（信息來源：信達電子方競團隊）

作為長期跟蹤研究半導體産業的賣方機構，信達電子參與承辦了2021年微電子國際研讨會IC WORLD大會。會上，北京大學微納電子研究院院長蔡一茂教授為大家帶來了《EDA技術發展與集成電路學科建設》演講。我們整理了相關講稿與照片，為各位投資者獻上EDA市場最新動态與深入分析。

會議要點

我們在學科調整的時候，現在已經開始針對技術、原有的一些學科體系、研究方向、課程内容進行一些調整，在與時俱進。我本人不是從事EDA的，但是我們北大準備要成立一個EDA技術系，我會從整個學科的發展角度來談一下EDA。

大概分為幾個方面，一個是相關的進展，另外一個是針對這個領域的研究現狀，後面是關于北大近期為什麼要設立EDA系，然後來推動EDA技術，特别是國産EDA技術的發展。

集成電路是被卡脖子的一個重要核心技術，但是正如北大的黃如院士在多個場合上都說的那樣，“集成電路被卡脖子，這個脖子是個什麼樣子？”大家可能也深有體會，它是一個産業鍊，被卡的環節很多。

我們看EDA的話，它其實發展曆史是非常曲折緩慢的。在1987年巴黎禁令的時候，一些EDA相關的CAD技術被列入了相關的禁運清單。1993年的時候，由北大王耀元院士擔任了專門的IC cat的委員會主任，組織了包括北大、清華、複旦等多個院校和研究所的科研工作者們一起來攻關，然後就自主成功研發了國産EDA工具系統。當然衆所周知，往往中國有所突破，美國或者相關的一些國家就會有所動作，那1994年就取消了對這方面的禁運。

所以在1994年到2008年，中國的EDA可能由于沒有受到足夠的支持，在國産的研發方面其實是陷入停止，雖然有一些突破，但是在形成産業方面進展非常緩慢。2009年的時候，受中國集成電路發展的大潮推動，可以說當年是一個很好的開始。2009年華大九天的國産EDA逐步成立起來，十二五十三五科技部和自然基金委已經開始逐步對項目進行一些支持。

2019年到現在，國内的高校和一些企業已經得到了蓬勃的發展，尤其是我們在EDA的頂級會議上欣喜的看到，國内除了一些高校能夠發表學術論文之外，國内的一些企業也能夠出席相關會議或者發表他們的相關研究成果了。

EDA為什麼重要其實大家很清楚。相關國家如果有禁令，或者有相關的實體清單，這個就不是損敵一千自損八百技術。EDA技術如果我們來分析的話，對于美國而言一定是代價最小、見效最快的一個打擊手段，可能有的同志不太同意這個，因為我們習慣了在有些行業裡面我們可以以不同的方式夠獲得EDA的相關支持或者EDA工具，好像并沒有考慮到萬一國外不賣的問題。但是技術是在發展，尤其是現在的集成電路的制造複雜度越來越高，它的制造技術、設計技術和eda的之間的橋梁作用是密不可分的。如果沒有先進EDA技術的介入，我們的制造即使有設備可能也做不出來，所以EDA的重要性是毋庸置疑的。

而EDA目前的發展形勢來看，我們中國現在有點像美國七八十年代，有很多的EDA公司。但是現在發展到幾十年之後放眼全球來看，EDA應該是一個壟斷性非常強的一個行業，所以以美國公司為首的幾大公司基本上壟斷了所有相關工具的應用和進一步研發。我們目前是制造這個領域受到14納米或者7納米的禁令，或者設備被列入實體清單，如果後面EDA相關的一些工具被禁運，進一步放大到其他設計公司的時候我們再來做準備的話，就為時已晚。所以我們在EDA這一方面，包括國家層面、學術、産業方面，也都非常重視它的國産替代的相關研究。

