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MATLAB 遭禁,CAD 也危险,国产工业软件如何突围?

CSDN · 2020-06-22
国产EDA产业当自强

编者按:本文来自微信公众号“CSDN”(ID:CSDNnews),36氪经授权发布。

作者 | 马超

责编 | 伍杏玲

近日,著名的工业软件公司Mathwork已经停止了哈尔滨工业大学、哈尔滨工程大学等在实体清单上的公司提供技术以及客户支持服务,这也就意味着两校的师生要和工科神器Matlab说再见了。更糟糕的是,未来两校在论文中不可以出现任何使用 MATLAB 生成的图表。

这些封锁,可能对于我国IT产业来说可能是一件好事,这提醒了我们不应该过分依赖非开源产品,所有核心模块需要有一个开源替代的方案,那些没有开源替代方案的部分比如Matlab的用于仿真的Sitimulink模块乃至整个工业软件领域,我们就要高度重视,以寻求突破。

1 初识工业软件

工业软件指专用于或主要用于工业领域,提高工业企业研发、制造、管理水平和工业装备性能的软件。工业软件从应用环节可分为研发设计类、生产调度和过程控制类、业务管理类三大领域,包括我们一会儿要重点提到的电子设计软件 EDA以及业内使用非常多的计算机辅助设计(CAD)、辅助分析(CAE)实际是工业软研发设计类软件的一种。

根据国家统计局数据,2018年中国制造业增加值占世界制造业份额占比达到28%以上,但我国企业使用的工业软件,几乎全部来自于SAP、西门子等国外厂商。

从当前的公开资料来看,截至2018年底,全球工业软件市场规模达到3893亿美元,同年我国工业软件的市场规模仅为1603亿元。我国工业软件市场规模仅仅是全球工业软件市场规模的十五分之一,考虑到未来我国正处在高速数字化、云计算转型的过程中,未来对于工业软件的需求必定还会持续扩大。在所有的工业软件中,我国目前最缺的就是EDA软件。

2 EDA是芯片行业的关键一环

国产CPU和异构AI芯片是我国发展人工智能和云计算等“新基建”的核心技术。据不完全统计,2019 年全球芯片市场规模已经突破千亿美元,随着数据中心和云服务的加速推进,未来我国对于芯片的需求还会大幅度增长,国产替代空间广阔。不过我国的芯片行业能否进入良性循环,还得要看我国能否在EDA领域取得关键性进展。

EDA是计算机辅助设计CAD的细分领域,利用EDA工具,芯片设计人员可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统,完成电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC版图或PCB版图的整个过程。数据显示,2018年全球EDA市场规模还没突破100亿美元,EDA相对于几千亿美元的芯片产业来说从产值上看根本不值一提,但如果缺少了EDA,整个芯片产业都得停摆。

在EDA工具出现之前,芯片设计人员只能依靠手绘图纸的方式来完成集成电路的设计、布线等工作,但是后来随着摩尔定律的提出,芯片内部的复杂度越来越高,因此业界开始寻求构建一款计算机软件来帮助设计人员完成设计,不过真正划时代的突破到1986年才到来。

当时在美国国防部的资助下,硬件描述语言VHDL的概念被提出,VHDL语言是识别、读取不同类型硬件的标准描述,目前VHDL在行业内应用非常广泛,笔者在前文百行代码解读阿里 AloT 芯片平台无剑 100!,介绍了开源芯片无剑100是基于VHDL描述的。如果把VHDL比作Java,那么EDA则相当于Eclipse,而芯片则相当于Java编写的软件项目,如RocketMQ等,就像C语言大大加速了软件产业的发展一样,VHDL的出现也大大加速了芯片产业的发展。

随着半导体产业的规模日益扩大,EDA 扮演角色越来越重要。不光是芯片设计厂商使用,代工制造商也需要EDA生成的模型,同时芯片模拟与仿真也离不开EDA,可以说EDA是打通芯片由设计到制造整个产业,任督二脉的关键一环。

3 国产EDA产业当自强

EDA市场前三位的Synopsys、Cadence和被西门子约占全球市场份额的60%,产业集中度并不是太高,不过在中国市场,却完全是另一一番景象,我国EDA的市场份额95%由上述三家瓜分,剩余的5%还有部分被Ansys等其它外国公司占据,真正给我国华大九天、芯愿景、芯禾科技等国产EDA公司留下的空间非常少。据估计2018年我国EDA的市场规模仅为尚未突破百亿元。

EDA行业入门门槛高,成本弹性大,对性能依赖性强,我国EDA公司若想突围,就必须持续投入进行技术研发。不过在研发方面我们和EDA行业的巨头差距很大,近些来来EDA三巨头们在研发上的投入都在持续增长,尤其是Cadence公司在研发方面的投入最为大手笔,近两年研发支出占总营收的比例甚至超过40%。

从国外上,美国在去年推出了一项为期5年、总值15亿美元的电子复兴计划——ERI,来支持芯片技术的开发,美国国会也增加了对ERI的投入,每年额外注资1.5亿美元。从这我们看到国外EDA企业每年的研发投入达到几十亿人民币,而国内EDA产业总的规模不到百亿,确实存在一些差距。

国内EDA产业起步并不算太晚,国产首套EDA熊猫系统于1986年开始研发,1993年问世。不过之后的国内EDA产业发展就变得曲折,甚至前一段时间的爆款文《我国工业软件失去的30年》,将国产工业软件的落后归结于国家扶植力度的不足,笔者虽然不认为哪个产业能靠国家补贴获得成功,不过我们也应该看到与开源替代的IT领域中,比如操作系统方面,我国还是有不少能如RTThread、Tencent OS等一些能够拿出手的作品,甚至在CPU指令集方面,阿里平头哥也取得了不小的突破,不但推出了基于开源指令集RISC-V的玄铁系列芯片,并且围绕着IoT打造出一片属于玄铁910的生态体系。

在EDA这种没有任何开源替代品的领域中,目前来看国家层面加大政策倾斜与资源扶持力度可能唯一行之有效的道路了。EDA软件工具涵盖了IC设计、布线、验证和仿真等所有方面。EDA是集成电路设计必需、也是最重要的软件工具,EDA产业是IC设计最上游、最高端的产业。而且最为关键的一点是,我国EDA厂商还没有为旗下产品建立完整的生态链,没有形成完整意义上的闭环,这也注定了国产EDA之路还任重道远。

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