芯片之母被美封锁，我国芯片如何突围

　　这几年，有一个非常先进的设备映入了大家眼帘： 光刻机 。
　　虽然大家没有在生活中见过光刻机，可这并不影响大家知道光刻机的作用。光刻机嘛，就是拿来造芯片的设备，没有了它就造不出芯片。
　　之所以知道这些知识，还得感谢美国。因为美国的制裁，我们才得以发现自己的半导体产业根基是如此落后。 在高端 EUV 光刻机领域，仅一家 ASML 就垄断了极紫外光刻机。
　　虽然我们痛定思痛，决心大力发展光刻机设备， 但在短时间内根本无法做出能够替代 ASML 光刻机的设备。 因为一台先进的光刻机，背后的零部件往往是由好几个国家共同发力才得以诞生。
　　在高端制造领域，我们没有任何捷径可走。
　　就在大家以为我们只是在先进光刻机上落后于人的时候，美国的又一纸禁令再度让我们意识到： 除了光刻机，我们在半导体产业的其他部分依旧落后于人。
　　EDA软件是什么？
　　8 月 18 日，美国商务部宣布对 EDA 软件工具等四项技术实施出口管制。
　　对此，我国商务部称 美方的相关做法背离公平竞争原则，违反国际经贸规则，必将阻碍国际科技交流和经贸合作，威胁全球产业链供应链安全稳定。
　　所以，EDA 软件是什么？为什么在美国禁止出口之后会对我们产生巨大的影响？
　　今天，我们就来好好聊聊 EDA。
　　如果把芯片制造的流程比作炼丹，那么光刻机就是炼丹炉，而 EDA 软件就相当于 炼丹的单方。
　　炼丹的品阶由单方决定，而对于整个芯片设计生产流程而言，EDA 软件就像是这丹方。
　　离开了 EDA 软件，芯片便无法设计，自然也就无法生产了。
　　黑马这可不是危言耸听，这是我们平时见到的 PCB 电路图，看上去很复杂了对吧？
　　然而它在先进处理器面前就是一个弟弟。比如这个 M1 Ultra 处理器，它采用了 1140 亿个晶体管。
　　如果将其放大查看它的电路图，大抵就是这样。只不过它的数量达到了 1140 亿。
　　这种情况下，你告诉我， 除了用专业的 EDA 软件还有什么软件可以将它绘制出来？
　　当然，EDA 软件不是用来给你＂画图＂的，而是让你先通过 RTL 代码编写，然后自动通过硬件描述语言去生成一个电路图。
　　比如这是代码：
　　（图源 CSDN 代码片段）
　　而这便是 RTL 视图：
　　（图源 CSDN）
　　离开了 EDA 软件，芯片行业也就无法正常发展。可以说，EDA 软件就是当代的＂芯片之母＂。
　　EDA被制裁对中国有什么影响？
　　那么 EDA 软件被制裁后，对我们又有哪些影响呢？
　　站在较高位置上来看，美国制裁 EDA 软件工具阻碍了国际科技交流与合作。就短期而言，美国此举也将影响国内企业在先进芯片方面的设计能力。
　　就拿 OPPO 推出的马里亚纳芯片来说，虽然它属于 NPU，功能相较于传统处理器比较单一，但是它作为一款影像芯片，同样为 OPPO 的影像功能带来的巨大的提升： 色彩不失真，噪点更少。
　　如果你更关注这款芯片的话，你会发现它的工艺制程为 6nm，和目前的旗舰处理器工艺仅相差 1nm 左右。
　　目前来说， 国内企业想要设计工艺制程如此先进的芯片， 就必须要用到先进的 EDA 软件。
　　如果你了解过 EDA 相关行业的话，你会发现全球 78%的 EDA 软件市场份额都在 Synopsys（新思科技）、Cadence（楷登电子）和 Siemens EDA（西门子 EDA）这三家头部公司手中。
　　只有剩下的 28%的市场，才轮到国内外的腰部 EDA 企业瓜分。
　　（图源华大九天招股书）
　　不过大家也大可不必丧气，因为就目前来说， 国内部分 EDA 企业在特定领域已经能够实现 全流程模拟电路设计 （华大九天、电源管理芯片）。
　　（图源华大九天招股书）
　　虽然新思科技、楷登电子和西门子这三大巨头支持的最先进工艺已经达到了 2nm、3nm 左右， 但是国内的 EDA 企业也能做到了  4nm、5nm  左右。
