万亿半导体市场走向“台前”，EDA如何助力企业抢占竞争优势？

后疫情时代，全新的供应变局，以及汽车电子等行业带来的爆发式增长需求，让整个半导体行业尤其是芯片，彻底从“幕后”走向“台前”。

“随着各领域对半导体驱动产品的需求急剧增长，行业正面临着半导体与系统复杂性日益提升、成本飙升、上市时间紧迫以及人才短缺等多重挑战。在此背景下，掌握半导体设计的前沿技术和创新工具成为企业实现创新、保持竞争优势的关键所在。”日前，在西门子EDA年度技术峰会 “Siemens EDA Forum 2024” 的媒体沟通会上，西门子数字化工业软件Siemens EDA Silicon Systems首席执行官Mike Ellow如此谈到。

在他看来，EDA（电子设计自动化）技术就是让半导体设计充满活力的关键。随着人工智能（AI）、数字孪生与云计算等新技术赋能，西门子EDA将持续为IC与系统设计注入活力，帮助客户以及合作伙伴挖掘产业发展新机遇。

西门子数字化工业软件Siemens EDA Silicon Systems首席执行官Mike Ellow

软件定义、硅片赋能

Mike Ellow指出，当今世界经历着日新月异的变化，这个变化的核心主导因素就是半导体。

他强调，几年前的疫情是引起全球对于半导体重视的转折点。手机、笔记本电脑等大量互联网设备需求推动人类生活出现前所未有的互联互通，半导体元器件需求急剧上升，由此也出现了半导体供应短缺。进一步地，由缺芯带来的供应链问题促使世界各国都在加快建设一个稳定的、安全的、可靠的半导体供应体系。

在这些半导体行业趋势之下，如今还有更多的推力在推动行业变革。在Mike Ellow看来，过去几年，人工智能的方兴未艾让半导体设计充满无限可能；与此同时，受可持续发展理念加持，行业正在重金投资打造全球半导体生产系统，包括培训工人、提升产品设计和开发等。

基于以上背景，半导体产业研究机构IBS预测，随着半导体整体市场需求不断攀升，投资进驻，产能上涨，预计到2030年半导体整个市场规模将达到1万亿美金。

万亿市场空间背后，实际整个半导体系统设计也将面临着软件变革。

以汽车电子为例，Mike Ellow表示，当前造车系统设计是“以软件定义、以硅片赋能”。以往整车各结构与层级之间相对独立，整车需求会被拆解成不同的单元，比如拆解成发动机、ECU、硅片等。各团队相对来说也是半独立的，各项目完成后再进行整合，但其中不得不出现妥协与牺牲。

然而到了今天，通过软件定义，EDA所服务行业的设计流程将大大不同。各个设计环节相互依存、相互影响，从设计的优化、验证、执行、生产到最后的部署，都发生了改变。

“如果说一个软件出现了定义的变化，就会导致硅片变化，硅片变化以后会有不同的需求，新需求产生后会出现不同的功耗或热参数，就会导致整个硅片的封装不一样。在未来的汽车设计流程当中，如果软件定义出了变化，会影响到硅片的参数配置，进而影响到电池的大小配置，电池大小决定了将来底盘的变化、刹车的变化、发动机的变化……汽车的设计流程和以往是完全不一样的。”Mike Ellow谈到。

当然，不只汽车行业，在航天航空、消费电子、工业、医疗等多领域，软件都变得尤为重要。

西门子数字化工业软件Siemens EDA Silicon Systems首席执行官Mike Ellow

值得注意的是，随着摩尔定律的下探和芯片规模的不断扩展，行业对半导体所赋能的产品依赖性更为强烈，这也产生了一系列问题。

Mike Ellow认为，除了设计数量不断激增，半导体和系统的复杂性呈现爆炸式增长，半导体成本和生产计划的管理难度也在不断增长，以及还面临人才短缺问题。

在技术方面，设计与制造相比过去有了更强的相关性，如何要利用更加先进的工艺节点技术，确保设计与制造走在前沿；在解决方案方面，如何在面临多物理场、多系统、高复杂程度的情况下，要使用恰当的工具、方法论以及更加完整的数字孪生实现这些功能；在人员赋能方面，如何利用AI赋能工程师，用数量和经验相对更少的工程师达到前所未有的更高容量的设计……西门子EDA认为，这是回答上述问题的关键。

