集成电路领域的EDA发展现状及标准化

摘 要：电子设计自动化（EDA）工具是在整个集成电路产业链中被广泛应用的软件系统。本文通过总结EDA产业的发展状况以及标准化情况，指出我国EDA标准体系建设面临的问题与挑战，从促进国产EDA高质量发展的角度提出国内EDA标准制定方向上的建议，旨在促进国产EDA工具的应用和标准化发展。

关键词：电子设计自动化，标准化，集成电路

DOI编码：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.20.006

0 引 言

半个世纪以来，电子设计自动化（ElectronicDesign Automation，简称EDA）工具一直在集成电路设计中扮演重要角色。上世纪70年代，EDA工具仅仅支持几千个晶体管芯片开发，目前已实现亿级晶体管数量的芯片设计，并可以解决超大规模及更加复杂的集成电路设计问题[1]。纵观全球EDA行业，目前面临的问题有：一是与之前几十年相比，现代集成电路设计规模更大，EDA工具的性能需要随集成电路制造工艺的升级而提升，导致其设计研发成本高，发展速度放缓；二是EDA三巨头Synopsys、Cadence和Mentor Graphics（Siemens EDA）2022年占据了全球EDA市场超过七成的份额，集成电路设计企业、EDA企业和集成电路制造企业之间形成的固定合作关系使得行业新进入者难以生存。本文总结了目前国内外EDA产业的发展现状以及标准化情况，以推进国产EDA工具的高质量发展为出发点，指出我国EDA标准体系建设面临的问题，同时本文针对产业面临的挑战和机遇，提出构建国内EDA标准体系建设的方向，以促进国产EDA工具的应用推广，推动EDA产业的持续创新和增长。

1 EDA产业发展现状

EDA工具是在整个集成电路产业链中被广泛使用的软件系统，对芯片的设计生产、性能、产品品质都有直接影响，是集成电路产业的源头。EDA工具涉及了从仿真、综合到版图，从前端到桌面，从模拟、数字、混合设计到工艺制造的各个环节[2]。集成电路设计与制造离不开EDA工具的支持，因此，EDA工具是集成电路产业的重要基石，承担着推动产业发展的关键角色。

根据SEMI的数据，从2017年到2021年，全球EDA市场规模经历了持续增长，从92.87亿美元增加到132.00亿美元，预计到2026年将达到183.34亿美元。国外EDA企业引领了全球EDA工具技术发展，已经在进行支持面向3 nm工艺的EDA工具开发工作。Synopsys、Cadence和西门子EDA等几家国际企业能够提供全流程、全产品EDA工具的企业处于行业领先地位，形成了近70%的垄断市场份额[3]。国内企业在全球市场中仅占约15%的份额。国内的EDA市场规模相对较小，但呈现迅速增长的趋势。2017年，中国EDA市场规模为64.1亿元，到2020年急剧增至93.1亿元，预计到2026年将达到221.88亿元。2020年，Synopsys和Cadence这两家合资企业占据了中国市场的60%[3]。国内企业的产品在某些领域具备一定优势，国内部分点工具可支持目前最先进的7 nm工艺，有十余款点工具达到了国际领先水平。

2 EDA标准现状

2.1 EDA领域标准组织

目前国际上E DA领域比较有代表性的标准化组织有Si2（Silicon Integ ration Initiative）、IEEE DASC（IEEE Design Automation StandardsC o m m i t t e e）、A c c e l e r a（A c c e l e r a S y s t e m sInitiative）等[4]。

Si2由全球领先的半导体公司、EDA工具供应商、集成电路制造商、芯片设计公司、研究机构等组成，其成员包括英特尔、台积电、IBM、博通、TI、NXP等企业。Si2的前身是CFI组织，在1997年的第34届设计自动化会议（DAC）上，CFI正式更名Si2。Si2致力于开发EDA底座框架和接口的技术标准，以不断改进集成电路的设计和制造方式。目前，Si2已经成为了EDA领域标准化最重要的组织之一，其标准被广泛应用于半导体设计和制造领域。

IEEE DASC（IEEE Design Automation StandardsCommittee）成立于1963年，主要任务是制定和推广EDA领域标准，通过制定统一的标准，提高EDA工具和流程之间的互操作性，促进电子产品设计的效率和质量，标准内容涵盖了电路设计、验证、仿真到物理设计等环节。IEEE DASC设有多个工作组，每个工作组负责特定领域的标准制定工作，包括硬件描述语言（如Verilog和VHDL）、电路模拟和验证、电路布局和布线、测试和可靠性等。IEEE DASC的标准通常经过广泛的行业讨论和评审，通过制定和标准推广，IEEE DASC在EDA领域发挥着重要的作用，促进了EDA工具和集成电路设计流程的发展，推动EDA领域的技术创新和进步。

Accellera（Accellera Systems Initiative）主要致力于制定平衡、开放、促进全球EDA技术发展的标准，从而提高EDA工具的设计和验证效率。Accel ler a专注于E DA技术和集成电路I P标准的开发，目前已发展成为较强行业影响力的标准组织，全球领先的公司和半导体制造商也广泛采用Accellera的EDA和知识产权（IP）标准用于产品的生产研发。

