EDA技术的未来 中国的EDA产业及其他

　　如果要在半导体的整个产业链中，寻找一个中国人已被判定几乎彻底出局的环节，EDA当之无愧。从来没有想到对MAGMA这样一家美国EDA公司中国区总经理的采访，会以这样一个话题开始。

　　理想国际大厦七层，北京。坐在电子工程世界记者对面的是这样一位女士：高挑的身材，一袭黑裙，利索的短发，温柔却又坚毅的眼神。如果要用一个合适的词来形容的话，那就是睿智。除了谈到EDA未来发展发方向时所表现出的对技术的透彻把握，让你意识到她曾在研发上取得骄人的成果外，她的身上已完全是商务的感觉。

　　这就是徐嵩杰，一位外企在中国的掌舵者。但事实上，1992年，在北京理工大学读书期间，徐曾参与中国人自己的EDA项目——熊猫系统的开发，虽然那留下的是遗憾。

MAGMA中国区总经理徐嵩杰

错过的就错过了

　　其实很难统计出中国人在冲击半导体产业的过程中有过多少遗憾，但熊猫系统无疑是其中受伤很深的一次。从RTL前端到后端都尝试了，但最终还是以失败结局。作为当时的参与者之一，徐嵩杰认为这个结局其实从一开始就已注定，归根结底还是模式问题——没有产业化。中电华大牵头几个学校联合进行，尽管做到了每个学校职能的细化，但产权及产业化的目标不是很明确；对于高校而言，最重要的是拿国家的资金培养学生、发论文，不能真正专心于此；多家部门联合承接工程也造成了互相扯皮，很难做出最终的成果。

　　目前摆在眼前的事实是，国际上所有的EDA软件都是美国的企业，自主EDA产品依然不具备产业化条件，依然没有市场竞争力。那么中国还有机会弥补自己在产业链上的这个空缺吗？徐的答案是不可能，而且从经济性的角度来看也不合适。

　　“除非有一个全新的挑战，之前的EDA公司都不可能太多地继承之前的技术实力，整个格局才会被推翻。”徐嵩杰泼出的“冷水”自有其道理，经历过国内EDA开发，先后供职于Aplux以及Magma，对中国公司、初创公司以及上市公司的全方位接触，令她对于EDA领域有着独到的见解。

　　如今的EDA工具在美国已经形成大气候，几家大公司包揽了全球的EDA人才，无论做什么工具，都能达到产业化的规模，而且资金也很雄厚。而半导体制造工艺发展至今，45nm 、32nm 、22nm……工艺越来越复杂、分工越来越细化、工具链也越来越长。但工具的性能、性质本身来说并没有改变。虽然有很多挑战，但是都被一一化解了，并没有一个全新的问题需要解决，这就意味着如果想重新做一个工具，基本上不可能。如果想突破，只能寻求一个点而非一个面、一条线。

　　十年前，Magma的崛起即是因为一个全新的问题出现，当时的巨头Cadence、Synopsys没能及时解决好，而当时几乎与Magma一直以来齐头并进的几家初创公司也先后消失了。残酷的现实是，曾在设计自动化会议(DAC)慷慨激昂的展示着新技术的那些Magma的影子们，如今却已不见踪影。5~10年前，初创的EDA公司还可能凭借一个工具上市，但现在已根本不可能。即使在美国，有风险投资的支持，初创公司也没有资金做整个软件涵盖全部流程，只能是做一个点的工具。

　　反观中国，因为缺乏龙头企业的带头作用，做点工具的初创公司在中国也是凤毛麟角，因此也就缺乏一个庞大的研发、产业团队作支持。而当EDA工具已发展到如此精密的程度时，中国今天要再想发展EDA产业，与当初“八五计划”时相比已难很多，属于“错误的时间、错误的地点、错误的事情”了。有些东西，并不是仅有钱就能做成的，需要人才、经验、技术等各方面的配合。[page]

特别的产业

　　一个问题即是，缺乏了初创公司带来的技术与激情，EDA产业是否能保证其继续领先于整个IC产业？不可否认，EDA是一个很特别的产业。植根于IC、依赖于IC，但又独立于IC产业——资料显示：即使在IC产业整体强劲增长或者下滑时期，EDA市场却看似波澜不惊，一直稳定在40多亿美元，而且几家上市公司几乎瓜分了整个市场……

