的超級系統裡面也會扮演一個角色,「這超越了Mentor IC設計的專業化資源,包括機械設計、系統熱力等資料分析、服務都可以通過該平台完成,這就是西門子數位化工業軟體的使命。」

目前EDA和工業軟體的結合還處於探索階段,不過在某些特定領域已經實現串聯,例如在印刷電路板(PCB)工廠中,以及晶圓製造尖端製程中專業的製造流程軟體。前幾年西門子提出的「數位孿生」概念其實不是EDA產業的標準用語,而是西門子PLM,指的是把設計模型到物理世界的模型完全映射,包括所有資料的管理。

「數位孿生」概念有一點跟EDA相通,「EDA以前都是設計檢查,後來演變成為必須建模,需要針對材料、物理現象等去操作。相當於把物理世界的現象跟數位化的設計模型結合起來統一管理;」凌琳解釋,無論半導體的材料、製程如何變化,都可以將模擬到的參數表徵化、再生產。

芯華章:EDA將邁入2.0時代

隨著市場成長以及技術奇點的到來,中國市場湧現一批EDA新創公司,受到本地產業以及資本市場的支持和關注,但海外大廠在技術、人才和客戶上有著長時間積累的優勢,本土廠商要擺脫路徑依賴、用更前瞻的技術思路來突破。

例如2020年3月剛成立的中國EDA公司芯華章科技,其創辦人王禮賓在內的多位核心團隊成員都曾在Synopsys、Cadence等公司擔任要職,專注於決定晶片成敗關鍵的驗證工具。今年11月,芯華章發表首款EDA產品「靈動」(EpicElf),以及率先支援中國國產電腦架構的全新模擬技術,已經在中國「飛騰」伺服器上通過驗證,被視為中國建設自主研發IC產業生態的一大里程碑。

芯華章董事長暨CEO王禮賓

芯華章董事長暨CEO王禮賓 (圖片來源:ICCAD)

王禮賓在ICCAD率先提出了「EDA 2.0」的概念。談到30年來市場主流在使用的都是「EDA 1.0」,其實是基於二、三十年前的技術起點構建的,不管是演算法還是架構基礎,在多年發展過程中,每當有新的協議、需求,都在不斷疊加,並且由於有守住現有市場的出發點,這些冗餘還無法捨棄或重構。

「以模擬器為例,幾乎所有做晶片的都需要做前端模擬,現在我們使用的都是最新的UVM,但以前的VM沒用了,也只能繼續放在裡面;」王禮賓表示,雲端運算和人工智慧技術的出現對EDA工具進化非常有用,但是對「EDA 1.0」時代的工具,仍然很難整體改造。

據瞭解,芯華章前不久加入一位在EDA領域有30年研發經驗的高層,近年來一直致力於研究人工智慧和機器學習;在加入芯華章之前,他在一家美商負責研發主流EDA工具對AI功能的導入,但僅能讓AI運用於工具的局部,很難整體上實現運用。在芯華章,他則能將AI技術自底層架構開始融合、重構整個工具。

現在的「EDA 1.0」只是自動化,未來的EDA技術一定是智慧化的,王禮賓表示,目前芯華章在做的、融合AI與雲端技術的EDA可以說是1.X,技術在向完全智慧化的方向演進。現在驗證技術分軟體模擬、硬體模擬以及原型等等,具體用哪種技術往往需要人依據經驗來判斷,而將來的智慧技術不再依賴人工選擇,可以讓晶片設計更簡單、更普惠。

在被問到國際市場上已經有EDA巨擘領先,芯華章的因應之道為何的時候,王禮賓認為不能靜止地去看發展,「今天我們和巨擘公司的研發初期已經有了截然不同的技術起點,掌握著更好的技術後發優勢,這也就是我們有信心把研發目標定為EDA 2.0的原因。」

