EDA重回聚光灯下

EDA 行业最近表现非常好，但这种运行将持续多久是一个有争议的问题。由于芯片架构、终端市场和一长串新技术的快速变化，EDA是一个颠覆的行业。此外，最近的地缘政治紧张局势使整个半导体行业所依赖的这个小部门受到更多关注。

尽管发生了这些变化，EDA 公司仍设法在这场漩涡中保持显着的相关性。在过去两年中，以SOX指数衡量的半导体行业一直保持相对平稳。但与此同时，上市 EDA 公司的股价上涨了约 60%，拥有 EDA 部门的大型企业集团声称其 EDA 增长率高于市场。

西门子 EDA IC 产品营销总监 Neil Hand 表示：“半导体的变革步伐始终让我们保持年轻的行业。” “EDA 真正健康的原因之一是一直被迫适应变化。一些行业变得自满。他们停滞不前，他们开始适应缓慢。我认为你不能对 EDA 这么说。”

然而，笼罩在整个行业中的一大问题是，EDA 是否能够足够快地进行调整以满足对它提出的所有要求，或者它是否正在扩展到新公司可以取得进展的程度。这在很大程度上取决于整个芯片行业的变化数量和速度，包括工具套件中的人工智能、硬件/软件协同设计解决方案的重要性日益增加等等。与此同时，系统公司正在经历一些大趋势，例如特定领域的计算、自动驾驶和对安全性的日益关注等。

“从 RTL 级别开始，大多数必要的工具都可用并且可以很好地完成工作，” Fraunhofer IIS 自适应系统工程部高效电子部门负责人 Andy Heinig 说。“系统级工具确实存在一些差距。但整个市场已经饱和，没有人愿意花费巨额预算来开发新方法。只有真正新的概念和方法才能在未来缩小系统级工具的差距。”

但流量的方方面面都需要持续的投入。“我们的核心算法正在改进，随着每个新技术节点的出现，我们必须在优化设计的方式上做出一些改变，” Cadence数字与签核集团产品管理集团总监 Vinay Patwardhan 说. “那是因为每个节点都有新的约束或新的影响。最重要的是，我们必须进行系统级的协同设计和协同优化。以前用于获得最佳布线后结果的相同优化算法必须超越芯片并考虑封装效应和系统级效应。同样，系统仿真必须考虑芯片级效应。我们必须扩展所有 EDA 算法，不仅要更加了解局部影响，还要了解它所涉及的一切在全球范围内的传播。”

行业演进

在 EDA 的早期，全球主要大学和数百家初创公司进行了大量研究。然后它经历了大规模的整合阶段。Ansys产品营销总监 Marc Swinnen 表示：“EDA 中始终存在这两种供应商流，单点工具、同类最佳供应商和完整解决方案供应商. “在 90 年代，Cadence 以提供完整的流程而闻名，并会从初创公司购买点工具来增强他们的技术，并且这些工具不断被新的初创公司更新。由于当今 EDA 领域的初创公司非常少，因此该模型已被搁置一旁。全流程提供商在 2000 年代初期变得非常流行，事实证明这对他们来说非常成功。它提供了一个单一的联系点，这听起来很有吸引力，尤其是对采购代理而言。”

经济和技术护城河让初创企业举步维艰。“80 年代的许多初创公司都是routers初创公司，” Synopsys研究员 Rob Aitken 说。“如果你今天想写一个routers，那真的很难。设计规则是如此复杂，而且访问它们也如此受限，以至于你不能把几个研究生放在一个房间里，让他们想出一些东西。一小群有创造力的人可以自由创新的领域很小。你不能让五个研究生聚在一起，让他们写一些可以与 Cadence 或 Synopsys 工具竞争的东西。他们在 EDA 领域没有太多的发挥空间，因为其中很多已经定义好了。”

在研究继续的同时，它也在不断发展。卡尔斯鲁厄理工学院嵌入式系统主席兼 DAC 2023 总主席 Joerg Henkel 说：“我可以将提交给 DAC 的论文数量作为参考。”“我在技术委员会工作多年，看到了一个稳定的研究论文增多。这主要是由某些主题驱动的，例如安全性、设计安全系统或解决侧信道和 IP 问题。我们还看到很多关于机器学习架构的论文。有新技术，比如非易失性存储器技术，有很多论文。设计自动化仍然是两个最大的渠道之一，但它更多地是关于新技术，比如机器学习技术，它们已经进入传统的设计方法，这在某种程度上是一种复兴。

