EDA技术发展，是否会改变半导体市场趋势？

　　据ESD Alliance数据显示，2021年全球电子设计自动化（EDA）市场规模为132.75亿美元，同比增长 15.77%。另一组有意思的数据则来自中国半导体行业协会的预测，2025年中国EDA市场规模将达到184.9亿元， 2020-2025年年均复合增速为14.71%，这或将影响半导体产业的“下半场”发展？

　　EDA行业增长势头强劲

　　EDA连通半导体产业链上游，贯穿制造、设计、封测等环节，其所展现的强劲增长势头，为半导体和电子系统设计行业实现更大的成功做出了重要贡献。越来越多的系统公司开始自己设计芯片和电子产品，他们的创新步伐会受到哪些主要EDA趋势的影响？本期，我们采访了是德科技副总裁兼PathWave软件解决方案总经理Niels Faché先生，请他就该问题谈谈他的看法。

　　系统越来越高的复杂性，更高的性能需求与成本的取舍，以及不断被压缩的开发周期，都促使产品开发团队不得不基于产品现有使用环境去考虑设计。对于产品开发人员而言，在当前设计过程中仅仅考虑芯片或电路板的传统技术指标已经不够，必须还要基于产品的集成和现场使用环境，对设计进行调整。

　　针对以上这些问题，在有源器件（如RFIC）、子系统（如雷达）和系统（如自动驾驶系统）等构成的生态系统中，需要EDA厂商和用户进行更密切的合作，才能应对芯片设计中的集成挑战并优化其性能。在Niels Faché看来，针对环境进行设计给EDA工具提供商带来了如下挑战和机遇：

　　• 创建协作工作流程，在设计和测试阶段实施更好的工艺、数据和知识产权（IP）管理，以便众多专家能够高效地协同工作；

　　• 根据仿真类型（电路仿真、系统仿真或网络仿真）来决定是在系统级充分利用基于模型的系统工程（MBSE），还是采用分层设计和不同等级的模型来设计；

　　• 改进模型（包括基于测量的模型），从而提高仿真的准确性。早期设计过程中的准确仿真可使开发团队降低验证和确认风险，减少对迭代和成本高昂的物理原型的需求；

　　• 通过云端的高性能计算（HPC）和并行运行增加仿真数量；

　　• 在仿真环境中提供正式的验证框架，从而在要求的设计环境下确认元器件兼容性。

　　“要围绕环境进行设计就需要EDA公司之间加深合作，进一步提升EDA、计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工程（CAE）和测试工具之间的互操作性。”Niels Faché表示，“它还要求将EDA工具更好地融合到产品生命周期管理（PLM）系统中，加大对仿真和测试流程以及数据管理的投资，从而提高生产效率”。

　　芯片行业的供需平衡

　　“当前芯片处于供不应求的状态，疫情更是让这种状态雪上加霜。”

　　在前不久的一次欧洲之行中，Niels Faché通过公司芯片设计和制造领域的客户证实，芯片需求比供应高出了 30%，一部分芯片制造厂未来两年的产能都已被预订。同时，一些公司将在未来18至24个月内扩大产能，他认为这可能会有助于供需重新平衡。

　　在Niels Faché看来，半导体行业是具有周期性的，芯片制造中一直存在的需求周期会影响到下游的EDA厂商。以同样具备周期性的汽车行业为例，在汽车行业进入下行周期时，消费和医疗保健等其它应用会抢占芯片产能，而应用和行业领域的多样性有助于晶圆厂的产能得到高效利用。

　　经历了2010-2019年近十年的大萧条，2020年全球半导体市场逐渐回暖。据美国SIA公布的数据显示，2020年全球半导体市场规模为4330亿美元，同比增长5.9%。近两年来，“万物电气化”的趋势极大地增加了对新芯片组的需求。简单的8位或16位微控制器，已经无法满足许多需要更先进计算处理和连通性的应用提出的需求，初创企业迅速萌芽，不断打造出新的设计和创新产品。与此同时，新兴的无晶圆厂模式也使得行业能够满足越来越多的应用需求，让半导体制造能力得到高效利用。

　　设计人员需要让EDA产品实现新的设计功能并满足验证工作的要求。设计团队需要EDA公司提供更好的工具、IP模块和咨询服务。对于EDA厂商来说，客户市场使用芯片的力度加大是一个非常积极的动向，这些厂商的成长和成功一部分要取决于设计的启动和成功。启动的设计越多，对工程师和他们使用的EDA工具的要求也就越多。工程师需要借助智能化以更高的效率更快地完成工作。

　　设计芯片的工具

　　芯片和电子系统具有更长的使用寿命，并且能在整个生命周期正常发挥作用，对于汽车等安全关键型市场和数据中心等任务关键型市场尤为重要。如何在利用EDA工具进行设计的过程中解决产品老化、质量、可靠性等问题，一直是半导体行业持续关注的焦点。

　　对于在EDA拥有多年从业经验的Niels Faché而言，可靠性设计并不是一个新鲜的话题，在他看来，只有将可靠性完全融入整个设计、制造和测试过程，它才能发挥积极的作用。

　　在通过不同封装技术互连的更大系统中，芯片占据了越来越大的比重。如何对这些互连和封装细节进行建模是可靠性设计要攻克的难关。例如，空间应用需要考虑自身的冗余和特殊设计模式，从而提高辐射硬度，这种方法目前也被应用到医疗保健等其他任务关键型应用中。在物联网、汽车和消费产品中，对可靠性和老化（磨损）要求的重要性越来越凸显，而此前只有航空航天和国防应用有这样的要求。

　　同时，随着这些新兴应用中的错误成本增加，仿真对于设计质量的重要性也在增加。如果从事设计领域的客户寻求在业内实现仿真签核，EDA工具的影响可能会变得更加显著，这一方式需要通过独立的测试套件或测试机构来验证软件。EDA工具和IP有助于预测和避免现场故障，而使用嵌入式传感器和AI/ML软件技术进行实时数据收集和分析有望很快解决芯片产品的可靠性和老化问题。

　　从市场规模而言，EDA市场规模可能刚刚超过一百亿美元，并不是一个非常大的体量，但是它却扮演了推动 5000 亿美元半导体产业的“灵魂角色”。今天的半导体发展非常迅速，整个半导体市场的规模会越来越大，芯片成本会越来越高，芯片尺寸会越来越小。现在最大的AI设计用芯片有1.2万亿个晶体管，边长达到22厘米，未来或许同等级别的芯片可以缩小为一个指甲盖大小。从而可以肯定，未来EDA 的市场规模也将迎来新一轮的增长。