　　浏览几大EDA公司产品主页，就会发现他们几乎覆盖了整个IC产业需要用到的工具，而且很多工具都是“仅此一家”。就市场供给来看，确实是满眼蓝色，但实际上很难找到每种工具的初创公司。猜测原因可能有以下几个方面：

　　首先用户的接受程度可能不高，EDA产品具有强烈的排他性。EDA产品弹性需求不大，基本上每个公司的采购计划中EDA与价格关系不大，因此即使有价格优势的EDA产品也无法占领整个市场。另外用户不太可能冒险使用初创公司那些不太成熟的工具，传统的半导体公司是无法尝试任何设计风险的。　　

　　其次EDA技术门槛或许有那么点高，并不是说几千万美元的投入就一定会做出满意的独到的工具。绝大部分优秀的人才都已经被几大公司瓜分，而EDA的人才供给量非常有限，其他公司一时很难找到合适人选。中国、印度其实已经具备了一些EDA人才，但数量上距离筹办一家成型的EDA公司还相距甚远。对此徐深有感触，即使在美国，EDA人才最为密集的区域，EDA研发环境最好的硅谷，初创的EDA公司也较其他领域要少很多。

　　EDA企业做得太绝了。完整的产业链已经形成，从RTL到GDSII，再到最终的封装测试，几大公司无所不包。一个独特的工具或许会使初创公司得到更多风投的青睐，但最好的结果或许是被收购。

　　80年代时的EDA产品都是点工具，但为了不同类工具之间的无缝连接陆续推出了平台化(Platform)、流程化(Flow)产品。初创公司只能选择点工具来做，但这些工具早已是大公司不去做的非主流市场，缺乏资金及技术做到从RTL到GDS级别的软件，更不要说横亘整个EDA的软件，做成诸如Magma的Titan、Cadence的Virtuoso这样广泛应用的工具包。点工具最大也是最致命的不足就是缺乏底层互联支撑，尽管很多企业都宣称能够与其他平台或工具实现无缝连接，然而毕竟不是同一家公司所创，仍然会存在着一些小bug，使用方法及习惯上对于用户来讲也很难接受。

　　整个大环境缺乏挑战性。EDA从90nm至65nm再至45nm，一步一步走下来并没有遇到太多的阻碍。即使在深亚微米级存在的DFM问题，如泄漏功耗等等，都是由工艺造成的问题。解决问题的步骤一般都是由foundry发现之后，交予EDA公司分析解决。三、五年前DFM成为挑战之时，涌现出20余家意欲在此有所创新的EDA公司，但目前看来已经没有几家公司在支撑了。而老牌EDA公司一方面高调地宣布DFM会是个问题并且难以解决，但另一方面却闷头将DFM的挑战一个个妥善处理。

　　当年在自动布线初露端倪之时，与Magma同时出现了很多家公司，但最终只有Magma胜出并成功上市，其他公司只有面临被收购或倒闭的命运。幸运儿Magma见证了这个行业的残酷，竞争对手们不单是大木桶而且没有短板。

　　始于上世纪70年代的EDA产业一直在波澜不惊地发展着，尽管其中分分和和也时有发生，纵然有像Magma这样九十年代的后起之秀，但目前处于主导地位的仍然是那么几家传统公司。

　　EDA某个角度来讲类似于FPGA，两者都能提供设计、模拟、验证几个环节，只不过是软硬实现的区别。市场规模也惊人的相似，龙头企业的收入相差不远，而且最有意思的是占据市场主导地位的企业同为四家。但正如上面所分析的，至少有一点不相同：EDA产业确实更加成熟稳定。

　　众所周知，EDA是IC整个产业链中比较靠下的产业，支撑着整个EDA的产业，从设计到最后封装，EDA无处不在。因此，对于从业者知识水平的考察就显得极为苛刻，包括器件设计、物理层模型、软件基础等等都有着很高的要求。

　　EDA这种稳定的局面还将持续下去，初创公司的兴起、私人资本的介入并不能打破传统布局。[page]

价格不实惠但包您满意

　　正是由于EDA产业的特殊性，其产品也与普通的硬件或者软件区别很大：EDA软件的价格上相对较贵；服务模式与其他产品区别较大。

　　“EDA软件卖得太贵！”笔者不知道听过多少遍这样的抱怨，也想从徐那里得到最满意的回答。但她并没有正面谈及这件事情，只是解释道：“如果EDA软件价格真的离谱的话，IC设计巨头们早已自己开发产品了。” EDA软件看起来确实有其贵的道理，每一个产品都是高度凝结了研发工程师的智慧，需要几十人甚至几百人的设计团队经历一两年漫长的开发周期，研发的成本基本占据了收入的主要部分，因此仿佛业内人士并没有人认为EDA属于暴利行业。何况EDA工具的应用面很窄，每款产品与PC软件的销量相差巨大，因此价格若很低的话根本无法收回成本，“那样的话我们只有退出了。”

