計算機行業(yè)產業(yè)互聯(lián)網專題-工業(yè)篇11：EDA · 數字IC設計研究框架

產業(yè)互聯(lián)網專題—工業(yè)篇11·數字IC設計：研究框架中信證券研究部計算機組楊澤原丁奇馬慶劉2核心結論：數字IC設計覆蓋CPU/GPU邏輯芯片、FPGA/ASIC微處理器芯片等領域，需要EDA工具鏈支撐其全流程設計。數字IC領域的EDA需求或占EDA工具的半壁江山，國內市場以海外巨頭Synopsys等占據主流，國產頭部EDA廠商正從邏輯仿真、邏輯綜合、物理驗證等領域加速向數字EDA全流程拓展，全流程產業(yè)化能力已具雛形?？春脟aEDA長期發(fā)展機遇，建議關注華大九天、廣立微、概倫電子。EDA·數字IC設計：追求芯片設計的速度、規(guī)模與功耗等，應用于CPU、GPU等多個細分領域計方法較低，對EDA工具依賴度較高，EDA工具性能的優(yōu)劣和平臺能力直接決定了數字IC設計的速度、規(guī)模、功耗等指標。領域的基礎設計流程具有較高相似性，但各類芯片自身的特性決定了設計方法在部分環(huán)節(jié)的設置與>設計特點：數字IC設計中各環(huán)節(jié)關聯(lián)緊密程度和人機交互頻繁程度較全定制方法偏低，通過將RTL代碼自動綜合生成門電路、以及自動布局布線實現(xiàn)超大規(guī)模IC的設計。我們認為在數字IC設計中，全流程EDA解決方案具有一定優(yōu)勢，但強大的單點EDA工具同樣能夠通過差異化競逐市場蛋糕，設計經驗的積淀、算法的持續(xù)迭代下游需求：數字類EDA工具或占EDA市場半壁江山，3D封裝、AI和云計算等將持續(xù)帶來新需求加之存儲芯片部分工具亦采用數字類EDA，數字IC設計EDA>發(fā)展方向：下游芯片行業(yè)新興技術不斷演進，3D封裝等技術對設計工具提出新要求，Omdia預測，2024年全球Chiplet的市場規(guī)模將達到進行產品創(chuàng)新，技術升級有望推動EDA工具的進一步革新。產品對比：數字類EDA領域Synopsys整體領先，國產化率較低，國內龍頭全流程形態(tài)已具雛形，替代能力加速突破。也有數字EDA產品布局，但其營收規(guī)模與三家龍頭廠商仍邏輯綜合工具DesignCompiler、動態(tài)仿真工具VCS、STA工具PrimeTime、形式驗證工具Formality、布局布線平臺ICC2、原型驗證工具投資建議：EDA國產化漸入深水區(qū)，數字IC設計EDA全流程能力持續(xù)完善，國產力量正加速崛起具加速自研打造數字EDA全流程平臺。同時，國內EDA龍頭對產品算法持續(xù)創(chuàng)新，有望實現(xiàn)部分工具對全球EDA龍頭的追趕和超越。2）數字IC設計EDA點工具產品種類諸多，涉及技術門類廣闊，外延并購是海外巨頭發(fā)展壯大的必由之路。我們認為，國內龍頭構建其全流程及核心工具競爭力是基礎，亦有望持續(xù)通過并購擴展EDA能力圈。同時，加強產業(yè)鏈上下游合作以持續(xù)地，同時我們建議關注部分場景具備技術優(yōu)勢的細分領域龍頭，建議關4報告亮點與創(chuàng)新之處梳理了數字EDA工具對應的流程、場景，認為此類EDA工具在CPU/FPGA等領域存在較強的下游需求和應用空間。數字電路EDA設計方法的特點所在。從設計方法學角度，EDA工具可分為全定制設計方法與半定制設計方法兩大類別。全定制設計方法學EDA工具可覆蓋模擬、射頻、存儲、面板等多種場景，半定制設計方法學主要覆蓋數字電路等場景。>我們的價值：梳理了數字EDA工具對應的流程、場景、需求，幫助市場理解數字EDA全流程以及各個點工具的特點；梳理了數字IC設計的方法學，半定制設計方法學運用了預定義的單元庫、門陣列、功能模塊進行設計，適用于電路規(guī)模較大的數字IC設計；對數字IC設計EDA下游市場進行梳理分類，認為其在CPU/FPGA等領域存在較強的需求和應用空間。歸納了數字IC設計EDA的工具框架，重要環(huán)節(jié)包括邏輯綜合、仿真驗證、布局布線等，認為需在這些重要品類上具備競爭力，同時具備全流程能力，方可形成數字IC設計EDA工具的整體競爭力。>我們的價值：歸納了數字EDA工具鏈的主要環(huán)節(jié)，包括邏輯仿真、邏及地位，梳理了各環(huán)節(jié)點工具的評判指標，總結了重點環(huán)節(jié)國內公司的參與情況及與海外龍頭的差距，同時推演出各環(huán)節(jié)產品的成長邏輯。綜上我們認為，需要從多個環(huán)節(jié)的工具來關注EDA公司的產品力，綜合來評判數字IC設計EDA工具的整體競爭力。CONTENTS一．數字IC設計概述：涉及環(huán)節(jié)眾多，驗證環(huán)節(jié)成本占比較高二．下游需求：覆蓋市場規(guī)模近超兩千億，國產化空間廣闊一、EDA·數字IC設計1.2流程：覆蓋芯片設計前后端，追求精度、效率與功耗1.3特點：解決方案擁有優(yōu)勢，設計經驗的積淀驅動能力提升數字設計包括前端和后端，涵蓋RTL設計、仿真驗證、邏輯綜合、版圖設計、簽核等核心流程，涉及的核心工具20余款。>1）前端：RTL設計是數字芯片電路設計的起點，邏輯綜合是將RTL代碼轉變?yōu)殚T級網表。>2）后端：版圖設計實現(xiàn)從門級網表到版圖信息的轉換；簽核（物理驗證）進行流片前的最終檢查。根據要求制定根據要求制定芯片規(guī)格利用測試電路利用測試電路進行測試設計方案具體設計方案具體實現(xiàn)架構形成形成RTL代碼，描述硬件語言劃分單元模塊劃分單元模塊CTSCTS信號時鐘布線驗證邏輯設計驗證邏輯設計的正確性布置信號線布置信號線讓讓HDL形成門級網表netlist數學方式驗證一致性數學方式驗證一致性利用測試電路進行測試對保持時間、建立時間驗證噪聲、衍生等問題噪聲、衍生等問題的驗證檢查時序問題檢查時序問題電氣檢查電氣檢查規(guī)則檢查7RTL代碼編寫：用硬件描述語言，如VHDL/VerilogVerilog,對電路以寄存器之間的傳輸為基礎進行描述ImplementaphysicallayoutRTL代碼編寫：用硬件描述語言，如VHDL/VerilogVerilog,對電路以寄存器之間的傳輸為基礎進行描述Implementaphysicallayoutofthedesignbyassemblingthepre-definedlayoutsofallcomponents.功能仿真：通常是有DV工程師來完成這部分工作，邏輯綜合：將電路的行為級描述，特別是RTL級描述轉化成STA：靜態(tài)時序分析statictiming，也就是Afteraphysicallayoutofthedesign,thefunctionalverificationandtimingverificationmustbedoneineachprocedure.Allthephysicaleffectsthatthemanufacturingprocessaddstothedesignaremodeled.數字設計：采用半定制設計方法以適應超大規(guī)模電路設計。>設計方法：主流設計方法包括全定制設計（Full-Custom）和半定制設計（Semi-Custom）兩類。全定制設計從原理到設計到版圖設計、測試設計都需要人工完成大多數工作，適用于模擬/數?；旌?、射頻、存儲、面板等領域。半定制設計方法運用預定義的單元庫、門陣列、功能模塊進行設計，適用于電路規(guī)模較大的ArchitectureSpec：架構工程師進行架構設Arch/AlgorithmEmulation：算法工程師進行8前端后端ASIC前端后端ASICTimingSignoff9RTL（RegisterTransferLevel，寄存器傳輸級）是邏輯設計的主流方式，數字電路設計的起點環(huán)節(jié)。>特點：通過描述寄存器到寄存器之間的邏輯功能描述電路的HDL層次，但不涉及寄存器和組合邏輯的設計細節(jié)，例如使用了多少邏輯門，邏輯門之間的連接拓撲結構等。