以史为鉴，中国EDA产业怎么做？失效分析实验室半导体工程师

失效分析实验室半导体工程师2022-01-1005:08
以史为鉴，中国EDA产业怎么做？

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2/3nm工艺、3DIC、第三代半导体、AI芯片均等2021年炙手可热的技术当中都少不了一个身影——EDA工具。如果缺少了它，全球所有芯片公司都有可能停摆。按照加州大学圣迭戈分校AndrewKahng教授推测， EDA的技术进步可以让设计效率提升近200倍，将消费级SoC的设计成本从77亿美元降低到4500万美元。随着集成电路工艺技术的持续演进， EDA已成为撬动整个产业尤其是设计业发展的重要支点。
随着摩尔定律的持续演进，集成电路的复杂程度指数级上升，现在集成度最高的芯片已经集成了数万亿个晶体管，未来芯片的集成度将会更高。依靠人工绘图已经不可能完成这样的设计任务，利用计算机辅助手段解决问题已是必然选择。而伴随集成电路60多年的发展历程， EDA产业也历经了从计算机辅助设计（CAD）发展进化到电子系统设计自动化（EDA）的演变，越来越深入地嵌入到集成电路产业当中，扮演着芯片破局支点的重要角色。
芯片作为现代电子产品的核心部件，一直充当着“大脑”的位置，技术含量高度密集，开发难度也是水涨船高。 “设计一款芯片开发者首先要明确需求，定义诸如指令集、功能、输入输出管脚、性能与功耗等关键信息，再将电路划分成多个模块，清晰地描述出对每个模块的要求。然后再由‘前端’开发者根据每个模块功能设计出电路，运用计算机语言建立模型并验证其功能准确无误。 ‘后端’开发者则要根据电路设计出‘版图’ ，将数以亿计的电路按其连接关系，有规律地翻印到一个硅片上。 ”这是一位设计工程师对采访人员介绍芯片开发时的描述。如此复杂的设计，不能有任何缺陷，否则是无法修补的，必须从头再来。如果重新设计加工，一般至少需要一年时间，再投入上千万美元的经费，有时候甚至需要上亿美元。
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数据来源：赛迪顾问
也正因为如此，现在的芯片设计已经离不开计算机设计软件EDA的辅助。西门子EDA全球副总裁、中国区总经理凌琳就表示：“我进入这个行业的时候主流工艺仍然是0.25μm、0.18μm ，现在已经演进到5nm、3nm 。整个行业的工艺技术演进速度非常快，这是全体从者业共同努力的结果。 EDA作为产业链上游的一个环节，涉及从设计到制造，从测试到量产的所有环节，是产业链中重要的一个部分。 ”
Cadence公司中国区总经理汪晓煜也指出，现在的芯片设计越来越复杂， GPU、CPU、DPU等超大规模和大算力SoC芯片的制造工艺基本采用了16nm、12nm、7nm ，甚至5nm ，根本离不开EDA工具的辅助。从仿真到版图，从前端到后端，从模拟到数字再到混合设计，验证及系统仿真，以及后面的工艺制造，现代EDA工具几乎涵盖了IC设计的方方面面。
3DIC毫无疑议是2021年集成电路领域最热门的技术之一，吸引到台积电、三星、英特尔、英伟达、AMD等几乎所有龙头厂商的全力进入。它的开发同样少不了EDA厂商的身影。 “随着芯片制造工艺不断接近物理极限，异构集成的3DIC先进封装已经成为延续摩尔定律的最佳途径之一。 3DIC将不同工艺制程、不同性质的芯片以三维堆叠的方式整合在一个封装体内，提供性能、功耗、面积和成本的优势，能够为5G、HPC、AI、汽车电子等领先应用提供更高水平的集成、更高性能的计算和更多的内存访问。然而， 3DIC是一个新兴的领域，使用传统的脱节的点工具和流程对设计收敛会带来巨大的挑战，而对信号、电源完整性分析的需求也随着垂直堆叠的芯片而爆发式增长。 ”新思科技中国区副总经理许伟表示。