AI助力國產(chǎn)EDA，挑戰(zhàn)與機遇并存

EDA（Electronic Design Automation，電子設(shè)計自動化）是指利用計算機輔助設(shè)計軟件來完成超大規(guī)模集成電路芯片的功能設(shè)計、綜合、驗證、物理設(shè)計等流程的設(shè)計方式。EDA技術(shù)是以大規(guī)模集成電路設(shè)計為應(yīng)用目標的專用型軟件技術(shù)，是集成電路產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的重要技術(shù)之一，利用EDA工具進行集成電路設(shè)計可以極大地提高設(shè)計效率，是集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基石。

EDA行業(yè)發(fā)展至今共經(jīng)歷了三個階段，分別是以PCB布局布線、IC電路設(shè)計為主的CAD階段、以電路仿真、時序分析為主的CAE階段和以IC物理設(shè)計布局布線、FPGA/ASIC設(shè)計為主的ESL階段，目前正處于以人工智能、機器學習等技術(shù)為驅(qū)動的EDA 3.0時代。

國產(chǎn)EDA崛起之路

政策環(huán)境優(yōu)化，資本開始關(guān)注

回顧歷史，國內(nèi)曾掀起過兩次 EDA研發(fā)熱潮，但均因種種原因以失敗告終：第一次是在20世紀80年代，國內(nèi)曾興起第一波EDA研發(fā)熱潮，但由于當時處于計劃經(jīng)濟向市場經(jīng)濟的過渡期，研發(fā)成果難以轉(zhuǎn)化為商品，最終熱潮退去；第二次是在90年代末，借助國家“909”工程，中國再次掀起了EDA研發(fā)熱潮，但由于當時國內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)整體處于發(fā)展初期，EDA作為產(chǎn)業(yè)鏈中更為靠后的環(huán)節(jié)，沒有得到足夠重視，且當時國際EDA三巨頭已進入中國，國內(nèi)EDA企業(yè)難以獲得成長空間，熱潮再次逐漸消退。

而近幾年，隨著外部環(huán)境變化、產(chǎn)業(yè)需求增加、政策環(huán)境優(yōu)化、投資力度加大，EDA行業(yè)再次迎來了快速發(fā)展期。2020年以來，國家出臺了一系列支持EDA行業(yè)發(fā)展的相關(guān)政策，為行業(yè)發(fā)展提供了良好的政策環(huán)境；此外，一級市場對EDA的投資也在不斷增加，2021年相關(guān)投資額超15億元，投資事件數(shù)達17起，華大九天、芯華章、九同方微電子、飛譜電子、立芯軟件、阿卡思微電子、芯和半導(dǎo)體等企業(yè)紛紛獲得融資，資本助力下，國產(chǎn)EDA加速崛起。

市場需求廣闊，國產(chǎn)替代加速

從市場規(guī)模來看，根據(jù) SEMI數(shù)據(jù)，2020年全球EDA市場規(guī)模達115億美元，近5年復(fù)合增速約7%，預(yù)計2025年將達到172億美元；而中國EDA市場規(guī)模相對較小，2020年約為65億元，但增速更快，近5年復(fù)合增速達16.9%，預(yù)計2025年將達到157億元，約占全球市場的9.1%。

從市場格局來看，全球 EDA市場高度集中，行業(yè)呈現(xiàn)三巨頭壟斷格局，Synopsys、Cadence和Mentor Graphics占據(jù)了全球EDA市場份額的60%以上，國內(nèi)EDA廠商的市場份額較小，國產(chǎn)替代空間廣闊。

從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)來看，國內(nèi) EDA企業(yè)在部分細分領(lǐng)域已具備較強競爭力。例如，在模擬芯片設(shè)計領(lǐng)域，華大九天的ALPS和HSPICE軟件已得到廣泛認可；在FPGA綜合及驗證領(lǐng)域，芯華章的智能驗證平臺也得到了眾多客戶的青睞。隨著國內(nèi)EDA企業(yè)技術(shù)實力的不斷提升，國產(chǎn)替代進程將不斷加速。

技術(shù)趨勢變革，帶來發(fā)展機遇

隨著摩爾定律的放緩和芯片設(shè)計復(fù)雜度的提升，傳統(tǒng) EDA技術(shù)面臨越來越大的挑戰(zhàn)。而人工智能、機器學習等新技術(shù)的發(fā)展為EDA行業(yè)帶來了新的發(fā)展機遇。

一方面，AI技術(shù)可以應(yīng)用于EDA的多個環(huán)節(jié)，如電路設(shè)計、仿真、驗證、物理設(shè)計等，通過智能化算法提高設(shè)計效率和質(zhì)量，降低設(shè)計成本；另一方面，AI技術(shù)還可以幫助EDA企業(yè)更好地理解客戶需求，優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計，提升用戶體驗。因此，在AI技術(shù)的驅(qū)動下，EDA行業(yè)有望實現(xiàn)更快速的發(fā)展。

