半导体工艺节点不断攀升 EDA的重要性与开发难度也如影随形

来源:华强电子网 作者:Andy 时间:2021-01-06 11:01

半导体 工艺节点 EDA

近期,本土芯片设计企业在EDA工具的供应上接连遭遇外企不同程度的“卡脖子”事件,“自主EDA生态”呼声日益高涨并在加速落至实处。国产EDA新生势力固然生猛,但与常年霸占全球70%以上市场份额的传统三巨头相比,在积累以及体量上仍存在根本性的差距。接下来,在政策和资本均未缺席的国内大环境下,国产EDA生态的大船如何“锚正航向”、“精准突围”,成为整个国内半导体产业链密切关注的焦点。

EDA究竟有多重要?大概只有真切经历过“断供”的本土芯片设计业,才有深刻体会。而今,随着全球芯片设计快步迈入更先进节点,EDA的重要性越发凸显,成为庞大本土芯片设计业的“命脉”,上海概伦电子有限公司副总裁刘文超表示:“从10nm、7nm再到5nm,每一次工艺节点升级,成本都在激增,EDA作为承载设计方法学的工具,其重要性和作用正越来越大。现在的7nm,如果是超过十层金属层的话,总价接近1亿人民币,如果一次流片不成功,对一个企业的打击无疑是致命的。”

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“从10nm、7nm再到5nm,每一次工艺节点升级,成本都在激增,EDA作为承载设计方法学的工具,其重要性和作用正越来越大。现在的7nm,如果是超过十层金属层的话,总价接近1亿人民币,如果一次流片不成功,对一个企业的打击无疑是致命的。”

而这些芯片的设计和制造要想成功,自然就需要仰仗强大的EDA工具加持。从芯片设计和制造的流程来看,譬如IC设计中的布局布线、逻辑综合,光罩制造的OPC优化、工艺和器件模拟以及包括器件紧凑模型的提取等。其中的每一个环节,都对最终能否一次流片成功起到“致命作用”。

在芯片设计工艺节点不断升级的大背景下,EDA工具的重要性凸显的同时,国内企业还面临另外一个难点,那就是如何取得工艺性能与良率的最佳平衡。作为国内另一大知名EDA厂商,概伦电子也以芯片的良率和性能作为出发“点”,刘文超认为:“这两个因素也是集成电路最关键的因素,即便产品的性能再好,良率如果低的话,那成本就居高不下;但如果我们仅追求良率,芯片的性能也会下降。因此,如何在良率和性能之间找到最佳平衡点,也是EDA工具所考虑的核心问题。”

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毕竟,如今芯片的集成度和复杂度正随着工艺不断推进也日益激增,工艺的难度逐步增大,器件尺寸持续缩小,刘文超举例到:“目前,5纳米工艺尺寸的芯片已经推向了市场,同时芯片集成度也在增高,比如普通的手机SoC集成度已经达到百亿规模以上,在这种情况下,人工是不可能完成的,需要EDA工具的支持。同时,设计的裕量也在减少,这与良率和性能都有关系,把裕量放大,良率提升,性能会下降,设计裕量和良率和性能间找到平衡点也是我们思考的问题。从90纳米到22纳米,我们设计的裕量由于受到静态噪声以及VT波动以及可靠性影响,设计裕量在逐渐减小,留给设计工程师所能调整的部分越来越小,这些都一定要依靠EDA解决方案来提升才能达到设计的目的。”

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这也是为何当下,国内半导体产业链迫切需要扶持本土EDA企业“上位”,来缓冲国际竞争压力的同时,促成EDA国产替代这一“宏图大业”。但就目前的形势来看,EDA在中国集成电路产业里还是相对比较薄弱的一环,据统计,国内EDA市场份额中,国产EDA工具占比重不到10%,相关资源非常有限,面临的形势也异常严峻。

相比之下,第一梯队的国际三巨头则拥有完整、总体优势的全流程产品,每一家营收都在10亿美金以上,客户遍布全球各地;而第二梯队的企业虽然仅在局部领域位居技术领先,但仍占据全球份额10%以上,营收也仍然超过1亿美金;相比之下,国内的EDA企业,则处在第三梯队,主要是以点工具为主,虽然在某些细分领域有一些突破和领先优势,在特定领域也有一些全流程解决方案,但都只是刚刚起步,而且纯商业营收目前还没有超过1亿美金的案例。


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