中国EDA新浪潮的黄金二十年电源盒

中国EDA新浪潮的黄金二十年

2002年，已在芯片业浸润多时的谢仲辉回到上海。他早年求学于台大，参与了新加坡政府一力扶持的特许半导体工厂的建立与运营。随着身边的同事逐渐回流大陆，他意识到国内的芯片工业正在飞速发展，急需富有经验的人才为国效力。于是，他选择了参加国家909工程的华虹。

挑战是显而易见的：相比于国外的大客户，国内的芯片设计公司普遍弱小，一个月的订单量不过几十片、甚至更少，而芯片制造的前期流片投入却一点都不能少。光是一套掩模版就是几十万美金，让诸多设计从业者望而却步。

为了降低客户的前期投入，谢仲辉和他的团队想到了一个办法——多个客户共享一套一套掩模版，由此可以大幅缩减芯片设计业的起始投入。在谢仲辉等人的努力下，华虹在国内申请了相应的专利，实际上自身承担了部分成本以培育国内的芯片设计生态。当年很多弱小的芯片设计企业从回本起步，逐渐扩大在华虹的投片量，最终成长为参天大树。

二十年后，谢仲辉加入了一家致力于用人工智能和云服务赋能芯片设计业的新兴EDA企业——芯华章。实际上，随着国内芯片设计产业的发展，许多芯片老兵的职业生涯正在经历相似的转变。

EDA，是一种为设计芯片出图纸的电子自动化工具。大陆早在上个世纪九十年代推出适用于模拟芯片的熊猫EDA，但因不能适应数字芯片潮流而成为一个较小的分支。总的来说，自世纪之初始，中国EDA在国内产业界的存在微乎其微。

但时移势易，经历二十多年的发展，中国EDA却呈现出一个遵循市场化原则、结构较为均衡、甚至在一些领域略有领先的态势。

那么，中国EDA行业目前的这种状况是如何形成的？本文基于中国EDA产业的三个阶段进行了梳理：

1. 2000～2010：EDA商业模式奠基；

2. 2010～2020：痛点创新的竞与合；

3. 2020～：大挑战与新机遇

EDA商业模式奠基

EDA商业模式的成立要追溯到晶圆代工业的崛起。上个世纪90年代，台积电作为专业晶圆代工厂，将目光聚焦在制造，服务于大量芯片设计客户。这一商业模式需要简便高效的设计工具作为配套，使中小客户不必依附于大公司内部的设计工具，就可以顺利地设计芯片。

随着晶圆代工业逐渐成型，大量纯粹的设计公司（fabless）如雨后春笋般出现，作为晶圆代工业与设计业的关键桥梁，EDA产业成熟了。

之后，EDA行业在经历了连续多年高强度的并购后，新思、楷登两巨头脱颖而出，在各环节形成了一个连贯的商业布局：
晶圆厂端，为其提供完整的PDK工艺套件，作为设计客户的标准参考，大大降低制造端的压力；设计端，为其提供DDR、USB等广泛应用的关键接口IP，节省芯片设计中自研此类IP的时间和精力；甚至在光刻机端，新思为阿斯麦开发了专用的镜头校准软件，以使光刻过程精确无误。

凭借在芯片产业链上下游的深入布局，EDA成为整个芯片产业的关键先生。随着数字芯片的晶体管数量飞速增长，设计出错的成本指数式增加，越来越多的设计客户养成了支付正版EDA费用的习惯。

于是，EDA产业形成了一个很好的商业模式：一方面维持着庞大精良的研发队伍以开发优秀的产品，一方面维持着完善的销售和技术支持队伍以紧密服务客户。美股EDA巨头财报中的销售费用，大部分是工程师差旅期间对客户进行技术支持产生的支出。

