EDA 行业已经逐步解决了电子系统设计中出现的问题，但是否会出现中断？学术界当然认为这是一种可能性，但并非所有人都出于同样的原因认为它的发生。

学术界在最近的Design Automation Conference上质疑EDA的未来。他们认为，一个新时代即将开始，而不是我们所知道的 EDA 会消失。三个小组以完全不同的方式解决了这个问题。有人问“EDA 的下一次复兴有哪些重大机遇？” 第二个题目是“开源 EDA 的未来是什么？” 第三个，“电子设计自动化的机器学习：非理性繁荣或黄金时代的黎明”。

EDA 行业见证了许多重大变化，但并非所有这些都取得了商业上的成功。20 年前，EDA 行业正在寻找高于 RTL 的新抽象（abstraction）级别，称为电 Electronic System Level (ESL)。虽然这些努力的一部分现在已成为行业工具组合的一部分，例如高级综合和虚拟原型设计，并且存在诸如 SystemC 之类的语言，但总体努力并没有导致新的抽象。今天，ESL 仍然是一种利基技术。

为什么？一种解释是 ESL 太宽泛、太通用，ESL 和 RTL 之间的差距太大。ESL 要求对设计或语言进行限制以使综合成为可能。例如，处理器的设计是少数几个确实存在专用语言的领域之一，最近随着 RISC-V 的引入，创造了更多的领域。

由于可扩展的 RISC-V 处理器规范是开源的，因此可以对处理器架构进行更多的研究。过去存在的语言（例如 SysML）正在被淘汰，而新的语言（例如 Chisel）正在被创建。处理器综合工具连同验证方法和参考模型一起推向市场。

在更大的背景下，向特定领域解决方案的转变为许多高度专业化的抽象创造了机会，每个抽象都可以专用于一个领域。这反过来又促进了研究的复兴。

那么 EDA 的未来会和今天一样吗？

EDA 的角色

为了正确看待这一点，EDA 提供了三项主要服务——生产力（productivity）、优化（optimization）和保证（assurance）。即使设计变得更大、更复杂，团队规模和时间表仍然相对固定，这意味着生产力必须始终提高。找到平衡成本、性能和功耗的正确解决方案是一个巨大的优化问题。随着几何尺寸越来越小，确保设计在制造后能够正常工作变得越来越难。它涉及越来越多的必须考虑的物理因素。

随着摩尔定律的放缓，该行业正在寻找未来扩张的几个方向。其中一些涉及架构的变化，而另一些则正在研究新的封装技术。这是对新材料和制造技术的补充。Broadcom ASIC 产品部总监 Jayanthi Pallinti 就设计人员面临的挑战提供了一些见解（见图 1）。“在 16nm，我们有大约 6,000 条设计规则。现在在 3nm 中，已经增长到超过 15,000 个。即使 EDA 已经完成了所有创新——而且这些创新正在发挥作用——它仍然具有挑战性。”

Pallinti 认为 EDA 必须变得更加分层才能跟上，整个系统必须共同设计，而不是按顺序处理。

模型是 EDA 工具和流程的重要方面，它们存在于许多抽象级别。“挑战在于创建具有正确准确性、速度和稳健性的模型，” Ansys首席技术官 Prith Banerjee 说。“我们必须解决多层次模拟的问题。我的意思是使用二阶偏微分方程，并由此产生降阶模型以提供系统级模型。我们需要从系统级仿真无缝地进入，当我需要更高的准确性时，我点击进入下一个级别。人们谈论的是分层仿真，但我谈论的是跨机电系统。”

没有模型，优化是不可能的。“你需要模型来进行预测。你需要预测才能在探索中发挥作用，”加州大学圣地亚哥分校 CSE 和 ECE 杰出教授 Andrew Kahng 说。“你无法预测的东西，你的guard-band，你不探索的东西你留在桌子上。”

然而，这些模型的来源可能会发生变化。“EDA 的下一个挑战是创建设计流程的完整数字双胞胎，”加州大学伯克利分校杰出教授兼 imec 首席技术官 Jan Rabaey 说。“与其对新设备进行模拟，我们应该从实际原型中生成模型。我们需要有能力在虚拟世界中扩展它，然后在物理世界中翻译原型——两者的联合开发。”

