近日，著名的工業(yè)軟件公司Mathwork已經(jīng)停止了哈爾濱工業(yè)大學(xué)、哈爾濱工程大學(xué)等在實(shí)體清單上的公司提供技術(shù)以及客戶支持服務(wù)，這也就意味著兩校的師生要和工科神器Matlab說再見了。更糟糕的是，未來兩校在論文中不可以出現(xiàn)任何使用MATLAB生成的圖表。
這些封鎖，可能對(duì)于我國IT產(chǎn)業(yè)來說可能是一件好事，這提醒了我們不應(yīng)該過分依賴非開源產(chǎn)品，所有核心模塊需要有一個(gè)開源替代的方案，那些沒有開源替代方案的部分比如Matlab的用于仿真的Sitimulink模塊乃至整個(gè)工業(yè)軟件領(lǐng)域，我們就要高度重視，以尋求突破。
初識(shí)工業(yè)軟件
工業(yè)軟件指專用于或主要用于工業(yè)領(lǐng)域，提高工業(yè)企業(yè)研發(fā)、制造、管理水平和工業(yè)裝備性能的軟件。工業(yè)軟件從應(yīng)用環(huán)節(jié)可分為研發(fā)設(shè)計(jì)類、生產(chǎn)調(diào)度和過程控制類、業(yè)務(wù)管理類三大領(lǐng)域，包括我們一會(huì)兒要重點(diǎn)提到的電子設(shè)計(jì)軟件EDA以及業(yè)內(nèi)使用非常多的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、輔助分析（CAE）實(shí)際是工業(yè)軟研發(fā)設(shè)計(jì)類軟件的一種。
根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)，2018年中國制造業(yè)增加值占世界制造業(yè)份額占比達(dá)到28%以上，但我國企業(yè)使用的工業(yè)軟件，幾乎全部來自于SAP、西門子等國外廠商。
從當(dāng)前的公開資料來看，截至2018年底，全球工業(yè)軟件市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到3893億美元，同年我國工業(yè)軟件的市場(chǎng)規(guī)模僅為1603億元。我國工業(yè)軟件市場(chǎng)規(guī)模僅僅是全球工業(yè)軟件市場(chǎng)規(guī)模的十五分之一，考慮到未來我國正處在高速數(shù)字化、云計(jì)算轉(zhuǎn)型的過程中，未來對(duì)于工業(yè)軟件的需求必定還會(huì)持續(xù)擴(kuò)大。在所有的工業(yè)軟件中，我國目前最缺的就是EDA軟件。
EDA是芯片行業(yè)的關(guān)鍵一環(huán)
國產(chǎn)CPU和異構(gòu)AI芯片是我國發(fā)展人工智能和云計(jì)算等“新基建”的核心技術(shù)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2019年全球芯片市場(chǎng)規(guī)模已經(jīng)突破千億美元，隨著數(shù)據(jù)中心和云服務(wù)的加速推進(jìn)，未來我國對(duì)于芯片的需求還會(huì)大幅度增長(zhǎng)，國產(chǎn)替代空間廣闊。不過我國的芯片行業(yè)能否進(jìn)入良性循環(huán)，還得要看我國能否在EDA領(lǐng)域取得關(guān)鍵性進(jìn)展。
EDA是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD的細(xì)分領(lǐng)域，利用EDA工具，芯片設(shè)計(jì)人員可以從概念、算法、協(xié)議等開始設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)，完成電子產(chǎn)品從電路設(shè)計(jì)、性能分析到設(shè)計(jì)出IC版圖或PCB版圖的整個(gè)過程。數(shù)據(jù)顯示，2018年全球EDA市場(chǎng)規(guī)模還沒突破100億美元，EDA相對(duì)于幾千億美元的芯片產(chǎn)業(yè)來說從產(chǎn)值上看根本不值一提，但如果缺少了EDA，整個(gè)芯片產(chǎn)業(yè)都得停擺。
在EDA工具出現(xiàn)之前，芯片設(shè)計(jì)人員只能依靠手繪圖紙的方式來完成集成電路的設(shè)計(jì)、布線等工作，但是后來隨著摩爾定律的提出，芯片內(nèi)部的復(fù)雜度越來越高，因此業(yè)界開始尋求構(gòu)建一款計(jì)算機(jī)軟件來幫助設(shè)計(jì)人員完成設(shè)計(jì)，不過真正劃時(shí)代的突破到1986年才到來。
