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科工力量:美国断供EDA?对中国影响真不大
【文/科工力量专栏作者 铁流】
8月13日,美国商务部周五发布最终规定,对设计GAAFET(全栅场效应晶体管)结构集成电路所必须的EDA软件;金刚石和氧化镓为代表的超宽禁带半导体材料;燃气涡轮发动机使用的压力增益燃烧(PGC)等四项技术实施新的出口管制。相关禁令生效日期为2022年8月15日。
在禁令发布后,一些媒体把美国断供EDA说得很严重。其实,这种说法并不准确。从结果上说,这次EDA禁令,对学术交流和人才培养确实有影响,但对工业界而言,影响微乎其微。短期来看,禁令对大陆工业界没有任何影响。长远来看,这项禁令反而会成为促使本土EDA厂商和晶圆厂进步的巨大动力,只要国产EDA和本土制造工艺发展起来,美国的禁令对大陆工业界就更没有影响。
什么是EDA工具
EDA工具是电子设计自动化(Electronic Design Automation)的简称,是从计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助测试(CAT)和计算机辅助工程(CAE)的概念发展而来的。利用EDA工具,工程师将芯片的电路设计、性能分析、设计出IC版图的整个过程交由计算机自动处理完成。
由于上世纪六十七年代,集成电路的复杂程度相对偏低,这使得工程师可以依靠手工完成集成电路的设计、布线等工作。但随着集成电路越来越复杂,完全依赖手工越来越不切实际,工程师们只好开始尝试将设计过程自动化,在1980年卡弗尔.米德和琳.康维发表的论文《超大规模集成电路系统导论》提出了通过编程语言来进行芯片设计的新思想,加上集成电路逻辑仿真、功能验证的工具的日益成熟,使得工程师们可以设计出集成度更高且更加复杂的芯片。
1986年,硬件描述语言Verilog问世,Verilog语言是现在最流行的高级抽象设计语言。1987年,VHDL在美国国防部的资助下问世。这些硬件描述语言的问世助推了集成电路设计水平的提升。随后,根据这些语言规范产生的各种仿真系统迅速被推出,使得设计人员可对设计的芯片进行直接仿真。随着技术的进步,设计项目可以在构建实际硬件电路之前进行仿真,芯片布线布局对人工设计的要求和出错率也不断降低。
时至今日,尽管所用的语言和工具仍然不断在发展,但是通过编程语言来设计、验证电路预期行为,利用工具软件综合得到低抽象级物理设计的这种途径,仍然是数字集成电路设计的基础。一位从事CPU设计的工程师表示,“在没有EDA工具之前,搞电路要靠人手工,对于大规模集成电路有上亿晶体管的设计用手工简直是不可为的......可以说有了EDA工具,才有了超大规模集成电路设计的可能”。
EDA工具基本由国外垄断
目前,全球的EDA软件主要由Cadence、Synopsys、Mentor等三家美国企业垄断。称霸EDA市场的美国三巨头,牢牢占据了全球超过70%的市场份额。Synopsys是EDA三巨头之首。国内从事EDA软件开发的领头羊华大九天和这三家不是一个数量级的厂商。铁流在一次展会上看到华大九天的展台左边是Cadence,右边是Synopsys,犹如两个巨人中间夹着一个儿童,场景异常尴尬。诚然,华大九天也想在某些点工具上做些突破,但就整体技术实力而言几乎是蚍蜉撼树。
正是因为国内从事EDA工具开发的公司在Synopsys、Cadence、Mentor面前实力过于悬殊,国内IC设计公司几乎100%采用国外EDA工具。而且在一段时间里,看不到缩小和Synopsys、Cadence、Mentor技术差距的可能性。
这里提一下安全问题。也许有人会问,如果Synopsys、Cadence、Mentor在EDA工具里埋地雷,而国内IC设计公司恰恰用这些被埋雷的EDA工具设计芯片,那么芯片的安全性还有保障么?对于这个课题,其实有专门针对设计和版图的安全性的研究,打比方说,如果是DC工具在你的设计里埋个雷,人肉检查是搞不定的,因此,有专门做硬件木马检测技术的研究。不过,这些研究目前还处在低级阶段,只能和目前现存木马匹配,存在很大限制。
由于国内绝大多数芯片设计公司仍在采用进口的EDA工业软件来设计芯片,这就导致在该领域我们完全受制于人。最近这些年,我国不少IC设计公司在商业上比较成功,但其技术路线和商业模式是存在巨大风险的。以国产ARM芯片为例,其设计工具方面依赖国外公司的EDA工具,在芯片设计上依赖ARM公司的IP核授权,在制造上依赖台积电的制造工艺,可以说是买国外的设计工具和CPU核、GPU核,“拼装”芯片版图,然后去台积电流片。
当然,这种“拼装”芯片版图要比我们自己买CPU、主板、显卡、内存、硬盘组装电脑要高端得多,但这种“拼装”与真正独立自主设计芯片尚有很大差距。我们在看到一些国产芯片通过“在洋人地基上盖房子”的方式获得商业上成功的同时,也必须正视这种商业模式的潜在风险和危害。
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本文仅代表作者个人观点。
- 责任编辑: 一鸣 
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