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|开源EDA的价值


EDA 处于IC设计最上游 ， 在集成电路产业领域内属于“小而精”的产业链环节 ， 但它却对集成电路和芯片产业的发展具有至关重要的作用 。
从20世纪90年代开始 ， 伴随着硬件语言的标准化和集成电路设计方法的不断发展 ， EDA设计工具得到了普及和发展 。 众所周知 ， 摩尔定律推动了过去几十年集成电路的发展 ， 而每当摩尔定律实现突破 ， EDA也必定跟随着工艺制程的进步而不断更新迭代 。
时至今日 ， 摩尔定律正逐渐走向物理极限 ， 但EDA却仍在市场中保持着活力 。 根据2020世界半导体大会EDA产业发展分论坛中赛迪顾问有限公司吕芃浩博士的演讲内容显示 ， 2019年全球EDA市场从2018年的96.9亿美元上升至102.5亿美元 ， 首次突破了百亿美元大关 。 他指出 ， 现代EDA技术已在多种产业中得以应用 ， 各环节皆可在EDA环境下进行开发验证 。
被寡头垄断的EDA市场
赛迪数据显示 ， 由于EDA软件能够降低芯片设计的成本 ， 也促使IC制造商增加研发投资并采用EDA工具——据加州大学的教授分析 ， 如果一颗系统SoC的设计费用大约为4000万美元 ， 在没有EDA技术进步的情况下 ， 费用会达到77亿美元 ， EDA软件让设计费用降低了200倍 。
由此便可以看出 ， EDA工具对于现代集成电路产业发展至关重要 ， 但就目前的形势来看 ， 这个市场却已形成寡头垄断的局面 。 根据赛迪发布的数据显示 ， Synopsys ， Cadence和Mentor（后被西门子收购）三大巨头占据了全球66%的市场份额 ， 而这三者在中国EDA市场份额更是高达了85% 。
EDA行业从20世纪90年代百家争鸣的竞争局势 ， 发展到如今的三足鼎立模式 。 在这个过程中 ， 频繁的并购 ， 多维的整合是不可忽视的一部分 。 据相关数据显示 ， 在这些年当中 ， Synopsys进行了80多次并购 ， 其它两家也曾分别进行了60余次的并购 。
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而在这期间 ， 也并不是没有新的EDA企业出现 。 与这三家巨头企业相比 ， 这些规模相对较小的EDA企业只能以单点突破 ， 为设计公司提供的功能也相对单一 。 而为了生存下去 ， 这些EDA公司就要主动兼容大厂的产品 ， 这也就使得强者愈强 。
开源EDA或将搅动这一池水
在过去EDA发展的过程当中 ， 该市场的模式并没有产生太大的变化 ， 这或许也是新企业难以挤进EDA市场的障碍之一 。
而近几年开源EDA项目的提出 ， 或许能够为半导体市场带来一些新的契机 。 上海复旦微电子总工程师、高级工程师沈磊介绍 ， 这一轮开源EDA的主要推进者之一是美国国防部高级研究计划局（DARPA） 。
北京大学高能效计算与应用中心执行主任罗国杰介绍道 ， 从国际开源EDA项目中看 ， 目前 ， DARPA领导影响EDA行业的两个项目——Intelligent Design of Electronics Assets（简称IDEA）和 Posh Open Source Hardware（简称POSH） 。 据了解 ， 其目标是通过利用现有芯片设计作为数据源 ， 来帮助我们训练由机器学习加速的应用程序 ， 从而能够更好的进行调试 ， 验证和布局布线自动化 。 IDEA和POSH都是DARPA投资15亿美金的Electronic Resurgence Initiative计划（简称ERI）的一部分 ， ERI同样也在推进小芯片（Chiplet）以及致力于简化封装和芯片设计的项目 ， 而这些项目的最终实现都要依赖于开源软件 。
