國產(chǎn)工具研究的思考及政策建議

巢 瑋 徐 勇 黃國勇 楊 凡

（1.哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳），廣東 深圳 518055；2.國微集團（深圳）有限公司，廣東 深圳 518053）

0 引言

EDA全稱為“Electronic design automation”，是指電子設(shè)計自動化。早期的集成電路（IC：Integrated Circuit）設(shè)計不論是復(fù)雜程度還是集成程度都遠不及現(xiàn)在的規(guī)模，設(shè)計人員能夠通過手繪完成IC的設(shè)計和布線。隨著摩爾定律的持續(xù)演進，集成電路的復(fù)雜程度呈指數(shù)級上升，特別是3nm工藝即將進入量產(chǎn)的今天，IC的復(fù)雜程度和集成程度的量級已經(jīng)遠超人力所能及的上限，利用計算機輔助手段解決問題已是必然選擇，EDA早已成為撬動整個產(chǎn)業(yè)尤其是設(shè)計業(yè)發(fā)展的重要支點。EDA工具按照面向的集成電路設(shè)計環(huán)節(jié)的差異可以分為不同的“點工具”，貫穿了設(shè)計和測試的方方面面。一系列能完整覆蓋集成電路設(shè)計和測試的“點工具”，構(gòu)成了EDA工具的全流程。

EDA與集成電路的關(guān)系密不可分，直接影響著當代科技的發(fā)展，在5G通信、電子信息、AI芯片乃至航空航天等高新科技領(lǐng)域都有著重要的影響。本文基于國家科技創(chuàng)新的戰(zhàn)略定位，較全面的分析與探究我國在EDA研究方面的薄弱區(qū)域與短板，剖析已有的資源配置及政策牽引的作用，提出符合我國國情的國產(chǎn)EDA全流程的思考及政策。

1 EDA的興起及特性

EDA作為集成電路產(chǎn)業(yè)鏈上游的一個環(huán)節(jié)，涵蓋了從設(shè)計到制造，從仿真到測試的所有環(huán)節(jié)，在產(chǎn)業(yè)鏈中扮演著重要的角色。隨著設(shè)計和制造工藝的不斷進步，從早期的10μm工藝，發(fā)展到后來的0.25μm、0.18μm，再演進到如今的5 nm、3 nm，先進的工藝推動著IC的精密度和集成度指數(shù)級躍遷?，F(xiàn)代EDA工具幾乎涵蓋了IC設(shè)計的方方面面，是設(shè)計驗證中不可或缺的一個重要組成部分。美國Andrew.B.Kahng教授在2013年的文章中同樣論證了EDA的重要性：在2011年使用EDA和新技術(shù)設(shè)計一個SoC的費用約為2 507萬美元，而假如不使用新技術(shù)和EDA，設(shè)計一顆同等SoC約需要77.08億美元[2]。

2019年5月美國將華為在內(nèi)的部分企業(yè)列入“實體名單”，限制EDA工具和芯片的供應(yīng)。受到EDA工具與芯片供應(yīng)雙重限制的華為，市場占有率大幅減少。根據(jù)Omdia公布的2021年全球智能手機出貨量統(tǒng)計，華為2021年的出貨量僅為0.35億臺，相較2020年的1.897億臺縮水81.6%，從2020年全球出貨量排名第三的14%市場占有率跌至2021年的3%。由此可見EDA工具在集成電路產(chǎn)業(yè)中關(guān)鍵的核心地位。EDA如同集成電路產(chǎn)業(yè)的基石，我國若不能從源頭上對EDA進行自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)創(chuàng)新與研發(fā)，就難以從根本上突破集成電路產(chǎn)業(yè)的“卡脖子”難題，更不可能成為集成電路產(chǎn)業(yè)的強國。這不僅是科技自立自強的重要需要，更具有技術(shù)自主可控的重大戰(zhàn)略意義。

2 EDA技術(shù)的研發(fā)特點及對策

EDA研究具有研發(fā)周期長、理論與工程高度結(jié)合、跨學(xué)科交流協(xié)作的特點。因此，扶持EDA研究離不開政府的幫助與引導(dǎo)，企業(yè)的技術(shù)研發(fā)與反饋迭代，以及高校的理論研究與人才培養(yǎng)。應(yīng)切實加強“政企?！比絽f(xié)作和組建創(chuàng)新共同體，達成政府、企業(yè)和高校一同攻堅的“三管齊下”策略。具體如圖1所示。

