EDA 行業(yè)最近表現(xiàn)非常好，但這種運(yùn)行將持續(xù)多久是一個(gè)有爭(zhēng)議的問(wèn)題。由于芯片架構(gòu)、終端市場(chǎng)和一長(zhǎng)串新技術(shù)的快速變化，EDA是一個(gè)顛覆的行業(yè)。此外，最近的地緣政治緊張局勢(shì)使整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)所依賴(lài)的這個(gè)小部門(mén)受到更多關(guān)注。

盡管發(fā)生了這些變化，EDA 公司仍設(shè)法在這場(chǎng)漩渦中保持顯著的相關(guān)性。在過(guò)去兩年中，以SOX指數(shù)衡量的半導(dǎo)體行業(yè)一直保持相對(duì)平穩(wěn)。但與此同時(shí)，上市 EDA 公司的股價(jià)上漲了約 60%，擁有 EDA 部門(mén)的大型企業(yè)集團(tuán)聲稱(chēng)其 EDA 增長(zhǎng)率高于市場(chǎng)。

西門(mén)子 EDA IC 產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)總監(jiān) Neil Hand 表示：“半導(dǎo)體的變革步伐始終讓我們保持年輕的行業(yè)。” “EDA 真正健康的原因之一是一直被迫適應(yīng)變化。一些行業(yè)變得自滿。他們停滯不前，他們開(kāi)始適應(yīng)緩慢。我認(rèn)為你不能對(duì) EDA 這么說(shuō)。”

然而，籠罩在整個(gè)行業(yè)中的一大問(wèn)題是，EDA 是否能夠足夠快地進(jìn)行調(diào)整以滿足對(duì)它提出的所有要求，或者它是否正在擴(kuò)展到新公司可以取得進(jìn)展的程度。這在很大程度上取決于整個(gè)芯片行業(yè)的變化數(shù)量和速度，包括工具套件中的人工智能、硬件/軟件協(xié)同設(shè)計(jì)解決方案的重要性日益增加等等。與此同時(shí)，系統(tǒng)公司正在經(jīng)歷一些大趨勢(shì)，例如特定領(lǐng)域的計(jì)算、自動(dòng)駕駛和對(duì)安全性的日益關(guān)注等。

“從 RTL 級(jí)別開(kāi)始，大多數(shù)必要的工具都可用并且可以很好地完成工作，” Fraunhofer IIS 自適應(yīng)系統(tǒng)工程部高效電子部門(mén)負(fù)責(zé)人 Andy Heinig 說(shuō)。“系統(tǒng)級(jí)工具確實(shí)存在一些差距。但整個(gè)市場(chǎng)已經(jīng)飽和，沒(méi)有人愿意花費(fèi)巨額預(yù)算來(lái)開(kāi)發(fā)新方法。只有真正新的概念和方法才能在未來(lái)縮小系統(tǒng)級(jí)工具的差距。”

但流量的方方面面都需要持續(xù)的投入。“我們的核心算法正在改進(jìn)，隨著每個(gè)新技術(shù)節(jié)點(diǎn)的出現(xiàn)，我們必須在優(yōu)化設(shè)計(jì)的方式上做出一些改變，” Cadence數(shù)字與簽核集團(tuán)產(chǎn)品管理集團(tuán)總監(jiān) Vinay Patwardhan 說(shuō). “那是因?yàn)槊總€(gè)節(jié)點(diǎn)都有新的約束或新的影響。最重要的是，我們必須進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)的協(xié)同設(shè)計(jì)和協(xié)同優(yōu)化。以前用于獲得最佳布線后結(jié)果的相同優(yōu)化算法必須超越芯片并考慮封裝效應(yīng)和系統(tǒng)級(jí)效應(yīng)。同樣，系統(tǒng)仿真必須考慮芯片級(jí)效應(yīng)。我們必須擴(kuò)展所有 EDA 算法，不僅要更加了解局部影響，還要了解它所涉及的一切在全球范圍內(nèi)的傳播。”

行業(yè)演進(jìn)

