什么是EDA？为什么美国要限制对我国出口？

年8月，美国商务部宣布针对包括先进半导体在内的四项技术设立了新的出口管制。涉及到的这四项技术为：两种超宽带隙半导体的基材——氧化镓（Ga2O3）和钻石；专门为开发具有全场效应晶体管（GAAFET）结构的集成电路而设计的电子计算机辅助设计（ECAD）软件；以及增压燃烧（PGC）技术。该禁令于年8月15日正式生效。

其中提到的ECAD软件，属于一种EDA软件。EDA，电子设计自动化，完整来说是一个涵盖了软件、硬件和服务在内的电子设计自动化工具包。在这个包里的所有产品工具和服务内容的作用，就是在半导体器件或芯片的定义、规划、设计、实施、验证和后续制造中辅助工程师的工作。

EDA的发展历程历经了三个主要阶段，由简至繁，通过不断的优化工具，改革架构设计，丰富IP内容，扩展服务领域，不但使续命摩尔定律成为可能，并且大大提高了半导体产品的设计效率，提高了芯片产品的流片成功率，节约了大量的人力和财力。

如今已经习惯于各种EDA工具的设计人员，很难想象一旦没有这些工具，如何能设计出日趋复杂的芯片产品。这也是为什么，虽然EDA产业的百多亿的年总产值在半导体产业数千亿年产值中不值一提，但美国依旧把设计先进电路的EDA产品纳入对中国实施出口管制的清单中。这一招釜底抽薪，就是为了从源头掐断中国发展先进半导体的可能。

EDA软件是数字经济的基石

自晶体管被发明以来，依据摩尔定律，集成电路上的晶体管数量每隔18到24个月就将翻番。虽然多年来，摩尔定律曾数次被判死刑，但得益于制程能力的提升，每次摩尔定律都是有惊无险的被续命。其中EDA工具的优化帮助制程能力得到提升也非常关键。从当初一个芯片上包含数百个晶体管发展到现在数十亿上百亿个晶体管，如果还是完全依靠人工来对芯片进行设计和逻辑排序，是完全无法想象的。

摩尔定律被不断续命的关键是每一次的技术跨越

苹果新发布的A16芯片中的晶体管数量超过了亿个，而华为自研的麒麟芯片，两年前其封装的晶体管数量就轻松超过亿，吊打当年所有SOC芯片。现在不但不卖给你光刻机，禁止台积电帮你代工，更进一步捂着设计先进芯片的工具包不让你用。从制造端一路封堵到设计端。

这确实将迟滞我国先进芯片的发展。从先前EDA的定义我们不难理解，这类工具的主要使用者是生产半导体元器件的晶圆大厂。虽然EDA不像光刻机这类生产设备，不涉及芯片直接的制造，但在以下三个方面发挥着重要作用。

首先，通过计算机辅助设计软件TCAD来设计和验证半导体元器件的生产制造流程，确保半导体的性能和属性达到设计要求。

同时通过DFM来对生产制造过程进行验证，来确保设计的半导体元器件是否能被顺利下线，并且提高芯片生产的可靠性。

最后，随着生产流程越来越复杂，涉及的步骤不断增加，对产品的全生命周期管理的需求也呼之欲出。这部分称为硅生命周期管理。（SLM）

可见，如今的EDA，已经不只是设计的工具，更是确保高效生产，监控产品的全生命周期管理的利器。

EDA是破解芯片设计迷宫的钥匙

全球EDA进化史

EDA工具包的发展历经三个阶段。在专业提供EDA产品的公司出现以前，芯片的制造和设计能力都分别掌握在各个行业的大型垂直一体化OEM手里。这些大型公司都招聘了一帮软件工程师来专门为自己开发EDA工具，再用自己的EDA工具生产自己的芯片，最后将芯片用在自己的产品中。各大公司都为有着这样一个闭环业态造就的行业壁垒，感到自豪和骄傲。但技术的进步快的出乎意料，摩尔定律准确预测了芯片上晶体管的指数级增长，很快没有一家公司能再独立的坚守这个闭环业态，这时候EDA细分市场出现了。

按业内公认的说法，商业EDA的进化分为三个阶段。

第一阶段，上世纪60年代，计算机交互式图形设计在制图，机械设计和建筑设计等很多领域内被广泛应用。同时，集成电路布局的交互式设计也逐渐体会到了计算机交互式图形设计带来的好处。这一阶段主要的EDA产品是CAD和CAM，侧重于辅助设计和制造。

第二阶段，上世纪八十年代早期，EDA的发展加快了ASIC的诞生，而ASIC的诞生又对EDA产品的丰富性和多样性提出了要求。ASIC是商业型专用集成电路，以前只有大型OEM的设计师们才有机会接触到集成电路，现在ASIC的市场需求帮助更多的设计团队有机会接触到大型集成电路的设计。进一步催生了对芯片仿真，设计验证的自动化工具需求。曾经被大型设备ＯＥＭ圈养的设计团队，在这个新兴市场上找到了利润更为丰厚的工作。随着软件，专用硬件，和仿真需求的提出，EDA行业开始发展壮大，这个阶段称为CAE，也叫计算机辅助工程。

第三阶段是在上世纪八十年代后期，随着行业的发展，那些提供单一产品的公司逐渐被淘汰和整合，市场上开始发展出提供多款软件和硬件产品的一体化公司。不但能向客户提供更全面，匹配度融合度更优化的软件，高性能硬件和IP内容，更为实现下一阶段更高程度的IC设计流程自动化，甚至是AI实现傻瓜式模块化运行奠定基础。

