（信息来源：信达电子方竞团队）

作为长期跟踪研究半导体产业的卖方机构，信达电子参与承办了2021年微电子国际研讨会IC WORLD大会。会上，北京大学微纳电子研究院院长蔡一茂教授为大家带来了《EDA技术发展与集成电路学科建设》演讲。我们整理了相关讲稿与照片，为各位投资者献上EDA市场最新动态与深入分析。

会议要点

我们在学科调整的时候，现在已经开始针对技术、原有的一些学科体系、研究方向、课程内容进行一些调整，在与时俱进。我本人不是从事EDA的，但是我们北大准备要成立一个EDA技术系，我会从整个学科的发展角度来谈一下EDA。

大概分为几个方面，一个是相关的进展，另外一个是针对这个领域的研究现状，后面是关于北大近期为什么要设立EDA系，然后来推动EDA技术，特别是国产EDA技术的发展。

集成电路是被卡脖子的一个重要核心技术，但是正如北大的黄如院士在多个场合上都说的那样，“集成电路被卡脖子，这个脖子是个什么样子？”大家可能也深有体会，它是一个产业链，被卡的环节很多。

我们看EDA的话，它其实发展历史是非常曲折缓慢的。在1987年巴黎禁令的时候，一些EDA相关的CAD技术被列入了相关的禁运清单。1993年的时候，由北大王耀元院士担任了专门的IC cat的委员会主任，组织了包括北大、清华、复旦等多个院校和研究所的科研工作者们一起来攻关，然后就自主成功研发了国产EDA工具系统。当然众所周知，往往中国有所突破，美国或者相关的一些国家就会有所动作，那1994年就取消了对这方面的禁运。

所以在1994年到2008年，中国的EDA可能由于没有受到足够的支持，在国产的研发方面其实是陷入停止，虽然有一些突破，但是在形成产业方面进展非常缓慢。2009年的时候，受中国集成电路发展的大潮推动，可以说当年是一个很好的开始。2009年华大九天的国产EDA逐步成立起来，十二五十三五科技部和自然基金委已经开始逐步对项目进行一些支持。

2019年到现在，国内的高校和一些企业已经得到了蓬勃的发展，尤其是我们在EDA的顶级会议上欣喜的看到，国内除了一些高校能够发表学术论文之外，国内的一些企业也能够出席相关会议或者发表他们的相关研究成果了。

EDA为什么重要其实大家很清楚。相关国家如果有禁令，或者有相关的实体清单，这个就不是损敌一千自损八百技术。EDA技术如果我们来分析的话，对于美国而言一定是代价最小、见效最快的一个打击手段，可能有的同志不太同意这个，因为我们习惯了在有些行业里面我们可以以不同的方式够获得EDA的相关支持或者EDA工具，好像并没有考虑到万一国外不卖的问题。但是技术是在发展，尤其是现在的集成电路的制造复杂度越来越高，它的制造技术、设计技术和eda的之间的桥梁作用是密不可分的。如果没有先进EDA技术的介入，我们的制造即使有设备可能也做不出来，所以EDA的重要性是毋庸置疑的。

而EDA目前的发展形势来看，我们中国现在有点像美国七八十年代，有很多的EDA公司。但是现在发展到几十年之后放眼全球来看，EDA应该是一个垄断性非常强的一个行业，所以以美国公司为首的几大公司基本上垄断了所有相关工具的应用和进一步研发。我们目前是制造这个领域受到14纳米或者7纳米的禁令，或者设备被列入实体清单，如果后面EDA相关的一些工具被禁运，进一步放大到其他设计公司的时候我们再来做准备的话，就为时已晚。所以我们在EDA这一方面，包括国家层面、学术、产业方面，也都非常重视它的国产替代的相关研究。

EDA本身产值只有100亿美元，全球EDA销售额保持稳定增长，2020年72.3亿美元，但是它支撑了包括IC设备、IC制造等整个垂直链和电子产业、数字经济。下图是全球EDA的销售额，它是在保持一个综合的增长，可能在某个环节里面没有大起大落的增长，但是复合增长率大概是在5%~10%之间。

右下图我们可以看到EDA有点像存储器行业，它基本上被前3或者前4的工具厂商，包括Cadence、Synopsys、Mentor、Simens，把持在手里。竞争格局上主要由海外几大龙头垄断，国产EDA仍有很大差距。

2020年我们可以看到在亚太销售，包括日本、韩国、中国台湾地区、中国大陆，我们的EDA的销售额首次超过了北美。但是中国EDA市场销售来看，由于我们的设计公司成长很快，所以它的增长是高于全球平均水平的。2020年中国地区的EDA市场大概是66亿人民币，但我们国产EDA销售额只有9亿，大概不超过20%，百分之十几多一点。所以即使在我们自己国内市场上来讲的话，国产EDA的销售情况还是远远不足的。