　　在笔者接触到的几个有限的行业中，很少有公司像EDA这样拥有大规模的AE(应用工程师)。一流企业卖服务这句话在EDA行不通的，即使不被人广泛应用的工具也拥有高质量的服务。没有服务、没有支持就意味着工具没人会用，或者得不到及时指导，即使再优秀也不会被广泛接受。EDA支持与服务与工具是无法分割的，因此一般情况下不是单独收费。目前EDA提供的不光包括软件的支持，同时包括设计方法学等等更高一级的支持。但这并不意味着你可以将设计任务完全外包于EDA公司。对于一个公司来讲，左右互搏会令企业失去专注性，做软件的同时帮助客户利用软件进行设计，这种做法违背了软件企业的初衷。曾经Cadence做过工具与服务分开销售的尝试，但最终还是没有推广。

　　我们从Magma身上可以看出EDA服务的一些特点，Magma中国本土设计企业客户与外资设计企业客户的数量之比约为7：3，其中包括国企、高校、初创公司以及上市公司等各种类型的客户。仅从数量上来看，本土企业要远远超过国外设计公司，正因数量如此众多，无法实现一对一服务，Magma采用与政府合作创建孵化基地的方式。以比较便宜或者免费的形式提供软件及相关配套服务，配合政府的战略决策，协助企业进行员工培训等等多方面的手段来提升中国设计业的整体水平。这几乎是所有EDA公司都在努力做的一项公众服务事业。与此同时，Magma与包括清华、复旦在内的四所高校联合设立了大型EDA实验室，拥有很出色的教授及学生，为学校日常授课及实验室研发提供相应的服务与支持。这种近乎免费的大学计划是EDA行业一直大力倡导的，一方面培养相关技术人才，培植用户忠诚度；另外一方面确实加强了中国的EDA乃至整个IC产业强度。

　　目前，EDA服务模式又有了更大的变革，Cadence推出了SaaS(软件即服务)模式，将客户极其重要但没有差异性的需求统统承担。虽然这项模式今后成功与否我们不得而知，但至少证明EDA在服务方面一直在进行着改善与创新。

　　正因为产品与服务的特殊性，这几年各大EDA公司在中国迅速发展，有些公司人数一年间翻了几倍，为的就是更好地为中国IC设计企业服务。[page]

EDA的未来之路

　　徐嵩杰曾说过EDA产业缺乏创新，但这仅仅是因为整个EDA产业从来没有能够撼动几家公司的新技术问世，但谈起未来她表示仍然有值得期待的发展。

　　低功耗设计是她首先强调的。确实现在节约能源已成为趋势。集成电路在消费电子领域大规模应用时遭遇功耗的掣肘，现在不光电源厂商、分立器件厂商、ASIC厂商，甚至连FPGA这种功耗大户都开始倡导低功耗设计。

　　低功耗是各大厂商努力的方向，EDA则应成为低功耗实现的先驱，但EDA低功耗标准之争一直不停，同时这令笔者看来非常有趣。首先，Cadence在2005年中发起CPF（通用功率格式）标准并开始投入研发资源，到2006年第三季为止，共计20家半导体业者包括超微（AMD）、ARM、NXP、飞思卡尔（Freescale）、应用材料（Applied Material）、富士通（Fujitsu）、台积电、NEC及ATI等大厂加入CPF发起组织。而另一业界标准则来自于UPF（统一功率格式），支持者包括德州仪器（TI）、诺基亚（Nokia）、新思（Synopsys）、明导（Mentor Graphics）和Magma。

　　但其实随着UPF的不断发展，UPF看起来非常像CPF。Cadence公司产品营销部门总监Mohit Bhatnagaar曾说过，“我曾和我的架构师讨论过，最终认定80%以上是相似的。”而Magma公司产业规划总监Yatin Trivedi甚至表示“可能接近90%”。他指出，在某些情况下，以一种格式接受两项命令的系统，可能也会以另一种格式接受命令，或者二者的选项有所不同，但他们或多或少讨论的是同一件事情。两种格式描述了非常相似的结构，但二者都不完整。因此IEEE一直在撮合两种模式合并，但由于利益关系似乎至今都没有得到很好解决。

