當(dāng)筆者動手寫這篇文章時，想起了上世紀(jì)1994年2月某一天的北京人民大會堂，在這里有一場重要的商業(yè)活動即將開始，這就是Cadence進(jìn)入中國的開幕式。主席臺上一條大紅標(biāo)語通欄寫的是：”Cadence Come to China”,宣布這家全球重磅級EDA供應(yīng)商開始進(jìn)入中國市場。
一、Cadence進(jìn)入中國市場的背景
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Cadence,一個全球重要的EDA生產(chǎn)商,也是最早一家進(jìn)入中國市場的EDA供應(yīng)商。
Cadence進(jìn)入中國是在上世紀(jì)九十年代，正是中國半導(dǎo)體開始起步的階段。這個階段有兩個標(biāo)志：一個是國家908項目，以無錫華晶6英寸線為中心，全國建立10家Fabless設(shè)計中心（后來擴展到20幾家，涵蓋了IC企業(yè)、整機企業(yè)、國防研究所和大專院校等）。這是第一次從國家層面布局中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈。第二個標(biāo)志是80年代末、90年代初清華大學(xué)微電子所徐葭生教授領(lǐng)導(dǎo)的團隊開發(fā)出16K(2K×8)NMOS-SRAM，該電路采用3μmNMOS雙層布線工藝。當(dāng)時國內(nèi)的半導(dǎo)體制造骨干企業(yè)共有五家：無錫華晶、紹興華越、上海貝嶺、上海飛利浦、北京首鋼日電。
我當(dāng)時所在的某國防研究所代表了行業(yè)最高水平的是一條3英寸3微米CMOS工藝線（在CMOS成為主流工藝前是NMOS工藝）。這就是Cadence進(jìn)入中國時的半導(dǎo)體市場背景。
二、EDA進(jìn)入中國的意義
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在Cadence進(jìn)入中國的第二年，另兩家EDA廠家Synopsys和Mentor Graphics也悄悄進(jìn)入中國。在九十年代，中國的集成電路設(shè)計EDA市場基本被這三家瓜分，只是在設(shè)計工具的不同領(lǐng)域各領(lǐng)風(fēng)騷而已。國產(chǎn)軟件熊貓只占有極小的一部份領(lǐng)地。
▲ Cadence中國區(qū)掌門人徐昀（來源：電子工程專輯）
EDA進(jìn)入中國的最大意義，是使得國內(nèi)集成電路設(shè)計工具開始與世界接軌，結(jié)束了過去依靠半手工半自動化的CDA（計算機輔助設(shè)計）時代。設(shè)計工具的改善，使得我們在設(shè)計手段方面開始向世界水平靠攏，也在一定程度上加快了我們的集成電路設(shè)計水平。
EDA今天在計算機、通信、航天航空等領(lǐng)域的作用已不可置疑。在1993年時整個EDA市場還很小，只有19億美元，到2018年達(dá)到97億美元，估計2019年將超過100億美元。
隨著集成電路規(guī)模的極大發(fā)展，現(xiàn)今的芯片設(shè)計已經(jīng)達(dá)到萬億門級的集成度，再憑手工完成是一件不可思議的事情。專門為芯片設(shè)計工程師提供邏輯綜合、布局布線、仿真和驗證工具的EDA行業(yè)已經(jīng)成為整個半導(dǎo)體行業(yè)生態(tài)鏈中最上游、最高端的節(jié)點。
EDA作為集成電路設(shè)計的基礎(chǔ)工具，大致經(jīng)歷了三個發(fā)展階段：
第一階段是CAD時代，CAD即計算機輔助設(shè)計。在二十世紀(jì)七十到八十年代，設(shè)計人員依靠手工完成電路圖的輸入、布局和布線。由于這一時期的電路集成度不高（幾百到上千個晶體管），依靠手工在坐標(biāo)紙上描繪出晶體管圖形（版圖），輸入到圖形發(fā)生器再用“刻紅膜”的方式制做光刻版。到了70年代中期，可編程邏輯技術(shù)出現(xiàn)了，開發(fā)人員嘗試將整個設(shè)計工程自動化，不再僅僅滿足于完成光刻掩模版的出圖。這個時期的CAD主要功能是交互圖形編輯，晶體管級版圖設(shè)計、布局布線、設(shè)計規(guī)則檢查，門級電路模擬和驗證等。這是EDA的雛形時期。
