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自从EDAHUB.CN网站上线，娃爸娃妈们都建议科普一下，等给娃选专业时心里也有点谱。虽说现在芯片EDA已经比较热络，但EDA究竟是啥，还是有很多人不那么知道，这也是我们亲身遇见，因为在我们和投资方商谈时，有些投资人不太了解EDA，这影响投资者对EDA项目的判断，要么有过多的期待，要么过于失望。 在决定离开工作了那么多年的EDA大厂，出来做EDA新项目时，同样得到的是家人和朋友们的无限关怀。一个反复被提到的话题就是，你们做的EDA到底是什么东东。可以想象，给不是电子行业的兄弟姐妹们解释这个难度有多大。为了让大家能够了解我们究竟做什么产品，也是为了让更多的朋友们了解EDA究竟是什么，就有了此文。 EDA覆盖如此大的概念和范畴，以至于像我们这样在里面摸爬滚打二三十年的人都心存敬畏之心。好在此文不涉及更多的EDA细节，例如数字EDA流程、模拟EDA流程，也不涉及到更具体的，如验证环节里面有哪几个关键步骤等等，业内人士完全可跳过此文。但是如果您也像我们一样，希望周围的朋友们能了解一下芯片，了解一下集成电路EDA在信息产业的份量，了解一下您做的事情是多么有意义的话，我们欢迎您转载! 集成电路是什么？ 集成电路还有一个常用名——芯片，英文Chip，主要用硅材料制作，和薯片Chip一个词儿。
集成电路
薯片 集成电路这词由两部分组成，一个是“电路”，这个好理解，大家都用手机、电脑、电视机、数码相机，知道小时候的半导体收音机里有管子，现在的电脑主板上有电路块和连线、手机里有芯片，这些电路块和芯片里集成很多电路，所谓集成就是把实现某种功能的电路所需的各种元件都放在一块硅片上，所形成的整体被称作集成电路，集成的元件数量越多，集成度越高。 那为什么要把“电路”进行“集成”呢？ 早先的电路比较简单，拆开电子管或晶体管收音机，里面有电路板，大概长这样：
随着人们想做的事情越来越多，电路也越来越复杂了。世界上第一台计算机长这样：
以我们今天的眼光看，这台1946年2月14诞生在美国宾夕法尼亚大学的世界第一台计算机的计算能力实在是太太太…小儿科。而且： 它很大！占一个大屋子！ 它好费电！ 它很不稳定！哪里短线啦，哪个零件坏啦…… 现代计算机早已是晶体管的世界，CPU集成的晶体管数量高达几十上百亿，而最早出现的集成电路功能简单、腿少、集成度低。集成度高了、腿多了，进而可以实现更多功能。
集成度低，腿少的 集成度高，腿多的 到今天，功能更复杂的、集成度更高而没有腿的电路：
集成度更高的，无腿的 为啥没有腿了？举例，现在大家手上拿的手机，它的核心就是一片或者两片超大规模集成电路。它能做好多的事情，能玩游戏不卡、打视频不断、功能强大、集成度高，而且它要能连接几千万像素的双摄像头，能接高分辨率的大屏，还要接5G的天线，要接WIFI，要接大的内存......所以需要很多和外面的连接。早期集成电路的外部连接就和我们平时见的插头类似，是有腿的，但是腿占地方的。为了集成电路本身更高的集成度，也是为了电路板上的集成度，干脆就不要腿了。大家看到的上图中一个个发亮的点，是一个个的金属小球，集成电路在和电路板连接的时候，就是直接压上去连接在一起的。 打开一块集成电路的外壳，就能看到一块硅片，这就是核心，像不像是在高空看一座城市？ 硅片
把它放在显微镜下面，放大，放大，再放大：
看到了：有连线，当然比主板上看到的连线细得多，线和线结合的地方有电路开关（术语叫做“门”电路）。所以，不管如何高大上，集成电路还是电路，有连线，有开关（门），只不过是把一个巨大的完成很复杂功能的电路微小化，实现到一个指甲盖般大小硅片上而已 。 现在芯片的集成度已经这么高，是不是差不多到头了呢？经常听到所谓的“摩尔定律”又是咋回事？那是1965年的某一天，戈登·摩尔——一位在仙童半导体公司工作的工程师，发现一个对后来信息产业极为重大的预言，并发表在《电子学》杂志上，后来被归纳为众所周知的摩尔定律，即芯片的集成度每隔18个月翻番一次。当然，这个定律也被演绎成多个版本，后来，摩尔开玩笑地说，“摩尔定律已经被应用于任何呈现指数级增长的东西上面。”他因此很引以为傲，这位工程师是后来英特尔公司创始人之一。 现今大家常听到科技词汇如大数据、云计算、人工智能等，这些都需要更强大计算能力的芯片，并且追求成本更低，因此对集成电路的集成度的追求从没有停止。 五十年前人类首次登月，伴随阿波罗11号登月的计算机里有处理器。今天，人人都用的手机里有处理器，其计算能力差不多是阿波罗登月舱里处理器计算能力的10万倍！ 知道了集成电路是什么以及它的重要作用，下面我们还要了解： 集成电路是怎么设计和制造出来的？ 在进入这个问题前，我们就用城市规划建设作为一个类比吧。 