不过，最近的地缘政治局势可能会提供变革的动力。“在过去的几年里，研发越来越少，”Cadence 定制 IC 和 PCB 部门产品管理组总监 John Park 说。“但是根据 CHIPS 法案，这是数十亿美元的资金，它正在封装和小芯片开发以及支持 OSAT 能力方面创建许多初创公司。由 DARPA 资助的项目往往在几乎所有方面都有学术界。所有大型大学都在 3D 创新和 3D 异构集成方面投入更多。作为一名封装设计师，我在历史上从未见过这种水平的创新、投资和研究。虽然很多都流向了半导体方面，但我估计大约有 18% 到 20% 会流向多芯片封装。”

类似的投资也在其他地方发生。西门子的汉德说：“CHIPS 法案和欧洲的同类法案所做的是激励进行更多的研究，从而开辟更多的途径。” “研究的本质是，进行的事情越多，突破性发现的可能性就越大。如果只看两三样东西，是很难有突破的。如果您查看 100 件事情，就会有人取得突破。这变得非常有趣，令人兴奋的是你开始看到研发工作的分散化，这将增加我们开始看到更多突破的可能性。”

它会导致行业中断吗？Synopsys 的 Aitken 说：“也许吧，但如果任何行业在其做事方式上得到足够的固定，它就会变得越来越难被颠覆。” “但是，当这种破坏出现时，破坏性会越来越大。从本质上讲，有人可以通过重新思考一个问题并说，'我们实际上不必这样做来扰乱这个行业。'”

普遍的共识是这在不久的将来不太可能。“研究仍然发生在算法级别或设备物理级别，”Cadence 的 Patwardhan 说。“我没有看到有人正在做一些革命性的事情来彻底改变今天做事的方式。它比现有方法更具增量性，他们正在添加它的一部分，添加到它以使其更强大、更快。但是一种全新的革命性的做事方式？这种事我见得少了。”

一些人认为人工智能可能会实现它。“当你看 DAC 时，当 AI 论文开始时，它会涉及各种主题，”Henkel 说。“不同主题的论文中有很大一部分涉及人工智能。所以是的，研究人员学习它，如何应用它，如何使它有益。我们对物理设计论文的成熟度感到惊讶。现在看来，将机器学习应用于物理设计是一件显而易见的事情。”

融合

该行业正在发生融合，将过去独立的领域融合在一起。“随着 3D 的出现，我们看到了 EDA 组织的重大变化，因为3D-IC为许多以前孤立的额外物理效应打开了大门，”Ansys 的 Swinnen 说。“你有一个芯片团队，一个封装团队，一个 PCB 团队，他们可能在不同的国家。他们从来不必互相交谈。但现在有了 3D-IC，所有这些都必须被揉在一起。没有一家公司拥有制作 3D-IC 所需的全部技术。”

这得到了业内其他人的呼应。“随着你进入 3D 和多芯片空间，你最终不得不考虑越来越多的效果，”Aitken 说。“你进入越来越多的领域，你会到达这样一个地步，无论你身在何处，无论你公司的工具套件有多广泛，总有一些东西正好在它的边界上，所以你仍然会拥有和别人一起工作。”

这就是系统和芯片设计的融合。“这意味着设计流程和设计方法比过去更先进、更复杂、更复杂，”Park 说。“封装设计师以前不必担心 DRC 和 LVS 的正式签核，现在他们不得不担心。那就是系统世界进入die设计世界。芯片设计师，单片 ASIC 的设计师，从来不知道什么是信号完整性。现在，他们必须在多小芯片系统中验证它们是否符合通信标准，而这需要信号完整性工具。这些类型的例子有很多，但它意味着来自系统世界和 ASIC 设计世界的专业知识和工具的融合。工具的数量在增长，专业知识在增长，人们试图去弄清楚这些设计流程。

3D-IC 并不是唯一的融合点。“越来越多的事情被考虑用于优化，”汉德说。“为了管理它，你开始处理抽象层。当你有抽象层时，它允许做出本地化的决策，并得到通知。您可以进行具有丰富数据集的系统级设计，做出明智的决策，还可以进行极其详细的物理级设计。它们仍然是独立的活动，尽管它们是相互联系和相互关联的。由于几个原因，您将看到的不是向单一整体实体的转变。一个是它不起作用。没有一个人可以做所有事情。历史在很多方面都表明了这一点。你确实需要连接流。”