　　可以说，单凭设计而言，国内的 EDA 企业提供的工具已经达到可用的地步。
　　但需要注意的是，因为 EDA 软件处于集成电路的顶端，所以它必须要领先于芯片工艺。
　　所以我们可以得出一个结论， 中国 EDA 软件仍旧落后于人。
　　美国针对中国进行的 EDA 软件制裁，也在短时间内封锁了国内企业想要涉足先进芯片设计的可能。
　　黑马在咨询了一位从事芯片前端的好友之后发现， 这次的封锁对于已经在使用新思科技的企业而言似乎没有影响， 该用的还是在继续使用。
　　emmm……虽然结果有点超乎黑马预料，但我们居安思危的心，也不能停下。
　　三巨头为何这么强？
　　不知道大家好奇过没有，为什么 Synopsys（新思科技）、Cadence（楷登电子）和 Siemens EDA（西门子 EDA）这三巨头占据了全球 78%的市场？难道就因为他们成立时间更早？
　　当然不是。
　　三巨头的成功，很大程度上要归功于 ＂捆绑经营＂ 。
　　我们先来回顾一下芯片制造的大概流程：
　　RTL 代码编写——生成逻辑电路图——通过时序静态、动态验证等——二次验证和逻辑检查——流片。
　　（芯片设计生产完整流程）
　　正常情况下，大家就是这么个流程。然而对于客户和代工厂而言就不只是这么简单了。
　　有的 EDA 工具它可能在部分地方很擅长，同时有自己独到的优势。
　　然而对于客户而言，你一套工具能搞定的功能越多，客户需要订阅的工具越少，也就意味着越省钱。
　　所以在这种情况下， 客户会更倾向于购买整套产品都比较完善的 EDA 软件。
　　嗯，这里黑马说得就是三巨头。
　　对于代工厂来说，选择 EDA 工具不能像客户那样了。
　　可能大家不太清楚，代工厂和 EDA 企业有一个共同点： 追求先进的工艺研发。
　　早期在代工厂还没有相关工具的时候，三巨头就是主动找到代工厂为其提供一些基础 IP 工具。
　　这里的 IP 大家可以理解为是一种预设应用场景解决方案，也就是半成品电路模块，主要分为 软 IP、固 IP 和硬 IP。
　　因为 IP 可以重复使用，所以 EDA 企业就可以将其授权给其他客户使用，这样一来对方省时省力，而 EDA 企业也多了一笔收入。
　　收费的东西我免费给你用，你总不能拒绝吧？
　　于是，代工厂就在这种＂诱惑＂下，心甘情愿地被＂绑上了贼船＂。
　　目前来说，7nm 以及 5nm 工艺制程以下能提供所有类型接口 IP 的，就只有  Synopsys（新思科技）、Cadence（楷登电子） 这两家 EDA 企业做到了。
　　因为 EDA 企业对代工厂的＂投食＂，和代工厂达成了深度合作，于是乎 EDA 企业提供的软件逐渐渗透了整个芯片验证、生产流程， 甚至代工厂开发出的设计包也是基于这些企业所提供的。
　　在这种强强联手之下， 外界的 EDA 软件想要再渗透进代工厂的生产流程，难度可想而知。
　　可以说，国外的 EDA 软件之所有这么强大，就是因为它早期绑定了代工厂，可以和代工厂达成深度合作。
　　同时，它还能通过代工厂的生产数据来反向验证、优化 EDA 软件， 让 EDA 软件不断更新、不断完善，从而达到设计出良率更高的产品。
　　这，就是三巨头的核心竞争力。
　　国产EDA路在何方？
　　我们都知道，凡是涉及到半导体这种较为先进的行业，其差距都不是可以在短时间内通过砸钱搞定的。
　　我们和国际巨头的差距，是一直存在的。
　　首先是 EDA 软件，看似是仅涉及到设计芯片部分，但是它却涉及到了 原理图设计、版图制造和仿真、封测 等诸多环节。
　　这些环节，国内的 EDA 软件公司并不是样样精通。
　　根据现有资料来看， 国内 EDA 企业在数字芯片设计的核心工具模块还存在着不小的差异。
　　加上测试的 EDA 系统支持没有头部企业完善、支持的先进工艺芯片制程不够先进，所以整体落后于＂三大巨头＂。