RTL級是比門級更高的抽象層次，因此使用RTL級語言描述硬件電路一般比門級描述更加簡單高效。>流程：設計前需確定芯片工藝、制定Spec，設計重點包括時鐘域、時序邏輯、組合邏輯，設計后需進行代碼規(guī)則檢驗。>語言：VHDL（美國國防部開發(fā)）、Verilog（由Gateway創(chuàng)立，后被Cadence收購）是電子領域的通用硬件描述性語言。RTL設計工具主要包括coding和debug兩個環(huán)節(jié)，其中coding工具市場較為分散。），1.2.2流程2—驗證：幾乎貫穿芯片驗證定義：通過仿真、時序分析、上板調試等手段檢驗設計正確性的過程，貫穿了設計的每個階段。>在FPGA/IC開發(fā)流程中，驗證主要包括功能驗證和時序驗證兩個部分。功能驗證可劃分為前端仿真和后端仿真，前端主要為了檢測功能邏輯的缺陷，后端是為了檢測物理電路由延遲導致采樣失敗所產生的功能缺陷。驗證成本快速增長：驗證成本的增長速度遠高于設計成本。>根據西門子數據，包括工程師、軟件、硬件在內的驗證資源將占到整個前端設計的70%，而設計本身只占30%，未來驗證在整個集成電路行業(yè)當中的占比會越來越高。驗證工程師與設計工程師的數量大概在2~3:1。工程師人數（單項目平均）8642020102012設計驗證1.2.2流程2—驗證：幾乎貫穿芯片設計全周期，方式和種類繁多設計驗證驗證流程與設計流程相交織，貫穿芯片設計的全周期，根據RTL設計和物理設計兩個階段可分為前端驗證和后端驗證。>前端驗證包括軟件仿真、硬件仿真、原型驗證、形式驗證等環(huán)節(jié)；后端驗證包括形式驗證時序分析、門級仿真、功耗電壓降分析、物理 ），1.2.2流程2—驗證：軟件+硬件多種驗證方式應對不同驗證場景驗證方法：驗證種類日趨豐富，包括功能驗證（邏輯仿真）、形式驗證、原型驗證等。驗證方式分為動態(tài)驗證和靜態(tài)驗證，形式驗證是靜態(tài)驗證主要方式。>驗證層次：模塊級驗證，子系統(tǒng)級驗證和系統(tǒng)級驗證，不同層次采用不同驗證方法。>硬件驗證比例提升：在前期RTL代碼驗證階段，傾向于采用硬件仿真加速模式；當設計成熟度達到80%以上，軟件團隊開始介入時，就會將設計遷移到原型驗證平臺，直至最終流片。），1.2.2流程2—邏輯仿真：判斷RTL代碼能否實現(xiàn)設計功能邏輯仿真屬于動態(tài)驗證，指完成RTL設計后，通過軟件仿真來驗證電路設計的功能行為，判斷RTL代碼設計的功能正確性，不考慮電路內部邏輯與互連的延時，又叫前仿真。系統(tǒng)層次的驗證無法通過功能仿真實現(xiàn)。主要指標是功能覆蓋率。）；有可能的情況scenarios與狀態(tài)states；無法驗證是否存在軟件上的問題；缺邏輯仿真歷經三代發(fā)展，并行仿真技術成為當前主流。>第一代商用仿真技術出現(xiàn)于上世紀80年代后期，以Verilog－XL和RapidSim等解釋代碼仿真器為代表，相關產品運行速度極為緩慢，但可以滿足當時小型設計的需求。第二代仿真技術出現(xiàn)于90年代中期，以編譯代碼仿真器為代表，在運行仿真之前將源代碼轉化為機器代碼，以此滿足逐漸變大的設計規(guī)模對速度和容量的要求。隨著設計規(guī)模持續(xù)增大，仿真需求持續(xù)提高，多核并行的第三代仿真技術出現(xiàn)，考慮到前兩代仿真技術都各自發(fā)展了20年左右，多核并行仿真技術或將成為未來20年的1.2.2流程2—形式驗證：判斷綜合前后電路的等價性形式驗證（FormalVerification）為靜態(tài)驗證方法，一般在邏輯綜合后進行形式驗證，從功能上對綜合后的網表進行驗證。形式驗證可以通過數學方法遍歷狀態(tài)空間，進而證明設計行為符合屬性描述。>等價檢查（EquivalenceCheck）：用來保證兩個電路的行為是等價的，檢查不同抽象級的電路是否一致。以功能驗證后的HDL設計為參考，對比綜合后的網表功能，檢驗是否在功能上存在等價性，保證綜合后沒有改變原HDL描述的功能。>屬性檢查：電路行為通過驗證語言來描述其屬性，隨后通過靜態(tài)方式證明在所有狀態(tài)空間都滿足該條件，否則舉出反例形式驗證工具：Synopsys的Formality，Cadence的Conformal。 ?能夠對設計整體進行靜態(tài)驗證，較為穩(wěn)定可靠，迅速，靜態(tài)驗證的一種，等價檢驗為主，不可仿真DUT（被測器），1.2.2流程2—硬件驗證：實現(xiàn)中大規(guī)模芯片軟硬件協(xié)同驗證FPGA原型驗證速度更快，比較適合一些耗時較多的場景，而Emulator在易用性方面大大增強。）：因為在FPGA內部可以生成真實電路，并且可以對接真實的硬件子卡，較仿真使用的軟件模型更貼合實際，因此可以發(fā)現(xiàn)更多隱蔽的bug。?特點：1）硬件結構上，多顆FPGA互聯(lián)的引入要求結構上比單板形式的F無法支持多片的FPGA分割，需要配套專業(yè)的FPGA原型分割相關軟件工具。優(yōu)點是速度快，缺點是調試不方便，?流程：將ASIC代碼轉換成FPGA代碼->編譯與對設計拆分->綜合->布局布線->從FPGA上下載比特流文件b?特點：1）支持超大規(guī)模（10億門級以上）的設計容量；2）全自動化的軟件設置實現(xiàn)流程，基本無需修改硬件連接配置；3）靈活多樣的全系統(tǒng)仿真調試能力。用戶無需花費大量的時間去考慮如何設計、如何分割、如何布局布?能對全芯片進行和芯片時序行為一致的硬件仿真，包括全芯片信號的提取，對全芯片的功能、性能、功耗進行系統(tǒng)級的驗證與調試。一套Emulator的體積大約從一個冰柜到一臺大雙開門冰箱，而大型Emulator的重型驗證系統(tǒng)中大型設計的自動化原型實現(xiàn)從千萬門到十億門級別（中型芯片項目或大型項目的一部分功能驗證大型項目經常需要以月計的時間投入，僅有少數產高硬件仿真器更大且復雜的SoC完整設計軟硬件協(xié)同驗證和整個系統(tǒng)超大容量，支持數十億到百億門以上的設計規(guī)模（盡可能仿真實際的軟件上配備專門的布局布線算法，因此大項目的編譯時間比原型驗證基于FPGA的仿真器：1MHz-ASCI流程基本自動化，低無法支持高速的物理定義：屬于時序驗證。采用窮盡分析方法來提取出整個電路存在的所有時序路徑，計算信號在這些路徑上的傳播延時，檢查信號的建立和保持時間是否滿足時序要求，通過對最大和最小路徑延時的分析，找出違背時序約束的錯誤。>特點：1）由于不需要仿真，靜態(tài)時序仿真的分析和運行時間遠遠短于對RTL和門級的仿真驗證。2）由于只檢查觸發(fā)器的時序，不做整個電路的功能驗證，因而不需要產生測試向量對電路所有的功能點進行驗證。目前靜態(tài)時序分析已經越來越多地被用到數字集成電路設>環(huán)節(jié)：幾乎存在于后端的每一個節(jié)點中。從邏輯綜合開始，掃描鏈插入到布局到時鐘樹綜合再到布線階段都需要做一次靜態(tài)時序分析，以保證這個階段的建立時間和保持時間是收斂的，進而確認每個階段的結果是正確的，進而交給下一個階段。因此STA工具也是最重要靜態(tài)時不需要輸入向量就能窮盡所有的路徑；運行速度很快、占用內存較少，不僅可以對芯片設計進行全面的時序功能檢查，而且還可利用時序分析的結果靜態(tài)時序分析只能對同步電路進行分析，而不能對異步電路進行時序動態(tài)時比較精確，而且同靜態(tài)時序相比較，分析速度較慢；需要使用輸入矢量，這使得它在分析的過程中有可能會遺漏一些關鍵路徑，著規(guī)模增大，所需要的向量數量以指數增長，且），），1.2.3流程3—邏輯綜合+DFT：HDL代碼轉變?yōu)檫壿嬀C合（LogicSynthesis）是將描述RTL級電路的HDL/VHDL代碼轉換為門級網表的過程，其目的是決定電路門級結構，尋求時序與面積的平衡，尋求功耗與時序的平衡，增強電路的測試性。