　　正因为有着标准之争，因此在徐嵩杰看来，此项工作压力非常大，她们的Blast Power产品每6个月就要有20%～40%的功耗降低。这是圈里的最低标准，因为同时不光与其标准竞争的Cadence在做，同时UPF的同行们也在做着同样的事情。一个工具的代码是两年之前写的，时钟对功耗的影响会相当大，因此厂商会不断地改写更新自己的产品。

　　从技术角度来说，低功耗驱动了整个工具的发展，厂商不得不去开发新的模块，early planing 已经较以前有了很大进步，不管是布线还是验证。所以综合应用角度以及竞争角度，五年间不断推动EDA技术的革新非低功耗莫属。

　　另外一个困扰EDA多年的同时也是困扰IC设计多年的问题则为模拟信号设计，尤其是目前的混合信号设计工具。虽然传统的模拟设计和验证工具经过多年发展已经在容量和性能上取得了很大进步，但是它们的基本架构在很大程度上却仍然是基于上世纪90年代中期的技术。数字工具目前已经发展到高度自动化的水平，从而极大提高了设计者的产能。与其不同，模拟工具所支持的自动化水平极低，而模拟设计工作也仍然在很大程度上依靠手工作业，整个过程耗时且轻易出错。

　　数字设计自动化首先出现在上世纪70年代的早期到中期，涉及到门级电路原理图输入(Schematic Capture)、事件驱动型仿真以及自动布局布线。在80年代后期和90年代初期，设计师开始转向更高的抽象层。逻辑综合技术已经可以用来将寄存器传输级(RTL)描述转换成相应的门级网表。这样不仅提高了设计师的产能，将RTL和逻辑综合进行结合也使得数字设计很容易地向新的代工厂或工艺节点移植。

　　比如Magma的Talus环境，可以在自动实现一个数字设计时，从RTL到出带仅需两天甚至更短时间，而且不管这个数字设计的规模有多大。

　　经过多年发展，模拟仿真无论在基础模型和算法的成熟性，还是仿真引擎的容量和性能方面，都取得了长足发展。但即便如此，目前大多数模拟工具还是停留在上世纪90年代中早期的水平。它们所采用的基础架构，已经无法满足混合信号设计环境的复杂要求。

　　也许更重要的是，目前的模拟设计和验证工具从本质上还仅仅局限于捕捉和仿真晶体管级原理图。迄今为止，它们在自动化方面所取得的成功相当有限，而且将现有设计向新一代工厂或技术节点进行有效转移，则需要从头开始重新实现整个电路。

　  在一个真正的混合信号环境中，所有的模拟/数字设计以及验证引擎，应该采用统一的数据库。包括设计、验证、仿真整个流程都需要一个底层的平台，也就是需要一个通用的结构，因此不光是简单地把一些工具放在同一平台，更重要的是实现不同工具间的无缝互联。而这种无缝连接平台实现起来则相当困难，Magma的Titan混合信号平台也是在收购了十几家公司，利用众多的知识产权将不同种工具的底层实现互连的基础上开发成功的。

　　现如今已经有了一家公司提供了开放的格式，所有的企业与之前做数字设计一样，都将参与到模拟混合的设计中来。增长的人力财力投入应该会对混合信号设计有巨大帮助，这也是广大IC设计工程师希望看到的局面。因为确实目前计算、图像处理等等各种功能积聚一起的芯片设计令大家无所适从，落后的模拟开发与自动化的数字开发相差悬殊。

　　另外，必须进一步增强模拟设计工具性能，使之提供与数字设计工具相同的自动化水平和产能。例如，在高层抽象级具体说明模拟功能，然后将这种说明自动综合为相当于晶体管级的电路，再执行模拟微调和优化。最后，还必须自动实现模拟设计从一个工艺节点向另一个节点，以及从一个代工厂到另一个代工厂的自动转移。

徐嵩杰表示，“我们希望也期待这个市场能和数字市场一样往前跨一大步。”