此外，还有国际电工委员会电子装联技术委员会（IEC/TC 91，IEC Technical Committee 91）、国际半导体产业协会化合物半导体标准技术委员会（SEMI /CGCSC，SEMI Char ter of GlobalCompound Semiconductor materials Committee）等标准化组织都开展了EDA标准化工作。IEC标准侧重有关电工、电子领域的国际标准化；IEEE协会致力于电气、电子、计算机工程和与科学有关的领域的开发和研究。SEMI（国际半导体设备材料产业协会）致力于促进微电子、平面显示器及太阳能光电等产业供应链的整体发展。2024年3月22日全国集成电路标准化技术委员会电子设计自动化工作组（SAC/TC599/WG1）正式成立，负责开展我国集成电路电子设计自动化领域国家标准和行业标准制（修）订工作。

2.2 国际EDA标准现状

EDA国际标准可大致分为以下几类：术语规范类、描述语言类、仿真验证类、数据类和IP核类等。术语规范类标准主要规定了集成电路生产制造、工程应用和贸易等过程中使用的专有名词。描述语言类标准规范了集成电路设计的系统级、算法级和逻辑综合级的描述规则。数据类标准主要面向不同EDA点工具之间兼容互通需求，建立统一的数据接口、数据格式等。仿真验证类标准重点关注集成电路的信号延迟、功耗、时序收敛等优化。IP核类标准主要规范了IP核的开发与集成、模型分类、性能测试等。在这些标准分类中，描述语言类和术语类标准的风险相对较低，属于行业内的基础共识。而数据类和IP核类标准已成为三巨头垄断行业的技术手段，具有高度的平台依赖性。例如，Cadence自有的详细标准寄生格式（Detailed Standard ParasiticFormat）和精简标准寄生格式（Reduced StandardParasitic Format），Synopsys自有的二进制寄生格式（Synopsys Binary Parasitic Format）。IP核含有研发企业专用的知识产权，需要长年的技术和经验积累，具有较高的技术门槛，造成间接技术绑定，小企业产品短期内难以得到市场认可，已成为芯片高效开发和技术保护的主要手段。目前，IEC、IEEE和SEMI国际标准化组织对上述五类标准的贡献程度各不相同，部分重要标准根据应用场景的不同也存在相互交叉重叠的现象。

目前，我国EDA领域相关标准缺失，暂无相关国家、行业标准。

3 我国EDA标准体系建设面临的问题

当前EDA相关的国际标准划分为两大主要类别，一部分标准由企业私有，未公开发布，这些私有标准包括设置产品竞争壁垒的规范，如FSDB，以及PDK等以Foundry工艺为核心的标准。另外一部分是公开标准，其中一些由企业提供，通过产品在行业内形成事实标准，例如LEF/DEF；还有一些由Si2、IEEE标准委员会等制定，如SystemVerilog。我国的EDA标准体系空白，导致数据文件交互方式效率低下，形成全流程EDA标准体系的需求迫切，我国EDA标准体系建设面临以下问题：

一是缺乏有竞争力且高质量的标准。目前，EDA标准的供给不够完备，EDA领域由于长期缺乏统一的规范和指导，导致国内各家EDA点工具的合作和互操作性较低。我国现有集成电路标准以国家标准、行业标准为主，团体标准供给较少且质量和竞争力有待提升，不能很好满足集成电路创新发展需要。专门针对EDA工具编制的标准更是少之又少，有竞争力且高质量标准供给不足，难以有效满足产业发展的需求。

二是标准试验验证能力不足。一方面缺乏足够的技术支持，限制了标准的制定和实施，标准的缺乏使得EDA产业不断增长的迫切需求无法满足，影响EDA工具的创新和应用。另一方面我国EDA标准化专业人才储备不够，创新成果难以满足EDA产业发展需要。此外，支撑EDA工具测试验证公共服务平台缺失，标准试验验证能力尚显不足，对EDA标准技术水平、时效性、应用实施等都有较大影响。

三是标准宣传和应用推广力度不够。在标准发布后，需在行业内开展标准的宣传和应用，推动标准落地实施。相关工作的不足会导致产业中标准意识缺失，导致标准在实际生产中无法有效运用，造成这一现象的原因有：行业内存在标准意识的缺失，很多从业者可能不了解标准的存在或其重要性；宣传工作不够充分，导致标准没有得到足够的曝光；信息传递的时间滞后，标准发布后需要一段时间才能被广泛了解和采纳；推广活动的组织方式单一，宣传推广工作缺乏多样性和创新性，可能会限制标准的吸引力和可接受性。这些问题合在一起，使得在应用执行过程中产生误差，严重削弱了标准的推广实施效果。

4 国内EDA标准制定的方向

随着技术的发展，不断有新兴的与EDA工具密切相关的技术和产品登上舞台，EDA领域的标准化工作能够将各种先进技术及产品以标准的形式固化下来，确保我国在该领域内的领先地位和创新成果。EDA标准体系框架应以EDA产业技术结构为基础，标准化工作作为支撑和保障EDA产业高质量发展的关键切入点和重要抓手，后续标准制修订工作的需求量大，本文提出的EDA标准体系如图1所示，具体可从以下方面发力。