一般邏輯綜合的過程為轉譯（Translation）+優(yōu)化（Optimization）+映射（Mapping）。>轉譯：讀入電路的RTL級表述，并翻譯為相應的功能塊及其之間的拓撲結構。>優(yōu)化：根據所施加的時序和面積約束，按照一定算法對轉移結果進行邏輯重組和優(yōu)化，推斷出滿足設計指標要求的門級>映射：將門級網表映射到晶圓廠給定的工藝庫上，從目標工藝庫中搜索符合條件的單元，構成該工藝庫對應的門級網表。 ），），可測性設計DFT（DesignForTest）是指通過插入硬件邏輯進行芯片測試的設計環(huán)節(jié)。其主流技術包括邊界掃描、內建自測試以及自動測試向量生成三種方向。掃描鏈（ScanChain）針對時序電路，測試寄存器（Flip-Flop）和組合邏輯。通過在IC的輸入輸出引腳處放置邊界掃描單元（BoundaryScanCell），測試芯片中存儲資源（ROM/RAM在芯片設計中加入一些額外自測試電路，通過從外部施加控制信號運行內建的自測試軟硬件檢查電路的缺陷與故障測試向量是基于掃描鏈，根據算法推算出應該加載到掃描鏈上的激勵序列和期望序列。測試中的側視圖形向量由程序自動生成，測試向量按順序加載到IC輸入1.2.4流程4—版圖設計：物理實現(xiàn)是門級網表到版圖信息的轉換過程版圖設計是數字后端設計的開始，指借助編輯器確定芯片的幾何參數以及不同模塊與輸入、輸出端口的具體位置，將芯片從抽象的原理圖轉化為具體的版圖，使用自動布局布線EDA工具APR（AutoPlacing&Routing）。>是決定芯片是否能夠流片的首要前提。包括消除布線擁塞(congestion)、優(yōu)化時序（timing）、減小耦合效應（coupling）、消除串擾（crosstalk）、降低功耗、保證信號完整性（signalintegrity）、預防DFM問題和提高良品率等布線的優(yōu)化工作。>超大規(guī)模集成電路多層布線采用自動布線方法，對EDA工具中所采用的布線算法和優(yōu)化的方法的依賴度較高。 包括布線后的優(yōu)化，主要是調用包括布線后的優(yōu)化，主要是調用PR工具的算法對design中的net進行自動布線，并在布線后繼續(xù)優(yōu)化timing,area和power等。對設計中所有的單元進行信號線的連接。保證滿足時序要求。同時會對繞線過程中的DRC進行修復工作。最重要的就是能否繞通，也就是是否能夠將繞線后的DRC/short降至最低甚至CTS階段(ClockTreeSynthesis)主生成，在滿足時鐘drv約束的前提以主要內容是根據floorplan和place的結果合理構建時鐘樹，并對有timing插入buf，優(yōu)化邏輯等等操作。旨在在設計初期，基于當前宏觀floorplan進行一個宏觀的規(guī)劃，包括像模塊大小的規(guī)劃，Macro的擺放，電地power走線的規(guī)劃。出pin的規(guī)劃。decap的擺放，endcap的擺放，welltap的擺放等等）， 件工程更改命令ECO（EngineeringChangeOrder）：布線完成后已經基本確定芯片的物理實現(xiàn)，但仍需要由設計人員根據靜態(tài)時序分析和后仿真中所暴露出來的問題，對電路和標準單元布局進行小范圍調整。目的是保持原設計布局布線結果基本不變的前提下修復芯片時序、DRC、DRV以及功耗等的剩余違例，最終達到芯片的簽核標準。>LogicECO是對網表的邏輯功能的修改。在芯片設計的后期階段，前端工程師可能會因為發(fā)先設計上的某些bug而需要對電路做修改，而此時的schedule已經不允許重新綜合，因此會選擇在PR的網表上進行邏輯修改，一般情況是會增加一些邏輯或者將某些邏輯的net重新連接。>PhysicalECO主要是針對PR工具無法完全自動修正的問題進行手動修正。一般包括TimingECO、DRCFIX等。），>版圖設計過程的紕漏可能會導致版圖布局與原理圖>版圖設計過程的紕漏可能會導致版圖布局與原理圖之間存在差異。為了使版圖能夠按設計預期運行，必須保證版圖設計與原理圖設計的一致性；>LVS通過從版圖中獲取網進行比較，檢查器件、參數、電路連接是否存在不匹配，以及是否有短路、開路等情況的發(fā)生。>隨著制造工藝不斷進步，版圖密度持續(xù)提高，線路的寄生效應不再是一個可以被忽略的因素，若不對其進行處理，寄生效應可能會產生信號延遲、噪音以及壓降等各方面的影>PEX通過提取電路中的寄寄生參數對芯片的影響，簽核signoff是指將設計數據交給芯片制造廠商生產之前，對設計數據進行復檢，確認設計數據達到交付標準的過程。>物理驗證是Signoff最重要的環(huán)節(jié)之一，指對芯片制造過程中可能出現(xiàn)的物理效應進行仿真，并對設計規(guī)則進行檢驗。>物理驗證主要涉及的環(huán)節(jié)包括DRC、LVS以及PEX等。設計師通過檢查版圖是否符合Foundry廠商的工藝規(guī)則，是否與便可以交由Foundry廠商進行流片。signoff——drvcheck最大傳輸時間檢查和最大電容檢查——SI電源完整性分析關注芯片是否滿足工藝設計規(guī)則，物理設計與邏輯網表的關注最終輸出的邏輯網表與最初輸入的邏輯網表之間的一CLPsignoff關注在低功耗設計中引入的特殊單元，電源域劃分及組成>芯片的版圖設計需要符合Foundry廠商提供的工藝規(guī)則，以保證其性能的穩(wěn)>DRC被用于檢查版圖設計結果是否符合其對應的工藝規(guī)則。設計師用EDA驗證工具檢查版圖文件的幾何參數（如間距、寬度等），并標記其不符合工藝規(guī)則要求的情況。并提高版圖的準確度。并提高版圖的準確度。功能設計與邏輯設計功能設計與邏輯設計FunctionDesignandLogicDesignTimingClosureTop-level/CombinedVerify（Analysis）），數字設計各環(huán)節(jié)相對模擬芯片設計耦合性較弱，國產廠商以點工具切入市場并逐步拓展全流程。>數字芯片設計是一個離散的過程，各個環(huán)節(jié)之間相對獨立；>模擬芯片設計是一個連續(xù)的過程，設計、仿真等環(huán)節(jié)之間存在重疊，可能出現(xiàn)模塊的生成、布局與走線在同一階段完成的情況。數字設計自動化程度較高，使用粘性更弱，國產替代有望加速推進。>在前端環(huán)節(jié)，數字設計用硬件語言定義芯片的功能邏輯，產出RTL，通過邏輯綜合工具自動生成門級網表；全定制設計從MOS管開始，搭建整個模擬電路；均需要一定的人機交互去完成邏輯設計或原理圖設計。>在后端環(huán)節(jié)，數字部分基本實現(xiàn)了全自動化操作，模擬部分需要更多的人機交互去完成版圖設計等操作。ASICASIC數字電路覆蓋的半導體市場規(guī)模近4000億美元，占比超八成。根據WSTS數據，2021年微處理器芯片市場規(guī)模是791億美元，邏輯芯片市場規(guī)模為1數字EDA工具存在廣闊下游市場空間。我們判斷數字EDA工具占比EDA工具比例近半壁江山，其重要性不言而喻。0 201420152016），2.1.1邏輯芯片CPU和GPU：技術生態(tài)高壁壘，下游CPU和GPU為邏輯芯片中的主要類別，合并規(guī)模達600億美元>CPU：根據ICInsights數據，2021年全球微處理器市場規(guī)模達到1029億美元，預計2022年達到1104億美元。其中：2021年，全球計算機CPU市場占微處理器市場比重為35%，全球市場規(guī)模為350億美元，預計2022年將達到386億美元。Intel、AMD雙巨頭主導X86處理器市場，2021年分別占據72%、28%市場份額。>GPU：根據華經產業(yè)研究院數據，2020年GPU全球市場規(guī)模為254億美元，預計2025年市場規(guī)模超千億美元。