当我们谈论发展国产芯片时，总是存在两种极端的观点。一种认为国产芯片太好了，很快就会被超越，另一种认为国产芯片太差了，即使10年也无法完全独立。

那么，国产芯片的水平如何？今天我们来说说第一课：EDA软件。

什么是EDA软件，为什么一定要用EDA软件

EDA是英文Electronic Design Automation的缩写，翻译成中文为电子设计自动化。它是设计大规模集成电路的必备工具，也称为EDA工具。

事实上，在EDA 软件出现之前，设计人员只能手工设计和布线芯片。当然，那时的芯片非常简单，不像今天可以轻松制造出数十亿甚至数百亿个晶体管。融合的。

20世纪70年代中期，“设计自动化工场”成立，开发出第一批电路布局和布线工具，自动化逐渐开始。

1980 年，Caver Mead 和Lynn Conway 发表了一篇名为《超大规模集成电路系统导论》 的论文。其最大的意义在于使用编程语言为芯片设计提出了新的解决方案，芯片设计的复杂度开始呈指数级增长。

新解决方案还显着改进了EDA 工具，显着减少了手动设计要求，甚至允许在构建之前对硬件进行仿真。

EDA的商业化应用始于1981年，并于1984年举办了第一届以EDA为主题的销售展览会。

1986年，Verilog诞生，这是一种设计语言，可用于各种级别的逻辑设计，以及数字系统的逻辑综合、仿真验证和时序分析。

1987年，美国国防部设计了VHDL语言，主要用于描述数字系统的结构、行为、功能和接口。提高设计信心并缩短开发周期。

2000年以来，逐渐形成了三大EDA公司（EDA三巨头）：Synopsys（新思科技）、Cadence（Celtech）、西门子EDA（原Mentor International，现被西门子收购）。

三大EDA公司经历了无数次的商业斗争和优胜劣汰，通过兼并重组做强做大，完善设计工艺，最终实现了强大的产业链、绝对的专利壁垒、一流的开发人力资源。还有技术。

目前，EDA软件与芯片制造商紧密集成，开发OPC（过程控制）和DFM（可制造性设计）工具。

同样，芯片制造商也变得更加EDA 密集，不仅需要使用EDA 工具进行制造，还需要使用EDA 工具进行标准单元库和SRAM 设计。

根据摩尔定律准则，芯片应每18 至24 个月迭代一次，EDA 软件也相应更新。

智能手机、平板电脑、蓝牙耳机等产品的诞生，显着加速了移动芯片的增长，进一步提高了制造和设计要求，并增加了对EDA的依赖。

如今的芯片，从系统架构、设计、制造，甚至封装测试，都离不开EDA软件。

EDA软件为芯片设计和制造赋予了巨大的力量，当之无愧地处于产业链的顶端。

EDA设计流程

芯片的设计流程如下：

前端设计和仿真—— 后端设计和验证—— 后仿真—— 签收检查—— 数据交付到铸造厂。

前端设计：主要是模拟电路设计和Verilog代码。模拟是对功能和性能的模拟。

后端设计：从想法到现实，也称为物理设计或布局设计。将由设备符号和字符组成的数据转换为图形。制造商以此作为口罩生产的基础。此过程会产生寄生电容和电阻。

后仿真：前端设计无法预测后端设计中会发生的一切，因此设计时布线和引入电容和电阻时都是基于理想条件。这时候后仿真就是一个验证的过程，如果不通过就必须回去重新设计。

Sign-off中文翻译为“签收”，是指按照制造商的要求对最终规则进行验证。通常，制造商在设计时会提高他们的要求标准。

数据交付：以GDS的形式，保证通过验证和模拟。

这一系列流程的最佳EDA 工具基本上由三大厂商提供。最可怕的是，无论多么伟大的设计公司，无论是苹果、英特尔、高通、ARM、三星、华为还是联发科，它仍然使用一些来自三大巨头的软件。

EDA三巨头

EDA行业中有三个非常强大的公司，基本上主导了整个行业。它们是Synopsys Technology、Canton Electronics 和Siemens EDA。

Synopsys公司成立于1986年，总部位于加利福尼亚州，主要提供EDA解决方案、芯片接口IP和信息安全服务。

坎顿电子成立于1998年，总部位于加利福尼亚州，提供智能设计策略、硬件、软件和IP服务。

西门子EDA原名Mentor International，于2017年被西门子收购，并更名为西门子EDA。我们提供全面的EDA 硬件、软件和服务组合。

目前这三大公司占据了70%的市场份额，其中Synopsys占32%，Cadence电子占23%，西门子EDA占14%，其余30%由其他厂商占有。

三大巨头业务遍及全球，布局全面，特色鲜明。

Synopsys专注于数字芯片设计、静态时序验证和SIP，与台积电、三星、英特尔有长期合作。

干腾电子专注于模拟、数模混合平台、数字后端、DDR、IP，与台积电、ARM有长期合作。

西门子EDA专注于后端验证、可测试性设计和光学邻近校正，与台积电、ARM、AMD有长期合作。

还有一点，足以证明三巨头的强大。

大家都知道，芯片制造工艺与28nm、14nm、7nm、5nm等不同，而芯片制造最强的台积电和三星已经量产了4nm芯片，并开始研发3nm芯片。但你知道EDA软件也是分进程的吗？