EDA本身産值隻有100億美元，全球EDA銷售額保持穩定增長，2020年72.3億美元，但是它支撐了包括IC設備、IC制造等整個垂直鍊和電子産業、數字經濟。下圖是全球EDA的銷售額，它是在保持一個綜合的增長，可能在某個環節裡面沒有大起大落的增長，但是複合增長率大概是在5%~10%之間。

右下圖我們可以看到EDA有點像存儲器行業，它基本上被前3或者前4的工具廠商，包括Cadence、Synopsys、Mentor、Simens，把持在手裡。競争格局上主要由海外幾大龍頭壟斷，國産EDA仍有很大差距。

2020年我們可以看到在亞太銷售，包括日本、韓國、中國台灣地區、中國大陸，我們的EDA的銷售額首次超過了北美。但是中國EDA市場銷售來看，由于我們的設計公司成長很快，所以它的增長是高于全球平均水平的。2020年中國地區的EDA市場大概是66億人民币，但我們國産EDA銷售額隻有9億，大概不超過20%，百分之十幾多一點。所以即使在我們自己國内市場上來講的話，國産EDA的銷售情況還是遠遠不足的。

那為什麼會造成這種情況呢？我們知道雖然現在集成電路國産替代是一個非常重要的大環境，但整體上集成電路還是一個市場主導的産業。那為什麼會産生這樣的現象？主要是國産EDA和國外仍然具有非常大的差距。我們以28納米數字電路設計為代表的全流程EDA所需要的一些工具來舉例，全流程的國産化目前來看大概是有70%，但是進入這個70%僅僅是普遍率，什麼意思呢？就是很多公司它隻是有一些點的工具，但是他們這些公司不能形成合力。就是拿出一個技術說中國有這個公司在做，這樣一算大概70%。但是實際上呢我們用過EDA工具的人都知道，我們希望是在同一個平台，至少你要嵌入一個主流的工具，能夠很流暢的切換。所以真正的在行業裡面能夠大規模的銷售的時候，這個數據是遠遠低于70%的，這個具體數據我就不方便講了，這個其實是我們的一個真正的痛點，我們在給上面報的一些數據感覺很好看，但是在下面這個實際的銷售實際不好。

在模拟電路裡面，我們現在有些廠商說能夠全覆蓋，但是我們在一些性能、設計的規模和計算效率方面還存在極大的提升的空間，沒有真正的市場競争力。然後在制造、封測領域，我們封測領域有一定的基礎，因為它先進度不需要很高，但是呢我們需要一個很好的生态來進行疊代。下圖是我們統計的現在主流的一些産品。

從國家層面，已經開始重視EDA産業，政府和民間加大投資。從國家層面的話，現在是國家已經開始重視EDA産業，包括政府和民間也在參加，也是成立了一個新的EDA組織模式，是黃龍院士在牽頭各種事情，包括一些企業和一些行業協會在做。那從發改委來看，規劃了一些中堅的工程、EDA産業創新中心，科技部也重點布局了高科技的重大方向、重點研發的計劃。地方層面看，南京和深圳都有配套的EDA創新中心，還有其他的一些政府部門已經開始做一些地産工程和相關的産業化項目。可以說2009年到2017年是大家開始重視，我們也統計了一下， 01專項大概是有2億多元投入EDA。到2021年一季投入總額要超過10億，所以對EDA的重視程度這幾年是一個井噴式的狀态。

民間投資：2020年至今中國EDA産業融資金額超22億元。關于地方的一些配套我們也梳理了一下，深圳南京和上海都針對EDA的從業人員、創業人員、研發人員發行了很多支持的政策。這一次我們也梳理了一下，EDA行業2020年至今的融資金額已經超過22億元，達到曆史的高度，即使有疫情我們也達到了22億的規模水平，所以民間資本也非常重視EDA的發展。