NVIDIA占據79%的份額，之后是AMD，占20%的份額，剩余的1%是英特爾。20202021E2022E2023E0“兩大”NPU“兩大”NPU含光FPGA和ASIC芯片兩者市場規(guī)模合計200億美元，市場格局均較為集中，主要被海外半導體廠商占據。>FPGA：2021年全球銷售額68.6億美元，其中Top4占比96%，英特爾（Xilinx）+AMD（Altera）占比超80%；>ASIC：2018年全球產值148.7億美元，全球市場總體比較分散，包括Xilinx等國際大廠和比特大陸、嘉楠等國內廠商。全球FPGA芯片市場規(guī)模（億美元）YoY20162017201820192020§XILINX§XILINX“兩小”TPUTPU寒武紀谷歌寒武紀昇騰昇騰百度華為百度語音芯片語音芯片阿里啟英泰倫阿里VPUVPU英特爾云燧云燧燧原………意法半導體,2.1.3意法半導體,MPU和MCU芯片兩者市場規(guī)模合計四百億美元，市場格局均較為集中，份額主要被海外半導體廠商占據。>MPU：根據ICInsights數據，2021年全球微處理器市場規(guī)模達到1029億美元，預計2026年市場規(guī)模達到1333億美元，CAGR約為5.3%。當前全球MPU市場多被英特爾、蘋果和高通等美系廠商占據。中國廠商如紫光展銳與華為海思已逐步走進國際視野，在21年ICInsight競爭格局中分別位列第八、九位，未來份額有待進一步提升；>MCU：根據集微咨詢數據，2022年全球MCU市場規(guī)模預計達211.8億美元，增速為6.15%，長期看AIoT是MCU市場的主要增量。歐美及日韓系廠商在全球MCU市場占據絕對優(yōu)勢，尤其在汽車/車規(guī)級與工控領域的中高端產品線。其他,英特爾,50.90%微芯,微芯,英飛凌,2.1.4微處理器SoC/DSP：合計近千億美元市場規(guī)模，未來料持續(xù)增長SoC和DSP芯片兩者市場規(guī)模合計千億美元，市場格局均較為集中，份額主要被海外半導體廠商占據。>SoC：根據Marketresearchfuture預測，全球SoC市場規(guī)模將從2017年的1318億美元增長到2023年的2072億美元。國內SoC芯片產品覆蓋廣泛，中低端成熟制程SoC已在智能家居領域實現(xiàn)初步國產化布局；高端先進制程僅麒麟SoC和國際主流移動處理器的差距最小，但受美國限制無法自主生產；>DSP：根據Marketinsight數據，2021年全球DSP芯片市場銷售額達到36億美元，預計2028年將達到57億美元，年復合增長率（CAGR）為6.8%。全球市場多被模擬芯片巨頭TI、ADI、恩智浦等占據，其中TI占據近50%的市場份額。中國代表廠商有中電14所、38所、湖南進芯電子等。20202020年全球DSP市場梯隊2.2.1技術方向1：3D封裝使芯片結構更為復雜隨著芯片對性能、尺寸以及功耗的要求逐漸提高，先進封裝技術不斷發(fā)展，3D封裝技術成為主要趨勢之一。>概念：3D封裝即在硅片層面進行封裝，將“小芯片”Chiplet組裝成“大芯片”，從而實現(xiàn)大芯片的性能。相比普通封裝工藝在有限尺寸與功耗下實現(xiàn)了更好的性能表現(xiàn)。接；2）額外的系統(tǒng)級驗證，3D封裝芯片要有跨芯片/Chiplet的分析驗證。3D封裝這一新場景或將對全定制EDA工具提出新的能力要求，在工藝適配、設計方法學創(chuàng)新等方面或將會有對于Chiplet來說，將一顆大的SoC芯片拆分成多個芯粒，相較于測試完整芯片難度更大，尤其是當測試某些并不具備獨立功能的Chiplet對于Chiplet來說，將一顆大的SoC芯片拆分成多個芯粒，相較于測試完整芯片難度更大，尤其是當測試某些并不具備獨立功能的Chiplet時，測試程序更Chiplet設計制造需要EDA軟件從全方位進行支持，另外各個Chiplet的管理和調用需要業(yè)界統(tǒng)一的標準。后摩爾時代，Chiplet技術被視為摩爾定律放緩之后，中國半導體企業(yè)彎道超車的機會。>芯粒（Chiplet）是指具有特定功能且?guī)в袠藴驶ミB接口的裸芯片。芯粒的集成方式是一種平衡計算性能與成本，提高設計靈活度，且提升IP核模塊經濟性和復用性的新技術，被視為后摩爾時代支撐半導體產業(yè)持續(xù)發(fā)展的重要基礎之一。華為被美國制裁、先進芯片受制之后，Chiplet備受市場關注。據Omdia報告，到2024年，Chiplet的市場規(guī)模將達到58億美元，2035年則超過570億美元，Chiplet的全球市>2022年3月，臺積電、英特爾、微軟等10家芯片廠商成立了通用芯粒高速互連（UCIe）聯(lián)盟，共同推廣UCIe技術標準。芯粒技術對半導體IP核的質量、芯片設計能力都有一定的要求，所以具有芯片設計能力的IP核企業(yè)也將成為芯粒的重要供應商Chiplet的設計制造需要EDA軟件從架構到實現(xiàn)再到物理設計全方位進行支持，另外各個Chiplet的管理和調用也需要業(yè)界統(tǒng)一的標準。目前，Chiplet技術缺乏相關的EDA工具鏈，以及完整且可持續(xù)性的生態(tài)系統(tǒng)。目前臺積電擁有目前臺積電擁有CoWoS/InFO、英特爾擁有EMIB、Fovores3D等，Chiplet使用的先進封裝多種多樣。UCIe1.0標準沒有涵蓋用于在小芯片之間提供物理雖然無需再去設計復雜的大芯片，但是將SoC分解Chiplet化，并將其整合到一個2.5D/3D封裝當中，會帶來系統(tǒng)復雜度的大幅提升，在系統(tǒng)設計方面存），2.2.2技術方向2：AI與云計算等技術賦能EDA革新上述技術趨勢為EDA行業(yè)創(chuàng)造了更高的產品要求，在AI、云計算等技術的賦能下，全定制設計EDA工具的性能或將有進一步突破。>AI技術：將在EDA領域扮演更重要的角色。芯片復雜度的提升以及設計效率需求的提高要求人工智能技術賦能EDA工具的升級，輔助提升芯片設計效率。>云計算：在EDA領域的應用日趨深入。隨著EDA廠商產品體系與組織架構日益復雜，企業(yè)規(guī)模逐漸擴大，業(yè)務上云能夠有效避免芯片設計企業(yè)因流程管理、計算資源不足帶來的內耗成本，保障研發(fā)生產效率。3.2產品對比：以邏輯綜合、仿真驗證、布局布線為核心3.3邏輯綜合：DesignCompiler占據市場主體，具備顯著先發(fā)優(yōu)勢3.5布局布線：ICC2和Innovus引領后端設計平臺，算法人才優(yōu)勢將支撐國產化突破3.6IP庫產品：兩巨頭借助強大IP提升客戶粘性，國產IP生態(tài)未來可期3.1整體格局：三大廠商產品能力位于第一梯隊Synopsys、Cadence與Mentor占據行業(yè)龍頭地位，F(xiàn)PGA等細分領域存在局部領先廠商。>Synopsys：數字芯片設計EDA領域領導者，是邏輯綜合等技術開創(chuàng)者，具有綜合工具DesignCompiler、動態(tài)仿真工具VCS、靜態(tài)時序分析工具PrimeTime、布局布線平臺ICC2等具有市場主導地位的工具系統(tǒng)；>Cadence：傳統(tǒng)優(yōu)勢在定制設計領域，經過長期迭代創(chuàng)新，在數字設計領域也具有Innovus物理實現(xiàn)平臺、Xcelium動態(tài)仿真器和Protium/Palladium軟硬件系統(tǒng)驗證平臺等領先的工具系統(tǒng)；>MentorGraphics：物理驗證能力領先，在各關鍵環(huán)節(jié)具有特色產品，但整體市占率相對較小，已被西門子收購。部分廠商在細分領域擁有相對較高的技術壁壘，包括PLD領域的Xilinx、Altera、Lattice等，PCB領域的Altium等?！靀ILINXcadenceCadence與Synopsys營收規(guī)模相當。