EDA 行業(yè)最近表現非常好，但這種運行將持續(xù)多久是一個有爭議的問題。由于芯片架構、終端市場和一長串新技術的快速變化，EDA是一個顛覆的行業(yè)。此外，最近的地緣政治緊張局勢使整個半導體行業(yè)所依賴的這個小部門受到更多關注。

盡管發(fā)生了這些變化，EDA 公司仍設法在這場漩渦中保持顯著的相關性。在過去兩年中，以SOX指數衡量的半導體行業(yè)一直保持相對平穩(wěn)。但與此同時，上市 EDA 公司的股價上漲了約 60%，擁有 EDA 部門的大型企業(yè)集團聲稱其 EDA 增長率高于市場。

西門子 EDA IC 產品營銷總監(jiān) Neil Hand 表示：“半導體的變革步伐始終讓我們保持年輕的行業(yè)。” “EDA 真正健康的原因之一是一直被迫適應變化。一些行業(yè)變得自滿。他們停滯不前，他們開始適應緩慢。我認為你不能對 EDA 這么說。”

然而，籠罩在整個行業(yè)中的一大問題是，EDA 是否能夠足夠快地進行調整以滿足對它提出的所有要求，或者它是否正在擴展到新公司可以取得進展的程度。這在很大程度上取決于整個芯片行業(yè)的變化數量和速度，包括工具套件中的人工智能、硬件/軟件協同設計解決方案的重要性日益增加等等。與此同時，系統公司正在經歷一些大趨勢，例如特定領域的計算、自動駕駛和對安全性的日益關注等。

“從 RTL 級別開始，大多數必要的工具都可用并且可以很好地完成工作，” Fraunhofer IIS 自適應系統工程部高效電子部門負責人 Andy Heinig 說。“系統級工具確實存在一些差距。但整個市場已經飽和，沒有人愿意花費巨額預算來開發(fā)新方法。只有真正新的概念和方法才能在未來縮小系統級工具的差距。”

但流量的方方面面都需要持續(xù)的投入。“我們的核心算法正在改進，隨著每個新技術節(jié)點的出現，我們必須在優(yōu)化設計的方式上做出一些改變，” Cadence數字與簽核集團產品管理集團總監(jiān) Vinay Patwardhan 說. “那是因為每個節(jié)點都有新的約束或新的影響。最重要的是，我們必須進行系統級的協同設計和協同優(yōu)化。以前用于獲得最佳布線后結果的相同優(yōu)化算法必須超越芯片并考慮封裝效應和系統級效應。同樣，系統仿真必須考慮芯片級效應。我們必須擴展所有 EDA 算法，不僅要更加了解局部影響，還要了解它所涉及的一切在全球范圍內的傳播。”

行業(yè)演進

在 EDA 的早期，全球主要大學和數百家初創(chuàng)公司進行了大量研究。然后它經歷了大規(guī)模的整合階段。Ansys產品營銷總監(jiān) Marc Swinnen 表示：“EDA 中始終存在這兩種供應商流，單點工具、同類最佳供應商和完整解決方案供應商. “在 90 年代，Cadence 以提供完整的流程而聞名，并會從初創(chuàng)公司購買點工具來增強他們的技術，并且這些工具不斷被新的初創(chuàng)公司更新。由于當今 EDA 領域的初創(chuàng)公司非常少，因此該模型已被擱置一旁。全流程提供商在 2000 年代初期變得非常流行，事實證明這對他們來說非常成功。它提供了一個單一的聯系點，這聽起來很有吸引力，尤其是對采購代理而言。”

經濟和技術護城河讓初創(chuàng)企業(yè)舉步維艱。“80 年代的許多初創(chuàng)公司都是routers初創(chuàng)公司，” Synopsys研究員 Rob Aitken 說。“如果你今天想寫一個routers，那真的很難。設計規(guī)則是如此復雜，而且訪問它們也如此受限，以至于你不能把幾個研究生放在一個房間里，讓他們想出一些東西。一小群有創(chuàng)造力的人可以自由創(chuàng)新的領域很小。你不能讓五個研究生聚在一起，讓他們寫一些可以與 Cadence 或 Synopsys 工具競爭的東西。他們在 EDA 領域沒有太多的發(fā)揮空間，因為其中很多已經定義好了。”

在研究繼續(xù)的同時，它也在不斷發(fā)展。卡爾斯魯厄理工學院嵌入式系統主席兼 DAC 2023 總主席 Joerg Henkel 說：“我可以將提交給 DAC 的論文數量作為參考。”“我在技術委員會工作多年，看到了一個穩(wěn)定的研究論文增多。這主要是由某些主題驅動的，例如安全性、設計安全系統或解決側信道和 IP 問題。我們還看到很多關于機器學習架構的論文。有新技術，比如非易失性存儲器技術，有很多論文。設計自動化仍然是兩個最大的渠道之一，但它更多地是關于新技術，比如機器學習技術，它們已經進入傳統的設計方法，這在某種程度上是一種復興。

