“相比先進芯片制造上的‘卡脖子’,我更關注我國在芯片設計軟件上的受制于人,它是‘卡脖子中的卡脖子’。我國可以更大力度發展這一領域?!焙茧娬憬⌒畔⒒l展研究院(浙江省首批新型重點專業智庫)執行院長辛金國教授,日前在給相關政府部門的決策建議中著重提出。


相比光刻機,EDA軟件“更要命”


2020年5月,美國將北京計算機科學研究中心、北京高壓科學研究中心、哈爾濱工程大學、哈爾濱工業大學等33家高校院所和企業列入實體清單,同時對華為的芯片產業進行全面限制升級,首當其沖的就是芯片設計的上游EDA軟件。

集成電路產業鏈,主要包括芯片設計工具、芯片設計、芯片制造,現在國內公眾層面比較關注設計和制造領域,華為海思芯片一度大出風頭,而臺積電受制美國不能為華為芯片代工,更是讓荷蘭ASML(阿斯麥爾)生產的高端光刻機成為網紅。其實,中國在集成電路產業鏈的最上游EDA軟件上“更要命”。

“芯片設計分為前端設計(也稱邏輯設計)和后端設計(也稱物理設計),兩者并沒有統一嚴格的界限,涉及到與工藝有關的設計就是后端設計。芯片設計需要大型工業軟件作為工具,也就是EDA,它的全稱是Electronic Design Automation,即電子設計自動化。設計芯片時工程師會用程式碼規劃芯片功能,再透過EDA 工具讓程式碼轉換成實際的電路設計圖。華為海思的工程師,設計芯片時也得用EDA軟件,而其來源主要是美國的大公司。隨著使用權到期,芯片設計也面臨著‘被卡脖子’,換句話說,華為海思的數萬工程師,也面臨著‘打仗沒有武器’?!焙茧婋娮有畔W院CAD所所長劉軍教授表示,作為“芯片之母”的EDA,是芯片設計上游的產業,正成為國內芯片產業鏈最為薄弱的環節。


國內EDA研發人員“不足千人”


我國在EDA軟件領域也有過重大突破。國家在1986年動員了全國多家單位的專家齊聚原北京集成電路設計中心,開發我國自有的集成電路計算機輔助設計系統——熊貓系統。攻堅多年之后,國產首套EDA熊貓系統終于在1993年面世。而其中杭州電子科技大學(當時叫杭州電子工業學院)的CAD所貢獻了多位該系統核心研發人員。

“但是當時的主流思想是,造不如買,買不如租,所以國產EDA軟件工具在國內的應用并不多,而我國也因此錯過了EDA技術發展的關鍵時期?!眲④娬f。

這個期間,全球EDA 軟件領域,出現了Cadence(楷登) 、Synopsys(新思) 、 Mentor Graphic(明導)巨頭企業三足鼎立的局面。它們占全球市場的份額超過60%?!八鼈儽澈蠖加写筚Y金支持,基本都經歷過幾十次并購擴張,在市場拼殺中獲得優勢競爭地位?!毙两饑治龅?。

2008年,我國實施“核高基”(核心電子器件、高端通用芯片及基礎軟件產品)重大科技專項,EDA領域也迎來了新一輪的國家支持。微弱的產業火種誕生出了華大九天(熊貓系統繼承者)、芯愿景、廣立微、芯禾科技、概倫電子等一批優質企業,國產EDA再度起航。

同時,我國有20多所大學從事芯片設計方向研究,這20多所學校中,復旦、清華和浙大應該屬于第一檔次;北大、上海交大、西安交大屬于第二檔次,剩余高校為第三檔次。集成電路和系統CAD/EDA技術的研發,杭州電子科技大學具有先發優勢,學校自80年代成立微電子CAD研究所(電子工業部直批),即從事于集成電路CAD/EDA技術研究,迄今為止在集成電路設計,尤其是射頻EDA技術領域積累豐富經驗,取得諸多成果,在國產集成電路工藝線、華大九天、華為等公司得到應用。