据相关统计数据显示 ， 通过IDEA/POSH两个开源项目的实施 ， 可供使用的开源EDA数量增加了近一倍 。
开源软件之所以得到重视 ， 是因为无论是芯片设计 ， 还是EDA工具的开发 ， 其门槛都十分高 ， 需要具有极强的入门知识 ， 所以这也造成了这些领域人才的稀缺 。 而开源技术和社区可以降低领域的门槛 ， 使得更多领域外的研究者可以接触到更前沿、更具体的问题及解决方案 ， 吸引他们参与其中 。
中国科学院计算技术研究所高级工程师常轶松在本次论坛中指出 ， 开源软件的成功经验 ， 降低了技术门槛 ， 由此 ， 软件开发人才也实现了持续增长的趋势 。 他认为 ， 降低芯片设计门槛 ， 也是人才危机的一种破解之道 。 在轮次论坛中 ， 常轶松介绍了中国科学院学生使用现有开源EDA工具完成真实处理器芯片后端设计流程的例子 ， 以此也证明了 ， 采用开源EDA设计的芯片在实际应用中的可实施性 。
EDA创新中心的成立将带来什么
根据赛迪的报告显示 ， 2019年中国EDA市场规模约为5.8亿美元 ， 仅占全球市场的5.6% 。 中国EDA厂商总营收不到4.2亿元 ， 规模只占全球市场份额的0.6%；中国EDA国产化率约为10% 。
在这种情况下 ， 开源EDA作为一项比较新的项目也可能会为本土企业带来新的发展契机 ， 因此 ， 开源EDA的发展也引起了本土企业的关注 。
2019年6月 ， 中国电子信息产业集团有限公司与南京市江北新区共同牵头 ， 由我国规模最大的EDA龙头企业——华大九天和江北新区产业投资集团、南京集成电路产业服务中心、东南大学、华大半导体共同发起成立了南京集成电路设计服务产业创新中心有限公司（简称：EDA创新中心） 。
据介绍 ， EDA创新中心的建立旨在集聚全国优质资源、引入全球高端人才 ， 以创新模式开展EDA前沿技术研究和产品开发 。 据公司简介显示 ， EDA创新中心将对标海外先进EDA产品 ， 助力我国在全球EDA领域的技术追赶 。
而谈及追赶就要“对症下药” ， 目前国产EDA现状为：先进工艺支撑不够 ， 暂未进入先进代工厂的联盟；无法支撑全流程设计 ， 但在部分领域具有优势 。
对此 ， EDA创新中心也将主要业务放在了开发支持先进工艺的目前我国欠缺的EDA工具领域 ， 并开展EDA前沿技术研究 ， 填补我国EDA产业技术空白 ， 推动EDA行业标准建立 ， 建设开放开源的EDA平台 ， 助力我国实现国产EDA工具的全流程覆盖 。
在本次论坛中 ， EDA创新中心研发副总经理陈刚博士认为 ， 开源EDA基础构件（OpenEDI）是构建一套整合的EDA工具链必不可少的基础 。 同时基于OpenEDI ， 我们可以建设一个开源开放的科研平台、教育平台以及创新平台 。 为此 ， EDA创新中心投入大量的研发资源开发了OpenEDI开源平台 。 据介绍该开源平台拥有简洁的数据模型 ， 可以同时支持层次化设计、增量设计 ， 同时还拥有高效的内存与符号表管理功能 。 在数据模型的基础上 ， OpenEDI还包含通用算法层与计算架构层 。 通用算法层包括Steiner tree ， 最短路径 ， 整数线性规划等多种算法与求解器 。 计算架构层支持多线程/分布式的开发要求 ， 并能够满足异构运算的要求 。 陈刚博士透露 ， OpenEDI的1.0版本将在今年九月正式发布 ， 并定期陆续推出代码更新 。
从整体的研发进度上看 ， 目前EDA创新中心已经完成了基础架构和物理数据的工具开发 ， 同时 ， 公司还在推进逻辑数据、工艺、Floorplan等模块的开发 。
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（EDA创新中心的研发进度）
