独自快乐|华为芯片没有了？华为真正的命门只有这一个，芯片设计的EDA软件
真正卡住我国芯片发展的不只是高端光刻机这样的硬件 ， 芯片设计中必须使用EDA软件才更是中国芯片之痛 ， 是我们最需要攻克的环节 。 如果说没了高端光刻机 ， 中国芯片行业发展将落后他国10年的话 ， 没有了EDA软件中国芯片行业将立刻停摆 。 美国EDA厂商凭借技术优势占据了95%的份额 ， EDA软件一旦被禁用 ， 我们没有可用的国产替代 ， 那么国内的芯片产业就将遭到毁灭性的打击 。
1.什么是EDA软件？
现代建筑设计师在设计房子的时候 ， 需要借助于专业的计算机辅助设计CAD软件画出建筑设计图 。 相比一座建筑来说 ， 现代芯片的尺寸很小 ， 也就拇指盖大小 ， 但它的内部结构又异常复杂 。 面对芯片动辄上亿个晶体管 ， 设计芯片的电子工程师当然不能靠手画来干活 ， 必须使用专门的芯片设计软件来完成芯片中电路的功能设计 ， 实现布局布线以及虚拟验证 。 我们把这类电子设计使用的计算机辅助软件统称为EDA工具 ， 简称“电子设计自动化” 。 早期传统的集成电路设计依靠的是手绘电路图 。
上世纪70-80年代开始 ， 集成电路的设计进入进算计辅助制图的CAD时代 。 电子设计师也终于摆脱了容易出错的手工画图 ， 使用计算机来进行版图编辑 。 随着计算机技术的发展 ， 进展到了计算机辅助工程CAE阶段 ， 工程师们不但可以进行电子线路的布局布线等工作 。 而且可以实现计算机的仿真验证 ， 这大大减少了设计师的工作量 ， 提高了设计效率 。
到了20世纪90年代终于进化成了现代的芯片设计EDA软件 。 EDA软件中最重要的进展就是使用了可编程逻辑器件 。 它就像积木的基本单元一样 ， 可以让工程师通过模块组合 ， 自动化的搭建起芯片的框架 。 简单总结一下 ， 芯片设计软件的发展过程 ， 就是从辅助绘图的CAD到能够仿真验证的CAE ， 再到模块设计的自动化工具EDA 。 使用EDA软件的好处显而易见 。 当设计人员接到芯片任务后 ， 利用EDA软件可以把复杂的芯片设计 ， 按照功能和结构来进行分解 ， 简化成各种可操作的模块 。 然后像搭积木一样把各个模块组装起来 ， 大大降低了电路设计的难度 。
一方面EDA的算法会使电路设计更为合理 ， 使芯片的体积和功耗大为缩小 。 另一方面在每一模块的搭建过程中 ， 都可以进行仿真验证 ， 以便及时发现和解决问题 ， 缩短设计周期 ， 减少研发成本 。 EDA软件在芯片设计中如此重要作用 ， 那开发EDA软件的难度在哪里？
2.EDA软件的重要性和难点
1.EDA软件的核心是物理和数学算法 ， 现代芯片的复杂程度和集成度极高 ， 精细的特征结构已经进入10纳米以下 ， 芯片的设计环节也变得极为繁琐 。 EDA软件的设计功能 ， 首先要将芯片中集成的晶体管器件如何连接 ， 这些复杂的物理问题利用数学模型精确表达 。 例如主流的智能手机芯片已经进入到7nm以下工艺 ， 芯片内部的结构已经异常复杂 ， 集成的晶体管动辄上百亿个 ， 密度也大幅提高 。
例如华为采用台积电5nm工艺生产的麒麟1020芯片 ， 拥有120亿个晶体管 ， 密度达到每平方毫米1.7亿个 。 设计芯片时 ， 必须首先要把这些海量集成器件之间的逻辑和物理连接搞清楚 ， 这种数据密集型的EDA算法就需要强大的数学理论基础 ， 因此EDA算法需要强大的数学理论 ， 只有在数学和物理等基础理论的底层创新 ， 才能实现技术的突破 ， 而现阶段国内严重缺乏相关的人才或者研究 。
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