SEMI 電子設(shè)計(jì)市場(chǎng)數(shù)據(jù)報(bào)告顯示，2023 年第 3 季度全球 EDA 收入增長(zhǎng)創(chuàng)紀(jì)錄。這是自 1998 年第四季度以來最高的總體增長(zhǎng)。EDA 是如何從半導(dǎo)體行業(yè)的「邊緣人物」變成當(dāng)紅炸子雞的呢？

不容小覷的市場(chǎng)潛力

EDA 軟件是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中的重要環(huán)節(jié)之一，在多個(gè)領(lǐng)域中都發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，近年來行業(yè)發(fā)展速度不斷加快。目前我國(guó) EDA 軟件行業(yè)主要由國(guó)內(nèi)和國(guó)外廠商所組成，以 Synopsys、Cadence、Siemens EDA 等為代表的國(guó)外大型廠商排在第一市場(chǎng)梯隊(duì)，其憑借著技術(shù)和資金等方面積累的優(yōu)勢(shì)占據(jù)市場(chǎng)主導(dǎo)地位；之后為華大九天、國(guó)微集團(tuán)和概倫電子等國(guó)內(nèi)領(lǐng)先廠商位于第二市場(chǎng)梯隊(duì)，相比其他本土企業(yè)，這類廠商在個(gè)別細(xì)分領(lǐng)域的市場(chǎng)份額占比較高，在整體市場(chǎng)中有著一定的話語權(quán)；此外其他本土 EDA 軟件廠商排在第三市場(chǎng)梯隊(duì)，整體市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力比較弱。

擔(dān)任中國(guó)臺(tái)灣大學(xué)電機(jī)資訊學(xué)院院長(zhǎng)的張耀文教授以實(shí)際應(yīng)用說明半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的重要性：人工智能、5G 物聯(lián)網(wǎng)、云端服務(wù)、高性能計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析、智慧醫(yī)療、自駕車和機(jī)器人等新科技創(chuàng)造當(dāng)今人類的新文明，這些新科技的實(shí)現(xiàn)，都必須仰賴半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，而且相輔相成地成為技術(shù)發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力。

在了解各國(guó)半導(dǎo)體領(lǐng)域版圖前，必須先了解半導(dǎo)體是怎么來的。從半導(dǎo)體原料到指尖上一塊小小的芯片，涵蓋了數(shù)百道加工步驟和長(zhǎng)長(zhǎng)的全球價(jià)值鏈（Global Value Chain），由各國(guó)企業(yè)分工不同階段的制程。陽明交通大學(xué)副校長(zhǎng)、電子研究所的李鎮(zhèn)宜教授表示，半導(dǎo)體整體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與板塊移動(dòng)，屬于跨國(guó)、跨企業(yè)在多年的良性競(jìng)爭(zhēng)與互補(bǔ)合作下，誕生的共創(chuàng)機(jī)制。

半導(dǎo)體價(jià)值鏈可分為設(shè)計(jì)與制造兩大部分，后者又可分為前端的晶圓制造生產(chǎn)與后端的封裝測(cè)試。設(shè)計(jì)端包含開發(fā)基本電路模組、電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（Electronic Design Automation, EDA）軟件，以及提供指令集架構(gòu)的公司。

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的全球價(jià)值鏈，可分為設(shè)計(jì)與制造兩大部分，由各國(guó)企業(yè)分工協(xié)作。

進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的公司，大部分都沒有自行生產(chǎn)芯片的工廠（無廠半導(dǎo)體企業(yè)），因此需要委托晶圓代工廠來制造芯片，全球市占率 6 成的的臺(tái)積電即為國(guó)際晶圓代工龍頭。前端工程的晶圓代工廠，會(huì)將電路設(shè)計(jì)圖轉(zhuǎn)印到晶圓上，而后端的企業(yè)則負(fù)責(zé)裁切晶圓，制成芯片后進(jìn)行封裝測(cè)試。

根據(jù)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)（SIA）與波士頓顧問集團(tuán)（BCG）于 2021 年 4 月合作發(fā)表的分析報(bào)告，可見美國(guó)在最上游的芯片設(shè)計(jì)與半導(dǎo)體制造設(shè)備（如摻雜技術(shù)〔Doping〕與制程控管所需機(jī)具），都扮演極具分量的角色，而這些主要技術(shù)，也成為美國(guó)在地緣政治中的關(guān)鍵施力點(diǎn)。