2021財年，Synopsys與Cadence營收分別為42.04億美元與29.88億美元，若剔除IP核等業(yè)務，兩者營收分別為23.53億美元/26.00億美元；ANSYS為射頻領域龍頭廠商，亦具備數字IC前后端設計工具，但營收規(guī)模與Cadence/Synopsys仍有差距。2021年，ANSYS營收為19.07億美元。功能時序仿真驗證功能時序仿真驗證數字EDA工具覆蓋邏輯綜合、后端布局布線、仿真驗證等主要環(huán)節(jié)，是體現(xiàn)EDA公司核心競爭力的三大重要方向。>仿真驗證工具貫穿了數字IC設計的全過程，主要涉及功能驗證和時序驗證，功能驗證包括動態(tài)仿真工具、形式驗證工具、硬件仿真加速和原型驗證工具系統(tǒng)等三類，時序驗證主要為靜態(tài)時序分析STA工具，從時序和功能兩個維度驗證電路能否正確實現(xiàn)其功實現(xiàn)了將RTL代碼自動生成門電路，提升了電路設計的的硬件仿真加速/原型驗證AprisaAprisa仿真驗證工具貫穿了數字IC設計的全過程，從時序和功能兩個維度驗證電路能否正確實現(xiàn)其TempusSignoffSTAVoltusSignoffPowerQuantusSignoffExtractionPegasusDRC,LVS,DFMPegasusTempusSignoffSTAVoltusSignoffPowerQuantusSignoffExtractionPegasusDRC,LVS,DFMPegasusDRC,LVS,DFMRTL設計邏輯綜合版圖設計簽核RTLArchitectRTLArchitectTestTestFusionRTL分析+綜合DesignCompilerNXT邏輯綜合TestMAXDFTICICCompilerIIFusionComplierFusionComplierFormality/ECOFormality/ECOPrimePowerPrimePowerValidatorValidatorPrimeECOPrimeECOPrimeShieldPrimeShieldRHRHFusionPrimeTimePrimeTimeStarRCStarRC……StratusStratusSynthesisGenusGenus邏輯綜合ModusDFTRTLPowerRTLPowerJoulesJoulesInnovusInnovus在數字前端市場，各大廠商邏輯綜合工具主要為Synopsys的DesignCompiler、Mentor的Oasys-RTL和Cadence的Genus。其中，DesignCompiler占據主導地位。綜合工具的研發(fā)。如今，全球幾乎所有的芯片供應商、IP供應商和庫供應商都支持DesignCompiler，據Dataquest統(tǒng)計，DesignCompiler已成為目前90%以上ASIC設計人員廣泛使用>持續(xù)研發(fā)創(chuàng)新，保持產品優(yōu)勢。如在升級版DesignCompilerGraphical中加入物用庫信息和約束條件，生成帶有布局信息的門級設計結果，進一步提高綜合與布局布線結果的一致性，不僅可以更精準地估算連線延時，上一代產品將時序和動態(tài)功耗的結果質量提升5%4.改進的多線程技術可在8個核上取得更好的擴展2.周轉時間快達5倍，線性可擴展性超過1000萬個實例3.單元級、塊級和芯片級綜合之間的迭代次數至少5.數據路徑面積減少多達20%，而不會對性能產生2.OasysRTL在更高級別集成了3.OasysRTL獲得專利的“PlaceFirs實現(xiàn)綜合階段前的RTL“探索”功進行假設分析，為綜合階段提供質實現(xiàn)綜合階段前的RTL“探索”功進行假設分析，為綜合階段提供質比速度提高了5-10倍。帶有智能工作負載分區(qū)的云就緒分布式處理，并且支持5nm及以下規(guī)綜合和布局之間的時序和面積的correlation減小到5%以內，將布局速度提高至傳統(tǒng)解決方案的1.5倍；優(yōu)化后端工序，將布局后時序速度提高了5%。DesignCompiler（DC）系列產品是Synopsys的邏輯綜合工具，采用各類創(chuàng)新技術，實現(xiàn)了高效率、高性能的RTL綜合能力。DCCompilerDCCompiler系列產品功能與性能特推出邏輯綜合工具BuildGates推出邏輯綜合工具BuildGatesGenus是Cadence打造的大規(guī)模并行RTL和物理綜合工具，用戶包括德州儀器、ImgTec等。>三級并行架構釋放性能：1）將綜合周轉時間縮短多達5倍，并可線性擴展超過1000萬個實例。2）物理感知上下文生成功能將單元級和芯片級綜合之間的迭代減少2倍以上，將RTL設計效率提高多達10倍；3）新的全局、分析、架構級優(yōu)化引擎可以將數據路徑面積減少多Cadence依托兩次并購不斷發(fā)展邏輯綜合技術能力，于2015年推出全新的Genus邏輯綜合工具，目前已具有較強競爭力。推出推出Genus邏輯綜合工具3.3邏輯綜合：以華大九天為代表的國內廠商加速突破華大九天實現(xiàn)突破，產品商業(yè)化加速布局。2023年上半年，華大九天推出邏輯綜合工具ApexSyn，該工具實現(xiàn)了從RTL設計到門級網表的自動綜合、掃描鏈電路插入，以及對設計進行性能、面積和功耗的優(yōu)化。目前，該工具已在多家客戶實現(xiàn)應用落地。ApexSyn的推出補齊了數字設計和實現(xiàn)流程的重要環(huán)節(jié)，為華大九天完成數字電路設計全流程EDA工具系統(tǒng)的建設推進了重要一環(huán)。鴻芯微納推出板圖驅動的邏輯綜合工具。鴻芯微納于2022年12月發(fā)布板圖驅動的邏輯綜合工具RocSyn，實現(xiàn)邏輯綜合完整流程，支持時序約束（SDC），低功耗設計，UPF綜合，掃描鏈插入，增量編譯等功能。在延時、面積、功耗、即PPA的性能指標上達到國內領先水平。3.4布局布線：兩巨頭難分伯仲，核心在于算法競爭布局布線是數字EDA系統(tǒng)的核心之一，對設計效率和質量具有重大影響>布局布線在芯片16nm制程后逐漸成為設計里面的最大瓶頸，單個芯片的邏輯設計或者功能設計通常需要一年左右，而后端設計一般在一年至一年半左右，后端設計主要依賴于運行EDA工具。>布局布線工具的重要性主要體現(xiàn)在：1）對設計周期成本具有較大影響，不同工具可差數月之久；2）將直接影響到公司的成本和利潤，好的布局布線能夠決定芯片的大小，更小的芯片有利于公司利潤提升。>技術難點：短時間內實現(xiàn)在物理約束條件下大規(guī)模電路布局布線的最優(yōu)走線，需要強大的EDA算法支持。>隨著集成電路制造工藝進入7nm以下，數字芯片中標準單元數量已經達到億數量級，EDA算法已經成為典型的數據密集型計算的典型代表。且現(xiàn)有布局布線方法大都采用組合優(yōu)化算法，可接受的計算時間內，不一定能得到局部最優(yōu)解，甚至有可能得到一個劣解，算法復雜度較高。以上兩點導致EDA算法的計算時間非常冗長，以小時計。APR工具自動生屬層多達數層，如何從一個點在只能走直布線的障礙并不斷做出前行的抉擇，穿過層層金屬，最終準備到達芯片中的另一個且整體還要滿足時序和總線長最小的目養(yǎng)時間較長，使用ICC2的小公司相對更Cadence：后續(xù)服務更優(yōu)，使用Inno養(yǎng)時間較長，使用ICC2的小公司相對更Cadence：后續(xù)服務更優(yōu)，使用Inno兩家算法都在不斷改進的過程中，測試結在最近的一些比較中，SynopsysICC2的4.基于PrimeTime延遲5.在布線優(yōu)化進程中集成了PrimeTime產品格局：Synopsys的ICC/ICC2與Cadence的Encounter/Innovus是業(yè)界的主流布局布線工具。>Synopsys在布局布線領域具有先發(fā)優(yōu)勢。