高校角度如何促進國産EDA行業發展？因為集成電路是一個技術疊代非常快，需要先進的技術和人才支撐的一個行業，我們高校怎麼參與這件事情呢？我以這個為契機介紹一下北大集成電路吧，我們從本科來講有兩個專業，一個是全國一流專業叫微電子科學與工程，我們這個專業更強化器件材料、制造領域的知識，也就培養集成電路的器件與制造的寬口徑人才。

另外一個是特色專業是集成技術設計與集成系統，這個專業是強化計算機電子系統領域的知識，培養集成電路設計EDA相關的人才，所以我們在本科階段就開始了一些相關的課程。關于集成電路一級學科的設立，國家是把它定義為交叉學科，目前為止并沒有定義它的二級學科的内容。北大其實很早就梳理了相關的重點方向，包括集成微納電子，集成電路設計，集成電路微納系統，集成電路制造。還有一個直接相關的就是設計自動化與計算系統，這裡為什麼會把計算系統判定是EDA呢，因為它從器件、電路、到系統是一個垂直面非常長的研究方向。北京大學是7月15号正式成立了6774澳门永利，但是我們支撐集成電路學科還包括專業性人才培養，軟件與微電子學院、天津地方和天津産業、深圳研究生院這三個為主來進行人才培養科學研究。

因為它是一個交叉學科，因此北大的一些優勢學科，包括物理化學計算機軟件工程，都有一些院系和學科加入共建相關研究方向。這裡我們對标了加州伯克利分校，加州伯克利分校大概是分為三個大類，集成電路制造、設計分為IC大方向，他把另外兩個單獨拿出來，一個是微米納米機電系MEMS，另一個是物理信息系統與設計自動化，我們這個對标的是設計自動化與設計計算系，符合國際發展的潮流。

設計自動化與計算系統的研究方向主要是面向數字電路設計和先進制造工藝流程，有所為有所不為。我們基本上是占了整個EDA的研究方向，我們特别想面向中國自主的EDA行業标準研究，以及面向前沿發展，我們希望這個有些中國标準。但這個中國标準要麼是建立國外标準，要麼是參與國外标準，但是我們一定要立足于自己有話語權的一些事情，因為EDA裡面看模型，模型裡面最重要話語權就是國際标準。

EDA的相關人才怎麼培養：整體來講的話，我覺得集成電路的人才培養非常重要的就是我們怎麼樣為産業發展服務或者支撐。我們大學能夠培養的人才，我覺得是應該是分層次和梯度的，包括工程與技術骨幹人才，還有一些骨幹創新的團隊，能夠引領企業的科技發展。還有一些是科學與技術領軍人才，可以根據不同學校的特點和它的技人才技術培養的基數來進行定位，但不管怎麼樣，我們都是從這幾個層次對我們學校的人才培養任務進行一個分解。

一是包括我們的本科生和學術工程型的碩士，這是這種人才，還有一個呢就是我們的學術與工程類博士，很多人會把學術和工程進行很大的區分，但是其實到了集成電路領域之後呢，學術與工程的這個融合度越來越大，它的界限是越來越模糊了。因為在工程裡面，集成電路在工程裡面的創新是越來越強烈了。

還有一個就是大學，尤其是北京大學和兄弟院校都是入選了國家第一批的集成電路國家創新平台，那這裡面有一個重要的任務，就是為企業在産業裡面能夠培養一些中層人才，就是說不一定拿學費，但是高校來參與到這個現有的一些存量的人才培養，或者有一些從其他行業想轉到集成電路這個領域來，因為有門檻，企業也不可能花下心思來來來幫助你培訓。那因此的話我們是希望高校借助國家的支持，能夠借助到設備培養人才，這是我們的人才培養的理念。

那回到EDA技術的本身的話呢，首先是芯片的複雜，它是這個複雜度增加很快，大家可能也看到阿裡的這個芯片是600億個晶體管，以前最早的時候可能就是幾十個管。那現在的話如果是上面這些集體管，靠自己的一些不算先進的技術，根本支撐不了我們這麼大規模的芯片。