尚未决定找出使该工作必须流动的信息。“一直以来都有基于计算的解决方案或基于场景的解决方案，但借助人工智能技术，我们有机会构建模型，”Patwardhan 说。“为了有效地使用模型，我们有机会多次参考模型并同时考虑大量参数，这在以前是不可能的，使用物理和逻辑参数。考虑到数据量、变量数量和问题的复杂性，人工智能在这个领域有一个难以置信的机会。有朝这个方向进行的工作，在未来一年左右的时间里，将在公共和私人论坛上讨论很多想法。”

某些类型的融合的影响尚未完全了解。“我们知道我们必须关心热量，我们知道我们必须在某种程度上关心机械，”Aitken 说。“我们有多少关心机械？使用不同的材料会发生什么变化？我们正在进入一个合作时代，因为人们必须把芯片拿出来，他们必须将传统 EDA 供应商的工具与历史上没有做过 EDA 的人的工具结合起来。”

但这带来了一些挑战。“数据隐私仍然是每个人最关心的问题，”Patwardhan 说。“这意味着我们客户的想法，以及我们的想法。但如今有更多值得信赖的合作方式，无论是在技术方面还是个人信任方面。他们与其中一些客户建立了更长期的关系。信任正在建立。我们拥有更安全的系统，因此可以访问数据和数据隐私，但我们已经找到了与合作伙伴合作的有效方法和解决方案。”

为了使这项工作有效，抽象是连接的自然方式。“没有一种工具可以做所有事情，没有一家公司可以做所有事情，”汉德说。“你看到的是，随着越来越多的复杂性进入流程，我们必须找到处理这种复杂性的方法，允许抽象这种复杂性的方法，以便人们使用它。同时，我们必须允许以本地化方式管理这种复杂性。当您查看系统级设计时，您需要考虑物理域、流体动力学、空气动力学和电子学。你永远不会模拟整个事情。您正在模拟这些对象的抽象。你在抽象层次上进行设计，然后向下推和分解以达到实现本身。”

这对 EDA 行业的公司及其客户和合作伙伴都有影响。“不久前，我们最大的客户拥有 CAD 设计团队，他们负责利用各种 EDA 工具供应商创建简化的流程，”Park 说。“他们制作了一个流程并将一流的工具结合在一起以创建优化的流程。我们要回到那个。我们将回到聘请设计方法专家来弄清楚如何构建这些流程的公司，因为这是在这些复杂时期的竞争优势。如果您拥有比竞争对手更优化的设计流程，您将拥有更短的周转时间。您可能会更快地进入市场，可能会推出更好的产品。由于复杂性，设计流程的价值可能比历史上任何时候都多。”

但并非所有公司都如此。“我们还看到许多公司寻求的不是一流的工具，而是最集成的工具，”Park 补充道。“对某些人来说，这是另一种范式转变。他们不是出去从五个不同的供应商那里寻找一流的单点工具，然后弄清楚如何将它们结合在一起，而是转向更多的单一供应商流程，其中五个工具中的三个是最佳的-类，但其中两个不是。但它们与流程紧密结合，因此采用特定方法具有优势。”

有很多事情在改变。“我们知道这个模型在某种程度上已经崩溃了，”艾特肯说。“我们不知道的是，它被分解了多少，以及未来或不久的将来的界限在哪里。有机会对设计的功能进行某种程度的抽象。我们需要在未来为 GDS 的矩形构想出一组额外的抽象。每个人都知道有封装，而且封装有功率传输问题和散热问题等等。但这并不重要，因为裸片的抽象级别已经足够好了。这不再是真的了。”

“作为一个行业，我们目前的选择太多了，”汉德在讨论 EDA 的投资领域时说。“我们将被迫推动我们首字母缩略词的第三个字母，即自动化。我们必须努力缩小我们的客户在未来几年将看到的一些资源缺口。”

结论

EDA 行业健康发展。行业内及其客户行业内的宏观趋势意味着增长可能会持续很长一段时间。但这种增长的数量和速度正在行业内造成一些不稳定，这可能会导致他们以与过去不同的方式做出反应。

审核编辑 ：李倩