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半導體工藝節點不斷攀升 EDA的重要性與開發難度也如影隨形
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近期,中國本土晶片設計企業在EDA工具的供應上接連遭遇外企不同程度的“卡脖子”事件,“自主EDA生態”呼聲日益高漲並在加速落至實處。中國國產EDA新生勢力固然生猛,但與常年霸佔全球70%以上市場份額的傳統三巨頭相比,在積累以及體量上仍存在根本性的差距。接下來,在政策和資本均未缺席的中國大環境下,中國國產EDA生態的大船如何“錨正航向”、“精准突圍”,成為整個中國半導體產業鏈密切關注的焦點。
EDA究竟有多重要?大概只有真切經歷過“斷供”的中國本土晶片設計業,才有深刻體會。而今,隨著全球晶片設計快步邁入更先進節點,EDA的重要性越發凸顯,成為龐大中國本土晶片設計業的“命脈”,上海概倫電子有限公司副總裁劉文超表示:“從10nm、7nm再到5nm,每一次工藝節點升級,成本都在激增,EDA作為承載設計方法學的工具,其重要性和作用正越來越大。現在的7nm,如果是超過十層金屬層的話,總價接近1億人民幣,如果一次流片不成功,對一個企業的打擊無疑是致命的。”
“從10nm、7nm再到5nm,每一次工藝節點升級,成本都在激增,EDA作為承載設計方法學的工具,其重要性和作用正越來越大。現在的7nm,如果是超過十層金屬層的話,總價接近1億人民幣,如果一次流片不成功,對一個企業的打擊無疑是致命的。”
而這些晶片的設計和製造要想成功,自然就需要仰仗強大的EDA工具加持。從晶片設計和製造的流程來看,譬如IC設計中的佈局佈線、邏輯綜合,光罩製造的OPC優化、工藝和器件類比以及包括器件緊湊模型的提取等。其中的每一個環節,都對最終能否一次流片成功起到“致命作用”。
在晶片設計工藝節點不斷升級的大背景下,EDA工具的重要性凸顯的同時,中國企業還面臨另外一個難點,那就是如何取得工藝性能與良率的最佳平衡。作為中國另一大知名EDA廠商,概倫電子也以晶片的良率和性能作為出發“點”,劉文超認為:“這兩個因素也是積體電路最關鍵的因素,即便產品的性能再好,良率如果低的話,那成本就居高不下;但如果我們僅追求良率,晶片的性能也會下降。因此,如何在良率和性能之間找到最佳平衡點,也是EDA工具所考慮的核心問題。”
畢竟,如今晶片的集成度和複雜度正隨著工藝不斷推進也日益激增,工藝的難度逐步增大,器件尺寸持續縮小,劉文超舉例到:“目前,5納米工藝尺寸的晶片已經推向了市場,同時晶片集成度也在增高,比如普通的手機SoC集成度已經達到百億規模以上,在這種情況下,人工是不可能完成的,需要EDA工具的支援。同時,設計的裕量也在減少,這與良率和性能都有關係,把裕量放大,良率提升,性能會下降,設計裕量和良率和性能間找到平衡點也是我們思考的問題。從90納米到22納米,我們設計的裕量由於受到靜態雜訊以及VT波動以及可靠性影響,設計裕量在逐漸減小,留給設計工程師所能調整的部分越來越小,這些都一定要依靠EDA解決方案來提升才能達到設計的目的。”
這也是為何當下,中國半導體產業鏈迫切需要扶持中國本土EDA企業“上位”,來緩衝國際競爭壓力的同時,促成EDA中國國產替代這一“宏圖大業”。但就目前的形勢來看,EDA在中國積體電路產業裡還是相對比較薄弱的一環,據統計,中國EDA市場份額中,國產EDA工具占比重不到10%,相關資源非常有限,面臨的形勢也異常嚴峻。
相比之下,第一梯隊的國際三巨頭則擁有完整、總體優勢的全流程產品,每一家營收都在10億美金以上,客戶遍佈全球各地;而第二梯隊的企業雖然僅在局部領域位居技術領先,但仍佔據全球份額10%以上,營收也仍然超過1億美金;相比之下,中國的EDA企業,則處在第三梯隊,主要是以點工具為主,雖然在某些細分領域有一些突破和領先優勢,在特定領域也有一些全流程解決方案,但都只是剛剛起步,而且純商業營收目前還沒有超過1億美金的案例。

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