自2014年Synopsys發(fā)布ICCompilerII以來，ICC2獲得了全球各大廠商的認可，客戶包括三星、東芝、ARM、海思、Movidius等。三星于2020年宣布將在其下一代5nm規(guī)格的移動SoC設計中使用ICC2，并部署機器學習技術。通過將ICC2與Fusion數字全流程平臺的深度集成，實現(xiàn)數字后端設計的賦能。>Cadence推出新一代布局布線工具Innovus，數字后端工具市場競爭加劇。上一代工具中，ICC憑借顯著的性能優(yōu)勢，比Encounter擁有更大的客戶群；Cadence近年來不斷發(fā)力布局布線能力，推出新一代產品Innovus，試圖與ICC2爭奪數字后端市場。Synopsys：Fusion平臺通過在自身產品生態(tài)內的集成，實現(xiàn)更全面的設計功能；Cadence：相對而言更偏向于循序漸進，1.1.大規(guī)模并行架構，用于處理大型設計，支持多核工作站上的多線程功能以及計算機2.基于求解器的全新GigaPlace擺放技術，依據時序、功率和擁塞數據，通過了解對拓撲、引腳連接和顏色的感知，提供最優(yōu)化的單元擺放、線長、利用3.其他高級節(jié)點技術，例如通孔支柱、可感知電源完整性的單元擺放和優(yōu)化、功耗時鐘偏斜、連續(xù)擁塞監(jiān)控，以及用于處理自對準雙圖案的、經過優(yōu)化的布線器，以實4.基于機器學習的創(chuàng)新功能貫穿整個實施流程，可為具有挑戰(zhàn)性的高性能設計帶來最1月，國微控股進一步向鴻芯微納增1月，國微控股進一步向鴻芯微納增后改名鴻芯微納，主營EDA軟件研發(fā)。鴻芯微均為資深的EDA行業(yè)高5月Avatar的布局與繞線解決方案通過了TSMC的7納米FinFET鴻芯微納1%的股份（鴻芯微納年初申請破產,3月AtopTech被公開拍賣，5月中國東方集團成功收購AtopTech，并改名為Avatar，東方集團董事局主席任董事長。Avatar公司擁有EDA領域頂尖的管理布局布線工具經過了三代的演進，第一代以門為中心，第二代以布局為中心，而今發(fā)展到第三代以線為中心，因為布線的功率、時效和可制造性已遠超邏輯門，以線為中心去開發(fā)新一代布局布線工具，我們預計將有可能實現(xiàn)彎道超車。>通過并購的方式，鴻芯微納基于AtopTech原有技術優(yōu)勢，率先推出國內首個布局布線工具Aguda，并且已經進入國內客戶的使用階段，可以支持40nm~5nm工藝，其技術和產品能力即使在國外市場上也占有一定的地位。>上海立芯科技推出LePlace布局及物理優(yōu)化工具、LePlan自動化布圖規(guī)劃工具，強化布局布線領域的供應鏈安全。立，創(chuàng)始團隊多為華Apogee布局與繞線工具?？蛻舭ㄈ?、Xilinx等大公司。高峰時年營業(yè)額超過Synopsys起訴注：西門子收購美國Avatar公司，深圳鴻芯微納與美國Avatar并不是分公司關系，更接近于公司拆分，團優(yōu)化以及AI加速優(yōu)化標桿工具相當，甚至有5%-10%提升香港科技大學的前端論文（AttackDirectories香港科技大學的前端論文（AttackDirectoriesonARM得最佳論文提名9876543210布局布線依賴算法能力，我國科技行業(yè)的發(fā)展積累了大量算法人才和研究基礎，科研論文及學術競賽不斷取得豐碩成果。>學術競賽成果斐然：CADContest@ICCAD是集成電路芯片設計與計算機輔助工具研究領域影響范圍最廣、影響力最大的國際學術競賽，每年世界各地近200支集成電路領域頂尖研究團隊參與。競賽針對當前EDA所面臨的亟需解決的問題，由國際一流集成電路設計公司直接出題，競賽結果可以直接轉化成工業(yè)界的解決方案。2022年，來自中國內地和港臺的華人團隊包攬賽事的所有獎項，尚屬歷史2017福州大學：朱自然、李興權，有史以來中國內地首次獲得冠軍，也是中國大陸在國際權威集成電路設計學術競賽中首次獲得冠軍2018福州大學：朱自然、李興權、黃志鵬2019福州大學：朱自然、李興權2021華中科技大學獲得布線賽題的冠軍Synopsys打造的VerificationContinuumPlatform是一套覆蓋芯片驗證全過程的解決方案。>驗證功能：該平臺以Verdi系列產品為基礎的調試平臺，集成了包括仿真、硬件仿真、靜態(tài)與形式驗證、原型設計、虛擬原型設計以及功能安全等驗證功能。>其他組件：平臺的驗證IP功能能夠部署業(yè)內最新的協(xié)議、接口與存儲器輔助執(zhí)行驗證，VCAutoTestbench,VCExecutionManager等產品為驗證過程提供了自動化的解決方案。統(tǒng)一的調試平臺驗證工具驗證輔助組件調試、規(guī)劃與覆蓋：調試、規(guī)劃與覆蓋：Verdi系列（Verdi,VerdiPower-AwareDebug,VerdiHW/SWDebug,VerdiAdvancedAMSDebug,VerdiProtocolAnalyzer,VerdiPerformanceAnalyzer）,Siloti.仿真仿真VCZ01X虛擬原型設計虛擬原型設計VirtualizerVirtualPrototypingServ靜態(tài)與形式驗證靜態(tài)與形式驗證硬件仿真硬件仿真AMAAMA仿真功能安全功能安全VCZ01X原型設計原型設計FPGAFPGA驗證VCSpyGlassVerdi驗證驗證IP：Memory,AMBA,Ethernet,MIPI.驗證自動化：驗證自動化：VCAutoTestbench,VCExecutionManagement.VCS系列產品是Synopsys推出的業(yè)內具備領先性能的仿真解決方案，在市場上占據主導地位。>產品構成：Synopsys的仿真解決方案以VCS為核心，同時包含VCSXprop、VCSNLP、Certitude、PowerReplay以及Z01X錯誤仿真等組件。>相比于傳統(tǒng)方案，VCS的仿真速度得到了顯著優(yōu)化。VCS配備了細粒度并行技術，并通過采用分區(qū)編譯、動態(tài)重新配置以及動態(tài)測試加載等手段，大大縮短了仿真的編譯時間。>市場：目前，全球Top20的半導體公司均使用VCS作為主要驗證解決方案，2021年后，亞馬遜、Almotive等公司也紛紛宣布已部署Synopsys的VCS解決方案，前者將其用于SoC的開發(fā)與驗證，后者則將其用于自動駕駛相關IP的驗證工作。VCSVCS系列產品構成及其對應功能VCSXprop為X態(tài)相關模擬仿真和調試提供X態(tài)傳播支持VCSNLP提供集成的低功耗仿真和規(guī)則檢查功能PowerReplay早期設計階段的精確門級功耗分析Certitude提供整體的驗證測試集質量評估和調試功能Z01XFaultSimulation模擬汽車設備故障，以實現(xiàn)診斷測試和驗證安全機制VCSVCS性能提升方案細粒度并行（Fine-grainedparallelism）充分利用多核和眾核X86處理器，使RTL仿真運行速度提升至兩倍，門級仿真速度提升至5倍水平。分區(qū)編譯（PartitionCompile）支持用戶僅需編譯已更改部分的代碼即可完成編譯，可以使編譯速度提高10倍左右。動態(tài)重新配置（DynamicReconfiguration）支持用戶僅需編譯一次便可運行不同的配置/測試。動態(tài)測試加載（DynamicTestLoading，DTL）支持用戶在運行時動態(tài)加載或切換測試序列，從而減少整體的運行時間。第三代Xcelium仿真平臺是Cadence旗下基于產品流片的并行仿真平臺，具備運算時間短、應用廣泛、操作便捷等特性，成為數字仿真市場中VCS的重要競爭者。>發(fā)展歷程：Xcelium的加速技術源自2016年收購的Rocketick，將原有仿真平臺Incisive的C語言源碼與RocketSim的C源碼整合起來，重新編寫成基于GNUC++的全新的驗證平臺，替代Incisive驗證平臺。