制定基础标准。在EDA领域面临的诸多问题之中，首先需要解决的是基础标准的统一化和本土化问题，术语标准作为最重要的基础标准，在技术开发协作与交流过程中扮演着重要角色。例如，目前相关术语没有国际标准，国内使用时或者直接使用外文，或者根据各自不同理解进行直译，技术交流时造成理解不一、沟通不畅甚至南辕北辙的情况时有发生。针对EDA工具使用和设计过程中用到的名词术语制定相应的标准，实现EDA领域的概念和术语统一，防止术语重复、矛盾、混乱，保障EDA工具领域内准确无误地进行技术开发协作与交流、保障讨论交流具有统一的理解和语境等问题亟待解决。

统一数据格式标准。我国EDA相关产业正在加速发展中，实现EDA工具自主可控的需求迫切，但在EDA编程语言、数据接口、文件格式等领域，国内相关企业的技术水平与国际先进水平相比仍有较大差距，市场占有率较低。现行国标、行标缺乏，难以满足现实应用的需要。为提升国产EDA技术水平，在短板环节逐步实现国外技术替代，在长板环节持续提升综合竞争力，需紧密结合当前技术发展趋势，打造适用于EDA的产品标准，促进EDA企业与上下游企业在技术、知识产权、经济、管理等方面的合作，增强EDA企业品牌建设，满足EDA产业快速发展的需求。

补充接口标准。EDA接口标准的研制要与EDA公共数据底座的建设相结合，以促进EDA产业的健康发展。在研制EDA接口标准时，需要考虑接口兼容性、互操作性和可扩展性，以满足不同厂商的工具和用户的需求。同时，公共的数据底座是连接不同EDA工具的“纽带”，国产EDA产品缺乏公共数据底座，积极引导和鼓励EDA企业和用户共同参与，通过数据共享和开放合作完善接口标准内容，并进一步推动公共数据底座的建设工作。

完善测试标准。EDA工具作为工业设计软件对软件的质量要求非常高，EDA的测试也越来越受重视，各个分技术领域的头部企业均有自己的测试团队进行工具的测试验收，各家的测试方法也存在差别。目前为止，还没有针对EDA工具的测试方法标准发布，所以形成统一的测试标准有助于推动EDA相关要素标准化，开展标准符合性认证、质量监测等工作，有助于推动EDA产业的合作与发展。

5 总结与展望

随着EDA行业的发展，标准与标准化工作也将在EDA领域发挥更加重要的作用。通过标准保证不同EDA点工具之间的数据交换，保证EDA点工具与公共数据底座之间的数据交换，解决数据格式转换和工具兼容性问题，从而提高工具使用者的工作效率。标准作为引领行业发展的重要手段，在我国本次EDA行业由数据逐级传递的封闭发展模式向基于数据底座的开放共享模式的集体转型过程中发挥着重要作用。国内EDA标准的完善与标准体系的建设符合我国EDA行业当前发展的需要，适应当前我国重构EDA国际格局的发展阶段，对于稳定我国集成电路供应链、提升国际竞争力有着重要意义。

展望未来，EDA行业将在不断的挑战和机遇中继续前行，比如新型芯片架构和技术的不断涌现，如人工智能、物联网和5G，将为EDA工具提供新的应用领域，带来创新设计和优化。随着芯片尺寸的减小和性能的提升，物理设计的复杂性也随之增加，因此EDA工具需要应用先进的物理设计优化方法来实现更高性能和可靠性[5]，借助人工智能和机器学习进一步优化设计流程、加速仿真验证以及提升设计效率。此外，新兴市场需求如物联网、汽车电子和人工智能等领域对定制化芯片设计有了更多需求，也为EDA技术的发展提供了机会[6]。通过持续创新、合作推动以及标准体系的建设，我们相信在未来EDA将继续为集成电路产业的发展做出积极贡献，EDA与产业链结合也将愈加紧密，成为提高设计效率、加速技术进步的关键推手。

参考文献

[1]周华，王斐.EDA技术的特点与发展趋势[J].西安航空技术高等专科学校学报，2009，27（3）：21-23.

[2]徐智彬.电子设计自动化技术的研究综述[J].信息记录材料，2022，23（4）：33-36.

[3]张依依. 新兴技术定义EDA发展新趋势[N]. 中国电子报，2022-08-02（008）.

[4]KROLIKOSKI S .Evolution of EDA standards worldwide[J].IEEE Computer Society Press， 2011.

[5]袁丽晖. S O C时代下的E DA技术发展趋势[ J ] .电子科技，2005，18（2）：53-56.

[6]徐智彬.电子设计自动化技术的研究综述[J].信息记录材料，2022，23（4）：33-36.

作者简介

刘舒宁，通信作者，硕士研究生，工程师，研究方向为集成电路标准化。

（责任编辑：张佩玉）