新思科技、Cadence和Mentor（现在是SiemensEDA），这三家公司目前主导着全球EDA市场。三巨头几乎都可以提供芯片设计全流程工具，但是Synopsys的优势在于数字芯片和FPAG逻辑综合相关工具，其逻辑综合工具DesignCompiler、静态时序分析工具PrimeTime、调试工具Verdi在业界具有近乎垄断性的地位，年6月Synopsys在SNUG也推出了更为先进的工具；Cadence在模拟IC全流程工具方面具有绝对优势，而且近几年旗下的数字布局布线工具Innovus攻城略地，获得了非常好的市场份额；Mentor目前已经被德国西门子收购，虽然在全流程方面相对较弱，但是Calibresignoff和DFT方面一骑绝尘。

EDA按实用阶段分，可以分为制造类和设计类两个EDA工具大类。制造类EDA工具主要用于集成电路制造的工艺平台开发阶段和晶圆生产阶段。设计类EDA工具主要用于集成电路的设计阶段，按电路类型进一步可以划分为数字集成电路EDA和模拟集成电路EDA。

而随着技术的快速发展和应用场景的多元化，数字时代需要一个更大，更全面，更智能的工具库和技术平台，先进的EDA工具好比是马良手中的神笔，能画出数字时代的未来。

全球EDA市场主要被三巨头瓜分

上集提到，目前全球的EDA市场，主要被三家源自美国的公司瓜分，新思科技，Cadence和年被西门子收购的Mentor。这三家公司占据了全球近八成的EDA的市场份额，在EDA行业创业最成功的成绩就是最终被这三家公司收购。据不完全统计，这三家公司总计发起过超余次的商业收购。

EDA行业竞争讲究的是体系化和全面化。产品种类越齐，产品线越完整，工具越丰富，竞争力就越强。这是因为这个行业的特点决定的，客户总是喜欢用来自一家企业的工具，软件和应用，这样在设计，验证，生产，管控产品的时候能达到最佳的组合效果。好比一个好的汽修师傅更希望有一整套完整顺手的工具，而不是各种不同品牌的集合，在适配性上会消耗不必要的精力，更可能会影响到最后的成品效果。

所以这三家企业在成长的过程中采取的策略大同小异，简单来说就是深耕自己擅长的领域，推出主打产品，然后以点扩面，分别在自家拳头产品的基础上往上下游的工具链，产品线进行扩展，同时不断的并购各种EDA工具公司，好比拼图一样，拼出整个体系和产品库，完成全流程工具的开发和推广。更重要的是每年拿出巨量的资金投入研发，确保自己的产品和工具的先进性，并能赶上飞速发展的制程跨越。每一次制程的跨越既是对EDA工具的考验，也是推动了EDA工具的进步和发展。反过来，先进的EDA工具是确保制程成功的关键。根据资料，三家公司平均每年投入的研发资金额占每年营业额的三成。这是非常惊人的。

最后，既然EDA是工具，那客户的反馈是改进工具的关键。这三家公司都注重把控关键客户，特别是晶圆大厂和大型集成电路设计制造企业，通过和这些大型客户的长期合作，不但确保的工具的完整性，更是建立起了后来者难以逾越的商业护城河。最为重要的是为三家巨头将来向IC设计领域大举进军提供了可能。

晶圆开发铁三角

一代先进制程芯片的成功，背后是晶圆厂，设计公司和EDA工具提供商三方协同努力的成果。三个公司的设计人员和工程师长期在一起攻坚，晶圆厂大量的实验数据和验证结果给EDA设计人员提供了大量的原始资料和实践数据，EDA工程人员又在这基础上推出更完整的工具和验证方法，IC设计人员又凭借不断进步的EDA工具开发出先进的制程设计，排除各种可能的工艺缺陷，将工艺节点推向下一个制程。一旦这个圈子形成，新玩家很难进入，因为根据木桶理论，适应或培训新人的成本代价太大，和错过工艺节点时间造成的损失相比，引入新玩家得到的成本节约不值一提。

所以，这个市场是老玩家俱乐部，强者恒强。对于中国来说，EDA市场这个高度成熟的市场，留给我们的机会不多。但我们的半导体发展又确确实实离不开EDA工具，特别是先进的EDA工具，这也是为什么美国的出口管制会把ECAD作为重点管制对象，因为只要掐断我们拿到先进工具的途径，他们就能对我们保持，甚至扩大代差优势。

中国的EDA出路和EDA的发展趋势

虽然中国的EDA发展，一路走来并不顺利，但我们的起点并不低，这也得益于在上世纪七八十年代，巴黎统筹委员会对我国实行的禁运管制，我们无法进口EDA产品，不得不自研攻关，在年启动国产熊猫系统EDA工具的研发，并在９０年代初成功研制出熊猫ICCAD系统。

随着我国EDA技术的突破，巴黎统筹委员会发现禁运已经没有意义，反而会进一步丢失中国市场。随着禁运的解除，大量的先进EDA工具进入中国市场，缺少政策扶持和保护的国产EDA行业顿时遭受了灭顶之灾，自废武功后，导致我国集成电路产业对进口EDA工具的高度依赖。

随着数字时代的来临，半导体芯片和集成电路在国民经济和国家安全领域的重要性越来越突出。作为关键工具的EDA产品和技术的严重落后引起了国家的重点

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