探讨国内后端及制造端EDA产业的机会与挑战

| 专访国微芯执行总裁兼首席技术官白耿    

EDA是半导体产业链的基石，尤其是随着摩尔定律的演进，工艺线宽越来越小，让先进工艺的进步与EDA之间的联系越来越密切。国际三大EDA巨头占据着后端及制造端EDA市场，国内的EDA公司则多致力于设计前端点工具，缺乏与工艺关联度更高、复杂度更高的设计后端及制造端的工具。

国微芯是国内少数专注于后端及制造端的EDA厂商。2022年底国微芯推出五大系列平台14款EDA工具，2023年国微芯又发布了多款自研数字EDA工具及软件系统。为构建数字芯片设计与制造的桥梁，打造国产数字集成电路全流程EDA工具系统并实现规模化应用奠定了基础。

基于国微芯在后端及制造端EDA领域的发展，芯谋研究与国微芯执行总裁兼首席技术官白耿进行了交流，探讨国内后端及制造端EDA产业的机会与挑战。

白耿博士现任深圳国微芯科技有限公司执行总裁兼首席技术官，南开大学半导体物理硕士，美国伊利诺伊大学Urbana-Champaign分校电机工程博士，拥有20年以上EDA软件工具开发经验，拥有多项EDA美国专利并在国际权威EDA学术会议发表多篇论文，主持国家重大EDA专项多种工具开发。白耿博士主要负责后端和制造端EDA平台的开发工作，研究方向包括超大规模集成电路设计中物理验证、OPC、可制造性、可靠性等EDA工具的开发。

国内后端及制造端EDA需求增长

全球半导体产业发展受到地缘政治的挑战，芯片制造领域首当其冲，与先进工艺相关的技术受到了层层限制。涉及14nm以下工艺所用到的OPC等后端及制造端EDA工具被列入禁运清单，阻碍了国内厂商在芯片制造方面的发展。

随着中国半导体产业的快速发展，产业的逐步升级，市场对EDA工具的需求也在不断增加。这为国内EDA企业提供了更多的市场机会。一方面是出于对供应链稳定的考虑，另一方面是受到未来市场需求量的推动，国内Foundry厂商扩产计划也逐步迈上正轨，带动了国内市场对后端及制造端EDA工具的国产化需求增长。

在国际环境和国内市场需求的双重刺激下，被三大巨头所垄断的后端及制造端EDA市场为国内相关厂商打开了一扇窗，提供了一个进入到芯片制造领域的机会。国内EDA企业可以通过技术创新和研发，提供更加先进、高效、可靠的EDA工具，满足国内集成电路制造企业的需求。

EDA企业需要重视DTCO的发展

芯片复杂度越来越高，芯片设计企业需要与晶圆厂在早期进行深度合作。在这个过程中，涉及到了芯片设计、晶圆厂、EDA等多个环节的协同工作。DTCO（Design Technology Co-optimization）的出现为多环节的协同优化作业提供了极大的帮助，提高了芯片的性能、功耗和可靠性。

随着半导体产业的发展，DTCO被越来越多的厂商所采用，并成为EDA行业未来发展的主要趋势之一。近年来，以Synopsys、Cadence为代表的EDA公司各自推出了基于DTCO方法学的EDA流程和解决方案。

作为连接芯片设计厂商、晶圆厂与EDA厂商的桥梁，DTCO对聚焦于后端和制造端的EDA厂商更为重要，EDA工具需要与晶圆厂和设计公司深度绑定。因此，各大EDA企业都依托于自身擅长的方面解决问题，实现共同升级迭代，最终推动行业生态的建设。

DTCO是国际EDA企业与国内企业拉开差距的重要原因，大力推广国内DTCO是行业重要发展方向。对于国内EDA产业来说，国内缺少致力于后端和制造端的EDA厂商。虽然市场环境的变化，为国内厂商提供了与晶圆厂合作的机会，但在建立DTCO方面，国内厂商仍处于起步阶段。

统一数据底座推进DTCO生态

从国际后端及制造端EDA公司的成功经验来看，完善DTCO生态是他们的稳固行业地位的护城河之一。建立DTCO需要进行有效的数据交互，建立统一的数据底座可以提升开发效率，帮助用户简化日益复杂的设计制造流程。

从长远来看，DTCO更深远的影响在于可以将整个芯片设计的物理验证和OPC工具整合在统一数据底座上。这些工艺信息统一反馈给晶圆厂，能够缩短芯片设计周期，保证更高的制造良率，避免资金的损失。统一数据底座的意义不仅在于与晶圆厂之间的联动，也需要考虑与芯片设计端的工具结合。

随着芯片功能愈加复杂，芯片设计与晶圆厂之间的数据交互越来越多，统一数据底座的搭建，对于后起的EDA企业来说或许更有优势。相对于传统巨头，后来者可以无需兼顾老版本以及处理大量历史积累的不同版本文件与格式，进行全流程工具量统一数据底座的开发，并且制定统一的规则描述语言，加速工具研发及芯片设计周期。

