“上世紀(jì)80年代末的最關(guān)鍵時(shí)期，我國(guó)并沒(méi)有把精力和資源投入到（集成電路）設(shè)計(jì)方法學(xué)上，而是走了另一條路。隨后大約10年時(shí)間，國(guó)內(nèi)大多采取反向設(shè)計(jì)法，在1995年我回國(guó)時(shí)，感覺(jué)遍地在照相。當(dāng)時(shí)在半導(dǎo)體業(yè)很多人在說(shuō)芯片設(shè)計(jì)，但是芯片設(shè)計(jì)知識(shí)非常有限。EDA工具也經(jīng)歷了禁運(yùn)到解禁，大量相關(guān)公司進(jìn)入到國(guó)內(nèi)，（使得）我們太依賴EDA工具，更沒(méi)時(shí)間補(bǔ)充設(shè)計(jì)方法學(xué)。經(jīng)過(guò)20年發(fā)展，（我們）太依賴EDA工具發(fā)展，但設(shè)計(jì)方法學(xué)依舊是空白。”

這是清華大學(xué)微電子學(xué)與納電子學(xué)系主任魏少軍教授在2019年5月16日舉行的“2019概倫電子技術(shù)研討會(huì)”演講前的開(kāi)場(chǎng)話，寥寥幾句點(diǎn)出了中國(guó)集成電路發(fā)展的那段“草莽時(shí)期”，道破國(guó)內(nèi)對(duì)EDA的依賴癥外，更是揪出了最核心的部分——設(shè)計(jì)方法學(xué)的缺失。

清華大學(xué)微電子學(xué)與納電子學(xué)系主任魏少軍教授

何為設(shè)計(jì)方法學(xué)？

在楊之廉、申明編寫(xiě)的《超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)方法學(xué)導(dǎo)論》開(kāi)篇中就提及，隨著集成技術(shù)不斷發(fā)展和集成度提高，集成電路芯片的設(shè)計(jì)工作越來(lái)越復(fù)雜，因而急需在設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)工具這兩方面有一個(gè)大的變革——“設(shè)計(jì)變革”。“設(shè)計(jì)方法學(xué)”的誕生正是為了適應(yīng)這樣的要求。

為什么需要補(bǔ)上設(shè)計(jì)方法學(xué)這門(mén)課？

魏少軍教授一張PPT概括了集成電路設(shè)計(jì)方法學(xué)的發(fā)展（如下）。

EDA歷史發(fā)展一目了然，從70年代的第一代EDA稱為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD（computer aided design）系統(tǒng)，它以交互式圖形編輯和設(shè)計(jì)規(guī)則檢查為特點(diǎn)。其用途如上圖中所說(shuō)，完成特定任務(wù)，將設(shè)計(jì)人員從繁重的手工勞動(dòng)中解放出來(lái)。80年代出現(xiàn)了CAE，它以32位工作站為硬件平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)從邏輯電路到版圖聲稱的自動(dòng)轉(zhuǎn)換等全線設(shè)計(jì)工作。90年代芯片復(fù)雜度，則伴隨著第三代EDA的誕生。

“在這（EDA歷史中），中國(guó)人哪有貢獻(xiàn)？大概在一些特別小的地方，有我們自己做的貢獻(xiàn)。”從發(fā)展史的角度中，魏少軍教授點(diǎn)出了痛點(diǎn)所在：“在EDA工具中的‘邏輯綜合’和‘布局布線’兩個(gè)核心中，我們都沒(méi)有貢獻(xiàn)，甚至我們都不去碰它。”

此外，魏少軍教授表示，在過(guò)去20、30年中出現(xiàn)了許多芯片設(shè)計(jì)工具（如下圖），而它們卻被Cadence、Synopsys以及曾經(jīng)的EDA公司所壟斷。面對(duì)如此多的工具，工程師不知如何選擇，這就牽扯到流程問(wèn)題——如何把這些工具按照設(shè)計(jì)需求串成一個(gè)工具鏈發(fā)展。

魏教授以此點(diǎn)出中國(guó)絕大多數(shù)設(shè)計(jì)企業(yè)現(xiàn)狀——依賴EDA公司或Foundry給出的設(shè)計(jì)流程。這些設(shè)計(jì)流程由于要適應(yīng)盡可能多的客戶，因此留有相當(dāng)?shù)娜哂?，直接影響產(chǎn)品性能和競(jìng)爭(zhēng)力。盡管我國(guó)已有個(gè)別企業(yè)開(kāi)始嘗試COT的設(shè)計(jì)技術(shù)，但受限于技術(shù)積累不足和與Foundry的配合度不高，目前還做不到完全建立自己一套設(shè)計(jì)流程和工藝參數(shù)。

最終導(dǎo)致國(guó)產(chǎn)基礎(chǔ)軟件的技術(shù)指標(biāo)與國(guó)外產(chǎn)品差距在一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，可用性、可靠性有待提高。