AI在EDA中的具體作用

提升芯片設(shè)計效率

在芯片設(shè)計階段，EDA工具需要處理大量的數(shù)據(jù)，包括電路設(shè)計圖、邏輯網(wǎng)表、布局布線信息等。傳統(tǒng)的EDA工具主要依賴于人工設(shè)定的規(guī)則和算法進行數(shù)據(jù)處理和分析，效率相對較低。而AI技術(shù)可以通過機器學習和深度學習算法，自動地從數(shù)據(jù)中提取特征和規(guī)律，從而實現(xiàn)更快速、更準確的數(shù)據(jù)處理和分析。例如，在電路設(shè)計階段，AI技術(shù)可以自動地優(yōu)化電路結(jié)構(gòu)，減少電路冗余和功耗；在布局布線階段，AI技術(shù)可以自動地調(diào)整元器件的位置和連接方式，提高布局布線的合理性和可靠性。

提高芯片設(shè)計質(zhì)量

芯片設(shè)計是一個高度復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要考慮多種因素，如電氣性能、熱性能、可靠性等。傳統(tǒng)的 EDA工具主要依賴于人工經(jīng)驗和規(guī)則進行判斷和優(yōu)化，很難全面考慮所有因素。而AI技術(shù)可以通過大數(shù)據(jù)分析和預(yù)測模型，更全面地考慮各種因素之間的相互影響，從而提高芯片設(shè)計的質(zhì)量。例如，在電路仿真階段，AI技術(shù)可以更準確地預(yù)測電路的性能指標，如功耗、延遲、噪聲等；在可靠性分析階段，AI技術(shù)可以更準確地預(yù)測電路的壽命和失效模式，從而提高芯片的可靠性和穩(wěn)定性。

降低芯片設(shè)計成本

隨著芯片設(shè)計規(guī)模的不斷增大，EDA工具的運行時間和計算資源消耗也在不斷增加，導(dǎo)致芯片設(shè)計成本不斷攀升。而AI技術(shù)可以通過智能優(yōu)化算法和自適應(yīng)學習算法，降低EDA工具的運行時間和計算資源消耗，從而降低芯片設(shè)計成本。例如，在布局布線階段，AI技術(shù)可以通過智能優(yōu)化算法自動地調(diào)整元器件的位置和連接方式，減少布線長度和通孔數(shù)量，從而降低制造成本；在電路優(yōu)化階段，AI技術(shù)可以通過自適應(yīng)學習算法自動地調(diào)整電路參數(shù)和結(jié)構(gòu)，提高電路性能和可靠性，從而減少測試和驗證成本。

創(chuàng)新EDA技術(shù)

AI技術(shù)不僅可以應(yīng)用于EDA工具的現(xiàn)有功能中，還可以與EDA技術(shù)相結(jié)合，創(chuàng)新出新的EDA技術(shù)。例如，基于AI技術(shù)的智能布局規(guī)劃算法可以根據(jù)電路特點和約束條件，自動生成合理的布局方案；基于AI技術(shù)的智能驗證方法可以通過學習大量的測試數(shù)據(jù)和故障模型，自動地生成高效的測試向量和故障診斷方案。這些創(chuàng)新性的EDA技術(shù)將極大地推動芯片設(shè)計的發(fā)展和應(yīng)用。

面臨的挑戰(zhàn)

雖然 AI技術(shù)在EDA中的應(yīng)用前景廣闊，但也面臨著一些挑戰(zhàn)：

數(shù)據(jù)獲取和處理難度：AI技術(shù)需要大量的數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練和學習的基礎(chǔ)，但EDA領(lǐng)域的數(shù)據(jù)獲取和處理難度較大，需要解決數(shù)據(jù)質(zhì)量問題、數(shù)據(jù)規(guī)模問題等。

算法可解釋性和魯棒性：在 EDA領(lǐng)域，算法的可解釋性和魯棒性非常重要，因為設(shè)計師需要理解算法的原理和決策過程，并確保算法在不同場景下都能穩(wěn)定工作。

EDA軟件與AI技術(shù)的整合難度：將AI技術(shù)整合到現(xiàn)有的EDA軟件中需要解決技術(shù)兼容性和流程優(yōu)化等問題。

人才短缺：AI技術(shù)和EDA技術(shù)都是專業(yè)性很強的領(lǐng)域，需要具備相關(guān)背景的人才進行研究和開發(fā)。目前，這方面的人才相對短缺，需要加強人才培養(yǎng)和引進。

結(jié)語

隨著集成電路產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展和國產(chǎn)替代的加速推進，國產(chǎn) EDA迎來了前所未有的發(fā)展機遇。在AI技術(shù)的驅(qū)動下，國產(chǎn)EDA有望在提升設(shè)計效率、降低成本、優(yōu)化設(shè)計等方面取得更大突破，為集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供有力支撐。

同時，我們也應(yīng)看到，國產(chǎn) EDA的發(fā)展仍面臨諸多挑戰(zhàn)，需要政府、企業(yè)、高校、科研機構(gòu)等多方共同努力，加強技術(shù)創(chuàng)新、人才培養(yǎng)、產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同等方面的工作，推動國產(chǎn)EDA實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。

展望未來，相信在各方共同努力下，國產(chǎn) EDA一定能夠在全球市場中占據(jù)一席之地，為我國集成電路產(chǎn)業(yè)的繁榮發(fā)展作出更大貢獻。