芯華章延攬的人才不僅是EDA專長,還包括網際網路、AI、雲端技術方面的專家,透過融合他們的架構思想、演算法於當前的EDA技術,不是單純重複30年前的老技術。王禮賓強調,所以該公司從來不說要去「追趕世界先進水準,因為我們的賽道、想法不同於傳統技術,我們要做出創新的智慧化EDA。」

芯華章在8月份宣佈了開源生態專案,認為開源是科技界的一大趨勢,能夠有效構建生態、推動創新;該公司並在9月份推出了開源EDA技術社群,發表了兩款開源EDA產品。目前中國大陸投入EDA研究的人數很少,加起來也就一千多人,芯華章認為開源是把大家發動起來最好的方法,「我們有這樣的能力去做這件事,這也是我們的社會責任,開放的胸懷能夠讓產業獲得更好的發展。」

王禮賓表示,芯華章在短時間內發佈了基於開源的模擬器,並運用一些先進辦法將其速度在一個月內翻了一倍,一方面讓大家看見新EDA技術是怎麼做到這一點的;另外「高手在民間」,讓更多的驗證工程師去看這個東西,並且提出正向回饋,在切磋交流之間加速創新,吸引更多人加入到這個領域當中。對於開源和商業之間的平衡,王禮賓表示,「我們可能是中國第一家做開源EDA工具的公司,但不是一個開源的公司,開源不是我們的盈利模式。”

從今年3月到現在,芯華章已有三輪金額不小的融資。對這些融資的用途,王禮賓認為EDA是高研發投入的產業,賺錢則沒有那麼快,所以做EDA需要有恆心、有耐心、有追求的人,才能做得長久。因為這個產業人才太少,能成為EDA專家的人更少,所以芯華章目前為止最大的投資還是在人才上,佔據總投資的70%以上;「EDA從來都不會是一個重資產的產業,最重的都是人。」

融資的另外一個用途,就是構建「硬體驗證雲」,是由一組硬體模擬器組成的硬體雲端,主要目的是能為中小企業提供協助;做過模擬的都知道,平常需求沒有多少,但高峰期需求量非常大,如果為此自己買一堆機器顯然不划算;雲端驗證平台能帶來具靈活性的服務。

國微集團:打造本土化數位全流程EDA

國微集團成立於1993年,是一家半導體控股集團,其業務主要覆蓋安全晶片設計及應用、EDA系統研發及應用、FPGA快速原型驗證及模擬系統研發及應用以及第三代半導體產品研發和生產等。2018年,國微集團收購上海國微思爾芯技術股份有限公司(國微思爾芯),是中國大陸最早成立的EDA公司之一,專注數位電路晶片原型驗證。

同樣在2018年,國微集團參股並管理EDA後端設計軟體研發公司深圳鴻芯微納,該公司主要研發佈局佈線工具,目前完成數位積體電路EDA平台關鍵節點的技術部署。國微思爾芯CEO林俊雄表示,公司自2018年被國微集團收購之後,開始在數位電路驗證領域研發多樣化的EDA產品,致力於打造數位全流程EDA平台。

數位全流程EDA主要分設計跟驗證兩部分,「國微思爾芯和鴻芯微納之間是互補,並且是兩個相輔相成的流程;」鴻芯微納主要是設計工具,而設計的每一個步驟都需要完整的驗證;全流程裡還有邏輯合成、時序分析等功能,國微思爾芯也需要鴻芯微納的大規模合成能力。

國微思爾芯CEO林俊雄

國微思爾芯CEO林俊雄(圖片來源:ICCAD)

鴻芯微納 CTO王宇成表示,目前公司專注在支援邏輯綜合、佈局佈線,工具已經可以支持海內外多家半導體製造廠商的製程,包括7奈米的先進製程。目前該公司正在中國本地一些領導企業緊密合作,致力於本土化、客製化的開發;「從工具的性能跟功能上來說,已經完全可以達到PK國外對應產品的能力。」

