國產工具研究的思考及政策建議

巢 瑋 徐 勇 黃國勇 楊 凡

（1.哈爾濱工業大學（深圳），廣東 深圳 518055；2.國微集團（深圳）有限公司，廣東 深圳 518053）

0 引言

EDA全稱為“Electronic design automation”，是指電子設計自動化。早期的集成電路（IC：Integrated Circuit）設計不論是復雜程度還是集成程度都遠不及現在的規模，設計人員能夠通過手繪完成IC的設計和布線。隨著摩爾定律的持續演進，集成電路的復雜程度呈指數級上升，特別是3nm工藝即將進入量產的今天，IC的復雜程度和集成程度的量級已經遠超人力所能及的上限，利用計算機輔助手段解決問題已是必然選擇，EDA早已成為撬動整個產業尤其是設計業發展的重要支點。EDA工具按照面向的集成電路設計環節的差異可以分為不同的“點工具”，貫穿了設計和測試的方方面面。一系列能完整覆蓋集成電路設計和測試的“點工具”，構成了EDA工具的全流程。

EDA與集成電路的關系密不可分，直接影響著當代科技的發展，在5G通信、電子信息、AI芯片乃至航空航天等高新科技領域都有著重要的影響。本文基于國家科技創新的戰略定位，較全面的分析與探究我國在EDA研究方面的薄弱區域與短板，剖析已有的資源配置及政策牽引的作用，提出符合我國國情的國產EDA全流程的思考及政策。

1 EDA的興起及特性

EDA作為集成電路產業鏈上游的一個環節，涵蓋了從設計到制造，從仿真到測試的所有環節，在產業鏈中扮演著重要的角色。隨著設計和制造工藝的不斷進步，從早期的10μm工藝，發展到后來的0.25μm、0.18μm，再演進到如今的5 nm、3 nm，先進的工藝推動著IC的精密度和集成度指數級躍遷。現代EDA工具幾乎涵蓋了IC設計的方方面面，是設計驗證中不可或缺的一個重要組成部分。美國Andrew.B.Kahng教授在2013年的文章中同樣論證了EDA的重要性：在2011年使用EDA和新技術設計一個SoC的費用約為2 507萬美元，而假如不使用新技術和EDA，設計一顆同等SoC約需要77.08億美元[2]。

2019年5月美國將華為在內的部分企業列入“實體名單”，限制EDA工具和芯片的供應。受到EDA工具與芯片供應雙重限制的華為，市場占有率大幅減少。根據Omdia公布的2021年全球智能手機出貨量統計，華為2021年的出貨量僅為0.35億臺，相較2020年的1.897億臺縮水81.6%，從2020年全球出貨量排名第三的14%市場占有率跌至2021年的3%。由此可見EDA工具在集成電路產業中關鍵的核心地位。EDA如同集成電路產業的基石，我國若不能從源頭上對EDA進行自主知識產權的技術創新與研發，就難以從根本上突破集成電路產業的“卡脖子”難題，更不可能成為集成電路產業的強國。這不僅是科技自立自強的重要需要，更具有技術自主可控的重大戰略意義。

2 EDA技術的研發特點及對策

EDA研究具有研發周期長、理論與工程高度結合、跨學科交流協作的特點。因此，扶持EDA研究離不開政府的幫助與引導，企業的技術研發與反饋迭代，以及高校的理論研究與人才培養。應切實加強“政企校”三方協作和組建創新共同體，達成政府、企業和高校一同攻堅的“三管齊下”策略。具體如圖1所示。

圖1 政府、企業和高校創新共同體

2.1 政府引導與調控

近年來不論是國家調控還是地方政府，對EDA行業均有大量政策出臺。如2021年3月12日發布的《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和二〇三五年遠景目標綱要》集成電路位列7大科技前沿領域攻關的第3位，并明確指出，并明確指出，重點攻關集成電路EDA工具。

EDA是一個技術聚集型行業，根據IC設計制造工藝的演進而不斷與時俱進，而技術的持續攻堅與迭代完善離不開大量人力、物力與財力的投入。在開放性的市場環境之下，EDA研發的環境離不開政府在資源上的引導調控，以及資金的注入。政府應鼓勵以EDA企業為主體的技術突破，并通過技術突破推動成果轉化，從而明確技術與產品的優勢，在開放性的市場環境的土壤中扎根成長。同時，在確保相關企業與高校能夠享受政策與資源的同時，應明確以EDA工具研究為攻堅方向的政策與資源的適用范疇，避免對EDA行業的支持與資源被濫用與浪費的情況，將政策切實落到實處。在制定方針與政策時，應考慮行業的長期規劃與發展，避免“短視”與“短期收益”，應設立專項研究經費扶持EDA工具這種長周期技術研發而不能馬上產生經濟效益的企業，提供穩定的研究經費支持并進行合理的考核，為EDA行業提供良性的持續發展空間。同時，應盡量簡化申請項目與課題的流程，減少不必要的流程與環節，免去企業特別是研究人員較重的生存負擔，能夠集中精力進行技術創新。此外企業應發揮主觀能動性，積極主動在EDA領域研發與創新，在避開國外專利與技術封鎖的基礎上，通過發表論文與申請專利的形式構建自主知識產權的技術網絡框架。