在二者集成后，RocketSim在Xcelium中繞過了原先Incisive需要PLI接入的問題，進一步提升性能。>特點性能：Xcelium驗證性能提升巨大，對于5千萬門的可綜合SystemVerilogRTL的設計，Xcelium在8核Linux機器上運行比Incisive在單核Linux機器上運行快4倍。而對于4億門的設計，Xcelium在6核機器上運行要比Incisive快9.3倍。>多核并行計算技術顯著縮短SoC面市時間：利用Xcelium可顯著縮短執(zhí)行時間，在寄存器傳輸級（RTL）仿真可平均提速3倍，門級仿真可提高5倍，DFT仿真可提高10倍，節(jié)約項目時間達數周至數月。 Xcelium并行邏輯仿真器特性Synopsys旗下的Formality和Cadence旗下的ConformalLEC是形式化驗證中使用最為廣泛的標桿產品。>Formality是一款等效性檢查(EC)工具，使用形式靜態(tài)技術來確定某一設計的兩個版本之間是否具有等效功能，支持所有DCUltra和DesignCompilerGraphical的優(yōu)化，因此可提供完全可驗證的理想結果質量，同時支持對上電和斷電狀態(tài)、多電壓、多電源和門控時鐘設計進行驗證。>Conformal是Cadence家的一款形式驗證驅動的等效、低功耗和ECO解決方案，使用可為用戶提供獨立的等效性檢查解決方案，支持從RTL到P&R的最終網表驗證設計，ECO需要采用ConformalECOXL或GXLlicense，被大廠廣泛使用。>其他產品：Cadence開發(fā)了SEC工具套件JasperGold、Synopsys則研發(fā)了SpyGlass工具組件、VCFormal等形式驗證工具系列。 模型檢查ModelChecking原理證明TheoremProving 邏輯等效性檢查Logical（Combinational）EC序列等效性檢查SequentialEC SpyGlass是業(yè)界一款可靠的RTLSignoff解決方案，提供RTL設計階段的驗證功能。>模塊構成：SpyGlass由SpyGlassLint、SpyGlassCDC、SpyGlassRDC、SpyGlassConstraint以及SpyGlassPower五大模塊構成。>據美通社報道，2020年，Synopsys將SpyGlass集成至其連續(xù)驗證平臺，形成產品VCSpyGlass，使其內存減少一半的同時，性能提高了約3倍，并使誤報概率大大減小。VCFormal由一套組件構成，是一系列完整的形式驗證解決方案。>VCFormal能夠實現(xiàn)包括屬性驗證(FPV)、自動提取屬性(AEP)、覆蓋分析器(FCA)、連接性檢查(CC)、時序等效性檢查(SEQ)、寄存器驗證(FRV)、測試平臺分析儀(FTA)、形式導航器(NAV)以及用于驗證標準總線協(xié)議的一組斷言IP(AIP）等一系列功能。 JasperGold產品源自Cadence在2014年收購的JasperDesignAutomation，是形式驗證工具市場上占據支配地位的明星產品，在業(yè)內具備最佳運行時間和容量。>JasperGold形式驗證工具套件包含13個應用，其第三代形式化驗證技術具有如下特點：?SmartProof技術將開箱即用的證明速?優(yōu)化了RTL設計的編譯能力，容量提高兩倍，內存占用平均減少50%。?全新形式化覆蓋技術可以完全在JasperGold平臺內執(zhí)行IPSignoff，支持多引擎>競品：Synopsys的VCSFormal和Mentor的QuestaFormal等。>用戶：高通、德州儀器、博通、Marvell、ADI、英偉達、意法半導體、三星、索尼等。3.5.3硬件仿真：邏輯驗證行業(yè)保持穩(wěn)步增長，帶動原型驗證需求提升原型驗證產品屬于CAE板塊下邏輯驗證領域，是CAE板塊下價值占比最大的子領域。期未來邏輯驗證行業(yè)規(guī)模將隨著全球半導體行業(yè)的原型驗證工具是邏輯驗證領域中的一種常用工具，因其優(yōu)異的性能，靈活可擴展等特性受到芯片設計公司的廣泛青睞、越來越多的應用于軟件開發(fā)、硬件驗證和系統(tǒng)驗證中。CPU\GPU等核心數字芯片晶體管數量的持續(xù)增加與性能要求的持續(xù)提升，原型驗證工具的重要性與市場空間將進ICPhysicalDesign&Verificatio864202016201720183.5.3硬件仿真：超大規(guī)模電路仿真必備，三巨頭均推出旗艦產品硬件仿真和原型驗證是目前數字設計中仿真驗證的重要手段，能夠極大地提升驗證效率，實現(xiàn)將軟件開發(fā)左移。>目前三巨頭均推出硬件驗證組件及系統(tǒng)方案，其中業(yè)界主流的產品是Synopsys推出的HAPS+ZeBu系列，根據CSIA統(tǒng)計，Synopsys原型驗證方案約占全球市場份額的82.08%，具有絕對市場優(yōu)勢，國內廠商思爾芯市場份額約8.88%，全球排名第二。Cadence推出的ZeBuZeBuEmpower2021年3月推出，為數十億門SoC設計的軟硬件功耗快速驗證提供可操作的功耗分析，實現(xiàn)每天多次迭代。還可利用功耗分布圖更早識別針對動態(tài)功耗和泄漏功耗的重大改進機會，加速RTL功耗分析和門級功耗簽核ZeBuEP12021年5月，突破性技術創(chuàng)新。它可提供10MHz性能，以加速高性能計算(HPC)、5G、GPU、人工智能(AI)和汽車等領域規(guī)模高達20億門級的復雜SoC的硬件和軟件驗證ZeBuServer-32014年3月推出，構建在經過驗證的ZeBuServer架構之上的高性能仿真平臺，將性能提高了多達4倍，并使容量提升了3倍，支持最大為30億門的芯片設計ZeBuServer42018年6月推出，性能是前一代解決方案的兩倍，可支持190億門SoC設計，能夠實現(xiàn)SoC驗證和軟件研發(fā)，對機房的空間需求減少了一半，同時功耗降低了5倍PalladiumPalladiumZ2/ProtiumX2企業(yè)級原型驗證系統(tǒng)2021年4月推出系統(tǒng)動力雙劍(dynamicduo)，雙系統(tǒng)無縫集成統(tǒng)一的編譯器和外設接口。一代系統(tǒng)基于下一代硬件仿真核心處理器和XilinxFPGA，模塊化編譯技術也被突破性地應用，使得100億門的SoC編譯可以在一天內完成。PalladiumZ12015年推出，業(yè)內第一個數據中心級硬件仿真加速器，憑借企業(yè)級的可靠性和可擴展性，最多能同時處理2304個并行作業(yè)，容量可擴展到92億門PalladiumXPII驗證計算平臺2013年，PalladiumXPII作為PalladiumXP仿真系統(tǒng)的更新產品面世，最多可以將驗證性能再提高50%，更將其業(yè)界領先的容量擴展至23億門IncisivePalladiumIII加速器/仿真器2006年推出，支持最多32位用戶同時運作，單工作站每小時編譯能力可達3000萬門，并且其容量的調整范圍可以從每個域/用戶180萬門到整個系統(tǒng)2.56億門VeloceVeloce硬件輔助驗證系統(tǒng)系列產品2021年4月發(fā)布，包括用于虛擬平臺/軟件激活驗證的VeloceHYCON;具備可擴展至150億門電路的總處理容量的硬件仿真器VeloceStrato+;適用于企業(yè)和桌面的多功能原型驗證系統(tǒng)VelocePrimo/VeloceProFPGA。VeloceStrato硬件加速仿真平臺2017年推出，在硬件加速仿真發(fā)展路線上具有戰(zhàn)略性里程，完全加載時容量可達2.5BG，總吞吐量提高了5倍，可見性時間加快了10倍，編譯時間加快了3倍，以及協(xié)同模型帶寬提高了3倍。