从底层数据入手搭建统一的数据底座是国内EDA企业缩小与国际企业差距的方式之一。尤其是对于要建立全流程解决方案的EDA企业来说，越早确立底层数据交互平台，在后期的迭代开发中才能更具优势。近年来，包括国微芯在内的本土EDA厂商开始注重底层共性技术的积累，推出EDA统一数据底座标志性工具，为国产EDA未来发展打下的基础，减弱国外厂商在底层逻辑上对本土企业形成的压迫和遏制。

物理验证和OPC协同开发的重要性

物理验证和OPC同时进行开发，也是体现建立统一数据底座的意义之一。

国内现阶段的后端及制造端EDA厂商在个别点工具的开发上有所成就，但缺少物理验证和OPC。在半导体制造过程中，物理验证和OPC通常是同时进行的。在芯片设计完成后，首先需要进行物理验证，以确保芯片的功能和性能符合设计要求。然后，将经过物理验证的芯片送入生产线进行OPC,以确保其能够稳定地生产出来。因此，可以说物理验证和OPC是半导体制造过程中不可或缺的两个环节，它们共同保证了芯片的质量和稳定性。

物理验证与OPC进行同步开发，需要在架构、底座、数据交互方面进行整体设计。物理验证工具和OPC工具拥有共享统一的数据底座，在读取版图、解析版图数据时有高速运行读取的能力，同时可以形成自己smDB版图格式的文件，之后通过读取自己版图格式，比读取GDS/OASIS的速度可以提高上百倍，可以大大提升流片前物理证验及OPC效率。

但对于国内厂商来说，同时进行物理验证和OPC的研发难度很大，建立统一数据底座更是一项艰巨的挑战。其一是相关人才数量不足；其二是在当今追求快速盈利的情况下，从底层进行研发，需要在人才和资金方面进行长期稳定的投入；其三，如果通过并购来进行整合，成型的独立产品，要想整合并不容易，往往并购过来的产品只会在流程方面进行集合整合。建立在统一数据底座上的EDA工具，未来能更好地进行优化，对后期产品迭代，加速芯片研发周期都有着深远的影响，这也是国内EDA企业所欠缺的。

国内后端及制造端EDA突破路径

2018年以来，国产EDA工具的发展受到行业重视，大量资本涌入EDA赛道，国内EDA企业乘势而起。这些企业的出现为国产EDA产业的发展注入了活力，但另一方面，EDA人才和资源也因此而分散在各个企业中。对于晶圆厂来说，一家晶圆厂也不可能选择对接十几家EDA企业来集成一套全流程解决方案。因此，未来国内EDA企业必然会走向并购整合，在这个过程中，国内EDA企业如何在生存中求突破需要行业思考。

首要要明确的是，EDA公司虽然现在受到资本的青睐，但产品如果得不到良好的市场反馈，就要面临着被资本抛弃的风险。EDA企业要学会自己造血，用技术突破站稳脚跟。

后端及制造端EDA在技术上取得突破需要抓住以下几点：

一、要与头部晶圆厂建立深度合作关系。头部晶圆代工厂通常拥有较为先进的生产线和工艺，并且具备规模经济效应。与这样的代工厂合作，企业可以获得先进的制造技术和成本效益。且晶圆代工厂通常会不断研发新的制造技术，EDA企业可以通过合作进行产品迭代，在满足客户的产品创新需求同时，也能通过技术的迭代，缩小与国际企业的差距。

二、可以从特定市场出发走向大众市场。晶圆厂不会轻易更换已得到验证的EDA工具，尤其是针对大众市场的芯片制造，如果EDA工具出现问题，将会对晶圆厂造成巨大的影响。但在现在特殊的环境下，国产EDA工具可以通过政策扶持，从某些特定市场进入到后端及制造端市场，这些市场通常对芯片有特殊的需求和规格，芯片需要满足特定的性能、可靠性和安全性标准。虽然这部分市场规模有限，但对于国内EDA企业来说仍是不错的机会。EDA企业也可以通过这种方式，未来扩大与晶圆厂的合作，走向大众市场。

三、28nm是后端及制造端EDA企业发展的突破点之一。全球终端应用中采用最多的是成熟工艺芯片，国内晶圆代工厂在成熟工艺方面已经实现了规模化量产，具有支持国产EDA工具进入实际产线的基础。且随着新兴应用的崛起，成熟工艺还有巨大的提升潜力，国产EDA企业要抓住成熟工艺发展趋势，尤其是28nm节点发展，与晶圆厂深度合作，进行技术迭代，才有可能在更先进的工艺上有所突破。

四、建立中试线。中试生产线是技术创新的企业实现从理论到实践转变的重要手段，可以降低技术风险和市场风险，避免大规模生产带来的风险和成本。通过模拟真实生产流程，EDA企业不断改进和优化工艺参数和设备配置，及时解决工艺中的难题，提升生产效率和产能。有助于企业了解产品的生产效率和良品率，以及验证大规模生产是否可行。

五、抓住SOI特殊工艺的机会。汽车电子、物联网等新兴应用的出现，带动了行业对特殊工艺的需求。采用特殊工艺的芯片更具有针对性，需要在早期与EDA企业进行合作。且采用特殊工艺的芯片往往不需要EUV设备，用现有的DUV设备就可以满足市场需求，这也是国内EDA企业打入市场的机会之一。

编辑：黄飞