圖1 政府、企業(yè)和高校創(chuàng)新共同體

2.1 政府引導(dǎo)與調(diào)控

近年來不論是國家調(diào)控還是地方政府，對EDA行業(yè)均有大量政策出臺。如2021年3月12日發(fā)布的《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和二〇三五年遠景目標綱要》集成電路位列7大科技前沿領(lǐng)域攻關(guān)的第3位，并明確指出，并明確指出，重點攻關(guān)集成電路EDA工具。

EDA是一個技術(shù)聚集型行業(yè)，根據(jù)IC設(shè)計制造工藝的演進而不斷與時俱進，而技術(shù)的持續(xù)攻堅與迭代完善離不開大量人力、物力與財力的投入。在開放性的市場環(huán)境之下，EDA研發(fā)的環(huán)境離不開政府在資源上的引導(dǎo)調(diào)控，以及資金的注入。政府應(yīng)鼓勵以EDA企業(yè)為主體的技術(shù)突破，并通過技術(shù)突破推動成果轉(zhuǎn)化，從而明確技術(shù)與產(chǎn)品的優(yōu)勢，在開放性的市場環(huán)境的土壤中扎根成長。同時，在確保相關(guān)企業(yè)與高校能夠享受政策與資源的同時，應(yīng)明確以EDA工具研究為攻堅方向的政策與資源的適用范疇，避免對EDA行業(yè)的支持與資源被濫用與浪費的情況，將政策切實落到實處。在制定方針與政策時，應(yīng)考慮行業(yè)的長期規(guī)劃與發(fā)展，避免“短視”與“短期收益”，應(yīng)設(shè)立專項研究經(jīng)費扶持EDA工具這種長周期技術(shù)研發(fā)而不能馬上產(chǎn)生經(jīng)濟效益的企業(yè)，提供穩(wěn)定的研究經(jīng)費支持并進行合理的考核，為EDA行業(yè)提供良性的持續(xù)發(fā)展空間。同時，應(yīng)盡量簡化申請項目與課題的流程，減少不必要的流程與環(huán)節(jié)，免去企業(yè)特別是研究人員較重的生存負擔，能夠集中精力進行技術(shù)創(chuàng)新。此外企業(yè)應(yīng)發(fā)揮主觀能動性，積極主動在EDA領(lǐng)域研發(fā)與創(chuàng)新，在避開國外專利與技術(shù)封鎖的基礎(chǔ)上，通過發(fā)表論文與申請專利的形式構(gòu)建自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)網(wǎng)絡(luò)框架。

2.2 校企間的合作與人才培養(yǎng)

正所謂“人才是科技的第一生產(chǎn)力”，企業(yè)的技術(shù)研發(fā)與成果轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)是專業(yè)技術(shù)人才。根據(jù)第二十三屆中國集成電路制造年會所公布的數(shù)據(jù)，全球EDA行業(yè)從業(yè)人員約為四萬人左右。其中有調(diào)研的數(shù)據(jù)顯示，Synopsys、Cadence、Siemens EDA三大企業(yè)的EDA領(lǐng)域員工總數(shù)合計占全球EDA行業(yè)總從業(yè)人員的70.91%[3]。而據(jù)不完全統(tǒng)計，國內(nèi)所有EDA企業(yè)的從業(yè)人員僅約為1 500人，人才缺口十分明顯。發(fā)達國家的經(jīng)驗表明，EDA企業(yè)一方面應(yīng)加大研發(fā)投入，吸引全球EDA技術(shù)人才，并通過薪資及激勵等方式，維持研發(fā)技術(shù)團隊的穩(wěn)定。另一方面應(yīng)加強與高校的交流合作，政府與企業(yè)應(yīng)協(xié)助高校解決開設(shè)EDA專業(yè)及課程所面臨的困難。針對EDA行業(yè)理論與工程相結(jié)合的特點，高校的課程設(shè)置應(yīng)深化理論與實踐相結(jié)合的道路，探索校企合作的多樣性。企業(yè)可通過與高校聯(lián)合培養(yǎng)博士后，建立聯(lián)合實驗室，協(xié)作課題項目，提供實習(xí)機會等方式，推動EDA人才的可持續(xù)發(fā)展，構(gòu)建“政企?！眲?chuàng)新共同體可持續(xù)流動的良性循環(huán)。

