芯片产业链上的“命门”，国内研发人员不足千人
2020-11-08
14:01:06
来源: 半导体行业观察
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钱江晚报
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“相比先进芯片制造上的‘卡脖子’，我更关注我国在芯片设计软件上的受制于人，它是‘卡脖子中的卡脖子’。我国可以更大力度发展这一领域。”杭电浙江省信息化发展研究院（浙江省首批新型重点专业智库）执行院长辛金国教授，日前在给相关政府部门的决策建议中着重提出。
2020年5月，美国将北京计算机科学研究中心、北京高压科学研究中心、哈尔滨工程大学、哈尔滨工业大学等33家高校院所和企业列入实体清单，同时对华为的芯片产业进行全面限制升级，首当其冲的就是芯片设计的上游EDA软件。
集成电路产业链，主要包括芯片设计工具、芯片设计、芯片制造，现在国内公众层面比较关注设计和制造领域，华为海思芯片一度大出风头，而台积电受制美国不能为华为芯片代工，更是让荷兰ASML（阿斯麦尔）生产的高端光刻机成为网红。其实，中国在集成电路产业链的最上游EDA软件上“更要命”。
“芯片设计分为前端设计（也称逻辑设计）和后端设计（也称物理设计），两者并没有统一严格的界限，涉及到与工艺有关的设计就是后端设计。芯片设计需要大型工业软件作为工具，也就是EDA，它的全称是Electronic Design Automation，即电子设计自动化。设计芯片时工程师会用程式码规划芯片功能，再透过EDA 工具让程式码转换成实际的电路设计图。华为海思的工程师，设计芯片时也得用EDA软件，而其来源主要是美国的大公司。随着使用权到期，芯片设计也面临着‘被卡脖子’，换句话说，华为海思的数万工程师，也面临着‘打仗没有武器’。”杭电电子信息学院CAD所所长刘军教授表示，作为“芯片之母”的EDA，是芯片设计上游的产业，正成为国内芯片产业链最为薄弱的环节。
我国在EDA软件领域也有过重大突破。国家在1986年动员了全国多家单位的专家齐聚原北京集成电路设计中心，开发我国自有的集成电路计算机辅助设计系统——熊猫系统。攻坚多年之后，国产首套EDA熊猫系统终于在1993年面世。而其中杭州电子科技大学（当时叫杭州电子工业学院）的CAD所贡献了多位该系统核心研发人员。
“但是当时的主流思想是，造不如买，买不如租，所以国产EDA软件工具在国内的应用并不多，而我国也因此错过了EDA技术发展的关键时期。”刘军说。
这个期间，全球EDA 软件领域，出现了Cadence（楷登） 、Synopsys（新思） 、 Mentor Graphic(明导)巨头企业三足鼎立的局面。它们占全球市场的份额超过60%。“它们背后都有大资金支持，基本都经历过几十次并购扩张，在市场拼杀中获得优势竞争地位。”辛金国分析道。
2008年，我国实施“核高基”（核心电子器件、高端通用芯片及基础软件产品）重大科技专项，EDA领域也迎来了新一轮的国家支持。微弱的产业火种诞生出了华大九天（熊猫系统继承者）、芯愿景、广立微、芯禾科技、概伦电子等一批优质企业，国产EDA再度起航。
同时，我国有20多所大学从事芯片设计方向研究，这20多所学校中，复旦、清华和浙大应该属于第一档次；北大、上海交大、西安交大属于第二档次，剩余高校为第三档次。集成电路和系统CAD/EDA技术的研发，杭州电子科技大学具有先发优势，学校自80年代成立微电子CAD研究所（电子工业部直批），即从事于集成电路CAD/EDA技术研究，迄今为止在集成电路设计，尤其是射频EDA技术领域积累丰富经验，取得诸多成果，在国产集成电路工艺线、华大九天、华为等公司得到应用。