美國(guó)針對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈各重點(diǎn)環(huán)節(jié)對(duì)中國(guó)展開的芯片制裁，一方面，英偉達(dá)與 AMD 被美國(guó)限制向中國(guó)出口現(xiàn)成的高階芯片，以攔截尖端科技發(fā)展。高階芯片在進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析的高效能運(yùn)算（high performance computing）系統(tǒng)中必不可缺，勢(shì)必影響阿里巴巴、騰訊與百度的云端服務(wù)的布局，以及未來 AI 發(fā)展。

另一方面，中國(guó)被禁止取得美國(guó)的半導(dǎo)體設(shè)備，阻絕高階芯片的制造。巧婦難為無米之炊，尤其半導(dǎo)體機(jī)具設(shè)備并非一次性購(gòu)入即可，還需廠商提供長(zhǎng)期維修保養(yǎng)、排除故障問題等服務(wù)。美國(guó)的禁令旨在使中國(guó)半導(dǎo)體大廠的芯片制程大幅落后。不只是現(xiàn)成的芯片與制造設(shè)備，美國(guó)還對(duì)半導(dǎo)體制造設(shè)備的必要元件下禁令，意圖讓中國(guó)無法發(fā)展本土的半導(dǎo)體制造設(shè)備。

如果中國(guó)國(guó)內(nèi)無法制造，難道不能委托其他晶圓代工廠協(xié)助？事情沒那么簡(jiǎn)單，別忘了美國(guó)也管制國(guó)產(chǎn) EDA 軟件出口到中國(guó)，相當(dāng)于扼殺中國(guó)自行設(shè)計(jì)高階芯片的能力。因?yàn)閾碛屑s八成市占率的 EDA 軟件三大巨頭——新思科技（Synopsys）、Cadenc 與西門子（Siemens），其總部都在美國(guó)，而中國(guó)國(guó)內(nèi)的 EDA 企業(yè)均未具備設(shè)計(jì)先進(jìn)電路制程的能力。

工研院產(chǎn)科國(guó)際所楊瑞臨研究總監(jiān)分析，美國(guó)從產(chǎn)業(yè)鏈的設(shè)計(jì)與制造端緊抓要害，全方位圍堵中國(guó)的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中不可或缺的芯片之母——EDA

雖然 EDA 軟件的市場(chǎng)價(jià)值在 2021 年約 100 億美元，與半導(dǎo)體市場(chǎng)將近 6000 億美元的規(guī)模相比不到十分之一，但它可是半導(dǎo)體價(jià)值鏈中至關(guān)重要的芯片之母。

不像 1970 年代時(shí)，IC 上只有數(shù)以千計(jì)的晶體管，如今邁入超大型集成電路（Very Large Scale Integration，VLSI）世代，一塊 IC 上就有上億個(gè)晶體管。（以 iPhone 14 所用的 A16 仿生芯片為例，其一平方公分的晶圓面積上就布滿約 160 億顆晶體管?。㊣C 上的各個(gè)區(qū)塊肩負(fù)不同功能，每個(gè)區(qū)塊都需由一組團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)，光是一塊 IC，背后就需要上千人的團(tuán)隊(duì)才能開發(fā)成功。巨量的元件大大提升后期整合的難度，設(shè)計(jì)工程師絕不可能將一個(gè)個(gè)晶體管手動(dòng)排列上去，一定得仰賴 EDA 的輔助。EDA 讓工程師可以利用程式規(guī)劃芯片功能，再交由 EDA 將程式碼轉(zhuǎn)換成電路設(shè)計(jì)圖，達(dá)成高效率設(shè)計(jì)。

EDA 之所以強(qiáng)大，是因?yàn)樗恢荒軆?yōu)化設(shè)計(jì)，還可以提供模擬和驗(yàn)證的功能。規(guī)劃 IC 架構(gòu)后，工程師能在投入實(shí)體制作前，先行在不同條件參數(shù)與運(yùn)作方式下模擬電路的表現(xiàn)，知道 IC 布局是否能起作用。工程師可以針對(duì)效能最強(qiáng)、面積最小或發(fā)熱最低等不同目標(biāo)來模擬，進(jìn)行調(diào)整除錯(cuò)，找出最佳化的設(shè)計(jì)。

除了設(shè)計(jì)端，制造端與 EDA 同樣密不可分。EDA 的驗(yàn)證功能可以協(xié)助檢驗(yàn)芯片的設(shè)計(jì)是否正確連接，有無遵循晶圓代工廠的生產(chǎn)規(guī)格，確保制作良率可以符合量產(chǎn)的效益。建置 EDA 軟體與設(shè)計(jì)環(huán)境的公司，和負(fù)責(zé)研發(fā)先進(jìn)制程的晶圓代工廠商，兩者之間需緊密溝通往來，才可以讓設(shè)計(jì)跟上最新制程資料，不停向前推進(jìn)半導(dǎo)體納米微縮的技術(shù)節(jié)點(diǎn)。

