據(jù)ESD Alliance數(shù)據(jù)顯示，2021年全球電子設(shè)計自動化（EDA）市場規(guī)模為132.75億美元，同比增長 15.77%。另一組有意思的數(shù)據(jù)則來自中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會的預(yù)測，2025年中國EDA市場規(guī)模將達到184.9億元， 2020-2025年年均復(fù)合增速為14.71%，這或?qū)⒂绊懓雽?dǎo)體產(chǎn)業(yè)的“下半場”發(fā)展？

　　EDA行業(yè)增長勢頭強勁

　　EDA連通半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈上游，貫穿制造、設(shè)計、封測等環(huán)節(jié)，其所展現(xiàn)的強勁增長勢頭，為半導(dǎo)體和電子系統(tǒng)設(shè)計行業(yè)實現(xiàn)更大的成功做出了重要貢獻。越來越多的系統(tǒng)公司開始自己設(shè)計芯片和電子產(chǎn)品，他們的創(chuàng)新步伐會受到哪些主要EDA趨勢的影響？本期，我們采訪了是德科技副總裁兼PathWave軟件解決方案總經(jīng)理Niels Faché先生，請他就該問題談?wù)勊目捶ā?/p>

　　系統(tǒng)越來越高的復(fù)雜性，更高的性能需求與成本的取舍，以及不斷被壓縮的開發(fā)周期，都促使產(chǎn)品開發(fā)團隊不得不基于產(chǎn)品現(xiàn)有使用環(huán)境去考慮設(shè)計。對于產(chǎn)品開發(fā)人員而言，在當前設(shè)計過程中僅僅考慮芯片或電路板的傳統(tǒng)技術(shù)指標已經(jīng)不夠，必須還要基于產(chǎn)品的集成和現(xiàn)場使用環(huán)境，對設(shè)計進行調(diào)整。

　　針對以上這些問題，在有源器件（如RFIC）、子系統(tǒng)（如雷達）和系統(tǒng)（如自動駕駛系統(tǒng)）等構(gòu)成的生態(tài)系統(tǒng)中，需要EDA廠商和用戶進行更密切的合作，才能應(yīng)對芯片設(shè)計中的集成挑戰(zhàn)并優(yōu)化其性能。在Niels Faché看來，針對環(huán)境進行設(shè)計給EDA工具提供商帶來了如下挑戰(zhàn)和機遇：

　　• 創(chuàng)建協(xié)作工作流程，在設(shè)計和測試階段實施更好的工藝、數(shù)據(jù)和知識產(chǎn)權(quán)（IP）管理，以便眾多專家能夠高效地協(xié)同工作；

　　• 根據(jù)仿真類型（電路仿真、系統(tǒng)仿真或網(wǎng)絡(luò)仿真）來決定是在系統(tǒng)級充分利用基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE），還是采用分層設(shè)計和不同等級的模型來設(shè)計；

　　• 改進模型（包括基于測量的模型），從而提高仿真的準確性。早期設(shè)計過程中的準確仿真可使開發(fā)團隊降低驗證和確認風險，減少對迭代和成本高昂的物理原型的需求；

　　• 通過云端的高性能計算（HPC）和并行運行增加仿真數(shù)量；

　　• 在仿真環(huán)境中提供正式的驗證框架，從而在要求的設(shè)計環(huán)境下確認元器件兼容性。

　　“要圍繞環(huán)境進行設(shè)計就需要EDA公司之間加深合作，進一步提升EDA、計算機輔助設(shè)計（CAD）、計算機輔助工程（CAE）和測試工具之間的互操作性。”Niels Faché表示，“它還要求將EDA工具更好地融合到產(chǎn)品生命周期管理（PLM）系統(tǒng)中，加大對仿真和測試流程以及數(shù)據(jù)管理的投資，從而提高生產(chǎn)效率”。

　　芯片行業(yè)的供需平衡

　　“當前芯片處于供不應(yīng)求的狀態(tài)，疫情更是讓這種狀態(tài)雪上加霜。”

　　在前不久的一次歐洲之行中，Niels Faché通過公司芯片設(shè)計和制造領(lǐng)域的客戶證實，芯片需求比供應(yīng)高出了 30%，一部分芯片制造廠未來兩年的產(chǎn)能都已被預(yù)訂。同時，一些公司將在未來18至24個月內(nèi)擴大產(chǎn)能，他認為這可能會有助于供需重新平衡。

