華大九天：應(yīng)用牽引，創(chuàng)新?lián)肀А獦?gòu)建自主EDA行業(yè)支撐平臺(tái)

華大九天副總經(jīng)理郭繼旺

12月22日，在無(wú)錫舉辦的“中國(guó)集成電路設(shè)計(jì)業(yè)2021年會(huì)暨無(wú)錫集成電路產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展高峰論壇（ICCAD 2021）”上，華大九天副總經(jīng)理郭繼旺帶來(lái)主題為《應(yīng)用牽引，創(chuàng)新?lián)肀А獦?gòu)建自主EDA行業(yè)支撐平臺(tái)》的精彩分享，以下為演講全文：
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我的報(bào)告分為三個(gè)部分，第一是簡(jiǎn)單介紹一下EDA行業(yè)，第二重點(diǎn)闡述一下華大九天經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，在各個(gè)不同領(lǐng)域、行業(yè)的支撐解決方案，第三部分簡(jiǎn)單匯報(bào)一下華大九天的具體情況。
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一、EDA行業(yè)
集成電路整個(gè)鏈路是設(shè)計(jì)、制造、封測(cè)，目前支撐它的材料EDA，包括裝備，也逐漸被大家重視和認(rèn)可，裝備比較多，比如刻石機(jī)、離子注入機(jī)、光刻機(jī)，光刻機(jī)是老百姓都了解的概念，材料有惰性基體、材料、靶向材料。EDA，去年是42.3億美金左右，通過(guò)70多億美元的市場(chǎng)規(guī)模，支撐了4500多億美金的集成電路全產(chǎn)業(yè)鏈，這上面是電子信息產(chǎn)業(yè)，15萬(wàn)億美元產(chǎn)值。

EDA的發(fā)展基本經(jīng)歷四個(gè)過(guò)程，

1、一開始代替手工CAD階段，原來(lái)是手工畫板圖，看能不能用計(jì)算機(jī)輔助人工做這些事。

2、1980年到90年代，主要形成了仿真技術(shù)和自動(dòng)布局布線技術(shù)。

3、90年代和2000年，原來(lái)是畫具體器件，那么是不是通過(guò)一種語(yǔ)言區(qū)別編譯、去描述，一下形成很多器件，包括整體的綜合優(yōu)化。

4、2000年以后進(jìn)入現(xiàn)代EDA階段，不同的新材料、新工藝、新設(shè)計(jì)方法學(xué)加載到了EDA本身，包括IP大量配合EDA導(dǎo)入。
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國(guó)內(nèi)EDA發(fā)展歷程，從一開始起步階段，和其他國(guó)家一樣，從1988年、1989年左右，我們從1988年開始政府主導(dǎo)成立“熊貓攻關(guān)”計(jì)劃，1992年做出來(lái)了，1993年獲得國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)，1994年巴統(tǒng)協(xié)議解禁了封鎖，之后的15年是我們整個(gè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的低潮期。2008年核高基專項(xiàng)第一個(gè)課題支撐了EDA，到了2019年以后，中美貿(mào)易戰(zhàn)、科技戰(zhàn)的背景下，包括集成電路，包括EDA產(chǎn)業(yè)迎來(lái)了快速產(chǎn)業(yè)，目前統(tǒng)計(jì)國(guó)產(chǎn)EDA公司數(shù)量加上BGA公司大概在70多家左右。
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產(chǎn)業(yè)格局比較清晰，美方公司加起來(lái)是90%，前十大主要是ANSYS、cadence、SIEMENS。接下來(lái)的團(tuán)隊(duì)主要做點(diǎn)工具為主，像我說(shuō)的，全球競(jìng)爭(zhēng)化的市場(chǎng)，點(diǎn)工具也要做到全球第一，才可以。
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這是一些協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)的，幾大電子信息板塊，集成電路產(chǎn)業(yè)鏈鏈條中，哪些是我們的弱點(diǎn)，哪些是其他國(guó)家比較強(qiáng)的，做了比較清晰的分析，可以看出來(lái)EDA是卡脖子中的卡脖子，這個(gè)話題說(shuō)的很多了，它是現(xiàn)代工業(yè)皇冠上的明珠，它又比較細(xì)，大工具50多個(gè)，又細(xì)又長(zhǎng)，就容易被人卡。右邊的圖，國(guó)產(chǎn)EDA2020年的統(tǒng)計(jì)是只占1.9%，這個(gè)數(shù)據(jù)不太好看，但是這個(gè)差距代表著這個(gè)行業(yè)發(fā)展空間蠻大的。
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產(chǎn)業(yè)發(fā)展特點(diǎn)：它是基礎(chǔ)性的工業(yè)軟件，所以會(huì)形成多年的積累和行業(yè)壁壘。另外它是投資周期長(zhǎng)、見效慢的基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，有些專家對(duì)整個(gè)科技支撐體系資金使用情況做了分析，5%用在基礎(chǔ)研究，20%用在工程化，75%用于試錯(cuò)，所以很多在解決基礎(chǔ)性、前瞻性產(chǎn)業(yè)原理的時(shí)候，很多資金到不了，或者資金使用情況跟其它的歐美發(fā)達(dá)國(guó)家是倒著來(lái)的。因?yàn)樗枪I(yè)軟件，最起碼得做個(gè)三五年，在客戶那兒摩擦三五年，才基本上從一個(gè)技術(shù)變?yōu)楫a(chǎn)品，最后變?yōu)樯唐?，所以它需要產(chǎn)業(yè)鏈上下支持。另外是并購(gòu)整合，一個(gè)公司不可能做那么多的工具，也要吸納其它的優(yōu)秀團(tuán)隊(duì)和技術(shù)加入本土里。
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二、華大九天發(fā)展歷程
華多華大九天經(jīng)過(guò)多年的積累，形成了不同的解決方案。