“集成電路基礎研發,曾經很長一段時間國家投入很少。集舉國之力攻堅光刻機等集成電路卡脖子難題,也就是這幾年的事。所幸高??蒲性核诨A研發最困難的時期,留下了一些技術和人員,星星之火可以燎原。杭電CAD所也是星星之火?!眲④姾芨袊@,但他也不無擔憂,“國內設立芯片EDA專業的高校不多,全國從事芯片EDA技術研發的人員不超過1千人,而美國單Cadence一家的研發人員超過7000人,Synopsys公司研發人員則超過5000人,要追趕他們,留給我們的時間不多了?!?/span>

我國可在EDA上“大展身手”


杭電電子信息學院院長李文鈞教授表示,EDA軟件系統是整個半導體產業的基石,沒有這個基石,全球所有芯片設計公司都會停擺,5000億美元半導體產業的金字塔會倒塌。

“業界有個著名的集成電路產業倒金字塔,全球EDA軟件市場年產值100億美元,半導體設備(光刻機等)年產值是幾百億美元,半導體制造(臺積電代工等)年產值是幾千億美元,電子系統年產值是幾萬億美元,娛樂軟件電商大數據等數字經濟年產值是幾十萬億美元。而沒有了金字塔最底層的EDA軟件系統,上面越來越大的其它產業都會歸零?!眲④姺治龅?。

正是因為EDA軟件產業技術門檻高,而且全球市場年規模不過100億美元并被三大西方EDA巨頭公司壟斷,中國EDA工具企業發展維堅。不過它們近些年正在成氣候。浙江的廣立微電子為我國EDA軟件產業三劍客之一,基于測試芯片的軟、硬件系統產品以及整體解決方案,專為半導體業界提供性能分析和良率提升方案的領先供應商;位于杭州的國產EDA代表企業行芯科技提供用于數字和模擬芯片后端設計的軟件,是國際著名大企業的EDA工具供應商?!半S著這兩年國內市場環境的變化,自主國產軟件的需求越來越強烈,行芯作為國產高端EDA軟件的供應商,在5G與人工智能時代,為廣大集成電路企業實現高性能與低功耗芯片設計提供了可靠的解決方案,并與國內半導體行業上下游的頭部玩家建立起產業聯盟,支撐我國半導體產業的發展?!毙行究萍紕撌既速R青博士告訴記者。

辛金國建言,國家應在EDA人才培養上多下功夫,彌補這些年來的人才流失黑洞,“EDA行業需求的人才主要是工具軟件開發人才、工藝及器件背景的工程師、熟悉IC設計流程的工程師、數學家,就業范圍窄,過去并不為大學生所熱衷,即便杭電這樣的EDA人才培養相對成熟的學校,每年培養的人才也是寥寥,今后國家應該在專業招生、專業建設、就業保障等方面多加傾斜?!?/span>

辛金國同時建議,構建政、研、企多方合作的芯片EDA軟件發展推進機制。由政府進行主導,集中力量辦大事,成立由工信部牽頭,國家發改委、科學技術部等有關部門共同參與,以及包括行業企業、專家學者組成的芯片EDA軟件技術發展指導委員會,及時研究制定相關產業發展扶持政策,統籌推進該技術全產業鏈在我國的落地和推廣??梢灾攸c扶持高水平研發機構,引導清華信息科學與技術國家實驗室、之江實驗室等開展芯片EDA軟件基礎理論研發,支持杭州電子科技大學分別與中國電子科技集團公司、華大九天合作建設“電科芯云”杭電子平臺與“杭電-北京華大九天集成電路EDA技術研究中心”,形成面向廣泛的EDA技術培訓中心、設計支撐技術服務中心和前瞻技術研發中心。

美國硅谷是芯片EDA軟件開發的產業高地,技術和人才正在“溢出”。建議我國各相關部門先人一步成立專門芯片EDA軟件開發招商隊伍,瞄準國際國內芯片EDA軟件領軍企業、科研院所開展高端精準招商,根據EDA產業鏈的“斷鏈點”,加快引進來自美國硅谷等地的芯片EDA軟件開發技術和高端人才?!爱斎涣?,EDA軟件產業創新創業人才落戶、住房、崗位聘用、職稱評審、子女上學等相關配套政策也要跟上?!毙两饑f。


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