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EDA不是万能的，没有EDA是万万不能的。
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出品 | 科技智谷
昨日，美国对EDA的禁令正式生效。
8月13日消息，美国商务部周五发布最终规定，对设计GAAFET（全栅场效应晶体管）结构集成电路所必须的EDA软件；金刚石和氧化镓为代表的超宽禁带半导体材料；燃气涡轮发动机使用的压力增益燃烧(PGC)等四项技术实施新的出口管制，相关禁令生效日期为2022年8月15日。
消息出来后立即在国内引起了轩然大波，一时之间，风声鹤唳。不过我们在仔细分析后发现，其实这一禁令对我国的影响并没有想象中那么大。其实，美国这次限制的是针对GAAFET结构的芯片设计工具，这种工艺目前用于2nm、3nm等先进制程，全球也只有两家能制造GAA芯片的晶圆厂，而且全都不在中国，也就是说不影响现在，但影响未来。
01
EDA市场概况
EDA 是集成电路行业的基石。
EDA处于集成电路产业上游，为 IC 设计、制造等提供自动化辅助设计服务。EDA（电子设计自动化 Electronic design automation）是指利用计算机辅助来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（包括布局、布线、版图、设计规则检查等）等流程的软件工具。EDA 是集成电路产业链最上游、最高端的产业，驱动着芯片设计、制造和终端应用的发展。利用 EDA 工具，设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统，完成电子产品从电路设计、性能分析到设计出 IC 版图或 PCB 版图的整个过程，优化芯片制造工艺，驱动芯片产业链下游环节发展。
EDA的核心作用在于降低芯片设计风险、减少试错成本。由于芯片产品一经制造就无法更改，其设计的复杂度和高昂的制造和研发费用决定了需要通过 EDA 进行虚拟的设计、模拟和仿真，EDA 工具在此过程中可用于降低设计风险。芯片设计本身具有风险，需要大量验证流程和工作，EDA 能够将复杂物理问题用量化模型高度精确表述，在虚拟软件中模拟电路过程，再现芯片开发过程中的各种效应，从而发现潜在设计缺陷和风险；减少试错成本。EDA 能够确保在逻辑功能正确的前提下，模拟和分析得出特定半导体工艺在各种条件下性能、功耗、成本等的最优解，解决多目标约束问题，减少试错成本；验证模型一致性，确保多个设计环节中芯片保持逻辑功能一致。
EDA的发展大致经历了三个阶段。第一阶段是CAD 阶段，设计人员早期依靠手工完成电路图的输入、布局和布线；第二阶段是20 世纪 80 年代，EDA 技术的发展和完善阶段，即进入到 CAE（Computer Assist Engineering Design）阶段；第三阶段是20 世纪 90 年代以后，随着后半导体技术持续飞速发展，单个芯片上可集成的晶体管数量达到上亿个，这给 EDA 技术提出了更高的要求，出现了以高级语言描述、系统级仿真和综合技术为特征的 EDA 技术。同时也促进了 EDA 技术的大发展，各公司相继开发出大规模的 EDA软件系统。
经过 30 余年的发展整合，全球EDA 行业呈现较为明显的寡头垄断特征，根据赛迪智库数据，2020 年行业前三大巨头新思科技（Synopsys）、铿腾电子（Cadence）与西门子 EDA（原Mentor Graphics）占据全球约77.7%的市场份额。而我国自主 EDA 软件由于于受到西方禁运、特定时期没有受到足够的支持等因素，发展历程曲折而缓慢。
02
国产EDA突围之路
到目前为止，国产 EDA 软件在产品工艺、技术分析等细分领域具有优势，相关功能已与国际成熟产品接近，个别点工具功能强大，已经拥有多项 EDA 软件技术、工具和特定领域的全流程设计。
但是国产EDA工具市场份额仍然较小。在中国市场，海外巨头高度垄断，国内企业份额较低。2018-2020 年我国EDA市场销售额分别为 44.9、55.2、66.2 亿元，而 2018- 2020 年国产EDA工具销售额分别为3.4、6.0、9.1 亿元，占比较小。国内企业方面，主要EDA厂商有概伦电子、华大九天、芯愿景、芯禾科技、广立微电子、博达微电子、蓝海微科技、奥卡思微电子等。
造成这种现象的原因主要有几个方面。其一，进入中国市场时间早。在 1994 年“巴统”取消对中国的禁令后，Cadence 就进入了中国市场，次年另两家 EDA 巨头 Synopsys 和Mentor Graphics 也相继进入中国市场，而当时中国的半导体产业还处于起步期。三巨头凭借其成熟的技术工艺迅速占领中国市场，国产软件熊猫只占有极小的份额；其二，与下游客户合作密切，共同研发投资。如台积电和 Synopsys 合作，共同建立 EDA 平台和 IP 平台，从工艺开发到整个平台推出，较原先分别开发时间缩短了一半，双方投资成本也大大降低，这种合作共赢的方式也加深了双方的长期合作关系，形成良性循环。
其三，培养用户习惯，国外 EDA 厂商通过和国内一些具有较强科研实力的高校进行合作，开展“大学计划”，为高校提供 EDA 设计工具软件，培养用户的使用习惯；其四，强大的人才储备，EDA 行业具有轻资产、技术密集属性，需要大量的人才，尤其是高端人才。国外 EDA 产业发展早，技术成熟，拥有丰富的 EDA 人才储备，例如 Synopsys 的研发人员就超过了 7000人。
其实，本次EDA禁令对于国产EDA来说是一次不错的机遇，那么国产EDA应该怎样做呢？首先还是要坚持差异化、高细分、高兼容的路线，虽然目前海外 EDA产品的应用场景可涵盖设计全流程/全系统，但在各环节的功能和易用性表现参差不齐，导致用户需要借助第三方软件进行调整优化。同时，各类 EDA 工具之间在平台、操作系统、组件协作方面的数据交互难度大，设计成果无法实现高效转换及复用，因此需要功能细分、高兼容性的专业化 EDA 软件实现不同平台之间的交互，这也为国内 EDA 厂商提供了发展方向。
当然要想从“偏科生” 快速成为真正的“尖子生”，从国际巨头的发展经验来看，通过并购扩张也是一条不错的道路。EDA 软件分类非常复杂，涉及到上百种不同技术，EDA 三巨头在过去的三十多年里通过多次并购整合，丰富产品布局，形成了全流程解决方案的能力，如：Synopsys 通过收购优质的 EDA 企业，Zycad、Avanti、Magma 等，在逻辑综合、数字前后端和 PT signoff 确立自己的领先地位；Cadence 在模拟仿真和版图设计方向优势突出，在发展过程中收购了 Quickturn、Japer、Forte 等多家企业；Mentor Graphics 在 PCB 设计方向优势突出，通过并购 VALOR 和 code Sourcery 等助力其巩固 PCB 领域头号地位。根据前瞻产业研究院数据，截至 2021 年海外三巨头的并购次数均在 60 次以上，优秀的整合能力也是其并购后发展壮大的关键。
总的来说，封锁是机遇也是挑战，中国要建立一个覆盖EDA全流程的生态链，做好这件事情非常重要，进入3纳米以下先进制程还有很长的路要走。
END
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