首先是立项——这是战略性思考，确定城市性质和发展方向，确定规划范围、划分用地功能分区，综合安排工业、对外交通、生活居住、院校及绿化等用地，布置城市道路、交通运输系统、公用事业等工程规划，还要估算城建投资等， 有了规划才有城市建设施工。记得某座城市的地铁出现过边规划、边建设、边修改，结果出现坍塌事故。 集成电路的设计制造也基本上可简化为立项 （计划）、规格定义（功能和规划）、设计实现（施工）四个阶段。 立项通常是由决策层确定，例如目前国内一些手机系统商进入到集成电路的研发中。 规格定义更多的是来自客户需求和市场变化制定的芯片的参数规格，这一步非常重要。例如，当大家的手机都是高分辨率的时候，你的芯片仅支持低分辨率的，为什么这样做？目标市场是哪里，或者给什么人群用。别人的手机都是8核玩游戏不卡，你做4核的手机性能上行不行；别人的手机一整天电都用不完，你的呢？当然还要有价格的考虑，同样的情况下集成电路做的越小，成本上就可能更有优势。
设计阶段就是把芯片电路图设计出来的过程。如上图所示，集成电路设计是非常“以人为本”的一个行业，设计会花费大批工程师的大量时间，时间成本和资金成本都很高。设计过程一般可分成两个阶段，第一个阶段是功能实现，一般用专门适用于设计集成电路的计算机语言进行，这种语言通常称为硬件描述语言。当功能、性能、耗电等都满足设计要求，就进入第二阶段，就是进行把这种用计算机语言描述的集成电路功能映射到硅片上的各种准备, 有点像是画一张包含城市里所有细节的图。 实现就是集成电路设计完成后，进入工厂进行生产的过程。大家经常听到的晶圆厂、封装厂，就是生产的主要场所，就像施工建造一个城市，只不过是一个指甲盖大小的“城市”。
集成电路设计生产和城建有类似的地方，具体怎样呢？
先回顾一个实例。1994年英特尔发现其1993年出产的一款主力CPU产品存在缺陷，由于该问题属于芯片电路设计层面，无法通过其他方法进行修正，最终英特尔召回了近百万个有缺陷的芯片，这让英特尔付出相当大的代价，1995年1月季报显示4.75亿美元的损失。为了纪念这个惨痛教训，英特尔把回收来的一些芯片做成了钥匙链发给了员工。
因此结论就是： 如同城市建设边规划、边建设不可以， 芯片设计更不行！ 简单说，就是你要设计好一个城市的所有的细节，小区、医院、学校、商业、水、电、气、大路小道，还有各个路口的信号灯……一切都要设计进去，并在图纸阶段就要用各种手段证明可以运作正常，从而达到一次施工完成，不得返工！ 因为集成电路试错的成本非常非常高！大企业钱包鼓鼓可能还好，但对于很多的中小企业，一颗芯片的成败就是他们的全部，只能成功，不能失败！ 听上去是一个不可能实现的任务？ 因此 EDA是集成电路设计验证过程中必不可少的工具！ EDA—英文叫做Electronic Design Automation，中文翻译为电子设计自动化。EDA是芯片设计人员使用的软件工具，属于工业软件的范畴。 在集成电路的结构规划阶段： EDA可以帮助构架师进行集成电路的结构分析，根据要求的功能、性能、功耗等等，确定一些细化的参数，确定需要和哪类公司合作（例如用ARM处理器还是RISC-V处理器）等等，确保大方向上不能错。 在设计阶段： EDA帮助芯片设计师检查设计上的任何微小错误。 EDA帮助设计人员在集成电路还没有生产的时候，就能运行软件，例如测试手机性能的安兔兔跑分。 EDA可发现设计上对性能有影响的地方并提出优化建议，如同要解决城市里某些路段整天拥堵的问题。 EDA可以优化并尽量将集成电路缩小到更小的硅片上，这样生产出来的芯片在价格上才会更有优势。 EDA可以评估设计的耗电情况，改善并防止集成电路芯片的局部过热。耗电高可能造成用户的电子产品宕机，或者需要用户随身准备几个充电宝。 EDA可以辅助管理几百上千设计人员的项目，为决策人员提供设计开发状态的科学依据。 在生产阶段： EDA可以完成芯片测试，坏的芯片就不需要进行封装了，高性能的芯片可以挑出来卖更高的价格。 EDA可以进行良率分析从而帮助提高产能、增加竞争优势。 EDA让设计和生产集成电路从不可能变成可能！ EDA的全球销售收入尽管不大，2019年不过102亿美金，相当于集成电路年产值4000多亿美金的2.4%，但是EDA是撬动地球的那个支点，贯穿集成电路从规划到设计到生产的方方面面，没有EDA 就没有当前集成电路和信息产业的发展，EDA是当之无愧的核心工业软件。 到这里，如果读者可以理解EDA是干什么的，为什么那么重要，本文的目的就达到了。 根据《中国集成电路产业人才白皮书（2018-2019年版）》，虽然2019年集成电路行业从业人员增长15.3%，但是到2021年前后集成电路全行业仍有26万缺口，特别是集成电路设计人才的缺口在10万人左右。集成电路专业将作为一级学科，从电子科学与技术一级学科中独立出来。正值升学季，给电子行业安利一下，欢迎有志同学报考集成电路相关专业，投入到产业大潮中。同时作为EDA人，也希望在不久的将来看到更多的“后浪”活跃在中国的EDA舞台上。 |