因?yàn)槿狈υO(shè)計(jì)方法學(xué)，致使我國(guó)設(shè)計(jì)業(yè)能力不足（具體如下圖）。

其實(shí)在魏少軍教授拋出“設(shè)計(jì)方法學(xué)”這個(gè)核心問(wèn)題時(shí)，也詳細(xì)解讀了中國(guó)集成電路不足之處，除了人才問(wèn)題外，還有研發(fā)投入嚴(yán)重不足——全國(guó)用于集成電路的研發(fā)總投入不會(huì)超過(guò)45億美元，即不到300億元人民幣，僅占全行業(yè)銷(xiāo)售額的6.7%不到英特爾公司一家年研發(fā)投入的50%。

現(xiàn)實(shí)問(wèn)題加上核心的設(shè)計(jì)方法學(xué)缺失，現(xiàn)狀有點(diǎn)不容樂(lè)觀。

不得不把握的機(jī)遇

雖然魏教授說(shuō)：“出來(lái)混總歸要還的?！钡o接著的一句也道出了國(guó)產(chǎn)EDA的希望：“國(guó)際EDA公司如今創(chuàng)新乏力，這也給中國(guó)EDA企業(yè)更多的機(jī)遇。我們要補(bǔ)上（設(shè)計(jì)方法學(xué)）這一課?！?

概倫電子董事長(zhǎng)劉志宏博士和魏少軍教授都在演講中提到了美國(guó)的“電子復(fù)興計(jì)劃”（Electronics Resurgence Initiative，ERI）。在去年7月份，美國(guó)DARPA 官員首次公開(kāi)討論了美國(guó)“電子復(fù)興計(jì)劃”，計(jì)劃在五年內(nèi)斥資 15 億美元（約 102 億人民幣）徹底改變微電子業(yè)的工作方式，重建一個(gè)更加專(zhuān)業(yè)化、安全和高度自動(dòng)化的電子產(chǎn)業(yè)群。其通過(guò)兩項(xiàng)新的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）研究項(xiàng)目：電子設(shè)備智能設(shè)計(jì)（IDEA）計(jì)劃和高端開(kāi)源硬件（POSH）計(jì)劃。

概倫電子董事長(zhǎng)劉志宏博士

在美國(guó)想拉大與世界距離并改變游戲規(guī)則時(shí)，我們的設(shè)計(jì)方法學(xué)不得不補(bǔ)，同時(shí)該有的機(jī)遇也不得不去抓。

在劉志宏博士的演講中就提到了概倫電子所看到的機(jī)會(huì)和自己的競(jìng)爭(zhēng)力，并將目光專(zhuān)注于良率與PPA上，并通過(guò)優(yōu)化產(chǎn)品上市時(shí)間（TTM）來(lái)影響市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。且頗有成就，比如推出全新的建模平臺(tái)，加快工藝和設(shè)計(jì)的互動(dòng)，提升COT能力；比如通過(guò)仿真指導(dǎo)工藝的改進(jìn)，快速實(shí)現(xiàn)SRAM良率的提升；比如通過(guò)良率導(dǎo)向設(shè)計(jì)提升存儲(chǔ)器IP競(jìng)爭(zhēng)力；還有用于先進(jìn)NAND閃存和DRAM芯片設(shè)計(jì)的主力仿真器等。當(dāng)然現(xiàn)場(chǎng)做演講的EDA公司似乎都找到了自己的活法。

“100億美元的EDA/IP市場(chǎng)，卻支撐起了1.5萬(wàn)億美元的終端市場(chǎng)，這種倒三角形狀看上去就像一顆鉆石。”劉志宏博士如此形容EDA的重要性：“如果少了一個(gè)Foundry不會(huì)對(duì)業(yè)界有震動(dòng)，但若少了一家EDA大廠，其影響不僅僅是工具，更是影響到了整個(gè)流程和方法學(xué)?！?

此外，劉志宏博士還呼吁：“國(guó)產(chǎn)EDA需要產(chǎn)業(yè)完整性，需要腳踏實(shí)地一點(diǎn)一滴做起，整個(gè)行業(yè)需要業(yè)內(nèi)人士共建，且杜絕盜版。我們的愿景就是做一家自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)創(chuàng)新的企業(yè)?！?

加州大學(xué)伯克利分校TSMC講座教授胡正明

加州大學(xué)伯克利分校TSMC講座教授胡正明在現(xiàn)場(chǎng)說(shuō)到：“半導(dǎo)體市場(chǎng)有再成長(zhǎng)一百年的空間。”顯然，這一百年不僅是給整個(gè)行業(yè)持續(xù)發(fā)展的信心，更是會(huì)出現(xiàn)國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體廠商、國(guó)產(chǎn)EDA廠商奮力追趕的身影。