VeloceApps2016年3月推出，用于Veloce硬件仿真平臺。新型VeloceApps包括VeloceDeterministicICE、VeloceDFT和VeloceFastPath，可以解決復雜SoC和系統(tǒng)設計中的關鍵系統(tǒng)級驗證難題Veloce22013年，在新的Veloce2產品中增加了VirtuaLAB虛擬實驗室、TestBench加速器等新功能，不僅能夠對軟硬件加速，更可將驗證門數拓展至20億邏輯門。），衡量FPGA原型驗證產品競爭力的評價體系主要包括單元支持最大邏輯規(guī)模、支持可訪問I/O數目、支持可編程時鐘、實時控制能力、設計分割自動化能力、與上位機通信支持、調試能力等七大核心指標。隨著數字芯片設計復雜度的不斷提高，客戶設計中的時鐘需求也在提升，不僅要求原型驗證系統(tǒng)提供隨著數字芯片設計的軟件開發(fā)和測試需求的不斷提高，客戶需要原型驗證系統(tǒng)能夠提供簡易便捷的實而且分割過程涉及將設計映射到FPGA陣列中，并處理數以萬計的信號互連，自動設計隨著數字芯片設計開發(fā)和驗證過程中軟硬件協(xié)同工作的需求越來越多，用戶需要原型驗證系統(tǒng)來提供機海量數據交互。而世界主流先進廠商產品單系統(tǒng)的上位機通信速原型驗證工具并行多顆FPGA的深度調試能力資料來源：思爾芯招股說明書（申報稿），中信證券ZeBu系列產品是全行業(yè)領先的硬件仿真系統(tǒng)。>收購而來，成市場強有力參與者。2012年Synopsys收購仿真工具供應商EVE，得到ZeBu硬件仿真產品線，改善其在硬件仿真市場相對弱勢的地位，使得Synopsys具備與Cadence的Palladium硬件-軟件驗證計算平臺一爭高低的能力。>架構創(chuàng)新，性能容量領先。ZebuServer4充分利用其獨特的快速仿真架構、先進的商用FPGA以及仿真軟件的創(chuàng)新，性能比傳統(tǒng)硬件仿真解決方案高2倍，容量最高達到190億門以上。用戶可加快編譯速度，進行高級調試（包括與Verdi的原生集成）、功耗分析、仿真加速和混合仿真。ZeBuServer4ZeBuServer4Palladium是業(yè)界首個數據中心級硬件仿真加速系統(tǒng)，基于Cadence自研CPU開發(fā)的平臺；Protium是基于賽靈思FPGA的平臺。Palladium和Protium使用統(tǒng)一的前端編譯系統(tǒng)和流程，便于將設計從Palladium移植到Protium。>在基于ProtiumFPGA的原型中，發(fā)現(xiàn)缺陷的速度比仿真快大約5倍，極大提升調試效率。>Cadence硬件仿真加速平臺Palladium和基于FPGA的原型驗證平臺Protium可將原型仿真時間從數月縮短到數天。門級設計時序簽核解決方案，門級靜態(tài)時序分析的標準產品，容量與性能支持提供準確的串擾延遲、噪聲和電壓壓降延遲分析，從而解決90nm及以下規(guī)格門級設計時序簽核解決方案，門級靜態(tài)時序分析的標準產品，容量與性能支持提供準確的串擾延遲、噪聲和電壓壓降延遲分析，從而解決90nm及以下規(guī)格提供包括時序分析檢查、AOCV分析、延遲計算等多種功能。針對時序、DRRC和功耗收復的物理感知ECO指南；提供參數化片上變異（POCV）分析功能。將時序簽核范圍擴展到5nm及以下的規(guī)格，提供具有mo多角（multi-voltageandmulti-corner）優(yōu)化的新一代片上變異解決方案。Synopsys的PT工具套件和Cadence的Tempus工具是目前業(yè)界最廣泛使用的STA工具，PT占據絕大部分市場份額。>PrimeTime是Synopsys的“黃金簽核框架”signoff解決方案中的拳頭產品，PrimeTime靜態(tài)時序分析工具在時序、信號完整性、功耗和變異感知分析方面具備突出的行業(yè)領先優(yōu)勢。>Tempus靜態(tài)時序簽核解決方案是Cadence于2013年發(fā)布，是業(yè)界首個全分布式大規(guī)模并行靜態(tài)時序分析（STA）工具，具有獨特的分布式處理和云功能，可擴展到數百個CPU來快速完成大型設計。Tempus將設計收斂時間縮短三倍，并且已經完全認證至3nm。Innovus平臺中嵌入Tempus靜態(tài)時序分Voltus 做一款中等規(guī)模的芯片大致需要十多人的團隊一年半以上的開發(fā)時間，而現(xiàn)今主流的SoC芯片更是需要一個經驗豐富的團隊投入3-5年時間開發(fā)。因此，一個高效的驗證平臺使得驗證迅做一款中等規(guī)模的芯片大致需要十多人的團隊一年半以上的開發(fā)時間，而現(xiàn)今主流的SoC芯片更是需要一個經驗豐富的團隊投入3-5年時間開發(fā)。因此，一個高效的驗證平臺使得驗證迅先進工藝的芯片設計環(huán)節(jié)成本及其高昂，從千萬美金級到億美金不等，由于設計缺陷或者工藝缺陷很容易造成芯片變成所謂的“廢片”，而如果要重新投片不僅需要高昂的資金成本，更會將芯片上市時間延后至少半年，這些風險對于商業(yè)公司來說都是不可接受的。因此，在芯片流片之前通過驗證活動發(fā)現(xiàn)所有的設計缺陷和錯誤顯當芯片、系統(tǒng)和軟件環(huán)境融合在一起，無數的“應用模式”都需要從安全角度進行充分的驗證。以智能汽車使用的自動駕駛芯片為例，其復雜程度并不低于一架小型飛機，汽車行業(yè)要求系統(tǒng)能夠準確運行以避免危險情況的發(fā)生，并能夠實時監(jiān)測和在RTL實現(xiàn)前就可以完成相關的軟件開發(fā)驗證工作。軟件可以解決安全性問題，但軟件本身也有安全性問題，因此當完成后件安全性，找出問題并不斷解決問題。特別是在用到很情況下，開源會產生數據泄露的問題，所以需要在整個早期就開始介入，并在之后的開發(fā)過程中解決這些問題，實現(xiàn)ShiftLeft，加速芯片的開發(fā)、降低風險的同時，更縮短了產品面世的時間。國產化數字EDA工具以仿真驗證為突破口，加速實現(xiàn)全流程覆蓋。>仿真驗證類工具主要關系到的是工具的運行效率以及精度，如若能在效率和精度上比肩海外龍頭的某些仿真和驗證類點工具，就能得到客戶的認可和購買。此外，數字前端由于并不與工藝強相關，所以沒有生態(tài)或芯片代工的限制，更貼近應用端，廠商如何結合芯片設計與應用場景，并通過EDA賦能是前端系統(tǒng)EDA的關鍵，因此國產數字EDA工具有望加速在前端實現(xiàn)突破。>流程類的EDA工具獲客戶難度最大，只有滿足客戶PPA指標要求的流程類工具才有可能實現(xiàn)客戶的認可和購買，即流程類EDA工具主要是“可用”與“不可用”的區(qū)別，因此相對單點仿真或者驗證類工具而言，流程類工具的突破難度更大。對全流程EDA工具而言，客戶試用和迭代機會將大大提升全流程EDA工具的“可用性”。國產數字EDA工具以優(yōu)秀點工具為帶動逐步接入下游客戶，數字全流程覆蓋迎來加速發(fā)展。低功耗一直是便攜式電子電氣設備的關鍵要求。低功耗一直是便攜式電子電氣設備的關鍵要求。在Soc設計中采用門控功耗和門控時鐘技術成為使用最廣和效率最高的功耗節(jié)省方式。門控功耗依靠關閉那些不用的模塊節(jié)省功耗，而門控時鐘則是通過關閉那些不需要激活的模塊和寄存器來縮減功耗，因此，開發(fā)者透過設置數十個電壓域和數千種功耗模式來達到低功耗要求，而驗證需要確保在所有功耗模式下電路的行為皆正確，其復雜程度和驗證負荷可想而知。華大九天數字電路設計EDA工具全流程雛形已現(xiàn)。作為國內EDA龍頭，華大九天持續(xù)推出核心工具，加速實現(xiàn)全流程覆蓋。目前公司產品包括單元庫/存儲器/混合信號電路模塊特征化提取工具、單元庫/IP質量驗證工具、邏輯綜合工具、時序功耗優(yōu)化工具、高精度時序仿真分析工具、時鐘質量檢視與分析工具、版圖集成與分析