另外一個就是需求多樣化，多産品多需求多功能。我們的芯片其實在很多領域，比如說通訊互聯網，它都是根據我們的任務或者工程來定義這個芯片。

另外一個非常重要的就是我們的工藝已經進入到了三納米二納米，或者可以往上推到14納米，它的這個物理極限帶來的各種物理效應、工藝約束會增加，其實是跟EDA非常非常相關。

那整體從學術教育産業界來看的話呢，目前的話已經開始探索高效的智能的一些方法，這個高效的智能的方法是剛才講的，如果我們的eda的芯片設計的複雜度增加的話，我們需要一些硬件來加速，不能隻是通過我們在後端驗證。所以現在我們也看到了華大九天、深圳國微也出了自己的硬件加速器來進行生産，包括一些GPU、GPU加速數據分析。那另外一個就是智能EDA，去年就有人發表說智能替代人來進行EDA可以節省多少時間，其實很早開始這個智能化的關于光刻檢測、擁塞預測、布線的數據決策已經開始大規模的采用了人工智能，尤其是神經網絡深度學習的相關的算法技術。

另外一個就是我們對制造裡面非常重要的，我們通常叫做TCAD技術，TCAD技術非常強烈的依賴于物理模型做得好不好。目前發展到現在的計算的時候，我們原來的spicemodel已經很難支撐我們在極小尺寸下的這個制造，現在已經完全要基于第一性原理計算，從原子進行仿真才能夠更好，因為我們知道溝道如果到了10納米的或者7納米的技術，他們溝道就沒多少了，它的原子個數也不一樣，要考慮量子化和其他效應。

第二個是針對新特性新器件的建模方法，我們逐步已經開始使用，從矽到鍺矽到其他的一些材料，其實我們的集成電路設計不好，或者我們芯片的性能不好，不是說本身沒有功能，那你的差異化表現在什麼呢？表現在我們一些指标率和一些造成的機制的判斷，這是我們非常重要的一些要求，北大在這方面是做了非常多的一些工作，現在已經在推廣。後面我們稍微介紹一下，整體來講的話就是先進模型解體納米新器件，開始引入了新材料、新機理的模型，面向先進器件電路設計和technology協同設計的一些建模方法，北大在這個方面的一些工作包括數字模拟和其他器件的一些流程，這裡就不展開了。

在整個器件領域，包括生産團隊，他們在做這些相關機制的仿真的時候已經應用了我們産品，cadence的幾個重要的這個産品中唯一用了我們的相關的可靠性的模型，在華為海思的相關的一些重要設計提供了一些服務。我們目前正在跟synopsys、台積電在聯合推動可靠性的一個國際标準。

我們目前電路設計的需求是多樣化，需要采用自己的算法來應對多産品多需求。第一個是采用異構計算來提升優化效率。第二個就是針對制造的話，我們要采用跨層次的技術，應對性能模型的這個複雜化、工藝的約束增加的問題。尤其是目前時序的驗證、功耗的驗證，可制造性的驗證是變得越來越多，一是規模大，第二是它的這個非理想的道路。另外一個就是我們器件的結構複雜化危險化，納米技術器件需要自下而上的一些設計，一些新器件的特性已經開始出來，尤其是我們現在把傳感這一塊拿過來之後，針對傳感、針對三維集成的時候他的影響到底怎麼樣，這是一個非常大的難點。然後包括一些新的一些需求，我們新的計算架構裡面有沒有EDA的支撐？我們現在講内腦也好，量子也好，其他的計算方式其實最缺的就是什麼？我們不缺一個器件能做出來，性能測得很好，但是1000個1萬個怎麼做電路對不對？如果你沒有eda的支撐的話，那永遠是在器件層面上，所以我們怎麼樣從eda的角度來發展這些新技術，現在還是比較薄弱的。