西門子EDA：星火燎原，助力中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展

與全球龐大的電子產(chǎn)業(yè)和數(shù)字經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)相比，EDA的市場(chǎng)規(guī)模雖然有限（SEMI數(shù)據(jù)顯示，2021年EDA市場(chǎng)規(guī)模132.75億美元），卻支撐起了年產(chǎn)值數(shù)千億美元的IC制造行業(yè)、數(shù)萬億美元的電子產(chǎn)業(yè)、數(shù)十萬億美元的數(shù)字經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)。EDA作為這條倒金字塔產(chǎn)業(yè)鏈的基石，成為集成電路、電子信息、乃至數(shù)字經(jīng)濟(jì)的有力賦能者。

如今，全球科技產(chǎn)業(yè)正迎來新一輪創(chuàng)新周期，5G、AI、智能汽車、IoT、云等細(xì)分市場(chǎng)的興起，將開啟一個(gè)全新的智能化時(shí)代。如何賦能數(shù)字經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展？如何為產(chǎn)業(yè)升級(jí)注入源源不斷的動(dòng)力？以EDA為代表的基礎(chǔ)技術(shù)變革越來越關(guān)鍵。

見證中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展

西門子EDA是第一家進(jìn)入中國市場(chǎng)的外資EDA企業(yè)，今年也是它立足中國市場(chǎng)的第34年。

90年代起步時(shí)，西門子EDA以印刷電路板PCB業(yè)務(wù)為主。約在2000年前后，以上海張江高科技園區(qū)為代表的集成電路芯片制造公司開始涌現(xiàn)并集聚。當(dāng)時(shí)，西門子EDA在芯片制造以及測(cè)試方面的軟件在全球高速成長(zhǎng)，因此和廣大制造企業(yè)建立了緊密合作，促進(jìn)了中國半導(dǎo)體制造業(yè)跟隨摩爾定律的演進(jìn)和發(fā)展。

與此同時(shí)，伴隨中國市場(chǎng)對(duì)電子產(chǎn)品和通信設(shè)備的需求大幅增長(zhǎng)，本土的芯片設(shè)計(jì)企業(yè)迎來了廣闊機(jī)會(huì)。對(duì)這些Fabless企業(yè)來說，EDA軟件就是他們最主要的工具之一，西門子EDA通過專業(yè)的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化產(chǎn)品及服務(wù)，對(duì)企業(yè)的芯片設(shè)計(jì)/優(yōu)化、加速產(chǎn)品的落地和創(chuàng)新起到了重要作用。

回顧過去，可以說西門子EDA伴隨了中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的高速成長(zhǎng)。通過先進(jìn)的EDA工具、完整的解決方案、專業(yè)的服務(wù)，西門子EDA助力中國本土芯片設(shè)計(jì)公司和制造企業(yè)不斷提升競(jìng)爭(zhēng)力，并且通過大學(xué)計(jì)劃、EDA工具的能力培訓(xùn)等，對(duì)本土行業(yè)人才的持續(xù)培養(yǎng)，以及對(duì)中國芯片產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展起到了重要支撐。

應(yīng)對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)升級(jí)挑戰(zhàn)

2022年，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)有一個(gè)標(biāo)志性事件——高性能計(jì)算（HPC）芯片超越智能手機(jī)芯片，成為臺(tái)積電占比最大的芯片制造收入類別。除此之外，不斷涌現(xiàn)的AI應(yīng)用，也在催生新一輪大算力芯片的創(chuàng)新。那么，EDA在推動(dòng)芯片變革、促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)方面，面臨著哪些新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)？

西門子EDA全球副總裁兼中國區(qū)總經(jīng)理凌琳談到，中國擁有全球第一的數(shù)據(jù)增量、增速，同時(shí)，中國市場(chǎng)有海量的數(shù)據(jù)分析運(yùn)用場(chǎng)景，在此背景下，中國大力發(fā)展高性能計(jì)算、人工智能芯片將勢(shì)在必行。

Pete Ling凌琳? ?西門子EDA全球副總裁兼中國區(qū)總經(jīng)理

而在這些芯片的開發(fā)和創(chuàng)新過程中，企業(yè)面臨的挑戰(zhàn)主要來自兩方面：一是Technology Scaling，即工藝節(jié)點(diǎn)隨著摩爾定律演進(jìn)所產(chǎn)生的技術(shù)挑戰(zhàn)；二是Design Scaling，即芯片設(shè)計(jì)規(guī)模從幾十億晶體管到上萬億晶體管擴(kuò)張所產(chǎn)生的挑戰(zhàn)。