　　在Niels Faché看來，半導(dǎo)體行業(yè)是具有周期性的，芯片制造中一直存在的需求周期會影響到下游的EDA廠商。以同樣具備周期性的汽車行業(yè)為例，在汽車行業(yè)進入下行周期時，消費和醫(yī)療保健等其它應(yīng)用會搶占芯片產(chǎn)能，而應(yīng)用和行業(yè)領(lǐng)域的多樣性有助于晶圓廠的產(chǎn)能得到高效利用。

　　經(jīng)歷了2010-2019年近十年的大蕭條，2020年全球半導(dǎo)體市場逐漸回暖。據(jù)美國SIA公布的數(shù)據(jù)顯示，2020年全球半導(dǎo)體市場規(guī)模為4330億美元，同比增長5.9%。近兩年來，“萬物電氣化”的趨勢極大地增加了對新芯片組的需求。簡單的8位或16位微控制器，已經(jīng)無法滿足許多需要更先進計算處理和連通性的應(yīng)用提出的需求，初創(chuàng)企業(yè)迅速萌芽，不斷打造出新的設(shè)計和創(chuàng)新產(chǎn)品。與此同時，新興的無晶圓廠模式也使得行業(yè)能夠滿足越來越多的應(yīng)用需求，讓半導(dǎo)體制造能力得到高效利用。

　　設(shè)計人員需要讓EDA產(chǎn)品實現(xiàn)新的設(shè)計功能并滿足驗證工作的要求。設(shè)計團隊需要EDA公司提供更好的工具、IP模塊和咨詢服務(wù)。對于EDA廠商來說，客戶市場使用芯片的力度加大是一個非常積極的動向，這些廠商的成長和成功一部分要取決于設(shè)計的啟動和成功。啟動的設(shè)計越多，對工程師和他們使用的EDA工具的要求也就越多。工程師需要借助智能化以更高的效率更快地完成工作。

　　設(shè)計芯片的工具

　　芯片和電子系統(tǒng)具有更長的使用壽命，并且能在整個生命周期正常發(fā)揮作用，對于汽車等安全關(guān)鍵型市場和數(shù)據(jù)中心等任務(wù)關(guān)鍵型市場尤為重要。如何在利用EDA工具進行設(shè)計的過程中解決產(chǎn)品老化、質(zhì)量、可靠性等問題，一直是半導(dǎo)體行業(yè)持續(xù)關(guān)注的焦點。

　　對于在EDA擁有多年從業(yè)經(jīng)驗的Niels Faché而言，可靠性設(shè)計并不是一個新鮮的話題，在他看來，只有將可靠性完全融入整個設(shè)計、制造和測試過程，它才能發(fā)揮積極的作用。

　　在通過不同封裝技術(shù)互連的更大系統(tǒng)中，芯片占據(jù)了越來越大的比重。如何對這些互連和封裝細節(jié)進行建模是可靠性設(shè)計要攻克的難關(guān)。例如，空間應(yīng)用需要考慮自身的冗余和特殊設(shè)計模式，從而提高輻射硬度，這種方法目前也被應(yīng)用到醫(yī)療保健等其他任務(wù)關(guān)鍵型應(yīng)用中。在物聯(lián)網(wǎng)、汽車和消費產(chǎn)品中，對可靠性和老化（磨損）要求的重要性越來越凸顯，而此前只有航空航天和國防應(yīng)用有這樣的要求。

　　同時，隨著這些新興應(yīng)用中的錯誤成本增加，仿真對于設(shè)計質(zhì)量的重要性也在增加。如果從事設(shè)計領(lǐng)域的客戶尋求在業(yè)內(nèi)實現(xiàn)仿真簽核，EDA工具的影響可能會變得更加顯著，這一方式需要通過獨立的測試套件或測試機構(gòu)來驗證軟件。EDA工具和IP有助于預(yù)測和避免現(xiàn)場故障，而使用嵌入式傳感器和AI/ML軟件技術(shù)進行實時數(shù)據(jù)收集和分析有望很快解決芯片產(chǎn)品的可靠性和老化問題。

　　從市場規(guī)模而言，EDA市場規(guī)?？赡軇倓偝^一百億美元，并不是一個非常大的體量，但是它卻扮演了推動 5000 億美元半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的“靈魂角色”。今天的半導(dǎo)體發(fā)展非常迅速，整個半導(dǎo)體市場的規(guī)模會越來越大，芯片成本會越來越高，芯片尺寸會越來越小。現(xiàn)在最大的AI設(shè)計用芯片有1.2萬億個晶體管，邊長達到22厘米，未來或許同等級別的芯片可以縮小為一個指甲蓋大小。從而可以肯定，未來EDA 的市場規(guī)模也將迎來新一輪的增長。

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