开源更重要的是生态圈的建设 。 南京江北新区作为中国集成电路新地标 ， 也在着力解决 EDA 产业核心“卡脖子”问题 。 南京江北新区管委会经济发展局副局长李嘉玮表示：“南京江北新区紧跟国家发展战略 ， 前瞻布局、夯实基础 ， 正在着力优化 EDA 产业生态 。 ”他指出 ， 单一的 EDA 企业发展模式已不足以支撑现有的集成电路产业发展速度及需求 ， 亟需联合国内集成电路全产业链企业 ， 共同探索生态发展模式 ， 打造一条安全可控的自主化发展道路 。
在这种产业模式的规划下 ， 我们注意到 ， EDA创新中心已联合了多家合作伙伴来共同创建这个生态圈 ， 紫光云就是其中一家 。 紫光云技术有限公司CTO、办公室主任邓世友认为 ， 在芯片设计当中 ， 前端设计和后端设计都需要进行仿真 ， 而这或许会花费数周时间 。 将芯片设计放在云端 ， 可以有效地节约仿真时间 。
EDA创新中心助力人才培养
除了在技术上进行攻关的同时 ， EDA创新中心还着力将自己打造成一个人才培养与集聚中心 。
根据EDA创新中心在人才建设方面的规划 ， 创新中心将大力引进海内外优秀的集成电路人才 ， 同时通过完善的内部培训机制 ， 培养出年轻的后备力量 ， 搭建起完整的人才梯队 ， 并为员工创建完善的职业发展通道 。 在未来的5至10年 ， 创新中心将打造成为我国乃至全球EDA/IP前沿技术研究中心、技术储备中心、人才培养与集聚中心 。
华大九天和东南大学作为EDA创新中心的共同发起单位之一 ， 他们也在本次论坛中强调了EDA人才培养的重要性 。
华大九天副总经理郭继旺表示：“以EDA为平台的产教融合是集成电路人才培养的重要途径 。 ”他认为 ， EDA处于集成电路产业的最上游 ， 培养出来的人才也将辐射到集成电路产业中的各个环节 。 为此 ， 华大九天与高校之间进行了EDA培训课程、成立联合实验室、进行研发项目合作、参与竞赛、提供工作实习机会等多种合作 ， 以此来促进相关人才的培养 。
东南大学电子科学与工程学院国家专用集成电路系统工程技术研究中心闫浩老师也在本次论坛中表示 ， 国产EDA突围 ， 市场、技术、资金和人才缺一不可 。 其中 ， 人才是根本 。
最后 ， EDA创新中心行政副总经理李琳为本次论坛做了总结 ， 他表示：“本次论坛与会嘉宾围绕着人才培养 ， 开源EDA ， 开源芯片 ， 云平台进行了探讨 ， 为我国EDA的发展提供了全新的思路 。 开源已经成为了集成电路产业当中一股不可忽视的力量 ， EDA作为集成电路产业最上游的环节 ， 也正在逐渐向开源方向发展 ， 这将推动我国EDA技术和产业快速发展 。 ”
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（出席本次EDA产业发展论坛嘉宾（按照出场顺序排序）： 中国半导体行业协会半导体分立器件分会秘书长赵小宁（主持人）、南京江北新区管委会经济发展局副局长李嘉玮、赛迪顾问股份有限公司吕芃浩博士、华大九天副总经理郭继旺、东南大学电子科学与工程学院国家专用集成电路系统工程技术研究中心闫浩、上海复旦微电子总工程师、高级工程师沈磊、EDA创新中心研发副总经理陈刚博士、北京大学高能效计算与应用中心执行主任罗国杰博士、中国科学院计算技术研究所高级工程师常轶松、紫光云技术有限公司CTO、办公室主任邓世友 、EDA创新中心行政副总经理李琳）
结语
开源EDA工具的推出 ， 不仅将会为芯片设计降低门槛 ， 更重要的是 ， 由于门槛降低也会吸引更多的新鲜血液加入到集成电路产业中 ， 进而推动该产业的发展 。
南京拥有非常丰富的高校资源 ， 同时集聚了大量集成电路企业 ， 这些条件为EDA创新中心的开源项目的发展提供了契机 。 同时 ， EDA创新中心作为产教融合之间的桥梁 ， 将进一步促进相关应用型人才的培养 。
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