　　当电子工程世界问及EDA是否会消失时，徐立刻意识到其实是在怀疑今后ESL(电子系统级工具)是否会占据大片江山。她对此的观点是：RTL作为硬件描述语言来说有可能让位给ESL，但并不是短期就能解决的。ESL从十几年前与RTL几乎同时起步，而且这十多年间一直陆续研发，但至今仍没有一家公司将这个产业做起来。笔者也询问了几大IC设计公司的工程师，他们并没有厌烦RTL级编码。瑞萨公司的许工反问道：“不用RTL我们还能用什么？”因此从种种迹象看出目前RTL并非不足取，也没有落后于硬件开发。但当电子工程世界采访正在利用Matlab编写滤波器的王工时，他确实希望能直接从Matlab转到GDS，因为他对硬件设计代码的编写确实不熟悉。同样如果你有机会拿到ESL初创公司给风投做融资的PPT时候，会发现一个很重要的卖点就是，全世界有成百万的设计人员，但只有五万的会RTL，但有更多的人可以使用Matlab,C++。

　　但目前EDA厂商更多的客户是来源于那些大IC公司，那五万名会使用RTL语言的工程师都在其中，因为对于大公司的工程师而言，使用RTL没有任何障碍。因此EDA厂商自身也看不到ESL的前景，他们仅限于目前服务好这些工程师即可。“ESL绝对是今后未来的主流，但是之前遇到的困难如今依然是困难。”徐博士用了这句看似矛盾的语言总结道。[page]

徐嵩杰眼中的中国IC

　　作为一个EDA供应商来说，徐嵩杰用另一个角度诠释了中国IC产业。

　　芯片产业与EDA产业有相似之处， EDA作为产业链底层，是支撑IC产业的；而IC产业是支撑整个系统产业的。中国是全世界作为IC消费的最大的一个国家，也是电子系统设备出口的大国，因此存在着广泛的IC市场。现在占据IC消费领域的80%的都是3C(Computer、Componet、Communication)产品，而其中绝大部分又都依赖于进口。我国目前是IC使用大国、生产大国，但并不是设计大国。所以国产化IC设计与IC需求量并不相符。

　　目前很多国际大厂商为了降低成本，都选择把一些设计部门从西方搬到中印去，但我国与印度相比设计方面依然是落后的。印度依靠其优秀的软件产业化经验，带动了整个IC设计产业化。同时可以看到的是我们与印度、欧美等国家的设计差距也在逐步缩小。中国有能力投入资金来进行发展，而且也有一个成熟的庞大的产业化的背景来支撑，因此是可以能做而且应该能发展起来的。陆陆续续归国的游子，我国培养的一批又一批的优秀工程师，他们从国外学习或者吸收了国外高科技企业的知识，带入国内进行创新，此举令我们的设计与国际接轨。

　　但同时我们看到的是，中国企业普遍缺少持续性。“很多企业起初凭借一个或一款产品一炮打响，但之后过一阵子发现公司已经不再购入EDA工具了，打听才得知公司已经不存在了。”徐博士无奈地耸了耸肩膀。

　　确实中国的IC产业缺乏联想、华为这样的超级公司，缺乏可持续性发展的公司。当我们设计产品之时要考虑的不光是与国内对手竞争，更要小心背后那几只黄雀。我们开发出一款产品并将其推上市之后，即便选择的是所有对手都未曾涉及的领域，一旦产品反响强烈，各公司开始挖掘产业价值，此时成本已不再是我们的优势。现在IC竞争必须要用国际化眼光来看待，植根本土的企业，最终还是要跟国际化接轨。国内包括文化服务等等自身的优势放到环球市场中并没有什么体现。

　　尽管目前国际经济形势面临着严峻考验，整个IC产业不再是之前人们认为的增幅最快的产业。徐博士肯定地说：“但我们对中国市场还是是很有信心的。市场容量虽然没变化但转移是不可避免的，从欧美流向中印等地区，中国将成为IC产品技术及销售的主要地区。”

　　据华大的展示资料，EDA中国市场目前是1亿美元容量，但明显存在着广阔的发展空间，IC产业转移至中国的同时，设计业也会转移。而且这种趋势已经很明显了，比如TI、nVdia等等国际前端的设计公司都在中国开展45nm器件的研发。各大EDA企业基本已做好迎接即将到来的大量订购及支持服务的盛宴。

　　EDA以特殊的模式存在于IC产业链中，它的产生、发展与成熟与IC产业密不可分。尽管国外半导体厂商一再被下调评级，但IC在中国才刚刚升起。

　　“我很看好中国IC产业，这是中国必须发展、也是应该能够发展起来的一个产业。”徐嵩杰说。