国产EDA突破:关键一步
在内外多重因素的影响下,国内EDA在近年来驶入了发展高速道。围绕着芯片设计的各个环节,也涌现出了近百家本土EDA公司,朝着EDA国产替代的方向加速前进。但是,行业内不少专家告诉笔者,虽然发展迅猛,国产EDA还有很长的路要走。
国微芯首席产品科学家、拥有20余年EDA行业工作经验的资深专家顾征宙在日前举办的ICCAD峰会演讲中也指出,当前的国产EDA还面临着三方面的核心挑战:第一,如何加速新工艺的快速导入;第二,如何确保芯片在设计阶段得到充分验证;第三,能否提供更快、更精确的制造端软件工具。尤其是第一点——加速工艺导入。在顾征宙看来,这是实现EDA技术突破的关键一步,因为这一环节对于解决制造端的良率与效率问题至关重要。
要了解这个观点,就要从芯片从设计到制造的全流程说起。
EDA,少被关注的一环
我们日常在谈及EDA的时候,更多是关注这个工具在芯片设计上的应用。诚然,作为Electronic Design Automation(电子设计自动化)的简称,很多人倾向于将EDA等同于芯片设计,这一观点在某种程度上是情有可原的。但实际上,EDA在芯片领域,还与半导体供应链的关键方面——制造密不可分。
回看芯片设计到制造的一般流程。其中,芯片设计过程大致包括五个步骤,第一步是高级设计和架构。虽然这是芯片设计师独自完成的唯一步骤,但它是发挥创造力的地方;
该流程的第二步是芯片设计人员进行逻辑电路设计,用硬件描述语言 (HDL) 编写代码来集成甚至定制知识产权 (IP) 块(处理器内核、内存控制器等)。其次,IP公司构建了预先设计的逻辑和电路块库,芯片设计人员可以根据其设计目标使用这些库来实现不同的功能。值得一提的是,一旦编写了 HDL,EDA 工具就会执行所谓的逻辑综合,其中它们获取指定芯片功能的高级代码并将其转换为可以在硅片上实际实现的门级设计。同时,在整个过程中,EDA 工具必须同时从物理制造的角度了解代工厂层面的可能性。
在这三个步骤之后,就是简单但令人紧张的第四部分——验证。EDA 公司拥有的工具不仅可以验证芯片的功能,还可以验证设计师可能在时序、功率、尺寸等方面提出的一系列约束。
最后,我们回到制造方(设备制造商和代工厂)进行最后一步,通常称为“流片”。当最终设计完成并准备进行晶圆制造时,设计师将签核经过验证的芯片功能,而 EDA 工具将生成制造文件并确保设计与代工厂的要求兼容。事实上,EDA 公司会自动准备代工厂用来创建制造芯片时使用的光掩模的数据。芯片制造完成后,它们会被送到组装、测试和封装公司,这些公司会继续对芯片进行下游加工,直到它进入您正在阅读本文的设备,这是后话。
在国内大多数EDA公司都是聚焦在设计前端工具的时候,成立于2018年的国微芯则将目光投向了后端及制造端。
据公司官网介绍,国微芯凭借自主研发的超高速制造端版图数据库,成功打破了国际行业寡头的数据库标准垄断。公司依托“高速图形引擎、全分布式运行构架、业界标杆精度”等核心自主技术优势,搭建集EDA与芯片设计服务于一体的综合性平台,开发了物理验证软件,掩膜厂全流程等软件;同时构建了全面的EDA数字设计端解决方案、可靠性解决方案、制造端解决方案以及芯片turn-key一站式服务。
国微芯,三线进攻
顾征宙表示,过去,类似台积电、格罗方德和三星等晶圆厂在EDA软件方面提供的就是基础功能。具体到应用端,则依赖于有经验的AE和PE去搭建原型。但是,随着美国限制的层层加码,国内工艺发展可能会出现分叉,这给国内的后端EDA发展带来新的挑战。
“如果国内的EDA厂商如果还是一如既往地像以前那样在技术和产品发展上追随EDA三大家,而不是试图去弄清楚背后的逻辑。那么将这些工具应用到本土的设备、甚至工艺上,就会很容易出问题。”顾征宙说。
因此,在这种情况下,贴近产业去洞悉国内产业的痛点,就成为了这个问题的最优解。
顾征宙在演讲中也透露,国微芯已经围绕设计验证、工艺导入以及制造端问题解决三个方面展开,并开发出多个核心产品,包括形式验证平台、PDK平台、K库软件、MDP软件以及针对国产机台的OEM定制等。
在形式验证方面,国微芯利用Formal软件对芯片进行彻底充分的验证,以便提早发现芯片里的逻辑错误,提高每次流片的成功率;在工艺导入方面,国微芯重点布局PDK和标准单元库的k库,为整个工艺导入提供重要支持;在制造端问题解决方面,国微芯推出了MDP软件等创新产品,致力于解决制造端面临的种种难题。
在交流中顾征宙还告诉半导体行业观察,公司还在推动“设计左移”,以显著缩短芯片设计调试周期。据他在演讲中介绍,与传统多在芯片设计后期开展大规模验证不同,国微芯提前介入,从设计初期便利用代码覆盖率分析、高阶综合 LPV 及强力 debug 工具等,全面深入检测潜在问题。
顾征宙指出,如果将应用创新做到极致,可以代替目前很多EDA的短板。但是,这并不能靠EDA产商本身去完成,而是需要Fab给予国产EDA机会和信心,并与国产EDA厂商一起建立生态,才能真正推动整条国产产业链的发展。
正如他在演讲中所说,希望国内设计公司与晶圆厂对国产软件予以信任(TRUST)。
他表示,这个TRUST包含了四层含义:1、要有过硬技术(Technology)作支撑;2、需构建和谐稳固的合作关系(Relationship);3、要与客户紧密联结成一体(Union);4、要提供优质上乘的服务(Service)。“唯有国产 EDA 在这上述四方面均表现卓越,方能赢得各界信任。”顾征宙说。
当然,这也正是国微芯一直努力的方向。