那为什么会造成这种情况呢？我们知道虽然现在集成电路国产替代是一个非常重要的大环境，但整体上集成电路还是一个市场主导的产业。那为什么会产生这样的现象？主要是国产EDA和国外仍然具有非常大的差距。我们以28纳米数字电路设计为代表的全流程EDA所需要的一些工具来举例，全流程的国产化目前来看大概是有70%，但是进入这个70%仅仅是普遍率，什么意思呢？就是很多公司它只是有一些点的工具，但是他们这些公司不能形成合力。就是拿出一个技术说中国有这个公司在做，这样一算大概70%。但是实际上呢我们用过EDA工具的人都知道，我们希望是在同一个平台，至少你要嵌入一个主流的工具，能够很流畅的切换。所以真正的在行业里面能够大规模的销售的时候，这个数据是远远低于70%的，这个具体数据我就不方便讲了，这个其实是我们的一个真正的痛点，我们在给上面报的一些数据感觉很好看，但是在下面这个实际的销售实际不好。

在模拟电路里面，我们现在有些厂商说能够全覆盖，但是我们在一些性能、设计的规模和计算效率方面还存在极大的提升的空间，没有真正的市场竞争力。然后在制造、封测领域，我们封测领域有一定的基础，因为它先进度不需要很高，但是呢我们需要一个很好的生态来进行迭代。下图是我们统计的现在主流的一些产品。

从国家层面，已经开始重视EDA产业，政府和民间加大投资。从国家层面的话，现在是国家已经开始重视EDA产业，包括政府和民间也在参加，也是成立了一个新的EDA组织模式，是黄龙院士在牵头各种事情，包括一些企业和一些行业协会在做。那从发改委来看，规划了一些中坚的工程、EDA产业创新中心，科技部也重点布局了高科技的重大方向、重点研发的计划。地方层面看，南京和深圳都有配套的EDA创新中心，还有其他的一些政府部门已经开始做一些地产工程和相关的产业化项目。可以说2009年到2017年是大家开始重视，我们也统计了一下， 01专项大概是有2亿多元投入EDA。到2021年一季投入总额要超过10亿，所以对EDA的重视程度这几年是一个井喷式的状态。

民间投资：2020年至今中国EDA产业融资金额超22亿元。关于地方的一些配套我们也梳理了一下，深圳南京和上海都针对EDA的从业人员、创业人员、研发人员发行了很多支持的政策。这一次我们也梳理了一下，EDA行业2020年至今的融资金额已经超过22亿元，达到历史的高度，即使有疫情我们也达到了22亿的规模水平，所以民间资本也非常重视EDA的发展。

高校角度如何促进国产EDA行业发展？因为集成电路是一个技术迭代非常快，需要先进的技术和人才支撑的一个行业，我们高校怎么参与这件事情呢？我以这个为契机介绍一下北大集成电路吧，我们从本科来讲有两个专业，一个是全国一流专业叫微电子科学与工程，我们这个专业更强化器件材料、制造领域的知识，也就培养集成电路的器件与制造的宽口径人才。

另外一个是特色专业是集成技术设计与集成系统，这个专业是强化计算机电子系统领域的知识，培养集成电路设计EDA相关的人才，所以我们在本科阶段就开始了一些相关的课程。关于集成电路一级学科的设立，国家是把它定义为交叉学科，目前为止并没有定义它的二级学科的内容。北大其实很早就梳理了相关的重点方向，包括集成微纳电子，集成电路设计，集成电路微纳系统，集成电路制造。还有一个直接相关的就是设计自动化与计算系统，这里为什么会把计算系统判定是EDA呢，因为它从器件、电路、到系统是一个垂直面非常长的研究方向。北京大学是7月15号正式成立了集成电路学院，但是我们支撑集成电路学科还包括专业性人才培养，软件与微电子学院、天津地方和天津产业、深圳研究生院这三个为主来进行人才培养科学研究。

因为它是一个交叉学科，因此北大的一些优势学科，包括物理化学计算机软件工程，都有一些院系和学科加入共建相关研究方向。这里我们对标了加州伯克利分校，加州伯克利分校大概是分为三个大类，集成电路制造、设计分为IC大方向，他把另外两个单独拿出来，一个是微米纳米机电系MEMS，另一个是物理信息系统与设计自动化，我们这个对标的是设计自动化与设计计算系，符合国际发展的潮流。

设计自动化与计算系统的研究方向主要是面向数字电路设计和先进制造工艺流程，有所为有所不为。我们基本上是占了整个EDA的研究方向，我们特别想面向中国自主的EDA行业标准研究，以及面向前沿发展，我们希望这个有些中国标准。但这个中国标准要么是建立国外标准，要么是参与国外标准，但是我们一定要立足于自己有话语权的一些事情，因为EDA里面看模型，模型里面最重要话语权就是国际标准。

EDA的相关人才怎么培养：整体来讲的话，我觉得集成电路的人才培养非常重要的就是我们怎么样为产业发展服务或者支撑。我们大学能够培养的人才，我觉得是应该是分层次和梯度的，包括工程与技术骨干人才，还有一些骨干创新的团队，能够引领企业的科技发展。还有一些是科学与技术领军人才，可以根据不同学校的特点和它的技人才技术培养的基数来进行定位，但不管怎么样，我们都是从这几个层次对我们学校的人才培养任务进行一个分解。