EDA的發(fā)展主要從兩個(gè)角度，一個(gè)外因，一個(gè)內(nèi)因，外因是行業(yè)應(yīng)用牽引，今年評(píng)出來(lái)的十個(gè)趨勢(shì)，前兩個(gè)是EDA發(fā)展來(lái)源于行業(yè)多樣性需求，行業(yè)應(yīng)用端有不同的多樣化需求，一定都傳遞到芯片設(shè)計(jì)公司，形成不同的設(shè)計(jì)方法學(xué)，最后固化到EDA軟件里就是行業(yè)發(fā)展的原動(dòng)力。也有一個(gè)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)，EDA的收入50%以上來(lái)自系統(tǒng)公司。中國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，這已經(jīng)非常明顯了，我們?cè)谡麄€(gè)電子信息產(chǎn)業(yè)的牽引力會(huì)逐漸對(duì)上游廠家提供不同的支持和試錯(cuò)環(huán)境。產(chǎn)業(yè)的配合比較重要，原來(lái)有些汽車芯片廠家跟我們抱怨，他們跟整車廠溝通的時(shí)候發(fā)現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題，整車廠采購(gòu)人員，沒有一顆國(guó)產(chǎn)芯片評(píng)估它的可靠性。另外資本加持導(dǎo)致整個(gè)產(chǎn)業(yè)非常熱，這是好事，會(huì)聚集道不同的資本和人才加入，這是一個(gè)過(guò)程，隨著產(chǎn)業(yè)逐漸理性化，可能會(huì)把優(yōu)質(zhì)資源集中到頭部企業(yè)，這是趨勢(shì)，也是理性的發(fā)展方向，所以我們EDA公司應(yīng)該是需要長(zhǎng)期堅(jiān)守。
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另外一個(gè)發(fā)展動(dòng)力是內(nèi)生，這是它的技術(shù)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，工藝越來(lái)越復(fù)雜，集成度越來(lái)越高，但是它的生命周期會(huì)變短。比如設(shè)計(jì)成本變高，5nm芯片從原理設(shè)計(jì)、芯片設(shè)計(jì)、流片，大概需要2億美金，這個(gè)圖非常大，但是產(chǎn)品上市的生命周期反而變短了，比如說(shuō)手機(jī)，每年都在換，當(dāng)然消費(fèi)者走的也比較快一些。另外，新工藝、新材料、新的設(shè)計(jì)方法學(xué)，新工藝到了3nm的時(shí)候，是不是到GaN或者量子。還有云端、SaaS模式的許可、機(jī)器學(xué)習(xí)、安全性，原來(lái)芯片安全主要是考量軟件和固件，現(xiàn)在很多的機(jī)構(gòu)，很多領(lǐng)域已經(jīng)呼喚我們?cè)谠O(shè)計(jì)的時(shí)候考量安全性，比如說(shuō)設(shè)計(jì)完是不是能夠經(jīng)受側(cè)性道攻擊，是不是考慮到失效模塊、后門、木馬介入，這也是接下來(lái)的一個(gè)大的話題。
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我列了四個(gè)行業(yè)的解決方案，這四個(gè)行業(yè)比較有代表性，主要是新型顯示、汽車電子、存儲(chǔ)芯片、化合物芯片。
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全球面板主要是LCD、LED，現(xiàn)在駭目MLED，LCD我國(guó)的市場(chǎng)占有率比較低，OLED僅次于韓國(guó)，miniLED和Micro LED韓國(guó)基本上在一個(gè)起跑線上。MLED是用特殊的硅基跡材料，把芯片貼在屏后面，顯示效果大大提升，主要用在裸眼3D、AR、VR，又與現(xiàn)在炒的比較熱的元宇宙連接起來(lái)，它是通道，是交界面。
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華大九天擁有全球唯一的面板開發(fā)平臺(tái)，多項(xiàng)技術(shù)世界領(lǐng)先，全球面板主要集中在中國(guó)，中國(guó)面板廠家90%用的是華大九天全流程系統(tǒng)，這有從側(cè)面反映整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈下游對(duì)上游的牽引和帶動(dòng)作用非常明顯。