這些新趨勢(shì)都需要EDA工具能夠與時(shí)俱進(jìn)，通過新的方法論不斷滿足新需求?！霸趹?yīng)對(duì)不斷增長(zhǎng)的芯片設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)方面，西門子EDA進(jìn)行了頗多創(chuàng)新?！蔽鏖T子EDA 亞太區(qū)技術(shù)總經(jīng)理Lincoln Lee（李立基）介紹，“以Tessent工具為例，其新功能SSN (Streaming Scan Network)，可以將測(cè)試數(shù)據(jù)通過總線傳輸?shù)矫總€(gè)模塊中，并且動(dòng)態(tài)調(diào)整每個(gè)模塊的數(shù)據(jù)量，使得所有模塊都能在同一時(shí)間完成測(cè)試，從而可以減少測(cè)試時(shí)間、降低成本。這種方式可以讓更多模塊同時(shí)進(jìn)行測(cè)試，便于用戶擴(kuò)大芯片規(guī)模，而無需增加成本和設(shè)計(jì)時(shí)間?！?/p>

此外，由于高性能計(jì)算芯片日益增長(zhǎng)的性能需求和工藝節(jié)點(diǎn)推進(jìn)的成本效益降低， 2.5D/3D異構(gòu)集成正在成長(zhǎng)。應(yīng)對(duì)這一趨勢(shì)，西門子EDA在前端、后端設(shè)計(jì)中加入了更多方法。例如，在前端進(jìn)行架構(gòu)分析、3D IC的布局，驗(yàn)證工作中的熱分析、機(jī)械應(yīng)力分析等。

在滿足復(fù)雜芯片設(shè)計(jì)進(jìn)行彈性擴(kuò)展的需求方面，硬件加速器Veloce Strato+可以將4臺(tái)機(jī)器串聯(lián)起來實(shí)現(xiàn)容量120億門，目前已經(jīng)有客戶成功地使用這種配置，進(jìn)行了120億門的大規(guī)模芯片仿真。

汽車芯片對(duì)EDA提出新要求

在電動(dòng)化和智能化轉(zhuǎn)型的驅(qū)動(dòng)下，汽車領(lǐng)域的芯片創(chuàng)新活力不斷增強(qiáng)，一些新需求也由此產(chǎn)生，比如更多的差異化需求、系統(tǒng)公司與芯片公司越來越緊密的合作等，都對(duì)傳統(tǒng)EDA工具提出新要求。

“車規(guī)芯片的差異化需求非常多，一方面，體現(xiàn)在System Scaling，即多系統(tǒng)的連接、擴(kuò)展方面，對(duì)多物理場(chǎng)仿真有高度要求；另一方面，車規(guī)芯片的功能安全、可靠性非常關(guān)鍵，對(duì)相應(yīng)的軟件平臺(tái)要求很高?！?凌琳表示。

應(yīng)對(duì)這些需求，作為科技公司的西門子將眼光放得很長(zhǎng)遠(yuǎn)，其致力于建立從虛擬世界到物理世界的完善數(shù)字孿生，并在西門子EDA的幫助下洞察從系統(tǒng)層面思考芯片設(shè)計(jì)的新需求和新挑戰(zhàn)，充分發(fā)揮西門子在工業(yè)軟件領(lǐng)先的電氣和機(jī)械設(shè)計(jì)、驗(yàn)證建模解決方案與EDA工具的協(xié)同能力，提供多物理場(chǎng)仿真方面的顯著優(yōu)勢(shì)，并且在功能安全和可靠性方面加大力量。

以PAVE360平臺(tái)為例，PAVE360是一個(gè)綜合的、以數(shù)字孿生為核心的仿真平臺(tái)，結(jié)合西門子的PLM軟件、EDA工具和硬件加速仿真器，為下一代自動(dòng)駕駛系統(tǒng)芯片研發(fā)提供了一個(gè)跨汽車生態(tài)系統(tǒng)、多供應(yīng)商協(xié)作的綜合環(huán)境。在自動(dòng)駕駛系統(tǒng)還沒完成實(shí)物時(shí)，就能對(duì)系統(tǒng)核心的傳感/決策/執(zhí)行范例進(jìn)行完整的閉環(huán)驗(yàn)證，在芯片投片之前就可以模擬和預(yù)估芯片的性能和功耗，解決自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問題，而這些功能都已超越了傳統(tǒng)EDA的功能范疇。