第二階段是EDA走向商業(yè)化。這一時代的特點是可編程邏輯器件開始成熟，這一階段的標(biāo)志是卡弗爾.米德和琳.康維在1980年發(fā)表的《超大規(guī)模集成電路系統(tǒng)導(dǎo)論》。該論文第一次提出用語言編程的方式設(shè)計芯片，在這一思想萌發(fā)下的硬件描述語言VHDL和Verilog產(chǎn)生了，這為EDA的商業(yè)化打下非常好的基礎(chǔ)。時至今日，盡管所用語言和工具仍在不斷發(fā)展，但通過編程語言設(shè)計、驗證電路，利用工具綜合得到底層物理設(shè)計的途徑，仍然沒有改變。這一時期，EDA開始走向商業(yè)化。
第三階段是系統(tǒng)設(shè)計階段。九十年代，隨著硬件語言的標(biāo)準(zhǔn)化和集成電路設(shè)計方法的不斷發(fā)展，推動了EDA設(shè)計工具的普及和發(fā)展。這個時期出現(xiàn)了設(shè)計方法的各種流派：全定制設(shè)計、半定制設(shè)計，ASIC設(shè)計，標(biāo)準(zhǔn)單元庫、門陣列、可編程邏輯陣列等。這個階段，設(shè)計師開始從電路設(shè)計轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計，由于EDA工具可實現(xiàn)從系統(tǒng)行為級描述到系統(tǒng)綜合、系統(tǒng)仿真與系統(tǒng)測試，真正實現(xiàn)了設(shè)計的自動化。這個時期的EDA技術(shù)特征是高級語言描述、系統(tǒng)級仿真和綜合技術(shù)。這一時期正向（Top Down）設(shè)計方法成為主流。
進(jìn)入21世紀(jì)后，EDA技術(shù)得到更大發(fā)展。主要特點是，在仿真驗證和設(shè)計兩個層面支持標(biāo)準(zhǔn)硬件語言的EDA軟件工具功能更加強大，更大規(guī)模的可編程邏輯器件不斷推出，系統(tǒng)級、行為級硬件描述語言趨于更加高效和簡單。
三、EDA主流廠商
經(jīng)過近三十年的市場博弈，全球EDA市場的幾大玩家基本沒有變，還是前面提及的Cadence、Synopsys和Mentor Graphics，這三家壟斷市場的格局并沒有改變。只不過Mentor被西門子收購，名字變成了西門子Mentor。
二十多年來，這三家EDA公司似乎各守自己的地盤，在自己擅長的領(lǐng)域不斷深耕細(xì)作，三家在中國公司的人事也都互相友好，有些還在幾家之間跳來跳去，倒也相安無事。三家競爭而友好，在全球半導(dǎo)體技術(shù)和市場的動態(tài)變化中能一直保持相對平衡的格局，在業(yè)界也是一道另類風(fēng)景。
從規(guī)模來看，Synopsys目前全球最大，2018年市場份額32.1%，Cadence僅次于Synopsys，2018年市場占有率22.0%，Mentor Graphics的占有率在10%左右。
從技術(shù)上看，這三家EDA廠商各有自己的獨特優(yōu)勢，或者說針對解決設(shè)計流程的重點有所不同。
如果粗略地劃分，EDA工具分為三部份：前端（Verilog數(shù)字描述、以及數(shù)?；旌希?；后端（Place＆Routing布局與布線）；驗證（DRC／LVS 等）。
▲ Cadence的Innovus設(shè)計軟件（來源：Cadence）
三大 EDA 供應(yīng)商都能提供全套的芯片設(shè)計解決方案，包括模擬、數(shù)字前端（圖形編輯、邏輯綜合）、后端（Layout）、DFT（可測性設(shè)計）、Signoff 等一整套設(shè)計工具。Cadence 的強項在于模擬和混合信號的模擬仿真和版圖設(shè)計，Synopsys的優(yōu)勢在于邏輯綜合、數(shù)字前端、數(shù)字后端和PT signoff，而Mentor的優(yōu)勢是 Calibre signoff 和 DFT，在PCB設(shè)計方向更顯特色。
此外，Cadence 和 Synopsys 還提供 IP 授權(quán)（硬核和軟核），這對中小規(guī)模的設(shè)計公司很具吸引力。
▲ 芯片設(shè)計中常用的主要仿真和驗證工具（來源：與非網(wǎng)）
從歷史來看，EDA最早期的玩家是Calma、Computer Vision與Applicon幾家，曾在七十年代并駕齊驅(qū)。進(jìn)入八十年代后，Mentor Graphics、Daisy、Valid開始崛起。日后還有一個Avanti，就是那個后來與Cadence有過一場曠日持久訴訟的公司，Avanti敗訴后被Synopsys收購。