总体上，行业需要构建一个开放交流的、没有专有化标准和强制限制条件的生态系统平台，能够服务连接多个公司，推动各方协作与共赢。并且，该生产系统需具备前沿的先进技术和制造工艺；并能够吸引全球政府投资，构筑稳健的供应链生态。

AI、3D IC、数字孪生技术赋能EDA

在后摩尔时代，先进封装特别是异构集成已成为行业关注的另一个焦点。作为实现异构集成的两种重要技术——3D IC（三维集成电路）和Chiplet（小芯片）也是西门子EDA本次在会上一直强调的半导体核心赋能点。

3D IC被认为是对摩尔定律的续写，通过3D IC，可以将硅晶圆或裸晶垂直堆叠在同一个封装中。与传统的二维封装相比，3D IC平台具有更高的封装密度、更低的功耗和更高的性能。‌Chiplet技术则可以降低设计成本、降低制造成本、提升性能和集成度、加速产品上市时间。

IBS预测，到2030年，Chiplet的年复合增长率会增长至44%，也就是说未来是Chiplet的天下。

目前，西门子EDA正积极投入基于先进制造工艺的芯片设计工具。不过，Mike Ellow也坦言，随着市场规模不断攀升，未来3D IC设计系统会面临巨大的复杂性，晶体管的数量可能会到1万亿个。整个3D IC影响整个EDA的产品组合，从协同设计开始，到验证、多物理场设计与验证，再到最后的制造，以及产品的生命周期管理。

据介绍，为加速系统设计，西门子EDA早些时候发布了加速各领域系统设计的新硬件平台，包括硬件加速仿真的Veloce Strato CS，用于企业原型设计（enterprise prototyping，企业级生产系统或产品的原型设计）的Veloce Primo CS，以及用于软件原型设计（software prototyping）的Veloce proFPGA CS。

此外，在云、AI与数字孪生等技术底座部署方面，西门子EDA也能为客户提供完善的软件产品。而为在AI浪潮中斩获先机，据悉，西门子EDA自2017年就收购了专注于研究人工智能的公司Solido，由此开始了AI技术的开展和部署。

西门子数字化工业软件Siemens EDA全球副总裁兼中国区总经理凌琳曾指出，EDA本质是为降本增效。在AI的赋能下，EDA工具还将使得系统设计更加高效，协同设计更优。

西门子数字化工业软件Siemens EDA全球副总裁兼中国区总经理凌琳

在数字孪生方面，西门子EDA去年底宣布与AWS、Arm达成合作，将PAVE360数字孪生解决方案带到云上，用于进行云上的软件定义汽车开发加速。

值得一提的是，面对硅片在物理越来越接近极限，EDA工具创新难度和机会越来越小的争议，Mike Ellow强调，当前摩尔定律并未失效，只是发展的速度与时间节点变慢，未来行业将会应对更多数量的晶体管。

“通向未来的路线图去看芯片代工厂的预测，未来十年期待有一个更小尺寸的晶体管出现。除了出现更小尺寸的元件以外，将来还有更多数量的晶体管，这也给EDA的工具创新带来了诸多机会。在未来，功率、良率还是需要EDA的工具创新才能获得。”Mike Ellow补充道。

基于不断崛起的中国市场，中国半导体市场的快速发展，给EDA工具厂商带来了很大的市场机遇，同时伴随着中国本土的EDA厂商不断成长，行业竞争也在加剧。

凌琳直言，过去几年，中国市场容量越来越大，本土EDA企业应运而生，整个市场规模在变大，这是一个非常好的现象。本土竞争对手带来的竞争是好事。充分竞争、充分盈利，竞争可以促进行业技术进步与创新。而如何要抓住更多市场？需要以客户为中心，实现EDA工具及其解决方案的创新；并且要提高思维维度、与时俱进，在降本增效上发力。

“今天的半导体技术已经成为众多行业发展的核心，而究其根本，EDA工具是最重要的动能。西门子EDA将系统设计的集成方法与EDA解决方案相结合，以AI技术赋能，提供全面且跨领域的产品组合，同时支持开放的生态系统，与本土及国际产业伙伴建立紧密合作，并肩探索下一代芯片的更多可能性，助力中国半导体行业的创新升级。”凌琳强调。

随着越来越多的潜能释放，在激烈的行业竞争环境中，西门子EDA在 2023财年实现了同比14%的业绩增长（不包含硅片IP），连续3个季度实现营收同比增长。目前，EDA已经成为西门子内部的优先投资对象。