除了汽車芯片開發(fā)本身的變化，供應(yīng)鏈的合作方式也是非常顯著的改變。傳統(tǒng)上，芯片商處于供應(yīng)鏈Tier 2位置，處于Tier 1位置的是系統(tǒng)公司，整車廠商OEM位于終端。但現(xiàn)在，越來越多的系統(tǒng)公司開始跨界造芯，他們或是建立自己的芯片部門，或是通過合作投資的方式來進(jìn)行芯片開發(fā)。

對(duì)于這類合作，PAVE360可以幫助系統(tǒng)公司在芯片尚未開發(fā)完成時(shí)，就進(jìn)行軟件和機(jī)械系統(tǒng)的協(xié)同設(shè)計(jì)，即所謂的“硅前設(shè)計(jì)”。此外，在PCB板設(shè)計(jì)階段，需要符合DRC或ERC規(guī)則以確保設(shè)計(jì)的正確性，芯片公司將這些規(guī)則整理成文檔，PCB板設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)就可以通過自動(dòng)檢測(cè)來驗(yàn)證是否符合芯片公司要求，從而使得芯片更容易應(yīng)用于下游公司。通過這些特性，提升了合作效率和研發(fā)質(zhì)量。

另一方面，當(dāng)芯片制造完成并應(yīng)用到汽車中，車輛出于安全要求，需要芯片不斷進(jìn)行自我檢測(cè)、并在必要時(shí)報(bào)錯(cuò)。為滿足該要求，西門子EDA在Tessent測(cè)試工具中提供了MissionMode產(chǎn)品，它能夠在車輛的整個(gè)生命周期（包括汽車啟動(dòng)、關(guān)閉、行駛等不同狀態(tài)下），對(duì)芯片的功能安全進(jìn)行檢測(cè)和自動(dòng)報(bào)錯(cuò)。

“Tier 2級(jí)別開發(fā)車載芯片比較關(guān)注的是功能安全，并需要滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ISO26262。為了響應(yīng)這些需求，我們收購了Austemper公司，能夠幫助用戶更有效地進(jìn)行Faults Simulation Faults Grading，為ISO26262認(rèn)證提供證明?！?Lincoln Lee（李立基）介紹，“我們致力于不斷完善供應(yīng)鏈，為汽車芯片的研發(fā)和創(chuàng)新合作提供更有力的支撐?！?/p>

除了測(cè)試環(huán)節(jié)，在采購管理方面，西門子EDA提供Digital Thread（數(shù)字主線）可以將設(shè)計(jì)公司從采購零部件，到設(shè)計(jì)、制造的數(shù)據(jù)都進(jìn)行打通。據(jù)了解，國內(nèi)一家Tier 1公司，通過該方案減少了約20%的設(shè)計(jì)時(shí)間，并將用錯(cuò)器件的數(shù)量減少到0。

擁抱AI，Work Smarter

隨著ChatGPT的爆火，各行各業(yè)都開始深入思考如何運(yùn)用AI來改善業(yè)務(wù)流程、提升業(yè)務(wù)效率、并創(chuàng)造更好的用戶體驗(yàn)。那么對(duì)于EDA工具來說，該如何擁抱AI大潮，從而變革芯片設(shè)計(jì)和驗(yàn)證過程，從源頭為數(shù)字產(chǎn)業(yè)注入新動(dòng)力？

事實(shí)上，西門子EDA很早就開始了對(duì)人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的應(yīng)用。多年前收購的加拿大公司Solido，可以提供兩大核心工具：一是在設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行工藝變動(dòng)仿真時(shí)使用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，另一種是在單元庫建庫時(shí)使用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)。與傳統(tǒng)的Monte Carlo方法相比，它能夠?qū)⒎抡娲螖?shù)減少100-1000倍，從而節(jié)省了大量時(shí)間和CPU資源。

此外，西門子EDA在良率提升方面也使用了機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)。通過對(duì)晶圓制造測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行提取，并對(duì)報(bào)錯(cuò)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，再通過機(jī)器學(xué)習(xí)的方式找到缺陷所在，從而能夠大大提升產(chǎn)品良率。

今年，西門子EDA還發(fā)布了一款Verification IQ工具，它就是使用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的驗(yàn)證過程，加快了驗(yàn)證的收斂速度。“正是由于這些AI新技術(shù)的運(yùn)用，使得我們?cè)隍?yàn)證和仿真過程中，能夠Work Smarter，而不只是Work Harder?！?Lincoln Lee（李立基）強(qiáng)調(diào)。