不過，最近的地緣政治局勢可能會提供變革的動力。“在過去的幾年里，研發(fā)越來越少，”Cadence 定制 IC 和 PCB 部門產品管理組總監(jiān) John Park 說。“但是根據 CHIPS 法案，這是數十億美元的資金，它正在封裝和小芯片開發(fā)以及支持 OSAT 能力方面創(chuàng)建許多初創(chuàng)公司。由 DARPA 資助的項目往往在幾乎所有方面都有學術界。所有大型大學都在 3D 創(chuàng)新和 3D 異構集成方面投入更多。作為一名封裝設計師，我在歷史上從未見過這種水平的創(chuàng)新、投資和研究。雖然很多都流向了半導體方面，但我估計大約有 18% 到 20% 會流向多芯片封裝。”

類似的投資也在其他地方發(fā)生。西門子的漢德說：“CHIPS 法案和歐洲的同類法案所做的是激勵進行更多的研究，從而開辟更多的途徑。” “研究的本質是，進行的事情越多，突破性發(fā)現的可能性就越大。如果只看兩三樣東西，是很難有突破的。如果您查看 100 件事情，就會有人取得突破。這變得非常有趣，令人興奮的是你開始看到研發(fā)工作的分散化，這將增加我們開始看到更多突破的可能性。”

它會導致行業(yè)中斷嗎？Synopsys 的 Aitken 說：“也許吧，但如果任何行業(yè)在其做事方式上得到足夠的固定，它就會變得越來越難被顛覆。” “但是，當這種破壞出現時，破壞性會越來越大。從本質上講，有人可以通過重新思考一個問題并說，'我們實際上不必這樣做來擾亂這個行業(yè)。'”

普遍的共識是這在不久的將來不太可能。“研究仍然發(fā)生在算法級別或設備物理級別，”Cadence 的 Patwardhan 說。“我沒有看到有人正在做一些革命性的事情來徹底改變今天做事的方式。它比現有方法更具增量性，他們正在添加它的一部分，添加到它以使其更強大、更快。但是一種全新的革命性的做事方式？這種事我見得少了。”

一些人認為人工智能可能會實現它。“當你看 DAC 時，當 AI 論文開始時，它會涉及各種主題，”Henkel 說。“不同主題的論文中有很大一部分涉及人工智能。所以是的，研究人員學習它，如何應用它，如何使它有益。我們對物理設計論文的成熟度感到驚訝。現在看來，將機器學習應用于物理設計是一件顯而易見的事情。”

融合

該行業(yè)正在發(fā)生融合，將過去獨立的領域融合在一起。“隨著 3D 的出現，我們看到了 EDA 組織的重大變化，因為3D-IC為許多以前孤立的額外物理效應打開了大門，”Ansys 的 Swinnen 說。“你有一個芯片團隊，一個封裝團隊，一個 PCB 團隊，他們可能在不同的國家。他們從來不必互相交談。但現在有了 3D-IC，所有這些都必須被揉在一起。沒有一家公司擁有制作 3D-IC 所需的全部技術。”

這得到了業(yè)內其他人的呼應。“隨著你進入 3D 和多芯片空間，你最終不得不考慮越來越多的效果，”Aitken 說。“你進入越來越多的領域，你會到達這樣一個地步，無論你身在何處，無論你公司的工具套件有多廣泛，總有一些東西正好在它的邊界上，所以你仍然會擁有和別人一起工作。”

這就是系統和芯片設計的融合。“這意味著設計流程和設計方法比過去更先進、更復雜、更復雜，”Park 說。“封裝設計師以前不必擔心 DRC 和 LVS 的正式簽核，現在他們不得不擔心。那就是系統世界進入die設計世界。芯片設計師，單片 ASIC 的設計師，從來不知道什么是信號完整性。現在，他們必須在多小芯片系統中驗證它們是否符合通信標準，而這需要信號完整性工具。這些類型的例子有很多，但它意味著來自系統世界和 ASIC 設計世界的專業(yè)知識和工具的融合。工具的數量在增長，專業(yè)知識在增長，人們試圖去弄清楚這些設計流程。

3D-IC 并不是唯一的融合點。“越來越多的事情被考慮用于優(yōu)化，”漢德說。“為了管理它，你開始處理抽象層。當你有抽象層時，它允許做出本地化的決策，并得到通知。您可以進行具有豐富數據集的系統級設計，做出明智的決策，還可以進行極其詳細的物理級設計。它們仍然是獨立的活動，盡管它們是相互聯系和相互關聯的。由于幾個原因，您將看到的不是向單一整體實體的轉變。一個是它不起作用。沒有一個人可以做所有事情。歷史在很多方面都表明了這一點。你確實需要連接流。”