在 EDA 的早期，全球主要大學(xué)和數(shù)百家初創(chuàng)公司進(jìn)行了大量研究。然后它經(jīng)歷了大規(guī)模的整合階段。Ansys產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)總監(jiān) Marc Swinnen 表示：“EDA 中始終存在這兩種供應(yīng)商流，單點(diǎn)工具、同類(lèi)最佳供應(yīng)商和完整解決方案供應(yīng)商. “在 90 年代，Cadence 以提供完整的流程而聞名，并會(huì)從初創(chuàng)公司購(gòu)買(mǎi)點(diǎn)工具來(lái)增強(qiáng)他們的技術(shù)，并且這些工具不斷被新的初創(chuàng)公司更新。由于當(dāng)今 EDA 領(lǐng)域的初創(chuàng)公司非常少，因此該模型已被擱置一旁。全流程提供商在 2000 年代初期變得非常流行，事實(shí)證明這對(duì)他們來(lái)說(shuō)非常成功。它提供了一個(gè)單一的聯(lián)系點(diǎn)，這聽(tīng)起來(lái)很有吸引力，尤其是對(duì)采購(gòu)代理而言。”

經(jīng)濟(jì)和技術(shù)護(hù)城河讓初創(chuàng)企業(yè)舉步維艱。“80 年代的許多初創(chuàng)公司都是routers初創(chuàng)公司，” Synopsys研究員 Rob Aitken 說(shuō)。“如果你今天想寫(xiě)一個(gè)routers，那真的很難。設(shè)計(jì)規(guī)則是如此復(fù)雜，而且訪問(wèn)它們也如此受限，以至于你不能把幾個(gè)研究生放在一個(gè)房間里，讓他們想出一些東西。一小群有創(chuàng)造力的人可以自由創(chuàng)新的領(lǐng)域很小。你不能讓五個(gè)研究生聚在一起，讓他們寫(xiě)一些可以與 Cadence 或 Synopsys 工具競(jìng)爭(zhēng)的東西。他們?cè)?EDA 領(lǐng)域沒(méi)有太多的發(fā)揮空間，因?yàn)槠渲泻芏嘁呀?jīng)定義好了。”

在研究繼續(xù)的同時(shí)，它也在不斷發(fā)展。卡爾斯魯厄理工學(xué)院嵌入式系統(tǒng)主席兼 DAC 2023 總主席 Joerg Henkel 說(shuō)：“我可以將提交給 DAC 的論文數(shù)量作為參考。”“我在技術(shù)委員會(huì)工作多年，看到了一個(gè)穩(wěn)定的研究論文增多。這主要是由某些主題驅(qū)動(dòng)的，例如安全性、設(shè)計(jì)安全系統(tǒng)或解決側(cè)信道和 IP 問(wèn)題。我們還看到很多關(guān)于機(jī)器學(xué)習(xí)架構(gòu)的論文。有新技術(shù)，比如非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)，有很多論文。設(shè)計(jì)自動(dòng)化仍然是兩個(gè)最大的渠道之一，但它更多地是關(guān)于新技術(shù)，比如機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，它們已經(jīng)進(jìn)入傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，這在某種程度上是一種復(fù)興。

不過(guò)，最近的地緣政治局勢(shì)可能會(huì)提供變革的動(dòng)力。“在過(guò)去的幾年里，研發(fā)越來(lái)越少，”Cadence 定制 IC 和 PCB 部門(mén)產(chǎn)品管理組總監(jiān) John Park 說(shuō)。“但是根據(jù) CHIPS 法案，這是數(shù)十億美元的資金，它正在封裝和小芯片開(kāi)發(fā)以及支持 OSAT 能力方面創(chuàng)建許多初創(chuàng)公司。由 DARPA 資助的項(xiàng)目往往在幾乎所有方面都有學(xué)術(shù)界。所有大型大學(xué)都在 3D 創(chuàng)新和 3D 異構(gòu)集成方面投入更多。作為一名封裝設(shè)計(jì)師，我在歷史上從未見(jiàn)過(guò)這種水平的創(chuàng)新、投資和研究。雖然很多都流向了半導(dǎo)體方面，但我估計(jì)大約有 18% 到 20% 會(huì)流向多芯片封裝。”

