国产EDA的破局之道
EDA是集成电路产业最上游的基础工具。全球EDA产业市场规模不过百亿美元，却支撑起30万亿美元庞大的数字经济。
目前全球 EDA 产业呈现三足鼎立的竞争格局。美国的Synopsys、Cadence和Mentor Graphics（被西门子收购）三巨头在集成电路所有环节都有产品布局，与上下游产业链深度绑定，建立了极高的技术壁垒，形成了稳定牢固的生态系统。
国内EDA产业自上世纪八十年代中后期萌芽，但因各种因素的影响，产业发展曲折而缓慢。面对西方国家对我国集成电路产业日益严苛的技术封锁和专利打压，EDA的国产替代迫在眉睫。
我国发展EDA软件，若采用跟随式的EDA研发战略，会造成“一步慢、步步慢”的局面，投入的研发资源并不少，但EDA产业依旧无法突破。国内厂商可充分利用地域优势和政策红利，贴近和深挖本土企业在细分领域的需求，以单点工具切入，由点到面寻求技术突破，打造本土特色化EDA工具，形成错位发展的竞争格局，逐步实现国产替代。
近年来，国内EDA厂商在新兴EDA工具方面有较大斩获，中国EDA 市场营收国产化份额逐年提升，星星之火已现燎原之势。例如，针对我国液晶平板显示产业发展的机遇，华大九天开发出了全球领先的全流程EDA设计解决方案。芯愿景公司则针对核心集成电路产品在抗辐照加固、可靠性加固、安全性加固等特定需求上，研发了EDA创新设计平台，并成功应用于相关客户的产品研发中。
图1嫦娥五号月球表面上升器发射
细分领域EDA需求挖掘
近年来，我国在载人航天、探月工程、北斗工程、超级计算、量子通信等领域取得了重大突破。这些成果的背后，是我国集成电路全产业链的合力创新和不懈奋斗。
芯愿景参与了航天科技系统某研究所的一些产品设计工作。在项目实施过程中，客户提出了一些严格的可靠性加固需求。芯愿景技术总监蒋卫军同客户深入沟通，并了解到，该类产品主要工作在高温差、高辐射等恶劣环境中。
主流EDA工具在这类特定需求的处理上，不能达到很好的支持效果。为了更好地帮助客户完成产品的设计工作，芯愿景研发团队决定开发相关EDA工具，专门处理可靠性加固等特定的设计需求。初始版本的EDA工具研发完成后，很快在客户的设计工作中得到应用。定制需求处理自动化程度提升的同时，也暴露出软件存在的问题。
一是算法性能不足，自研软件的算法性能与主流EDA工具有一定差距。二是定制开发周期长，自研软件在应对客户新提出的定制需求上，开发效率低，无法实现快速部署迭代。
这种仅从需求层面解决单一问题的方法灵活性和延展性不足，难以形成技术竞争力。芯愿景的首席科学家丁柯带领研发团队及时调整研发思路，在与其他有定制设计需求的客户进行多次技术调研后，从系统层面重新分析这类需求，最终形成以“核心算法平台 应用程序开发平台”为基础的EDA创新设计工具研发框架。
沿着这样的研发路线，芯愿景研发团队紧扣下游应用领域在产品差异化开发和国产替代方面的需求，先后推出BoolSmart System和VeriSmart System两大EDA产品线，从集成电路设计中的抗辐照加固、可靠性加固、安全性加固等特定场景定制化需求出发，寻求技术突破，目标是逐步形成可覆盖数字后端设计优化全流程的特色EDA工具。
图2芯愿景数字后端设计优化流程
数字后端设计优化EDA工具
为了解决自研EDA工具在实际应用中反馈出的问题，芯愿景研发团队对工具的架构进行了深入思考和重新设计。
丁柯博士曾就读于中国科学院软件研究所的软件工程技术中心，对大型软件系统的工程方法学有深入研究。他将软件工程方法引入到芯愿景公司的EDA研发中，提出“核心算法 中间件 应用级”的EDA研发路线。核心算法解决通用基础技术问题，中间件技术通过分布式计算来弥补算法性能的劣势，应用开发技术则解决了细分需求的快速满足和部署问题。
芯愿景研发团队在版图验证引擎和版图布线优化引擎两个关键点上进行了深入研究。前者实现自动化的DRC违例检查与修复，该技术有效适用于复杂工艺的设计工序，可显著提升版图规则检查效率，缩短验证时间；后者提供批处理、交互式版图布线优化算法，可实现局部的点对点之间的布线优化。
两大引擎结合，实现了“优化-验证”的正循环。同时，为了解决算法性能不足的问题，两大引擎的核心算法均架构在自主设计的分布式计算平台上。分布式计算平台可实现计算资源的动态管理，聚零为整，大幅提升效率。
核心算法平台提供特色化数字后端设计优化EDA工具中通用基础技术的支持。芯愿景研发团队在两个关键点上进行了深入研究：面向规则验证的版图处理技术和面向制造可靠性的版图布线优化技术，从而得到最合适的数字后端版图优化结果。
图3芯愿景分布计算平台架构
针对客户定制需求快速部署实现的问题，毕业于中科院软件所的芯愿景研发总监丁仲将可编程性和需求导向性应用在EDA研发过程中，通过面向对象框架来构建EDA产品架构。由此，芯愿景研发团队重新设计和构建了一套高易用性、扩充性的应用程序开发平台。应用程序开发平台采用三层分级结构使得应用程序在高效实现的同时，品质可达到产品化要求。
基于新的应用程序开发平台，针对不同的项目特点和需求，可进行自动化、批量化的软件开发，实现快速定制开发、部署应用、迭代优化，降低设计服务人工成本，解决原来应用级开发，研发效率低，代码质量良莠不齐、重复造车轮子等痛点问题。应用程序中的计算密集型环节同样可以架构在自研的分布式计算平台上，实现算力动态调整，提高并行效率，适配不同场景需求。
图4芯愿景应用程序开发平台架构
结语
目前，芯愿景的特色化数字后端设计优化EDA工具已实现广泛的工艺节点支持，覆盖多家主流半导体厂商16纳米到350纳米的工艺制程。这些工具已在中国电子科技集团、中国航天科技集团、中国电子信息产业集团等单位的研发工作中得到应用。
未来，芯愿景公司将继续围绕本土集成电路设计企业国产替代和创新设计需求，依托自主研发的集成电路设计EDA软件，助力塑造其产品的独特竞争力。
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