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全球芯片格局半岛彩票:美国占39%中国只有6%。EDA及芯片架构差距巨大

发布时间:2023-08-30 19:23浏览次数: 来源于:网络

  半岛彩票由于华为麒麟芯的原因,我们一直以为芯片制造是国产芯片最大的弱点,但实际上

  EDA就是电子设计自动化,是芯片设计最重要的电路设计工具,涵盖芯片设计各个环节,它可以极大地提高了电路设计的效率和可操作性,减轻了设计者的劳动强度。

  EDA并不是单指一个或几个软件,而是一个软件工具集群,它涉及近百种不同技术,涵盖多种“点工具”、包括逻辑的编译化简、分割、布局和优化、电路性能分析、版图设计等内容。

  今天,动辄几十亿、上百亿的晶体管,没有EDA根本就无法进行芯片设计,同时EDA还应用于芯片制造、封装和测试,因此EDA也被称为“芯片之母”。

  全球EDA被Synopsys(新思科技)、Cadence(楷登电子)、西门子EDA(前Mentor 明导国际)所把控,三者合计占据了全球超过70%的份额,占据了中国近90%的市场。

  新思科技,成立于1986年,总部位于美国加州山景城,具有完整的EDA产品线,在逻辑综合工具和时序分析工具具有绝对优势。

  楷登电子,成立于1988年,总部位于美国加州圣何塞,具有完整的EDA产品线,在模拟和混合信号工具方面具有领先优势。

  西门子EDA,前明导国际,成立于1981年,总部位于美国俄州威尔森维尔,2016 年被西门子并购,具有完整的EDA产品线,在布局布线工具方面占有率最高。

  EDA三巨头营收均超过了10亿美元,拥有从前端设计、前仿真/验证、后端设计、后端验证仿真、直到流片的完整产品线nm及以下芯片,为全球第一梯队。

  美国的ANSYS、PDFSOLUTIONS、SILVACO和中国的华大九天拥有特定领域全流程产品,在局部领域技术领先,营收在2000万美元—2亿美元之间,处于第二梯队。

  剩余的EDA厂商仅有点工具,产品线不完整,且营收较低,为第三梯队,例如国内的概伦电子。

  可以看出,第一梯队的三巨头均为美国企业,被西门子收购的明导国际也离不开美国技术,第二梯队一半以上是美企,这些企业把控了全球95%的市场份额。

  中国也有接近30家的EDA企业,包括华大九天、概伦电子、以及新进的华为,加起来全球市场份额不足1%。

  三巨头的合作对象主要是台积电、三星、高通、英特尔、AMD、ARM、格芯等国际巨头,国内的华为、中兴、联想也采用了三巨头的EDA。

  其实,国产EDA在发展初期与海外巨头差距并不大,尤其是当年的熊猫软件,一度让三巨头心惊胆战。

  早在1978年,我国就开始着手研发EDA工具了,当时“三巨头”还没有成立。

  1978年秋,在广西桂林迎来了我国第一个“数字设计自动化学术会”,这个学术会召开的目的就是为了研究如何发展国产EDA。

  当时67个单位、140多名技术人员参与了讨论,并发表了18篇文章,涉及排版布线、自动逻辑、模拟技术、电路分析等。

  80年代,“巴统”将EDA软件进行了管控,没有EDA,国产芯片从第一步就受到了限制,于是国家紧急动员了17家科研单位,200多名专家研发自己的EDA,牵头单位就是华大集团。

  1993年,华大集团发布首款国产EDA,命名为“熊猫系统”,寓意珍贵且稀有。

  经过多年完善后,熊猫系统拥有了180万行代码、28个设计工具,拥有从前端仿真到流片的完整产品线。

  京东方、华星光电等国内公司使用了熊猫系统,开发出了200多种芯片,安装了55万套系统,建成了7个单元库。

  此时,熊猫系统整体性能与世界先进EDA工具差距仅有5年,但价格只有1/10,一度受到了海外企业的欢迎。

  就当熊猫系统发展得如火如荼时,美国突然放开了EDA工具的出口。“三巨头”迫不及待地涌入中国市场。

  1994年,新思科技直接向清华大学捐赠了20套系统,价值500万美元,同时提供技术帮助,这让内地机构乐开了花。

  它们打着“免费、打折、技术援助”的旗号,抢占了中国市场,“造不如买”的思想再次抢占了中国科技高地,而国产熊猫系统也被打入了“冷宫”。

  2016年3月,美商务部对中兴实施出口限制,我们才意识到自主品牌的重要性,但此时三巨头已经占据了国内90%的市场,我们根本离不开。

  2022年8月,美商务部对涉及GAAFET架构的 EDA 软件实施出口管制,这相当于为3nm芯片设计加了一把锁。

  2023年3月,华为轮值董事长徐直军称:“华为完成了14nm以上EDA工具的国产化,2023年将完成全面验证。”