經(jīng)過二十多年的市場競爭，存活下來并發(fā)展壯大的還是這三家公司。Cadence、Synopsys和西門子Mentor這三家公司占據(jù)了全球EDA市場近70%的市場份額。
從這三家最近幾年在中國的布局，可以看出EDA正在朝一個系統(tǒng)化、本土化方向發(fā)展。2017年底Cadence與南京市政府合作，投資上億元成立“南京凱鼎電子技術(shù)有限公司”，就是為了研發(fā)和技術(shù)支持更加本土化。Synopsys更加雄心勃勃，在武漢設(shè)立一座新思科技武漢全球研發(fā)中心，并于2019年12月落成啟用。新思科技全球總裁陳志寬形容這座研發(fā)中心，“電子設(shè)計進(jìn)入新時代，新思科技武漢全球研發(fā)中心落成是新思科技在中國發(fā)展的重要里程碑?！痹谶@之前，Synopsys武漢的研發(fā)中心已經(jīng)運行了7年。
四、國內(nèi)EDA企業(yè)狀況
談到國內(nèi)的EDA行業(yè)，首先要說的是華大九天，即我們業(yè)界非常熟悉的命名為“國寶級”的熊貓IC CAD系統(tǒng)。
華大九天成立于2009年，其前身是原華大電子“熊貓”EDA設(shè)計平臺。這個平臺曾承擔(dān)過國家重大科技攻關(guān)研發(fā)項目熊貓IC CAD系統(tǒng)的研發(fā)，并獲國家科技進(jìn)步一等獎，雖然獲獎但在市場化道路上充滿了艱辛和坎坷。在九十年代國家908項目的推動下，作為國家布局的設(shè)計中心都曾購買過熊貓系統(tǒng)，但隨著幾家國際巨頭公司的進(jìn)入，它的市場化道路更加艱辛。
作為國家隊，華大九天目前已發(fā)展成為我國規(guī)模最大、技術(shù)最強的EDA龍頭企業(yè)?？梢蕴峁┤鞒虜?shù)模混合信號芯片設(shè)計系統(tǒng)、SoC后端設(shè)計分析及優(yōu)化解決方案、平板(FPD)全流程設(shè)計系統(tǒng)、IP以及面向晶圓制造企業(yè)的相關(guān)服務(wù)，其客戶覆蓋國內(nèi)眾多集成電路企業(yè)。
另一家有特色的EDA公司是山東濟南概倫電子科技有限公司。概倫于2010年3月成立，產(chǎn)品包括電路仿真/良率導(dǎo)向設(shè)計技術(shù)和半導(dǎo)體器件模型/噪聲測試解決方案，下一步產(chǎn)品方向為新一代大規(guī)模高精度仿真及設(shè)計驗證平臺、針對納米級制造技術(shù)的半導(dǎo)體器件建模庫平臺及測試驗證系統(tǒng)等。
概倫公司的發(fā)起人劉志宏，曾在美國硅谷與胡正明團隊合作，開發(fā)了BSIM3仿真模型，后來的BSIMPro SPICE就是以此為基礎(chǔ)發(fā)展得來。劉志宏博士曾擔(dān)任Cadence全球副總裁。
最近概倫電子收購博達(dá)微科技，博達(dá)微主要產(chǎn)品是測試領(lǐng)域的半導(dǎo)體測試系統(tǒng)，以及人工智能算法為核心的半導(dǎo)體測試方案、器件模型以及物理驗證工具。兩家公司過去既是競爭對手，也是合作伙伴，這次收購有助于發(fā)揮雙方各自特長，互補共贏。也是中國EDA行業(yè)的一件好事。
廣力微是一家專門為半導(dǎo)體企業(yè)提供性能分析和良率提升方案的公司，2003年成立，總部設(shè)在杭州。提供基于測試芯片的軟硬件系統(tǒng)和整體解決方案，可用于高效測試芯片自動設(shè)計、高速電學(xué)測試和智能數(shù)據(jù)分析的全流程平臺，該平臺可有助于提高集成電路性能、良率以及穩(wěn)定性。
蘇州芯禾科技是一家專注EDA軟件、集成無源器件IPD和系統(tǒng)級封裝SiP研發(fā)的公司，2010年成立?？蔀樾酒O(shè)計公司和系統(tǒng)廠商提供差異化的軟件產(chǎn)品和芯片小型化解決方案，包括高速數(shù)字設(shè)計、IC封裝設(shè)計、和射頻模擬混合信號設(shè)計等。
九同方微電子有限公司，總部設(shè)在武漢，簡稱“九同方”，很容易讓人想起“九頭鳥”，成立于2011年。擁有16名留美博士核心研發(fā)團隊。提供完備的IC流程設(shè)計工具，從電路原理圖設(shè)計、電路原理仿真（超大規(guī)模IC電路、RF電路），到3D電磁場全波仿真的IC設(shè)計全流程仿真能力。