仿真一直是业界的难题。“验证是可怕的，”Rabaey 补充道。“努力的数量是疯狂的。提高功能验证的抽象级别，然后通过设计确保正确性，这一点很重要。第二个是选择自由。我们基本上在设计中使用了太多的灵活性。我们可能认为这是一种优势，但我们给自己带来了一场噩梦。”

SRC 创新研究总监 Tim Green 指出，功能验证只是冰山一角。“验证已经足够具有挑战性了。但是验证在安全方面确实是一个简单的问题，因为验证是确保您的设计符合您的规范。安全性是为了验证你的设计，超出规范，没有做任何有趣的事情，这是一个未知的空间。”

抽象创造了一个不同的机会。“有很多客户有特定应用或特定领域的问题，例如汽车和物联网，而通用解决方案无法与之匹敌，”高通高级工程总监 Mamta Bansal 说。“大多数 EDA 供应商都专注于量产的东西。开源可以解决一些特定领域的问题并解决这些问题。”

英特尔战略 CAD 实验室主任 Noel Menezes 对此表示赞同。“我看到了乐观的理由，例如为什么某些特定领域的语言在指定硬件方面可能会变得非常成功。特定领域的语言，也许是特殊的抽象，可能是开源 IP/EDA 蓬勃发展的正确破坏者。成功的最佳机会是在商业 EDA 激励措施不一致的领域。”

这也可能适用于旧技术。“在一些长尾节点上，开源工具的机会变得非常有趣，”Cambium Capital 的运营合伙人 Bill Leszinske 说。“这就是很多成本被摊销的地方。这意味着可以有更多的创新。”

有这么多潜在方向，EDA 可能很难跟上。“正在出现的一些重要挑战基本上可能会阻碍或减缓新技术和能力的引入，”Rabaey 说。“这些不仅仅是变得超级复杂的事情。到 2030 年，我们应该是 1 纳米。最重要的是，设计变得非常多样化。你会看到内存和逻辑、模拟射频、传感器的合并，所有这些类型的东西都集中在一个封装中。其中一些可能需要非常不同的技术、不同的材料或光学。冯诺依曼的计算模型正在逐渐衰落，会有很多替代方案。你会再次看到模拟计算的出现，以及使用物理现象的计算。”

解决所有这些问题所需的努力能否成为变革的催化剂？SRC 的 Green 说：“随着需要更多的集成来满足性能目标，这个细分良好的市场正在崩溃。”“当前的 EDA 设计流程无法提供所需的性能。我们需要定义将驱动关键技术的关键应用程序，这些技术将驱动设计工作流程，以实现这些应用程序所需的效率、性能和安全性。”

另一个催化剂是不断变化的地缘政治环境。“过去几年，许多国家和地区开始将半导体视为国民经济乃至国家安全的关键要素，”香港科技大学研发副总裁 Tim Cheng 表示。“我们从未见过来自世界各地的此类投资。这对人才和竞争来说是个好消息。”

除此之外，Cheng 还研究了这笔资金如何影响 EDA。“资助 EDA 不再只是推进最先进的技术。如果你需要控制，你需要所有权，你担心国家安全，你需要拥有它。政府愿意支持你。这些人不会窃取他们知道高度敏感的技术，但他们需要有知识的人来构建他们的工具，以便他们可以控制。这将改变半导体、IC设计和EDA的格局和生态系统，并可能打破全球大型EDA公司的时代。”

差异化发展模式让本土EDA行业找准前进方向

从本土EDA产业的发展趋势来看，EDA市场规模在不断增大，市场渗透率在持续提升。数据显示，2020年我国EDA市场规模就达到了93.1亿元，在全球市场中占比为9.4%。近两年来，我国集成电路产业快速发展，相关设计企业不断增多，对于EDA工具的需求量也在持续猛增。据预测，中国EDA市场未来几年的年均复合增长率将普遍保持在11.7%左右，高于全球EDA市场增速。这个发展趋势，也为行业的发展奠定了前景向好的基调。