2.2 校企間的合作與人才培養

正所謂“人才是科技的第一生產力”，企業的技術研發與成果轉化的基礎是專業技術人才。根據第二十三屆中國集成電路制造年會所公布的數據，全球EDA行業從業人員約為四萬人左右。其中有調研的數據顯示，Synopsys、Cadence、Siemens EDA三大企業的EDA領域員工總數合計占全球EDA行業總從業人員的70.91%[3]。而據不完全統計，國內所有EDA企業的從業人員僅約為1 500人，人才缺口十分明顯。發達國家的經驗表明，EDA企業一方面應加大研發投入，吸引全球EDA技術人才，并通過薪資及激勵等方式，維持研發技術團隊的穩定。另一方面應加強與高校的交流合作，政府與企業應協助高校解決開設EDA專業及課程所面臨的困難。針對EDA行業理論與工程相結合的特點，高校的課程設置應深化理論與實踐相結合的道路，探索校企合作的多樣性。企業可通過與高校聯合培養博士后，建立聯合實驗室，協作課題項目，提供實習機會等方式，推動EDA人才的可持續發展，構建“政企校”創新共同體可持續流動的良性循環。

3 EDA的“由點及面”

3.1 從“點工具”到全流程

當前國內EDA企業正處在發展前中期的競爭階段，在一些細分領域的“點工具”具備一定的優勢，但卻尚未有EDA企業能夠提供全方位的EDA產品[4]。只有擁有“熊貓系統”初始團隊的華大九天能提供全流程的數模混合信號芯片設計系統和液晶面板設計系統[5]。數字電路設計的EDA全流程在國內還存在缺口，其中國微集團在該領域的全流程布局較早，于2018年承接國家“核高基”專項，研制了包括布局布線、硬件仿真加速、時序分析等在內的8個EDA“點工具”。其中布局布線工具開創了以詳細布線為中心的架構，初步實現了“點工具”到全流程的有機整合。

3.2 從EDA到集成電路生態環境

EDA，IC設計與IC制造構成了集成電路生態的鐵三角，彼此相互依存。EDA作為其中重要的一環，其發展同樣依賴集成電路產業的生態環境建設。目前，我國EDA企業主要集中在北京、深圳與上海，其中上海在IC制造的領域優勢明顯，擁有國內最先進的IC制造企業中芯國際，華大九天所在的北京在EDA工具領域更有底蘊，而深圳則依托于以華為海思、中興微電子為代表的IC設計企業，在設計領域更勝一籌。

政府應鼓勵集成電路行業的聚集，通過資源整合引導生態環境的逐步構建。特別是地方政府應充分發揮當地在生態中的優勢地位，通過生態環境的完善進一步明確產業優勢，提高國際競爭力。例如，深圳的IC設計行業的優勢能加速EDA工具的研發與迭代，而EDA在發展中能根據IC設計企業的反饋提供更符合市場需求的服務以及IP的支持，從而反哺IC設計行業，進一步提升深圳在集成電路行業的優勢。

4 結語

隨著全球科技競爭的日益加劇，我國高科技產業發展的，如何穩步構建我國自主知識產權的EDA科技是國家科技自立自強戰略的重要命題。如何最大化的調動以企業為主體的EDA研發力量是重中之重。我國的社會發展已基本具備“三管齊下”進行EDA研發的基本條件，應充分發揮政府的引導作用，鼓勵校企合作為主的技術創新與人才培養模式，組建“政企校”創新共同體和可有效匯聚各方資源的EDA攻堅力量。具體的EDA工具研發部署方面，則可以通過以“點工具”為突破口，“由點及面”帶動EDA全流程和全系列工具的研發及產業化。同時EDA的發展離不開良性的生態環境，政府應結合城市的優勢打造集EDA、IC設計，IC制造為一體的集成電路產業平臺，從而進一步鞏固在集成電路行業的競爭優勢。此外，建議國內集成電路產業基礎最雄厚的城市，如深圳、上海和北京等集成電路產業鏈條的不同環節形成有差異和有特色的優勢技術，以避免同質化競爭和資源的重復投入。