尚未決定找出使該工作必須流動的信息。“一直以來都有基于計算的解決方案或基于場景的解決方案，但借助人工智能技術，我們有機會構建模型，”Patwardhan 說。“為了有效地使用模型，我們有機會多次參考模型并同時考慮大量參數，這在以前是不可能的，使用物理和邏輯參數。考慮到數據量、變量數量和問題的復雜性，人工智能在這個領域有一個難以置信的機會。有朝這個方向進行的工作，在未來一年左右的時間里，將在公共和私人論壇上討論很多想法。”

某些類型的融合的影響尚未完全了解。“我們知道我們必須關心熱量，我們知道我們必須在某種程度上關心機械，”Aitken 說。“我們有多少關心機械？使用不同的材料會發(fā)生什么變化？我們正在進入一個合作時代，因為人們必須把芯片拿出來，他們必須將傳統 EDA 供應商的工具與歷史上沒有做過 EDA 的人的工具結合起來。”

但這帶來了一些挑戰(zhàn)。“數據隱私仍然是每個人最關心的問題，”Patwardhan 說。“這意味著我們客戶的想法，以及我們的想法。但如今有更多值得信賴的合作方式，無論是在技術方面還是個人信任方面。他們與其中一些客戶建立了更長期的關系。信任正在建立。我們擁有更安全的系統，因此可以訪問數據和數據隱私，但我們已經找到了與合作伙伴合作的有效方法和解決方案。”

為了使這項工作有效，抽象是連接的自然方式。“沒有一種工具可以做所有事情，沒有一家公司可以做所有事情，”漢德說。“你看到的是，隨著越來越多的復雜性進入流程，我們必須找到處理這種復雜性的方法，允許抽象這種復雜性的方法，以便人們使用它。同時，我們必須允許以本地化方式管理這種復雜性。當您查看系統級設計時，您需要考慮物理域、流體動力學、空氣動力學和電子學。你永遠不會模擬整個事情。您正在模擬這些對象的抽象。你在抽象層次上進行設計，然后向下推和分解以達到實現本身。”

這對 EDA 行業(yè)的公司及其客戶和合作伙伴都有影響。“不久前，我們最大的客戶擁有 CAD 設計團隊，他們負責利用各種 EDA 工具供應商創(chuàng)建簡化的流程，”Park 說。“他們制作了一個流程并將一流的工具結合在一起以創(chuàng)建優(yōu)化的流程。我們要回到那個。我們將回到聘請設計方法專家來弄清楚如何構建這些流程的公司，因為這是在這些復雜時期的競爭優(yōu)勢。如果您擁有比競爭對手更優(yōu)化的設計流程，您將擁有更短的周轉時間。您可能會更快地進入市場，可能會推出更好的產品。由于復雜性，設計流程的價值可能比歷史上任何時候都多。”

但并非所有公司都如此。“我們還看到許多公司尋求的不是一流的工具，而是最集成的工具，”Park 補充道。“對某些人來說，這是另一種范式轉變。他們不是出去從五個不同的供應商那里尋找一流的單點工具，然后弄清楚如何將它們結合在一起，而是轉向更多的單一供應商流程，其中五個工具中的三個是最佳的-類，但其中兩個不是。但它們與流程緊密結合，因此采用特定方法具有優(yōu)勢。”

有很多事情在改變。“我們知道這個模型在某種程度上已經崩潰了，”艾特肯說。“我們不知道的是，它被分解了多少，以及未來或不久的將來的界限在哪里。有機會對設計的功能進行某種程度的抽象。我們需要在未來為 GDS 的矩形構想出一組額外的抽象。每個人都知道有封裝，而且封裝有功率傳輸問題和散熱問題等等。但這并不重要，因為裸片的抽象級別已經足夠好了。這不再是真的了。”

“作為一個行業(yè)，我們目前的選擇太多了，”漢德在討論 EDA 的投資領域時說。“我們將被迫推動我們首字母縮略詞的第三個字母，即自動化。我們必須努力縮小我們的客戶在未來幾年將看到的一些資源缺口。”

結論

EDA 行業(yè)健康發(fā)展。行業(yè)內及其客戶行業(yè)內的宏觀趨勢意味著增長可能會持續(xù)很長一段時間。但這種增長的數量和速度正在行業(yè)內造成一些不穩(wěn)定，這可能會導致他們以與過去不同的方式做出反應。

審核編輯 ：李倩