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国产造芯最忌“偏科”!卡脖子的不止芯片,还有EDA!

2020-09-25 09:00:00
国产造芯最忌“偏科”!卡脖子的不止芯片,还有EDA!

芯片国产化算得上是当前业界最常提及的热门关键词之一。在国家加大对国内集成电路产业扶植的背景下,加上今年“新基建”战略的实施,国内集成电路产业迎来广阔发展空间。但实际上,在集成电路产业层面看,国内产业被“卡脖子”的领域远不止制造技术,如芯片设计的必备工具——EDA软件方面,国内公司仍有很长的路要走...

芯片是中国科技行业目前最被卡脖子的一个环节,而EDA是芯片设计的必备工具,国际上主要被Synopsys、Cadence和Mentor Graphics占据着95%的市场,高端复杂的芯片设计更是依赖这三个巨头,最新数据显示,他们的人员总数是国内全部EDA从业人员的一百倍,那么中国的EDA方面存在哪些问题呢,是单纯的技术,还是人才,又或者两者都缺?

人才与技术窘况

EDA一直牵动着国内芯片行业的心,2020年第23届中国集成电路制造年会上,公布了国内十大EDA软件公司及人员规模排行榜,如下:


数据来源:2020年第23届中国集成电路制造年会

此外,还有一家:杭州行芯,主要的软件是电压降分析及电磁场分析工具,大约有10人左右。(备注:济南概伦与北京博达微已经于2019年合并,对外统称概伦电子,公司声称总人数达到200人。)

按照上面的统计,国内前十大EDA软件公司研发人员加起来仅仅800余人!

国内所有公司加在一起,从事EDA工作的人员不到1500人,与国外大型EDA企业公司拥有上万人相比,差距显而易见。这里值得注意的是,我国所有EDA公司的研发人员不到1500人。

华大九天成立于2009年,在EDA领域中具有较长的发展历史,在国内同行业算是拥有较大的发展规模的企业,员工在600人左右,除去一些行政管理人员,研发人员不到500人。

整个芯片制造过程,需要EDA的环节很多,通常有四大类EDA工具,咱们先来看下发展历程(如图)。

一是DFM,该工具与可制造性有关,OPC是其中最突出的一环;

二是是工艺仿真,开发一个工艺必须要先通过软件来进行仿真,确定一些参数、配方之后,在开始制造;

三是与设计接口,EDA工艺实际上主要为设计服务,通过提供PDK,库以及IP,这些都需要EDA的工具来支持;

四是生产过程中的良率分析,以及如何提升良率等问题。在设计端和制造端的结合过程中,想要提高良率也需要一些相关的工具来进行相关的良率分析等。

很遗憾,国内这方面做的效果都不是太好,国内大部分都面向制造环节,在封测领域较弱,在EDA市场市占率目前只有15%左右,与国外巨头相比,差距很大。

https://www.ednchina.com/d/file/news/2020-09-21/33b315bcd7d9caab2617fb219fe93136.jpeg

技术方面怎样突破?

工欲善其事必先利其器,中国集成电路与国外先进水平的差距需要弥补,而弥补差距需要工具,只有解决了芯片设计方法学上的难题,才有资格和实力去追赶。

1、在模拟电路方面,有全流程的工具,在仿真工具领域发展不错,还获得不少国际友商的认可,有部分国外友商还把华大九天在这方面的成绩作为目标。

2、在数字电路方面,华大九天主要在后面做优化,以及数字电路的物理验证,布局布线等相关的工具。

3、正在努力补全晶圆制造和封测这一块,这块偏弱。

4、全球目前只有华大九天专注于平台显示领域这个领域,这主要与国内的产业有关联,可打造完整的产业闭环。

只有产业内一起携手共进,通过补短板加长板,共同把我国集成电路产业,尤其一些关键的重要的环节能够把它做好做全,才能真正解决我国半导体产业的需求。

人才方面怎样解决?

据2019年前后水木社区@edaeda爆料:“目前,全球EDA从业人数大约在4万人上下,而国内的EDA从业人员,大约不到500人,是全球EDA人数的百分之一左右。”

虽然中国的Fabless, Foundry产业与国际领先水平相比还有一定差距,但是,国内的Fabless, Foundry在本领域内的人员数目和总产值,均达到了全球10%以上的水平,远远超过国产EDA在本领域内只有1%的水平。国际上一个EDA人员的平均产值是20万美元左右。如果要提升国内EDA产业的总产值,首先需要做到把国内EDA人员数目快速从500人提高到5000人以上。

人这么少,要怎么提升呢?