简而言之，创新的技术价值和高人力资本的服务价值，成为EDA商业模式的核心。

到了2010年左右，EDA的行业格局基本稳定，EDA巨头在美股开始了十年长牛之路。随着时间的推移，中国市场成为EDA行业增长的巨大驱动力。也正是从2010年开始，一些本土EDA玩家注意到市场中未被充分满足的机遇，开始了自己的创新之路。

痛点创新的竞与合

EDA市场的痛点集中在两端：

在制造端，晶圆厂需要PDK工艺套件提供给设计客户，自身在制造过程中也有提升芯片良率的需求，一个晶圆厂自己做这些事是不划算的，不如委托给那些承接了诸多晶圆厂业务的第三方EDA厂商，随着时间的推移，三星、中芯国际等晶圆代工厂逐渐崛起，他们要与台积电竞争，必须补上EDA这一课；

在设计端，芯片设计业快速变化，总会在特定环节演变出新的需求，因而除了EDA巨头的全流程工具，对于能深刻解决某个环节痛点的点工具存在刚需，这为创业公司提供了创新的空间；同时，随着新的应用场景与下游产品的出现，会有一些IP固化下来成为芯片设计的高频刚需品。

围绕制造端与设计端的痛点，2010年左右，大陆的创业者开始了在EDA领域的新一轮创业。

在制造端，概伦选择了存储芯片厂作为突破口。存储芯片的市场格局大大不同于数字芯片，三星、SK和美光占据了大部分市场，从设计到制造都是一体的，因而用户的感知非常迅速，反馈及时，销售对象也自然非常明确。

2010年成立后，概伦从器件建模和良率提升入手，拓展到仿真、测试等环节，对存储大厂提供更多的产品和服务。反映在财报上，概伦的收入结构呈现制造类EDA为主、大存储客户为主的特点。

在设计端，芯和选择了仿真作为突破口。在芯片设计的各个环节中，电路版图和逻辑综合是芯片设计业历史最为悠久、工程师日常使用接触最多、EDA行业最先切入的，也是享有先发优势的EDA巨头的一贯强项。一上来就期望改变用户根深蒂固的设计习惯、切全流程是不切实际的，但是，仿真作为模拟、预测芯片实际运行状况的环节，在芯片设计流程中复杂多变而又耗时，即便是初创公司开发的点工具，只要有鲜明的差异化特色也能顺利切入。

正是从仿真这样一个利基市场出发，芯和逐渐形成了自己的打法：依托多种自主创新的电磁、电路仿真技术，实现那些未被充分满足的痛点需求，开发出一个个好用的点工具，逐渐形成一个比较全面的涵盖了从芯片、封装到系统的面工具。在芯片设计的特定关键环节站稳脚跟后，对于主打全流程的EDA巨头和大型晶圆代工厂，便形成了特殊的不可替代的价值。因此，在其他本土EDA厂商同业合作偏少的时候，芯和与新思、楷登两大EDA巨头都达成了深入的合作。

2021年下半年，芯和与新思联合推出了全球首款3DIC先进封装设计分析全流程EDA平台。传统的从前端架构探索、后端物理实现、最后做分析验证的单芯片线性设计流程，已经无法满足后摩尔时代异构集成先进封装设计的要求，而需要在设计的每一个阶段，都要综合考虑芯片与封装的联合效应，并做出及时的仿真分析，提升设计迭代的效率。芯和的全流程EDA平台充分释放了其多年来在芯片、封装到系统的仿真领域积累的能力，成为在这条新赛道上具备先发优势的国产EDA厂商。

在设计端，珠海芯动选择了接口IP。中芯国际等国内晶圆代工厂起步之初，IP生态是缺乏的，国内设计客户也普遍囊中羞涩。IP中国化，即为设计客户提供价格更低、与国内晶圆厂对接、表现可靠的IP，可以满足相当数量的中小客户的需求。珠海芯动从IP业务出发，也为经验不足的设计客户提供芯片定制服务。