　　通过下面这张表格，我们可以清楚的看到完善程度最高的就是三巨头，而国内的 EDA 软件企业， 不是在这个模拟上面缺失，就是在那个开发、封装上缺失。
　　（图源果壳硬科技）
　　总之，国内没有真正做到完善全产业链的 EDA 企业。
　　看上去国内的 EDA 行业前途前途一片渺茫，然而，危机向来是与机遇并存的。
　　合作共赢
　　通过这张图我们可以发现，国内企业在不同领域各有建树。
　　那么这时候如果相关部分出手，将这些企业整合在一起，是不是就可以查漏补缺，借助对方的科技树互相完善自身的技术。
　　（图源果壳硬科技）
　　理论上来说， 这个是最高效最实用的办法，但是能采用这个办法的可能性也最低。
　　道理很简单，大家利益分配会出大问题，而且早期百花齐放是有利于市场竞争而跑出优秀企业的。
　　就拿芯和半导体来说，可以在封装和系统方面补齐华大九天的短板，但这样一来， 芯和半导体在市场上就毫无优势了。
　　所以，就算是浪费资源，EDA 企业也想重走一遍＂前辈的道路＂。
　　除了 并购 ，黑马想不到第二种能够解决利益分配问题的办法。
　　或许，由政府牵头成立相关的 EDA 联盟，扶持重点企业、给予重点企业予以政策倾斜可以解决这个问题。
　　但本质上而言， 现阶段完善相关从业人员的待遇 才是最大的问题。
　　工具本质上还是为人服务的，如果 EDA 软件行业的从业人员在国内的薪资待遇不够好，我们自然也就留不住相关人才，所以我们只有给出较好的待遇、完善相关的人才教育培养体系，才能留住人。
　　毕竟苦难就是苦难，它不值得歌颂。要想员工留到老，请把待遇给到饱。
　　Chiplet技术
　　除了互相合作、完善相关人才的教育培养体系之外，国内 EDA 企业还有一个可以＂弯道超车＂的机会，那就是 Chiplet 技术。
　　像国内 EDA 企业龙头华大九天就提到了， Chiplet 技术是未来 EDA 软件重要的发展方向。
　　在摩尔定律逐渐＂失效＂的时代，Chiplet 技术已经成为半导体产业未来的重要发展方向之一。
　　因为它可以将不同工艺节点的芯片通过集成技术封装在一起，从而造出一块新的芯片。相较于传统芯片，它不仅灵活性更高， 而且因为 IP 复用，它的设计成本也更低。
　　还是拿之前的苹果举例。
　　如果苹果想要在 5nm 工艺的基础上，让 M1 处理器实现性能翻倍， 那么新款 M1 处理器的工艺制程至少也得到  2nm 或者 3nm  左右。 可就现阶段而言，根本无法大规模量产。
　　所以苹果就采取了一个比较取巧的办法，将两块 M1 Max 通过 芯片互连 (LSI)  的集成 InFO 扇出型晶圆级封裝（Integrated Fan-out）芯片连接在了一起，最终就呈现出了  M1 Ultra 处理器。
　　有一说一，如果台积电的未来两三年内不能实现 2nm 或者 3nm 工艺制程的量产，那么黑马严重怀疑， 苹果会将两块 M1 Ultra ＂粘＂在一起……
　　另外，根据华大九天的招股书显示，人工智能技术和云技术也将在 EDA 领域扮演重要的角色，不过黑马觉得比起这些， 国内的 EDA 企业更应该想想如何将先进代工厂 ＂拉进自己的阵营＂ 。
　　总结
　　总的来说，美国这次从芯片设计源头上封锁我们的半导体产业， 既是挑战，也是机遇。
　　如果不是美国的封锁，我们可能在芯片设计领域还意识不到自己有多薄弱，同时大家也不会注意到国产 EDA 软件发展现状之类的问题。
　　黑马认为，国产 EDA 厂商需要抓住这股东风， 通过合作、并购等方式，大力发展、完善 EDA 软件的开发应用流程，建立一个完整的 EDA 流畅生态链。
　　就目前为止，国内 EDA 企业想要在 3nm 及以上工艺节点有所建树的话，还有很长的路要走。
　　EDA 领域，本质上就是一个 头部玩家通吃，尾部玩家喝汤 的市场。
　　如果国产 EDA 也想吃肉， 那就请务必加把劲，提高自己的核心竞争力。