EDA是芯片设计的基础，突破垄断迫在眉睫

摘要：EDA(Electronic Design Automation)是芯片自动化设计的重要工具。正如编辑文档需要微软的office一样，电子工程师设计芯片一样需要EDA软件平台来进行电路设计、性能分析到生成芯片电路版图。现在的一块芯片有上亿个晶体管，不依靠EDA工具，高端芯片设计就无从下手。

EDA工具是电子设计自动化的简称，从上世纪60年代计算机辅助设计、计算机辅助制造、计算机辅助测试和计算机辅助工程的概念发展而来。EDA技术以计算机软件为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果，进行电子产品的自动化设计。EDA技术的发明提高了芯片设计的工作效率和可操作性，简化了芯片设计的过程。

全球EDA技术市场形成巨头垄断

在全球EDA市场，经过多次的重组并购巨头公司已经形成了强大的产业壁垒、技术壁垒、人才优势，市场基本被美国三家公司垄断：Cadence、Synopsys和Mentor Graphic，其中第三位的Mentor Graphics在2016年被西门子收购。

据WSTS(全球半导体贸易统计组织)统计，2017年全球包括EDA、半导体知识产权(SIP)以及服务等在内的整体EDA产业市场规模约为85-90亿美元之间，美国三大厂商占据了57%的市场份额，其他国家无人能望其项背。

图 1 2017年EDA公司市场份额

EDA公司的商业模式分为两类：license证书授权与IP核(具有知识产权的集成电路芯核Intellectual Property的简称)。license证书售价高昂，其三年期使用费用高达100万美元，对于芯片公司而言，一般需要多套license才能满足芯片设计需求。以联发科和华为为例，2010年联发科耗资5000万美元与Cadence公司签署订单，以获得其证书授权;2014年华为一次性花费3000万美元去购买Cadence公司的证书。这样的费用对于初创公司而言是无法接受的，芯片创业公司在面临研发成本与设计成本外，还要面临漫长的设计周期，很难再去支付高昂的EDA软件费用。

IP核的作用是把一组拥有知识产权的电路设计方案集合在一体，构成集成电路的基本单位，EDA供应商把这些基本单位以软件IP核构件的形式出售(可以理解为功能扩展包)。芯片设计工程师将多个不同功能的IP像搭积木一样组合起来，用于构建不同功能芯片的基础系统。

2017年，IP核的交易额已经超越了EDA工具和服务本身，成为EDA产业交易规模最大的一部分。根据WSTS统计，目前全球有超过400家IP核供应商，提供超过6000个不同种类的IP核。其中ARM是全球范围内最成功的IP核提供商，已经向超过200家半导体公司提供技术授权，每年全球范围内设计及销售的内含ARM处理器的芯片达40多亿颗。从2001年进入中国市场，国内已有400多所大学开设了ARM相关的课程和实验室、出版了120多本中文的ARM相关教科书，发展了国内60多家ARM Connected Community成员。ARM已将自己的发展和多家合作伙伴的发展密切联系在了一起，他们共同组成了一个ARM生态圈。

国内EDA技术刚刚起步，发展本土EDA技术至关重要

我国的EDA技术起步较早，但由于没有上下游产业的刺激，发展较为缓慢，与国外巨头之间有较大的技术差距。根据中国半导体行业协会统计，目前国内集成电路设计公司90%以上采用国外EDA工具，本土厂商还未能占据一定的市场。

中兴事件中，美国禁止三巨头之一的Cadence对中兴提供服务，不仅仅是芯片禁售，包括基础的芯片自主设计也要进行围追堵截;今年的制裁华为事件，Synopsys和Cadence也已经按照美国商务部的要求，暂停了对华为的授权和软件更新业务，这意味着美国从根本上全面封锁了中国芯片产业。在这样的背景下，发展国内自己的EDA技术就显得尤为重要，这也是国家集成电路战略的一部分。

EDA增长的根本因素是芯片工艺的提升，EDA工具的开发不仅需要良好的算法，还需要和先进的芯片技术相结合。芯片从14nm、7nm、5nm、2nm的演进，工艺越来越复杂，线宽越来越小，良品率问题凸显，这也给国内本土EDA厂商带来了机遇与挑战。

目前，除了北京华大九天稍具规模外，中国几乎没有别的能提供芯片EDA工具的公司。华大九天是国内规模最大、技术最强的EDA龙头企业，也是大规模集成电路CAD国家工程研究中心依托单位，承担着国产EDA软件研发与推广的重任。华大九天推出的EDA工具已经能满足40纳米工艺制程以上的芯片设计，但与国外适用于7纳米的工艺制程以上的芯片设计还有不小的技术差距。

结语

EDA工具的技术发展离不开技术与资金的支持，虽然在算法方面中国有可能取得一定的技术突破，但在美国三巨头公司垄断地位的情况下，国产EDA工具很难打开市场，也很难从市场得到资金支持与技术反馈，从而失去自我迭代更新的能力。虽然短时间内国内的EDA工具还不可能赶超美国，但国内厂商持续不断的努力与技术创新总会有弯道超车的机会。