  华为自主研发,再一次未雨绸缪,未来“华大+华为”将是国产EDA摆脱“卡脖子”的希望。

  相信大家都听说过IP授权,是英文Intellectual Property的缩写,翻译成汉语就是知识产权,有一类公司仅靠出售IP就可以过的很滋润,例如ARM、英特尔。

  ARM一家英国公司,最初由苹果、诺基亚、Acorn、VLSI等共同创建,后来被日本软银收购,它是全球最大的CPU、GPU的IP授权供应商。

  英特尔,于1968年由格鲁夫和戈登.摩尔在美国硅谷创建,是全球最大的个人计算机零件和CPU制造商,也是X86架构的研发和持有者。

  ARM架构属于精简指令集架构,主要针对移动设备和嵌入式设备,全球95%的智能手机、1/4的电子设备都采用了ARM 的CPU架构。

  X86属于复杂指令集架构,主要用于个人电脑、服务器、超算等。在服务器市场、PC市场方面,X86仍然占据95%以上的份额。

  2020年9月,英伟达就计划400亿美元收购ARM,由于牵涉太广,需要英国、中国、美国和欧盟的批准,审批时间长达18个月。

  最终,因为“反垄断”的要求,英伟达未能实现并购,这让国产芯片企业松了一口气。

  因为一旦收购成功,在芯片架构领域,美国就占据了95%的绝对优势,它可以肆意改变方案,重新制定规则。

  国产架构最典型的就是龙芯,最先进的龙芯3A6000落后英特尔5年左右,日常办公可以,就是生态和兼容性需要弥补。

  龙芯从2002年开始立项研发,它的目的就是打造“纯国产”CPU,彻底摆脱 “卡脖子”,实现国产替代。

  先后发布了“龙芯一号”、龙芯2B、2E、龙芯3A、3B、3C等国产CPU,差距也英特尔、AMD逐渐缩小。

  为了自证清白,龙芯在2020年时委托第三机构进行知识产权评估,通过与ARM、X86、RISC-V、MIPS等主流架构对比,得出LoongArch具有以下特点:

  1、LoongArch的指令系统、指令编码、指令格式、寻址模式是自主设计;

  2、LoongArch的指令手册、指令说明、内容表达上与国际主要指令区别明显;

  这三项足以证明LoongArch架构是自主研发的,龙芯是“真自主”国产CPU,也彻底击碎了市场上的谣言。

  在国产芯片快速发展的今天,国内CPU厂商也诞生了很多,最著名的要属龙芯、鲲鹏、飞腾、海光、兆芯、申威这六家。

  鲲鹏、飞腾采用了ARM架构;申威采用了alpha架构;海光、兆芯采用了X86架构。

  尽管你拿到了终身授权,但是ARM和英特尔可以针对架构进行升级,升级后的架构不给你授权,你能如何?

  例如,ARM就研发了新一代V9架构,这是ARM公司近10年来最大的一次升级,CPU性能提升30%、IPC性能提升30%、内存延迟降低、频率提升、内存带宽提升等等。

  ARM称,V9未来将使用在3000亿颗芯片上,但这3000亿颗芯片或许不包括华为。尽管ARM称V9不受出口管控约束,但美国一贯的长臂管辖,华为受限的可能仍然存在。

  有网友说,没有ARM可以用RISC-V,也是精简指令集架构,想法不错,但现实很残酷。

  RISC-V最大的优势是开源,可以自由地用于任何目的,允许任何人设计、制造和销售RISC-V芯片和软件。

  但是,RISC-V诞生于美国加州大学伯克利分校,它的贡献者大都是美国的高校、机构、公司。

  它之所以开源,是因为尚未成功,也没有太多的市场,一旦成功上位,恐怕比ARM还要过分。

  “芯片之母”EDA,被美国企业掌控,架构又被ARM和英特尔把握,这对国产芯片来说真的很头疼。

  因为没有EDA、架构,在芯片的设计阶段就“卡”住了,后面的制造、封装、测试、使用更是无稽之谈。

  好在华为、华大、龙芯走出了国产之路,后续就是升级迭代、打造生态,扩大适用范围。

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