類(lèi)似的投資也在其他地方發(fā)生。西門(mén)子的漢德說(shuō)：“CHIPS 法案和歐洲的同類(lèi)法案所做的是激勵(lì)進(jìn)行更多的研究，從而開(kāi)辟更多的途徑。” “研究的本質(zhì)是，進(jìn)行的事情越多，突破性發(fā)現(xiàn)的可能性就越大。如果只看兩三樣?xùn)|西，是很難有突破的。如果您查看 100 件事情，就會(huì)有人取得突破。這變得非常有趣，令人興奮的是你開(kāi)始看到研發(fā)工作的分散化，這將增加我們開(kāi)始看到更多突破的可能性。”

它會(huì)導(dǎo)致行業(yè)中斷嗎？Synopsys 的 Aitken 說(shuō)：“也許吧，但如果任何行業(yè)在其做事方式上得到足夠的固定，它就會(huì)變得越來(lái)越難被顛覆。” “但是，當(dāng)這種破壞出現(xiàn)時(shí)，破壞性會(huì)越來(lái)越大。從本質(zhì)上講，有人可以通過(guò)重新思考一個(gè)問(wèn)題并說(shuō)，'我們實(shí)際上不必這樣做來(lái)擾亂這個(gè)行業(yè)。'”

普遍的共識(shí)是這在不久的將來(lái)不太可能。“研究仍然發(fā)生在算法級(jí)別或設(shè)備物理級(jí)別，”Cadence 的 Patwardhan 說(shuō)。“我沒(méi)有看到有人正在做一些革命性的事情來(lái)徹底改變今天做事的方式。它比現(xiàn)有方法更具增量性，他們正在添加它的一部分，添加到它以使其更強(qiáng)大、更快。但是一種全新的革命性的做事方式？這種事我見(jiàn)得少了。”

一些人認(rèn)為人工智能可能會(huì)實(shí)現(xiàn)它。“當(dāng)你看 DAC 時(shí)，當(dāng) AI 論文開(kāi)始時(shí)，它會(huì)涉及各種主題，”Henkel 說(shuō)。“不同主題的論文中有很大一部分涉及人工智能。所以是的，研究人員學(xué)習(xí)它，如何應(yīng)用它，如何使它有益。我們對(duì)物理設(shè)計(jì)論文的成熟度感到驚訝。現(xiàn)在看來(lái)，將機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用于物理設(shè)計(jì)是一件顯而易見(jiàn)的事情。”

融合

該行業(yè)正在發(fā)生融合，將過(guò)去獨(dú)立的領(lǐng)域融合在一起。“隨著 3D 的出現(xiàn)，我們看到了 EDA 組織的重大變化，因?yàn)?D-IC為許多以前孤立的額外物理效應(yīng)打開(kāi)了大門(mén)，”Ansys 的 Swinnen 說(shuō)。“你有一個(gè)芯片團(tuán)隊(duì)，一個(gè)封裝團(tuán)隊(duì)，一個(gè) PCB 團(tuán)隊(duì)，他們可能在不同的國(guó)家。他們從來(lái)不必互相交談。但現(xiàn)在有了 3D-IC，所有這些都必須被揉在一起。沒(méi)有一家公司擁有制作 3D-IC 所需的全部技術(shù)。”

這得到了業(yè)內(nèi)其他人的呼應(yīng)。“隨著你進(jìn)入 3D 和多芯片空間，你最終不得不考慮越來(lái)越多的效果，”Aitken 說(shuō)。“你進(jìn)入越來(lái)越多的領(lǐng)域，你會(huì)到達(dá)這樣一個(gè)地步，無(wú)論你身在何處，無(wú)論你公司的工具套件有多廣泛，總有一些東西正好在它的邊界上，所以你仍然會(huì)擁有和別人一起工作。”