颇为有趣的是，本土EDA企业在发展一段时间后，有向芯片设计下游拓展的趋势，也就是直接下场自己设计芯片，而不满足于只充当一个EDA工具商的角色。

芯和在射频芯片、尤其是在IPD滤波器领域表现出色，打入了手机和射频模组供应链，滤波器总出货量在今年一月份累计出货突破10亿颗；芯动的广东风格非常鲜明，先后做出了矿机芯片和GPU芯片，打法犀利。

究其原因，本土EDA企业进军芯片设计，在于他们对EDA工具和IP非常熟悉后，自然而然也就具备了设计芯片的能力。对于擅长仿真的芯和来说，射频芯片的信号是非线性的，仿真能力是关键；对于擅长接口IP的珠海芯动来说，矿机和GPU芯片，有自研IP可以相当程度上降低设计成本。除此之外，本土EDA厂商自己下场设计芯片，也能向主业部门提供更直接的反馈。

大挑战与新机遇

2020年左右，随着人工智能、云服务的兴起，同时大量的系统公司和新的大芯片玩家进入市场，中国EDA行业有了新的机遇。

简单来说，EDA的进步速度并没有赶上芯片复杂度与参与者的急剧增加。

在芯片复杂度层面，仅以前端综合为例：从前设计规模不大时，综合一个模块只需要几小时，现在的模块规模已是从前的上万倍，但设计效率仅仅改善了不到百倍。如果选择5/7nm，至少需要3～5天才能完成。

在参与者层面，越来越多的复杂系统公司，如手机与汽车公司涉足芯片设计业。仅以汽车芯片为例，其不只要求功能正确，还要可靠性高、性能高、信息保护好。

那么，如何让数量众多的芯片设计新手快速上手复杂芯片？这成为EDA行业面临的重大挑战，也自然成为新兴EDA参与者的全新机遇。

但是，要想抓住这一机遇，新兴EDA参与者面临三点困难：

可靠一致。正如人们驾驶老牌的德国车会自然觉得安全，开新车就会感到不安。对于后发的EDA企业而言，首先要保证客户使用工具得到的结果和老牌企业是一致的、正确的，这是对EDA工具的最低要求。

使用体验。其实就是是否好用，即容不容易上手、能否提升开发效率。不同客户在前、后端的需求各有不同，新兴EDA企业除提供多样化的解决方案外，还需派对应驻场工程师提供配套的技术支持服务，帮助客户及时解决专业问题。

快速反馈。这是新兴EDA企业要在竞争中胜出的关键问题。没有国内大芯片客户的高度信任与及时反馈，新兴EDA企业在产品打磨和迭代优化的过程中便居于明显劣势。

应该怎么解决上述问题？成立于2020年的新兴EDA企业——芯华章，在每一个难题上分别给出了对应的解决方案。

在可靠一致上，没有什么捷径可以走，就是投入研发。以穹鼎GalaxSim数字仿真器产品为例，芯华章在人机界面、调试、调度器、约束器等多个功能模块安排了上百人参与，并由具备二三十年研发经验的行业老兵带队，去保证达到与主流工具一样的可靠性。

在使用体验上，芯片设计业界受困于割裂的生态。从业者在芯片设计不同的流程中，会遇到不同的数据库、数据结构和语言，也会遇到第三方算法引擎不支持交互与共享。于是，即便是用一家公司下属的EDA产品，客户在使用时得出的结果无法相通。以数字验证为例，激励移植、重复编译、碎片化调试所浪费的时间占到总体验证时间的30%以上。

新兴EDA企业的天然优势，就是没有历史包袱的限制。

芯华章通过三步走快速提升其产品的使用体验：

一，内外打通。自己开发工具，当然数据库和数据结构要保持统一，对外部厂商也开放API接口，打通了数据、API接口和CPU平台，EDA工具之间不再割裂，透过工具和数据之间的交互、融合，基础体验首先会上来。