其他還有一大批中國本土EDA廠家，如：天津藍(lán)海微科技，產(chǎn)品為layout相關(guān)EDA點工具與服務(wù)；成都奧卡思，由三位硅谷中國博士于2016年在硅谷創(chuàng)立，2018年落地成都高新區(qū)。主要產(chǎn)品驗證工具，包括功能特性驗證的AveMC與全流程設(shè)計平臺MegaEC；深圳鴻芯微納，2018年成立，曾用名“深圳阿凡達(dá)微納技術(shù)有限公司”（還是阿凡達(dá)好啊，你看阿里巴巴，名字起得好很重要！），其產(chǎn)品主要為Place&Routing相關(guān)工具；蘇州珂晶達(dá)電子，2011年成立。產(chǎn)品是半導(dǎo)體器件仿真、輻射傳輸和效應(yīng)仿真等技術(shù)領(lǐng)域的數(shù)值計算軟件和服務(wù)。
▲ 2014-2019年Q1全球EDA行業(yè)市場規(guī)模及增長（來源：公開資料整理）
除了企業(yè)，在高校也有從事EDA軟件研發(fā)的團隊。例如清華大學(xué)計算機系EDA研究室和復(fù)旦大學(xué)專用集成電路與系統(tǒng)國家重點實驗室。
清華大學(xué)計算機系 EDA 研究室成立于 70 年代初，主要研究高層次綜合、驗證和模擬，互連規(guī)劃與優(yōu)化，時鐘網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，布圖布局、布線和寄生參數(shù)提取等。華大九天先后與清華大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、浙江大學(xué)、福州大學(xué)等聯(lián)合建立“華大九天實驗室”。深圳國微與西安電子科技大學(xué)聯(lián)合最近成立“西電國微EDA研究院”。
縱觀國內(nèi)EDA企業(yè)，從數(shù)量上看已經(jīng)不少，但相對比較分散，個體還比較小。對于EDA這個小眾市場，全球三家就可以做到70%占有率。我們多數(shù)EDA公司除了華大九天以外，起步都比較晚。在前有虎、后有狼包抄的市場中，后生雖然可畏但奮力追趕勢必是一件很辛苦的事。所以追趕必須必須要有重點，不能全面出擊。
中國EDA行業(yè)最難的突破點應(yīng)該是人才。全球EDA從業(yè)人員從2017年3.72萬人增加到2018年4.28萬人，增加了0.56萬人。雖然人數(shù)在增加，但作為芯片/集成電路產(chǎn)業(yè)鏈的最前端，EDA軟件領(lǐng)域的研發(fā)人才相對于其他環(huán)節(jié)的人才是少之又少。
另一條路是整合購并，通過整合購并的模式使EDA產(chǎn)業(yè)更加集中，產(chǎn)業(yè)分工更加合理。大魚吃小魚，強者恒強在EDA行業(yè)也是一條顛覆不破的真理。從這點來說，概倫收購博達(dá)微無疑是一件非常好的先例。
結(jié) 語
中國的EDA企業(yè)正處在一個“夾縫中求生存”的局面，但同時也面著巨大的機遇。隨著半導(dǎo)體制造中心向中國大陸轉(zhuǎn)移，EDA產(chǎn)業(yè)的重心也會向中國轉(zhuǎn)移。正像Cadence和Synopsys不斷擴大在中國的研發(fā)能力一樣，我們已經(jīng)意識到EDA軟件人才培養(yǎng)的重要性?？梢灶A(yù)見，本土的EDA產(chǎn)業(yè)在不斷學(xué)習(xí)和不斷提高的市場化大潮中，也會逐漸成長壯大起來。
后 記
在這篇文章寫作即將收尾的一個中午，我在所工作的軟件園地下餐廳用餐，偶遇一位來自中原河南焦作的小伙子。聊天中得知他的公司叫永中，總部在無錫（軟件園飛魚座），他們公司在開發(fā)一款中國本土的Office軟件，開發(fā)已經(jīng)持續(xù)了20多年，目前有500多人的團隊。據(jù)小倪說，像他這樣的公司還有一家金山，就是我們熟悉的金山詞霸那家公司，在開發(fā)金山WPS，這也是一種基礎(chǔ)文字處理辦公軟件。我想，我們中國的EDA軟件公司什么時候能夠堅持20多年，可能到那時只剩2～3家企業(yè)了，那時候也許離成功的希望就更大了。堅持研發(fā)，自主創(chuàng)新，只有這樣我們才能在EDA領(lǐng)域做到與世界級的巨頭抗衡。別無他路?！?/p>