华大九天刘伟平认为缺人背后的主要原因是投入不足 。他算了一下,近十年时间 ,华大九天总投入不到5亿人民币 , 而“全球最大的EDA公司一个月投入就是5亿, 一年投入11亿美元 , 差距确实很大 。”

但盲目的大规模投入对EDA发展的作用可能不太大。

Foundry领域,要快速提升从业人员规模相对容易,因为只要投资建一个大的Foundry厂,资金达到几十亿,上百亿的规模,一般都会吸引大批从业人员加入,规模容易快速增长。这也是最近5年来,为什么国内Foundry厂数目快速扩张的原因。它的好处是:容易在短期内见效,人员数目和产值数字都容易快速增长。

但是,在EDA领域,短期内的大额投资是没有作用的,因为EDA不需要大量的厂房和设备,如果给EDA企业几十亿、上百亿,企业反而不知道该如何用这笔资金进行规模扩充。

同理,EDA的人员数目增加,也不是短期内可以快速达到的,因为EDA的研发人员与其它领域的研发人员不太一样,它的培养周期和成长周期较长。

培养一个EDA人才需要十年

一个经验丰富的EDA人员,需要经历如下几个阶段:

1.高校课题研究阶段:打下良好的理论基础,并且理解EDA创新思维的重要性。这个阶段需要4到5年。

2.企业初步的实用化开发阶段:利用高校学到的理论基础,开发实用化的EDA软件,了解EDA领域内工业界的真实需求,掌握工业界开发技能。这个阶段需要2到3年。

3.项目的挫败和反思阶段:EDA领域开发一个项目一次性成功是一个小概率事件,往往开发一个项目会经历失败的痛苦。所谓失败,不是指项目没有做出来,而是指项目开发出来后,项目的效果没有达到预期的指标,在工业界没有竞争力。这时,开发人员需要反思:失败的原因在哪里,该如何提升自己的技能和水平,以满足EDA对研发人员的高标准要求。这个阶段需要2到3年。

4.在实践中提升阶段:EDA从业人员经历了前期的反思和总结后,逐步理解了EDA领域内产品和技术的关键点,在后续的项目开发中不断提升自己的水平和技能。

其中第4阶段是一个偶然性比较大的阶段,即使经历了前期3个阶段的磨练,也不一定能做出一个成功的产品来。国内之所以有很多人不愿意加入EDA领域,主要原因就是:我即使付出了10年以上的努力,也不一定能够做出成功的产品,自己在职业生涯成功的概率较低,风险较大。

从以上分析可以看到,培养一个EDA研发人员大约需要10年左右的时间,短期内靠大幅投资来提升人员规模是比较困难的。我们只能是:耐心培养,逐步提高。如果每年国内EDA人员数目可以提高20%的比例,则20年后大约 EDA人员的数目可以达到4000人左右的规模,初步达到国际EDA人员总数的10%左右,可以在国际EDA领域内占据一席之地。

值得一提的是,9月22日,教育部召开发布会并发布了三部门《关于加快新时代研究生教育改革发展的意见》。教育部介绍,该意见将聚焦关键领域核心技术,组织“双一流”建设高校和一流企业(院所),统筹一流学科、一流师资、一流平台等资源,以超常规方式加快培养一批紧缺人才,为国家解决“卡脖子”问题和推进科技创新做出贡献。

结语

近年来中国在集成电路领域通过不断努力。在设计、制造和封测三个环节都取得了一定成绩。但具体到各个环节深入下去的时候就会发现,问题很严重,与国外差距很大。如今业内人士认为,就算光刻机突破了,在EDA如果不能突破的话,依旧会出现芯片制造的难题。国外EDA公司长期坐拥稳定的市场占有率,且技术也在不断地更新和迭代。国产EDA公司在追赶的道路上,需要付出更多的努力,这是一场持久的战役,需要保证长期的研发投入和更多的技术积累,以及建立好人才培养机制。


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