這就是系統(tǒng)和芯片設(shè)計(jì)的融合。“這意味著設(shè)計(jì)流程和設(shè)計(jì)方法比過(guò)去更先進(jìn)、更復(fù)雜、更復(fù)雜，”P(pán)ark 說(shuō)。“封裝設(shè)計(jì)師以前不必?fù)?dān)心 DRC 和 LVS 的正式簽核，現(xiàn)在他們不得不擔(dān)心。那就是系統(tǒng)世界進(jìn)入die設(shè)計(jì)世界。芯片設(shè)計(jì)師，單片 ASIC 的設(shè)計(jì)師，從來(lái)不知道什么是信號(hào)完整性。現(xiàn)在，他們必須在多小芯片系統(tǒng)中驗(yàn)證它們是否符合通信標(biāo)準(zhǔn)，而這需要信號(hào)完整性工具。這些類(lèi)型的例子有很多，但它意味著來(lái)自系統(tǒng)世界和 ASIC 設(shè)計(jì)世界的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和工具的融合。工具的數(shù)量在增長(zhǎng)，專(zhuān)業(yè)知識(shí)在增長(zhǎng)，人們?cè)噲D去弄清楚這些設(shè)計(jì)流程。

3D-IC 并不是唯一的融合點(diǎn)。“越來(lái)越多的事情被考慮用于優(yōu)化，”漢德說(shuō)。“為了管理它，你開(kāi)始處理抽象層。當(dāng)你有抽象層時(shí)，它允許做出本地化的決策，并得到通知。您可以進(jìn)行具有豐富數(shù)據(jù)集的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)，做出明智的決策，還可以進(jìn)行極其詳細(xì)的物理級(jí)設(shè)計(jì)。它們?nèi)匀皇仟?dú)立的活動(dòng)，盡管它們是相互聯(lián)系和相互關(guān)聯(lián)的。由于幾個(gè)原因，您將看到的不是向單一整體實(shí)體的轉(zhuǎn)變。一個(gè)是它不起作用。沒(méi)有一個(gè)人可以做所有事情。歷史在很多方面都表明了這一點(diǎn)。你確實(shí)需要連接流。”

尚未決定找出使該工作必須流動(dòng)的信息。“一直以來(lái)都有基于計(jì)算的解決方案或基于場(chǎng)景的解決方案，但借助人工智能技術(shù)，我們有機(jī)會(huì)構(gòu)建模型，”P(pán)atwardhan 說(shuō)。“為了有效地使用模型，我們有機(jī)會(huì)多次參考模型并同時(shí)考慮大量參數(shù)，這在以前是不可能的，使用物理和邏輯參數(shù)。考慮到數(shù)據(jù)量、變量數(shù)量和問(wèn)題的復(fù)雜性，人工智能在這個(gè)領(lǐng)域有一個(gè)難以置信的機(jī)會(huì)。有朝這個(gè)方向進(jìn)行的工作，在未來(lái)一年左右的時(shí)間里，將在公共和私人論壇上討論很多想法。”

某些類(lèi)型的融合的影響尚未完全了解。“我們知道我們必須關(guān)心熱量，我們知道我們必須在某種程度上關(guān)心機(jī)械，”Aitken 說(shuō)。“我們有多少關(guān)心機(jī)械？使用不同的材料會(huì)發(fā)生什么變化？我們正在進(jìn)入一個(gè)合作時(shí)代，因?yàn)槿藗儽仨毎研酒贸鰜?lái)，他們必須將傳統(tǒng) EDA 供應(yīng)商的工具與歷史上沒(méi)有做過(guò) EDA 的人的工具結(jié)合起來(lái)。”

但這帶來(lái)了一些挑戰(zhàn)。“數(shù)據(jù)隱私仍然是每個(gè)人最關(guān)心的問(wèn)題，”P(pán)atwardhan 說(shuō)。“這意味著我們客戶的想法，以及我們的想法。但如今有更多值得信賴(lài)的合作方式，無(wú)論是在技術(shù)方面還是個(gè)人信任方面。他們與其中一些客戶建立了更長(zhǎng)期的關(guān)系。信任正在建立。我們擁有更安全的系統(tǒng)，因此可以訪問(wèn)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)隱私，但我們已經(jīng)找到了與合作伙伴合作的有效方法和解決方案。”