二，优化体验。透过融合原生云、智能生成场景的PSS标准等新的技术，一方面透过新的基于场景的智能验证方法学，提高效率，另一方面打通桌面端、云端等不同的计算平台，使从业者不再受限于固定的计算平台和有限的计算资源，可以更为便利地进行验证；用新的软件框架，让工具能够在x86、ARM等不同CPU架构上快速做适配移植，而不用客户手写测试激励，大大提高了工作的效率。

三，提升性能。要做到这一点，需要在EDA工具的底层设计上动心思。适用于芯片验证的传统逻辑仿真方法，多是在系统中排列组合所有可能性，然后看对不对，但可能性一旦多了，或者发生突发事件，就有一些选项容易遗漏。芯华章的穹瀚GalaxFV采用形式验证方法，用数学建模告诉验证人员哪些一定是错的，如此便能做到验证的完备和准确。

也因为采用了更好的算法，EDA产品对于CPU和内存资源的消耗是更少的，也就不那么吃计算平台。好比在《头文字D》中，周杰伦虽然驾驶着残旧的AE86，性能和马力（CPU和内存）没那么大，但因为他驾驶技术（算法）好，也能在秋名山上漂移地出神入化，甩开强大的对手。

最后，新兴EDA企业要做大做强，快速反馈极为重要。这个关键的问题其实包含了三个重要的维度：

一，客户是否有水平。芯华章的几个典型合作伙伴——展锐、中兴、天数智芯等，都是国内数一数二的芯片业老兵，他们有经验，有水平，就能对新兴EDA企业提出高质量的产品需求，帮助其快速打磨、优化。

二，客户认不认。越是见多识广的客户，提出的问题也越刁钻。因而，客户是否认可EDA企业的研发和支持团队，决定了双方合作能否达成。芯华章的团队之前服务过国内众多高规格的芯片公司，积累了相当的客户经验，在看人下菜的芯片行业，这是一个很重要的竞争力。

三，怎么服务客户。新兴EDA企业产品线当然没那么齐全，但在大芯片设计市场爆发的时点，也一定要先把客户聚拢过来。芯华章在与燧原合作时产品尚未开发完成，但团队有AI高性能处理芯片方面的验证经验，于是选择为其提供专家级服务。这是基于行业洞察的一个绝佳竞争举措。毕竟，EDA商业模式的根基里，有很大一部分是技术支持与客户服务，归根结底，就是客户信任的积累。

除了芯华章，其他新兴EDA公司也在其他领域尝试。

芯行纪在芯片设计后端环节布局。通俗地来讲，就是在芯片设计时，把工程代码通过工具一步一步变成符合工厂流片的晶体管版图。以往后端环节耗费人力工时较多，但随着大芯片的晶体管数量达到百亿级别，后端工具自动化和智能化的重要性急剧上升。

尾声

不同于上个九十年代的熊猫EDA国家工程，中国EDA行业在过去十年的进步，是一个完全市场化的过程。中国EDA行业之所以能取得这么大的进步，离不开三点：

首先是全球晶圆制造业的开放。对于EDA和IP环节，三星、台积电等晶圆厂持比较开放的态度。尤其是三星，其供应链体系接纳了相当数量的本土厂商，这为中国EDA提供了市场机会。

然后是EDA行业巨头在中国扎根，系统地培养了一批经验资深的数字芯片人才。把国内EDA行业的新兴企业列一下，就会发现大家的工作经历大同小异。

最后是本土芯片设计业突飞猛进，快速成长起来，市场内生驱动了大量先进的需求。放在九十年代，纯粹的设计公司在大陆市场尚不存在，但到了今天，大型系统公司飞速崛起，他们对于芯片设计的需求一上来就是最先进的。

当然，一个开放的中国市场，对于所有参与者而言都是平等的。考虑到中国市场已经诞生了相当数量的复杂系统公司，并且还在不断增长中，中国的EDA新浪潮，一定会将本土芯片设计业推向一个新的高峰。

作者：李艺媛

编辑：杨健楷

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