“集成电路基础研发，曾经很长一段时间国家投入很少。集举国之力攻坚光刻机等集成电路卡脖子难题，也就是这几年的事。所幸高校科研院所在基础研发最困难的时期，留下了一些技术和人员，星星之火可以燎原。杭电CAD所也是星星之火。”刘军很感叹，但他也不无担忧，“国内设立芯片EDA专业的高校不多，全国从事芯片EDA技术研发的人员不超过1千人，而美国单Cadence一家的研发人员超过7000人，Synopsys公司研发人员则超过5000人，要追赶他们，留给我们的时间不多了。”
杭电电子信息学院院长李文钧教授表示，EDA软件系统是整个半导体产业的基石，没有这个基石，全球所有芯片设计公司都会停摆，5000亿美元半导体产业的金字塔会倒塌。
“业界有个著名的集成电路产业倒金字塔，全球EDA软件市场年产值100亿美元，半导体设备（光刻机等）年产值是几百亿美元，半导体制造（台积电代工等）年产值是几千亿美元，电子系统年产值是几万亿美元，娱乐软件电商大数据等数字经济年产值是几十万亿美元。而没有了金字塔最底层的EDA软件系统，上面越来越大的其它产业都会归零。”刘军分析道。
正是因为EDA软件产业技术门槛高，而且全球市场年规模不过100亿美元并被三大西方EDA巨头公司垄断，中国EDA工具企业发展维坚。不过它们近些年正在成气候。浙江的广立微电子为我国EDA软件产业三剑客之一，基于测试芯片的软、硬件系统产品以及整体解决方案，专为半导体业界提供性能分析和良率提升方案的领先供应商；位于杭州的国产EDA代表企业行芯科技提供用于数字和模拟芯片后端设计的软件，是国际著名大企业的EDA工具供应商。“随着这两年国内市场环境的变化，自主国产软件的需求越来越强烈，行芯作为国产高端EDA软件的供应商，在5G与人工智能时代，为广大集成电路企业实现高性能与低功耗芯片设计提供了可靠的解决方案，并与国内半导体行业上下游的头部玩家建立起产业联盟，支撑我国半导体产业的发展。”行芯科技创始人贺青博士告诉记者。
辛金国建言，国家应在EDA人才培养上多下功夫，弥补这些年来的人才流失黑洞，“EDA行业需求的人才主要是工具软件开发人才、工艺及器件背景的工程师、熟悉IC设计流程的工程师、数学家，就业范围窄，过去并不为大学生所热衷，即便杭电这样的EDA人才培养相对成熟的学校，每年培养的人才也是寥寥，今后国家应该在专业招生、专业建设、就业保障等方面多加倾斜。”
辛金国同时建议，构建政、研、企多方合作的芯片EDA软件发展推进机制。由政府进行主导，集中力量办大事，成立由工信部牵头，国家发改委、科学技术部等有关部门共同参与，以及包括行业企业、专家学者组成的芯片EDA软件技术发展指导委员会，及时研究制定相关产业发展扶持政策，统筹推进该技术全产业链在我国的落地和推广。可以重点扶持高水平研发机构，引导清华信息科学与技术国家实验室、之江实验室等开展芯片EDA软件基础理论研发，支持杭州电子科技大学分别与中国电子科技集团公司、华大九天合作建设“电科芯云”杭电子平台与“杭电-北京华大九天集成电路EDA技术研究中心”，形成面向广泛的EDA技术培训中心、设计支撑技术服务中心和前瞻技术研发中心。
美国硅谷是芯片EDA软件开发的产业高地，技术和人才正在“溢出”。建议我国各相关部门先人一步成立专门芯片EDA软件开发招商队伍，瞄准国际国内芯片EDA软件领军企业、科研院所开展高端精准招商，根据EDA产业链的“断链点”，加快引进来自美国硅谷等地的芯片EDA软件开发技术和高端人才。“当然了，EDA软件产业创新创业人才落户、住房、岗位聘用、职称评审、子女上学等相关配套政策也要跟上。”辛金国说。
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