EDA 就像是建筑師的藍(lán)圖，可以預(yù)先在一定的施工條件下，構(gòu)想好空間配置，確保每個(gè)工班做出來的東西可以流暢地銜接在一起。

EDA 新趨勢(shì)

2024 年 1 月 16 日，EDA 及半導(dǎo)體 IP 大廠新思科技和工業(yè)軟件大廠 Ansys 正式宣布，雙方已經(jīng)就新思科技收購(gòu) Ansys 事宜達(dá)成了最終協(xié)議。

根據(jù)該收購(gòu)協(xié)議條款，Ansys 股東將以每股 Ansys 股票換取 197.00 美元現(xiàn)金和 0.3450 股新思科技普通股，按 2023 年 12 月 21 日新思科技普通股的收盤價(jià)（559.96 美元/股）計(jì)算，該收購(gòu)總價(jià)值約為 350 億美元，是 2024 年開年最大的并購(gòu)案，同時(shí)從成交金額 350 億美元（約 2500 億人民幣）來看，此次收購(gòu)是近年來科技行業(yè)宣布的最大交易之一。從新思科技（Synopsys）并購(gòu)史來看，自其創(chuàng)立之初到 2023 年，并購(gòu)次數(shù)次數(shù)高達(dá) 42 起，其中僅 2023 一年就有四起。相對(duì)于 Ansys 于 2023 年 12 月 21 日的收盤價(jià)溢價(jià)約 29%，比 Ansys 截至同日的 60 天成交量加權(quán)平均價(jià)格溢價(jià)約 35%。根據(jù)協(xié)議條款，預(yù)計(jì) Ansys 股東將擁有合并后公司約 16.5% 的預(yù)估股權(quán)。

為了完成這筆巨額收購(gòu)，新思科技計(jì)劃通過現(xiàn)金和債務(wù)融資相結(jié)合的方式為 190 億美元的現(xiàn)金對(duì)價(jià)提供資金。新思科技已獲得 160 億美元的全額承諾債務(wù)融資。該交易預(yù)計(jì)將于 2025 年上半年完成，但需獲得 Ansys 股東的批準(zhǔn)、獲得必要的監(jiān)管部門批準(zhǔn)以及其他慣例成交條件。

值得注意的是，此次新思科技對(duì)于 Ansys 的收購(gòu)正值新思科技的權(quán)利交接之際，現(xiàn)任董事長(zhǎng)兼 CEO Aart de Geus 于 2024 年 1 月 1 日轉(zhuǎn)任新思科技董事會(huì)執(zhí)行主席，Sassine Ghazi 正式出任公司全球總裁兼首席執(zhí)行官。行業(yè)人士猜測(cè)，這筆重大收購(gòu)可能將是 Sassine Ghazi 謀求推動(dòng)新思科技進(jìn)一步改變和壯大的關(guān)鍵舉措。

公開資料顯示，Ansys 成立于 1970 年，總部位于賓夕法尼亞州的 Canonsburg，是一家專門從事工程仿真軟件開發(fā)和銷售的公司，同時(shí)也是全球最大的 CAE(Computer Aided Engineering，工程設(shè)計(jì)中的計(jì)算機(jī)輔助工程）軟件大廠之一，同時(shí)也是全球 EDA 軟件大廠。

隨著 RISC-V 技術(shù)深入各領(lǐng)域，它以開源、簡(jiǎn)潔和高度可擴(kuò)展的特性正逐步塑造未來。盡管 RISC-V 潛力巨大，其生態(tài)系統(tǒng)仍存在待完善之處。特別是其獨(dú)立、靈活和彈性的設(shè)計(jì)理念讓系統(tǒng)碎片化的問題劇增。

EDA 的任務(wù)就是傾聽客戶需求，來滿足他們?cè)诓煌瑧?yīng)用對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)或生態(tài)系統(tǒng)的支持。

為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，國(guó)內(nèi)思爾芯為 RISC-V 提供了涵蓋微架構(gòu)分析、系統(tǒng)整合、規(guī)范符合性測(cè)試以及軟件性能評(píng)估的一系列優(yōu)化解決方案。通過思爾芯的「芯神匠」的系統(tǒng)&應(yīng)用性能分析、「芯神瞳」的評(píng)估架構(gòu)配置/軟件性能分析、「芯神鼎」的規(guī)范符合性測(cè)試等策略，構(gòu)建一個(gè)更高效和穩(wěn)定的 RISC-V 平臺(tái)。