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我們有一些典型工具，比如一開始的基礎(chǔ)建模工具，支持廠商建立適應(yīng)生產(chǎn)設(shè)計(jì)需求的基礎(chǔ)器件單元；還有不同類型的專用仿真軟件，它是基本器件的仿真，最大限度平衡仿真過(guò)程中面臨的“精度-效率”折中需求。我們提出快速仿真，用矩陣分析的方法，滿足仿真的精確度，也不損失仿真的時(shí)間，原來(lái)的仿真雖然精度很高，但是時(shí)間很長(zhǎng)，不能滿足企業(yè)的需求；現(xiàn)在的屏有多種多樣，有屏面屏、折疊屏，需要等電阻的布線，我們率先引用AI加布局布線在面板領(lǐng)域的應(yīng)用。華大九天擁有國(guó)內(nèi)唯一的博士后工作站，當(dāng)時(shí)選的科研課題就是AI，這樣的先進(jìn)技術(shù)加EDA，我們招的第一個(gè)博士后就是用在AI加自動(dòng)版圖布局布線。
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汽車電子話題談的比較多，每一次EDA峰會(huì)，各種研討會(huì)，都會(huì)單獨(dú)講，我們又是生產(chǎn)大國(guó)，又是消費(fèi)大國(guó)，但是芯片這方面確實(shí)不夠理想。我們建立了汽車芯片數(shù)字基本單位庫(kù)，利用Liberal+Qualib完成各個(gè)單元庫(kù)之間的較驗(yàn)、對(duì)比，為車規(guī)芯片工程師提供整套庫(kù)優(yōu)化功能。XTop+XTime是業(yè)界性能最強(qiáng)的能針對(duì)“多模多角+多電壓域”時(shí)序路徑進(jìn)行高效分析和修復(fù)的工具組合，可同時(shí)支持100+PVT corner&5PD設(shè)計(jì)環(huán)境。SKipper是業(yè)界唯一具備>1TB版圖數(shù)據(jù)快速打開和處理能力的工具。典型工具功能特點(diǎn)，汽車電子中的各類芯片開發(fā)流程，同其他芯片的開發(fā)大致相同，在工藝模型溫度范圍、可靠性分析、功能安全性驗(yàn)證等方面有特殊要求。模擬安全性有很多不確定性，我們Polas通過(guò)分布式的分析優(yōu)化，完美地解決這方面的問(wèn)題，保證了車規(guī)的可靠性需求。
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存儲(chǔ)市場(chǎng)，在集成電路產(chǎn)業(yè)里是占比最大的一塊，也像EDA一樣，也就是三大家，占比非常大。
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存儲(chǔ)芯片現(xiàn)在有DTCO的概念非?；馃?，就是設(shè)計(jì)工藝協(xié)同優(yōu)化，存儲(chǔ)器一開始的基礎(chǔ)建模一樣，接下來(lái)分兩列，一列是核心存儲(chǔ)陣列，最大功能是快速仿真，外圍工業(yè)電路和模擬電路差不多，最后是版圖拼接。典型的工藝特點(diǎn)，SMCB是駐廠為客戶提供服務(wù)，最后生成了版圖編譯IP，這是EDA+服務(wù)+IP的組合。
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化合物半導(dǎo)體市場(chǎng)情況，主要在LED照明方面，它有些特點(diǎn)，由于材料不一些，器件、工藝也不一樣，它的器件比較復(fù)雜，器件模型不連續(xù)，有些個(gè)性化的設(shè)計(jì)。它的器件復(fù)雜，在仿真的時(shí)候就存在仿真不收斂，仿真結(jié)果數(shù)值不在預(yù)測(cè)區(qū)間里，也就是仿真失敗，這就需要我們有一些調(diào)整優(yōu)化的手段，比如說(shuō)ALPS系列，可以斷點(diǎn)保存和動(dòng)態(tài)收斂技術(shù)，最后完成仿真。隨著我們的工藝越來(lái)越復(fù)雜，仿真模型越來(lái)越多，我們率先提出了異構(gòu)計(jì)算GPU仿真，使仿真提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)。
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隨著產(chǎn)品逐漸豐富和對(duì)行業(yè)的對(duì)接越來(lái)越強(qiáng)，除了以上這些，還有一些消費(fèi)電子、電源芯片。
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三、華大九天介紹
最后簡(jiǎn)單介紹一下華大九天，我們是模擬電路設(shè)計(jì)全流程、數(shù)字電路設(shè)計(jì)EDA工具、晶圓制造EDA工具、面板顯示全流程。總體規(guī)模占自主EDA一半以上，這是經(jīng)過(guò)賽迪研究官方統(tǒng)一的，服務(wù)全球官方客戶，包括長(zhǎng)尾中小客戶，也對(duì)我們有很多的支撐。
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關(guān)于產(chǎn)教融合經(jīng)驗(yàn)和分享，我們有專門的設(shè)計(jì)工具，包括講師團(tuán)隊(duì)，還有教材和培訓(xùn)視頻，我們也跟高校有博士后工作站，還跟12個(gè)頂尖高校有定點(diǎn)聯(lián)培，以及和很多學(xué)校有碩士聯(lián)系點(diǎn)。