王宇成認為,EDA本土化是不得不做的事情,「這不是我們自己決定的,在半導體產業蓬勃發展的今天,EDA工具一旦被卡脖子沒有解決方案的話,整個產業鏈就會全斷掉;」以佈局佈線和數位解決方案的全流程工具來說,海外業者也是透過二十多年技術累積與進化才有今天這麼多工具,所以EDA設計門檻非常高,複雜度也很大。

追溯到30幾年前,中國曾針對EDA工具自主推動過「熊貓計畫」;王宇成表示,但當初中國整個IC設計外部環境不夠成熟,沒有客戶使用的工具就是一個死工具,只能拿來做為研究工具,不能作為產品。如今中國大陸市場對EDA工具的需求日趨成熟,中國EDA業者的技術研發功力也到了一定火候;「從鴻芯微納的角度,第一步是解決有跟沒有,這個回答是肯定的;第二步是有了以後能否持續發展,包括人才團隊、技術的持續進化,透過三年多的修煉證明我們已經具備這樣的功力。」

然而業者也認為,中國實現EDA國產化並不是終點,最終目的是要在全世界的供應鏈或者全球分工上扮演重要角色,「閉門造車或內迴圈,不是我們所希望的。從研發人員的角度來說,我們希望PK全球最領先的技術,而不是跟他們分割;」王宇成指出,從工具使用者的角度來講,中國很多業者的設計水準已經達到國際水準,或者在某些特定領域是領先的,他們有很多自研的演算法和技術,但是涉及商業機密不能共用。鴻芯微納的目標是跟客戶共同開發,從而達到客制化的效果,這是海外廠商無法提供的優勢。

至於中國業者是否要仿效海外EDA業者透過收購「發家」的模式?王宇成認為,收購要有策略,早期的美國EDA公司是透過收購很多小公司的工具拼出流程;過去可以那樣做,是因為當時製程水準還在65奈米以上,而現在FinFET製程下的設計流程複雜度高,很難做到單純的拼湊。

鴻芯微納 CTO王宇成

鴻芯微納 CTO王宇成(圖片來源:ICCAD)

此外,透過收購拼起來的工具,要花很多時間和精力重新搭建流程,不能最佳化滿足客戶需求,「而且中國廠商已經沒有時間再花二十年拼一個工具,那時候可能摩爾定律都結束了。所以說,可以透過收購滿足市場需求,但是要在一個先進的架構基礎上,只要不是在整個流程架構上起決定性作用的點工具,可以透過收購來實現。」

國微集團在整個數位EDA全流程都有佈局,不只包含鴻芯微納和國微思爾芯,還有投資和收購了一些其他公司。林俊雄表示,旗下有些公司在起步過程中就開始了相互合作,很多事情需要一個「對的時間」。

今年整個中國EDA產業生態、投資環境非常熱,不管是人員的投入,還是資金的投入都陸續進來了,由此導致的一些惡性競爭也讓各個方面的成本都提高了,尤其是人才成本。雖然市場經濟有自動調整的功能,但是EDA小小的市場擠入這麼大的投入,要算投資報酬的話,可能要上百年才能回本。

所以林俊雄認為,現在推動整併並不是一個非常好的時機,當生態環境再發展到一定階段,自然水到渠成;「現在大家還是把一些重要的流程,比如說設計、驗證或者數位環節,先發揮自身優勢做好,等待一個合適的時機再強強聯合。」

由於這幾年中國的晶片設計產業成長迅速,需求旺盛,所以在客戶策略的問題上就要考慮做大客戶策略,還是主要服務中小型企業。對此林俊雄表示,國微思爾芯主要是根據各個產品的成熟度來訂定策略,例如其主要的原型驗證解決方案產品已有17年的歷史,不管是小客戶還是大客戶、無論在海內外都可以支持。但對於一些新的EDA工具推廣,則會先找一些願意配合的客戶,跟他們密切合作把基本規格定下來,以客製化服務方式把客戶的專案做好,之後再開始推廣到更多的客戶群體。

本文原刊於EE Times China網站

 

 

 

 

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