从政策层面来说，近年来包括财税政策、投融资政策、研究开发政策、进出口政策、人才政策、知识产权政策、市场应用政策等在内，国内EDA厂商不断吸收政策红利，加速EDA工具国产化替代进程的效果明显。

而从市场端来看，集成电路设计越来越复杂，众多新工艺的融入让EDA行业发展出现了新趋势和新要求。尤其是人工智能、云计算在EDA行业中的应用与融合越来越普遍，而我国在这些领域后来居上，具有强大的发展后劲，因此在EDA产业发展新时代拥有更大的发展潜能。

国内厂商迎来机遇，华大九天引领发展

政策助力国内EDA行业发展-政策支持

全方位政策支持：随着我国集成电路下游需求增加，EDA行业受重视程度提高，国家发布各种政策对EDA行业发展保驾护航。国 家从财税、投融资、研究开发和进出口方面对集成电路企业发展提供全方位支持，为EDA行业发展创造有利环境。

集成电路下游需求持续增加，带动EDA需求

各行各业“缺芯”：根据WSTS数据显示，中国是全球最大的半导体消费国，2018年中国芯片消费规模占全球芯片消费市场规模的 33%，但在如此高的芯片需求下，我们的芯片自给率仅仅达到3%，中国芯片市场存在巨大的供应缺口，对进口芯片需求量大。 根据IC Insights的数据显示，2021年中国IC市场规模1865亿美元，而中国大陆IC产量仅为312亿美元，自给率约为16.7%，比2011 年的12.7%高出4个百分点。根据预测，2026年的自给率将达到21.2%。虽然半导体行业自给率在持续提升，但仍不能满足我国的 芯片需求。

国产替代成为必然趋势

我国EDA产业仍处于供给率不足的状态，国外政策制裁、实体清单 限制等因素则导致进口EDA有价无市，因此企业不得不加快研发步 伐，以实现自主可控弥补市场需求，使国产替代成为必然趋势。 我国特种行业对信息安全要求较高，同时特种行业对芯片性能及可 靠性要求更高，因此总装备部采购对军用设备提出国产化率达到 70%的要求，对军工行业制定进一步国产化的目标。国内厂商需要 加强技术投入，突破高可靠性、高稳定性的军工电子元器件壁垒， 提高军用芯片国产化程度。现如今，虽然国内较早推行自主可控与 国产化要求，军工芯片等基本可以自给自足，但少数高端元器件和 材料仍未摆脱部分受限制、依赖进口的局面，国产替代任重道远。

不断丰富产品布局，多领域形成优势

国内厂商不断丰富产品布局，致力于开发EDA全流程工具，以实现产品数据兼容性、精度一致性和使用效率的提高，促进国内集成 电路产业的技术进步，推动国产替代进程。 在模拟电路设计领域，华大九天作为国内EDA领先厂商，经过多年积淀，于2011年推出模拟电路全流程EDA工具，成为继新思科技 、楷登电子和西门子EDA之后的全球第四家模拟电路设计全流程EDA产商，经过多年验证和打磨，仿真技术全球领先。概伦电子于 2022年8月发布模拟电路全流程EDA工具，成为国内第二家模拟电路设计全流程EDA产商。

产业链延伸，布局IP市场

在IP层面，新思科技、ARM、楷登电子等国外厂商占据市场主导，国内EDA厂商在IP方面布局较少，近年来持续发力。 华大九天在IP领域加速布局，已布局高速接口，（超）低功耗数模混合类的IP产品，多款IP已经成功量产。通过与中国大陆唯一的自 主嵌入式CPU IP Core公司中天微合作，加入中天微CPU IP“组织”，在高性能和超低功耗嵌入式CPU设计领域达成深度合作，帮 助华大九天IP不断验证、快速“成长”，为本土高端嵌入式CPU的开发和EDA系统解决方案的提升提供更多元化的应用支撑。

文章来源： 未来智库，日观芯设，半导体芯闻