一是包括我们的本科生和学术工程型的硕士，这是这种人才，还有一个呢就是我们的学术与工程类博士，很多人会把学术和工程进行很大的区分，但是其实到了集成电路领域之后呢，学术与工程的这个融合度越来越大，它的界限是越来越模糊了。因为在工程里面，集成电路在工程里面的创新是越来越强烈了。

还有一个就是大学，尤其是北京大学和兄弟院校都是入选了国家第一批的集成电路国家创新平台，那这里面有一个重要的任务，就是为企业在产业里面能够培养一些中层人才，就是说不一定拿学费，但是高校来参与到这个现有的一些存量的人才培养，或者有一些从其他行业想转到集成电路这个领域来，因为有门槛，企业也不可能花下心思来来来帮助你培训。那因此的话我们是希望高校借助国家的支持，能够借助到设备培养人才，这是我们的人才培养的理念。

那回到EDA技术的本身的话呢，首先是芯片的复杂，它是这个复杂度增加很快，大家可能也看到阿里的这个芯片是600亿个晶体管，以前最早的时候可能就是几十个管。那现在的话如果是上面这些集体管，靠自己的一些不算先进的技术，根本支撑不了我们这么大规模的芯片。

另外一个就是需求多样化，多产品多需求多功能。我们的芯片其实在很多领域，比如说通讯互联网，它都是根据我们的任务或者工程来定义这个芯片。

另外一个非常重要的就是我们的工艺已经进入到了三纳米二纳米，或者可以往上推到14纳米，它的这个物理极限带来的各种物理效应、工艺约束会增加，其实是跟EDA非常非常相关。

那整体从学术教育产业界来看的话呢，目前的话已经开始探索高效的智能的一些方法，这个高效的智能的方法是刚才讲的，如果我们的eda的芯片设计的复杂度增加的话，我们需要一些硬件来加速，不能只是通过我们在后端验证。所以现在我们也看到了华大九天、深圳国微也出了自己的硬件加速器来进行生产，包括一些GPU、GPU加速数据分析。那另外一个就是智能EDA，去年就有人发表说智能替代人来进行EDA可以节省多少时间，其实很早开始这个智能化的关于光刻检测、拥塞预测、布线的数据决策已经开始大规模的采用了人工智能，尤其是神经网络深度学习的相关的算法技术。

另外一个就是我们对制造里面非常重要的，我们通常叫做TCAD技术，TCAD技术非常强烈的依赖于物理模型做得好不好。目前发展到现在的计算的时候，我们原来的spicemodel已经很难支撑我们在极小尺寸下的这个制造，现在已经完全要基于第一性原理计算，从原子进行仿真才能够更好，因为我们知道沟道如果到了10纳米的或者7纳米的技术，他们沟道就没多少了，它的原子个数也不一样，要考虑量子化和其他效应。

第二个是针对新特性新器件的建模方法，我们逐步已经开始使用，从硅到锗硅到其他的一些材料，其实我们的集成电路设计不好，或者我们芯片的性能不好，不是说本身没有功能，那你的差异化表现在什么呢？表现在我们一些指标率和一些造成的机制的判断，这是我们非常重要的一些要求，北大在这方面是做了非常多的一些工作，现在已经在推广。后面我们稍微介绍一下，整体来讲的话就是先进模型解体纳米新器件，开始引入了新材料、新机理的模型，面向先进器件电路设计和technology协同设计的一些建模方法，北大在这个方面的一些工作包括数字模拟和其他器件的一些流程，这里就不展开了。

在整个器件领域，包括生产团队，他们在做这些相关机制的仿真的时候已经应用了我们产品，cadence的几个重要的这个产品中唯一用了我们的相关的可靠性的模型，在华为海思的相关的一些重要设计提供了一些服务。我们目前正在跟synopsys、台积电在联合推动可靠性的一个国际标准。

我们目前电路设计的需求是多样化，需要采用自己的算法来应对多产品多需求。第一个是采用异构计算来提升优化效率。第二个就是针对制造的话，我们要采用跨层次的技术，应对性能模型的这个复杂化、工艺的约束增加的问题。尤其是目前时序的验证、功耗的验证，可制造性的验证是变得越来越多，一是规模大，第二是它的这个非理想的道路。另外一个就是我们器件的结构复杂化危险化，纳米技术器件需要自下而上的一些设计，一些新器件的特性已经开始出来，尤其是我们现在把传感这一块拿过来之后，针对传感、针对三维集成的时候他的影响到底怎么样，这是一个非常大的难点。然后包括一些新的一些需求，我们新的计算架构里面有没有EDA的支撑？我们现在讲内脑也好，量子也好，其他的计算方式其实最缺的就是什么？我们不缺一个器件能做出来，性能测得很好，但是1000个1万个怎么做电路对不对？如果你没有eda的支撑的话，那永远是在器件层面上，所以我们怎么样从eda的角度来发展这些新技术，现在还是比较薄弱的。