EDA公共技术服务平台的发展和作用研究
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作者:吴克栋
摘 要：芯片的特征尺寸遵循量子摩尔定律持续缩小，当前最先进的CMOS集成电路制造工艺已演进到7nm工艺。未来几年，5nm、3nm工艺也会陆续量产。先进的芯片制造工艺逐渐逼近经典物理极限，量子效应开始凸显，并由此给集成电路设计（IC设计）带来了前所未有的挑战，设计的复杂度显著提高。利用EDA公共技术服务平台相关设计工具和设计环境，工程师将芯片的电路设计、设计IC版图、性能分析的整个过程交由计算机自动处理完成，出错少，效率高。强有力的EDA工具能帮助设计工程师解决各种潜在的问题，提高芯片的可靠性，缩短设计周期，加快芯片的量产，提高产品的市场竞争力。
关键词：芯片 集成电路设计 IC设计 EDA公共技术服务平台
中图分类号：TN702 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）10（b）-0004-02
EDA是电子设计自动化（Electronic Design Automation）的简称。设计人员在EDA平台上，用硬件描述语言Verilog HDL进行设计文件和程序编写，然后由计算机自动进行逻辑编译、综合优化、布局布线和仿真，自动进行芯片的适配编译、逻辑映射和下载等任务。EDA技术可大幅度提高IC设计的效率和可操作性，减少错误，减轻劳动强度。EDA公共技术服务平台通过整合资源，可提供EDA工具应用、设计环境和资源、技术支持、人才培训等服务。
1 IC设计产业发展形势分析
随着社会和技术的发展，IC设计产业也快速由单一功能芯片向SoC芯片（系统芯片）发展。单个SoC芯片上就可以完整集成处理单元（如CPU、DSP）、存储单元、模拟IP及其他各种功能IP核，可实现电子系统的全部功能，极大地缩小了电子产品的体积。SoC芯片在性能、成本、可靠性、功耗、生命周期以及适用范围等方面有着明显的优势，因此它是IC设计发展的必然趋势。随着SoC芯片性能越来越强，芯片规模越来越大。SoC芯片的规模一般远大于普通的ASIC（专用集成电路），可达数千万门级别，包含数亿个晶体管。由于纳米级工艺带来的设计困难、专业人才匮乏等，使得SoC芯片设计的复杂度和困难度大幅度提高，EDA工具的需求越来越多。
以南京为例，截止目前，南京江北新区集聚了200余家集成电路企业，涵盖芯片设计、晶圆制造、封装测试、终端制造等产业链上下游全部环节。其中，IC设计类企业接近100家。在台积电、紫光存储等龙头项目的带领下，华大半导体、中星微电子等国内芯片设计领域排名前十的企业有一半落户南京江北新区。全球集成电路知名企业安谋电子（arm）、新思科技（Synopsys）、楷登电子（Cadence）也积极布局江北新区。创意电子（GUC）、台湾欣铨、灵动微电子、国家ASIC工程中心、赛宝工业技术研究院等一大批重点项目也落户南京江北新区，助力南京“芯片之城”全面提速。
我国像南京这样拥有大量IC设计产业的城市都面临着IC设计创新和增速困局。IC设计中小型企业和初创期企业数量占比最大，对推动整个IC设计产业的发展意义重大。这类公司一般无法承担正版EDA软件的高额许可费，为降低研发成本和知识产权风险，迫切需要EDA公共技术服务平台来提供EDA工具和设计环境，企业只需支付较低的使用租金就可以享受专业的软件设计工具、配套资源和技术服务。
2 建设EDA公共技术服务平台对我国产业发展的重要性
当前，IC设计业正朝着高集成度，超大规模，高性能，低功耗的方向发展，加上纳米级先进工艺给设计带来的巨大挑战，强有力的EDA工具能帮助设计工程师解决各种潜在的问题，提高芯片的可靠性，缩短设计周期，加快芯片的量产，提高产品的市场竞争力。
目前，全球EDA工具的主要市场被三大巨头瓜分，Synopsys、Cadence、Mentor Graphics三巨头拥有EDA工具大部分市场份额。2017年，全球包括EDA、半导体知识产权（IP）以及EDA服务等在内的整体EDA产业市场规模约为85～90亿美元之间，三巨头约瓜分70%的市场份额。
我国的EDA厂商主要包括华大九天（北京）、广立微（杭州）、芯禾科技（苏州）。与EDA三巨头相比，我国EDA厂商的技术和市场份额差距很明显。但华大九天能提供数模混合IC设计全流程EDA解决方案、SoC设计优化EDA解决方案等。广立微在foundry良率测试分析工具方面，苏州芯禾科技在package仿真工具方面具有自己独特的优势。
Synopsys、Cadence、Mentor Graphics 这三大国外EDA厂商提供了IC设计行业最全面的EDA工具，覆盖了芯片设计的整个流程，支持当前最先进的芯片制造工艺，行业经验丰富，技术成熟，研发实力强大。因此，目前我国的IC设计企业，几乎都使用这3家的EDA设计工具。然而，由于许可费用高昂，只有规模大的芯片设计公司会购买。对于数量众多的初创公司和中小型公司，在面临设计成本和制造成本压力以及研发周期漫长风险情况下，设计公司很难再支付EDA厂商高额的许可费用。另外，在国家对知识产权日益重视的背景下，知识产权保护越来越严格，若使用盗版软件工具将面临高额的知识产权风险。
在市场迫切需求情况下，我国已逐步建立多个EDA公共服务平台提供EDA工具、设计服务、技术支持、人才培训等业务，以满足众多中小型IC设计企业对正版EDA软件设计环境的需求，降低企业的EDA软件使用成本和知识产权风险。
3 我国主要的EDA公共技术服务平台建设情况
目前，我国的EDA公共服务平台主要依托国家集成电路设计产业化基地和国家芯火双创基地。自2000年开始，我国科技部在北京、上海、深圳、无锡、杭州、西安、成都、济南等地区，先后批准建立8个国家集成电路设计产业化基地，后来还批准建立广州国家现代服务业集成電路设计产业化基地。自2016年开始，我国工信部先后在国内几个重要城市批准建设首批国家芯火双创基地，包括深圳、南京、北京、上海、杭州、西安、合肥、无锡等城市，并逐步建设了EDA公共服务平台。
我国集成电路设计产业化基地已经打造了一个以环渤海、长三角、珠三角为核心，辐射全国的EDA公共技术服务平台体系，服务企业数量占全国IC设计企业80%以上。各基地都已建立了EDA公共技术服务平台，提供包括EDA工具、MPW流片、IP开发和复用、测试验证、SoC设计服务、人才培养和引进、创新应用推广、创新成果转化等服务，积累了较多的技术、资源和运行经验。IC设计产业的发展直接带动相关产业的转型升级和技术创新，有力支撑战略型新兴产业的快速发展。EDA公共技术服务平台在孵化IC设计初创企业，扶持IC设计中小型企业，引进IC设计海归企业等方面发挥重要的基础性支撑作用，为近10年来我国IC产业的快速发展起到重要推动作用。
4 结语
IC设计技术日渐复杂，EDA工具软件十分昂贵。因此，建立完善的EDA公共技术服务平台能够为集成电路设计产业提供价格低廉、服务优质、开放共享、资源丰富的软硬件工具和服务，能极大地促进IC设计行业的快速发展。
参考文献
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[2] 周华，王斐.EDA技术的特点与发展趋势[J].西安航空技术高等专科学校学报，2009（3）：21-23.
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