Lincoln Lee 李立基? 西門子EDA亞太區(qū)技術(shù)總經(jīng)理

雙管齊下，加強(qiáng)對(duì)客戶的承諾

縱觀全球三大EDA公司的發(fā)展史，除了基礎(chǔ)研發(fā)和創(chuàng)新，也不乏通過收購的方式來進(jìn)一步擴(kuò)充產(chǎn)品線和技術(shù)領(lǐng)域，從而不斷加強(qiáng)其市場(chǎng)地位和競(jìng)爭(zhēng)力。西門子EDA也是如此，一系列收購奠定了日益豐富的產(chǎn)品底蘊(yùn)。

近年來，西門子先后對(duì)十幾家EDA軟件企業(yè)進(jìn)行了收購。對(duì)此，凌琳談到，“EDA企業(yè)都需要兩條腿走路，一方面，要自研、優(yōu)化產(chǎn)品，不斷推陳出新，以保持競(jìng)爭(zhēng)力；另一方面，還需要通過收購來豐富產(chǎn)品序列，幫助客戶在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)時(shí)，能獲得更完整、便捷的服務(wù)。也正是通過自研+收購，極大加強(qiáng)了西門子EDA對(duì)客戶的承諾，更有利于客戶的產(chǎn)品落地和創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)?！?/p>

在進(jìn)行了一系列收購的同時(shí)，西門子EDA也非常重視研發(fā)創(chuàng)新。例如近年來推出的混合信號(hào)仿真工具Symphony Pro、用于物理驗(yàn)證的Calibre-Recon，以及多個(gè)Tessent測(cè)試工具，包括針對(duì)汽車行業(yè)的Tessent MissionMode、用于大規(guī)模芯片測(cè)試的Tessent SSN (Streaming Scan Network)、針對(duì)3D IC堆疊測(cè)試的Tessent Multi-Die等。

不論是設(shè)計(jì)流程的各個(gè)環(huán)節(jié)，還是在Technology scaling、Design scaling方面的不斷推進(jìn)，西門子EDA始終在加大創(chuàng)新、不斷推出更符合需求的產(chǎn)品和功能優(yōu)化。

持續(xù)創(chuàng)新，多維驅(qū)動(dòng)產(chǎn)業(yè)變革

進(jìn)入2022年上半年，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了多重因素疊加影響的下行周期，不過，EDA產(chǎn)業(yè)仍保持著相對(duì)穩(wěn)健的發(fā)展態(tài)勢(shì)。新形勢(shì)下，業(yè)界非常關(guān)注西門子EDA，將如何繼往開來、迎接新挑戰(zhàn)？

凌琳表示，西門子EDA在各個(gè)業(yè)務(wù)板塊都有大力投資和發(fā)展，當(dāng)前主要有三大戰(zhàn)略支柱：首先，始終致力于為芯片設(shè)計(jì)、驗(yàn)證、制造和測(cè)試提供更完善的解決方案；其次，先進(jìn)封裝是一個(gè)業(yè)務(wù)重點(diǎn)，已經(jīng)在2.5D/3D IC方面投入大量的解決方案、并推向市場(chǎng)；第三，也是西門子EDA的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，作為電子系統(tǒng)PCB印刷電路板領(lǐng)域的領(lǐng)先公司，將繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)可制造性解決方案的投入，以支撐更復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

從客戶類型來看，西門子EDA既有IC客戶，也有系統(tǒng)客戶。Lincoln Lee（李立基）表示，在IC客戶的支持方面，將主要關(guān)注三個(gè)方向：一是向更先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)的演進(jìn)，包括超摩爾定律的3D IC工藝演進(jìn)等；二是面對(duì)不斷增大的芯片規(guī)模，要繼續(xù)研究新的方法論；三是支持客戶在芯片、軟件以及其他系統(tǒng)的協(xié)同設(shè)計(jì)。

系統(tǒng)客戶方面，西門子EDA將會(huì)注重?cái)?shù)字孿生和數(shù)據(jù)管理方面的創(chuàng)新。一方面，盡可能通過數(shù)字孿生的方式在虛擬世界進(jìn)行各類仿真實(shí)現(xiàn)，助力行業(yè)提高產(chǎn)品性能、降低成本；另一方面，將繼續(xù)與西門子數(shù)字化工業(yè)軟件深度協(xié)同，聚焦Digital Thread（數(shù)字主線），提供更全面的解決方案組合，優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造流程，提升整體競(jìng)爭(zhēng)力，共同賦能產(chǎn)業(yè)變革和升級(jí)。