為了使這項(xiàng)工作有效，抽象是連接的自然方式。“沒(méi)有一種工具可以做所有事情，沒(méi)有一家公司可以做所有事情，”漢德說(shuō)。“你看到的是，隨著越來(lái)越多的復(fù)雜性進(jìn)入流程，我們必須找到處理這種復(fù)雜性的方法，允許抽象這種復(fù)雜性的方法，以便人們使用它。同時(shí)，我們必須允許以本地化方式管理這種復(fù)雜性。當(dāng)您查看系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)時(shí)，您需要考慮物理域、流體動(dòng)力學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)和電子學(xué)。你永遠(yuǎn)不會(huì)模擬整個(gè)事情。您正在模擬這些對(duì)象的抽象。你在抽象層次上進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后向下推和分解以達(dá)到實(shí)現(xiàn)本身。”

這對(duì) EDA 行業(yè)的公司及其客戶和合作伙伴都有影響。“不久前，我們最大的客戶擁有 CAD 設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，他們負(fù)責(zé)利用各種 EDA 工具供應(yīng)商創(chuàng)建簡(jiǎn)化的流程，”P(pán)ark 說(shuō)。“他們制作了一個(gè)流程并將一流的工具結(jié)合在一起以創(chuàng)建優(yōu)化的流程。我們要回到那個(gè)。我們將回到聘請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)方法專(zhuān)家來(lái)弄清楚如何構(gòu)建這些流程的公司，因?yàn)檫@是在這些復(fù)雜時(shí)期的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。如果您擁有比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手更優(yōu)化的設(shè)計(jì)流程，您將擁有更短的周轉(zhuǎn)時(shí)間。您可能會(huì)更快地進(jìn)入市場(chǎng)，可能會(huì)推出更好的產(chǎn)品。由于復(fù)雜性，設(shè)計(jì)流程的價(jià)值可能比歷史上任何時(shí)候都多。”

但并非所有公司都如此。“我們還看到許多公司尋求的不是一流的工具，而是最集成的工具，”P(pán)ark 補(bǔ)充道。“對(duì)某些人來(lái)說(shuō)，這是另一種范式轉(zhuǎn)變。他們不是出去從五個(gè)不同的供應(yīng)商那里尋找一流的單點(diǎn)工具，然后弄清楚如何將它們結(jié)合在一起，而是轉(zhuǎn)向更多的單一供應(yīng)商流程，其中五個(gè)工具中的三個(gè)是最佳的-類(lèi)，但其中兩個(gè)不是。但它們與流程緊密結(jié)合，因此采用特定方法具有優(yōu)勢(shì)。”

有很多事情在改變。“我們知道這個(gè)模型在某種程度上已經(jīng)崩潰了，”艾特肯說(shuō)。“我們不知道的是，它被分解了多少，以及未來(lái)或不久的將來(lái)的界限在哪里。有機(jī)會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)的功能進(jìn)行某種程度的抽象。我們需要在未來(lái)為 GDS 的矩形構(gòu)想出一組額外的抽象。每個(gè)人都知道有封裝，而且封裝有功率傳輸問(wèn)題和散熱問(wèn)題等等。但這并不重要，因?yàn)槁闫某橄蠹?jí)別已經(jīng)足夠好了。這不再是真的了。”

“作為一個(gè)行業(yè)，我們目前的選擇太多了，”漢德在討論 EDA 的投資領(lǐng)域時(shí)說(shuō)。“我們將被迫推動(dòng)我們首字母縮略詞的第三個(gè)字母，即自動(dòng)化。我們必須努力縮小我們的客戶在未來(lái)幾年將看到的一些資源缺口。”

結(jié)論

EDA 行業(yè)健康發(fā)展。行業(yè)內(nèi)及其客戶行業(yè)內(nèi)的宏觀趨勢(shì)意味著增長(zhǎng)可能會(huì)持續(xù)很長(zhǎng)一段時(shí)間。但這種增長(zhǎng)的數(shù)量和速度正在行業(yè)內(nèi)造成一些不穩(wěn)定，這可能會(huì)導(dǎo)致他們以與過(guò)去不同的方式做出反應(yīng)。

審核編輯 ：李倩