三巨头的EDA软件可以设计7nm以下工艺的芯片，但很少有厂商能做到这一点，有的只能设计160nm以上的芯片。这是一个完整的差距。

可以说，三大公司以外的EDA公司不仅市场占有率低、技术能力低，而且很少与台积电、三星、ARM等主要芯片厂商合作。

那么，问题来了：国产EDA软件的水平如何？他们和三巨头有什么区别？

国产熊猫EDA

1978年，在广西壮族自治区桂林召开了“数字系统设计自动化”学术会议，吸引了来自67个部门的140多名代表。

会后发表自动逻辑、仿真技术、电路分析、照排与布线、集成电路设计等18篇文章。这就是我国EDA事业的开始。

然而没过多久，我国的EDA软件出口就受到了控制。我们别无选择，只能自己开发。

1988年，我国抽调17支部队和200多名专家来北京，共同探讨开发自己的EDA软件系统的重大问题。

1993年，我国第一个自主知识产权的EDA工具出现，并命名为“熊猫系统”，暗指EDA的珍贵和稀有。

“熊猫系统”荣获国家科技进步奖一等奖，不仅填补了我国EDA领域的空白，而且打破了外部封锁。

“熊猫系统”的核心部分由28个设计工具组成，共包含180万行代码，包括功能级别描述、布局编辑、逻辑和电路仿真、测试代码生成以及所需的自动布线。用于集成电路设计等功能。

熊猫软件很快被国内芯片设计公司采用，安装了55个系统，开发了200多种芯片，建立了7个单元库。

当时，熊猫系统落后三巨头约五年，但由于价格只有其1/10，一些要求较低的海外芯片制造商也开始采用熊猫系统。

正当熊猫软件飞速发展之际，“禁令”被打破。由此，三大EDA公司纷纷进入中国市场。很快，国内的设计公司、研究中心和科研机构开始放弃Panda 系统，转而采用Synopsys 的EDA 软件。

“禁令”问题被抛到九霄云外，“造不如买”的观念再次回到高峰，国产熊猫体系迅速跌入低谷。

在接下来的十年左右的时间里，三个巨头征服了这座城市，并对其进行了合并和重组。而熊猫系统等国产EDA软件则处于停滞状态，非但没有前进，甚至在倒退。失去了追赶三巨头的绝佳机会。

华大九天

2008年，EDA得到了政府的支持，国产EDA的春天再次到来。今年春天第一个发芽的新芽是“BGI Kuten”。

华大九天成立于2009年6月，是华大基因集团与国投高科的合资企业，专业从事EDA软件开发和服务。

华大九天接管了熊猫系统的技术、团队、产品和市场，拥有国内最强的产品研发团队和大量的客户群体。

经过多年的研发，华大基因在LCD领域取得了突破性进展，成为全球唯一提供全制程FPD（平板）设计解决方案的供应商。

华大九天虽然是国内顶级的EDA软件厂商，但在国际上只算二线，与三大EDA公司不在同一水平上。

华大九天的研发团队不到500人，而三大巨头的研发团队规模都大10倍以上。

技术方面，华大九天仅支持5nm工艺进行电路仿真，其余尚不支持16nm以下的先进工艺。三大公司全力支持3nm工艺。

最实际的例子就是国内的华为、联想、紫光都使用了三大巨头的EDA软件。模拟/数模混合芯片设计通常使用Cadence Electronics 平台，而数字芯片设计通常使用Synopsys Technology 平台。

此后，有网友表示，当时熊猫与三巨头的差距只有5年，难道熊猫的接班人华大九天还没有亮眼的迹象吗？

华大九天在EDA中实际上认识到的是正向设计，当然主要适用于称为ALPS（模拟电路模拟）的模拟电路。就14nm以后的成熟工艺而言，与三巨头处于同一水平。

原因在于，虽然模拟设计对软件的要求较低，但对设计工程师的要求却相对较高。于是华大九天以模拟电路仿真软件为突破口，逐渐转向开发模拟全流程、数字后端等软件。

未来，华大九天只能从一点突破，突破成功后才能向外扩张。但大部分技术和专利被三大公司垄断，加上国内人力资源短缺，华大基因库腾很难有什么进展。

写到最后

“芯片之母”EDA 用于设计大规模集成电路，也是整个芯片工艺的第一步。如果没有EDA就不能迈出第一步，又何谈制造和应用？

当时我们国产的“熊猫系统”有望成为世界顶级的EDA软件，可惜中途放弃了武功技术，一待就是15年。

现在继承了熊猫系统技术、人才、市场的华大基因在未来10年能否迎头赶上？

我是科学技术部的Minchen Minchen。欢迎大家一起讨论！

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