當(dāng)時(shí)在美國國防部的資助下，硬件描述語言VHDL的概念被提出，VHDL語言是識(shí)別、讀取不同類型硬件的標(biāo)準(zhǔn)描述，目前VHDL在行業(yè)內(nèi)應(yīng)用非常廣泛，筆者在前文百行代碼解讀阿里AloT芯片平臺(tái)無劍100！，介紹了開源芯片無劍100是基于VHDL描述的。如果把VHDL比作Java，那么EDA則相當(dāng)于Eclipse，而芯片則相當(dāng)于Java編寫的軟件項(xiàng)目，如RocketMQ等，就像C語言大大加速了軟件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展一樣，VHDL的出現(xiàn)也大大加速了芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的規(guī)模日益擴(kuò)大，EDA扮演角色越來越重要。不光是芯片設(shè)計(jì)廠商使用，代工制造商也需要EDA生成的模型，同時(shí)芯片模擬與仿真也離不開EDA，可以說EDA是打通芯片由設(shè)計(jì)到制造整個(gè)產(chǎn)業(yè)，任督二脈的關(guān)鍵一環(huán)。
國產(chǎn)EDA產(chǎn)業(yè)當(dāng)自強(qiáng)
EDA市場(chǎng)前三位的Synopsys、Cadence和被西門子約占全球市場(chǎng)份額的60%，產(chǎn)業(yè)集中度并不是太高，不過在中國市場(chǎng)，卻完全是另一一番景象，我國EDA的市場(chǎng)份額95%由上述三家瓜分，剩余的5%還有部分被Ansys等其它外國公司占據(jù)，真正給我國華大九天、芯愿景、芯禾科技等國產(chǎn)EDA公司留下的空間非常少。據(jù)估計(jì)2018年我國EDA的市場(chǎng)規(guī)模僅為尚未突破百億元。
EDA行業(yè)入門門檻高，成本彈性大，對(duì)性能依賴性強(qiáng)，我國EDA公司若想突圍，就必須持續(xù)投入進(jìn)行技術(shù)研發(fā)。不過在研發(fā)方面我們和EDA行業(yè)的巨頭差距很大，近些來來EDA三巨頭們?cè)谘邪l(fā)上的投入都在持續(xù)增長(zhǎng)，尤其是Cadence公司在研發(fā)方面的投入最為大手筆，近兩年研發(fā)支出占總營收的比例甚至超過40%。
從國外上，美國在去年推出了一項(xiàng)為期5年、總值15億美元的電子復(fù)興計(jì)劃——ERI，來支持芯片技術(shù)的開發(fā)，美國國會(huì)也增加了對(duì)ERI的投入，每年額外注資1.5億美元。從這我們看到國外EDA企業(yè)每年的研發(fā)投入達(dá)到幾十億人民幣，而國內(nèi)EDA產(chǎn)業(yè)總的規(guī)模不到百億，確實(shí)存在一些差距。
國內(nèi)EDA產(chǎn)業(yè)起步并不算太晚，國產(chǎn)首套EDA熊貓系統(tǒng)于1986年開始研發(fā)，1993年問世。不過之后的國內(nèi)EDA產(chǎn)業(yè)發(fā)展就變得曲折，甚至前一段時(shí)間的爆款文《我國工業(yè)軟件失去的30年》，將國產(chǎn)工業(yè)軟件的落后歸結(jié)于國家扶植力度的不足，筆者雖然不認(rèn)為哪個(gè)產(chǎn)業(yè)能靠國家補(bǔ)貼獲得成功，不過我們也應(yīng)該看到與開源替代的IT領(lǐng)域中，比如操作系統(tǒng)方面，我國還是有不少能如RTThread、TencentOS等一些能夠拿出手的作品，甚至在CPU指令集方面，阿里平頭哥也取得了不小的突破，不但推出了基于開源指令集RISC-V的玄鐵系列芯片，并且圍繞著IoT打造出一片屬于玄鐵910的生態(tài)體系。
在EDA這種沒有任何開源替代品的領(lǐng)域中，目前來看國家層面加大政策傾斜與資源扶持力度可能唯一行之有效的道路了。EDA軟件工具涵蓋了IC設(shè)計(jì)、布線、驗(yàn)證和仿真等所有方面。EDA是集成電路設(shè)計(jì)必需、也是最重要的軟件工具，EDA產(chǎn)業(yè)是IC設(shè)計(jì)最上游、最高端的產(chǎn)業(yè)。而且最為關(guān)鍵的一點(diǎn)是，我國EDA廠商還沒有為旗下產(chǎn)品建立完整的生態(tài)鏈，沒有形成完整意義上的閉環(huán)，這也注定了國產(chǎn)EDA之路還任重道遠(yuǎn)。