3 EDA的“由點及面”

3.1 從“點工具”到全流程

當前國內(nèi)EDA企業(yè)正處在發(fā)展前中期的競爭階段，在一些細分領(lǐng)域的“點工具”具備一定的優(yōu)勢，但卻尚未有EDA企業(yè)能夠提供全方位的EDA產(chǎn)品[4]。只有擁有“熊貓系統(tǒng)”初始團隊的華大九天能提供全流程的數(shù)?；旌闲盘栃酒O(shè)計系統(tǒng)和液晶面板設(shè)計系統(tǒng)[5]。數(shù)字電路設(shè)計的EDA全流程在國內(nèi)還存在缺口，其中國微集團在該領(lǐng)域的全流程布局較早，于2018年承接國家“核高基”專項，研制了包括布局布線、硬件仿真加速、時序分析等在內(nèi)的8個EDA“點工具”。其中布局布線工具開創(chuàng)了以詳細布線為中心的架構(gòu)，初步實現(xiàn)了“點工具”到全流程的有機整合。

3.2 從EDA到集成電路生態(tài)環(huán)境

EDA，IC設(shè)計與IC制造構(gòu)成了集成電路生態(tài)的鐵三角，彼此相互依存。EDA作為其中重要的一環(huán)，其發(fā)展同樣依賴集成電路產(chǎn)業(yè)的生態(tài)環(huán)境建設(shè)。目前，我國EDA企業(yè)主要集中在北京、深圳與上海，其中上海在IC制造的領(lǐng)域優(yōu)勢明顯，擁有國內(nèi)最先進的IC制造企業(yè)中芯國際，華大九天所在的北京在EDA工具領(lǐng)域更有底蘊，而深圳則依托于以華為海思、中興微電子為代表的IC設(shè)計企業(yè)，在設(shè)計領(lǐng)域更勝一籌。

政府應(yīng)鼓勵集成電路行業(yè)的聚集，通過資源整合引導(dǎo)生態(tài)環(huán)境的逐步構(gòu)建。特別是地方政府應(yīng)充分發(fā)揮當?shù)卦谏鷳B(tài)中的優(yōu)勢地位，通過生態(tài)環(huán)境的完善進一步明確產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，提高國際競爭力。例如，深圳的IC設(shè)計行業(yè)的優(yōu)勢能加速EDA工具的研發(fā)與迭代，而EDA在發(fā)展中能根據(jù)IC設(shè)計企業(yè)的反饋提供更符合市場需求的服務(wù)以及IP的支持，從而反哺IC設(shè)計行業(yè)，進一步提升深圳在集成電路行業(yè)的優(yōu)勢。

4 結(jié)語

隨著全球科技競爭的日益加劇，我國高科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展的，如何穩(wěn)步構(gòu)建我國自主知識產(chǎn)權(quán)的EDA科技是國家科技自立自強戰(zhàn)略的重要命題。如何最大化的調(diào)動以企業(yè)為主體的EDA研發(fā)力量是重中之重。我國的社會發(fā)展已基本具備“三管齊下”進行EDA研發(fā)的基本條件，應(yīng)充分發(fā)揮政府的引導(dǎo)作用，鼓勵校企合作為主的技術(shù)創(chuàng)新與人才培養(yǎng)模式，組建“政企?！眲?chuàng)新共同體和可有效匯聚各方資源的EDA攻堅力量。具體的EDA工具研發(fā)部署方面，則可以通過以“點工具”為突破口，“由點及面”帶動EDA全流程和全系列工具的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化。同時EDA的發(fā)展離不開良性的生態(tài)環(huán)境，政府應(yīng)結(jié)合城市的優(yōu)勢打造集EDA、IC設(shè)計，IC制造為一體的集成電路產(chǎn)業(yè)平臺，從而進一步鞏固在集成電路行業(yè)的競爭優(yōu)勢。此外，建議國內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)最雄厚的城市，如深圳、上海和北京等集成電路產(chǎn)業(yè)鏈條的不同環(huán)節(jié)形成有差異和有特色的優(yōu)勢技術(shù)，以避免同質(zhì)化競爭和資源的重復(fù)投入。