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本文由e-works编辑部魏蝶原创发布。
01
EDA技能简述
EDA（Electronic Design Automation，电子设计自动化）是指用于赞助完成大规模集成电路芯片的功能设计、综合、验证、制造、封装、测试全体流程的打算机软件工具集群。
EDA是工业软件行业中的一个细分行业。近期e-works隆重发布的《工业软件与做事选型指南（第二版）》中提到，工业软件是用于支撑工业企业产品研发、工艺方案、制造、营销、采购、运营和做事等核心业务的一系列工具类和管理类软件的统称，可分为研发数字化软件、管理数字化软件、工控软件和工业根本软件四大类。个中EDA与CAD、CAE、CAM、PLM等软件都归属于工业软件的研发数字化软件种别。
狭义的EDA一样平常指芯片设计环节所需的软件工具；广义的EDA则包括从芯片设计、制造到封装测试各环节所需的软件工具。其涵盖了电子设计、仿真、验证、制造全过程的所有技能，例如：系统设计与仿真，电路设计与仿真，PCB（印制电路板）设计与校验，IC版图设计、验证和测试，数字逻辑电路设计，仿照电路设计，数模稠浊设计，SoC（芯片上系统）设计，PLD（可编程逻辑器件）设计，ASIC（专用集成电路）设计技能等。
一样平常意义上来说，从纳米级的器件晶体管，到集成电路、显卡、收音机、家用电器、手机电脑、车载电子系统，与电子设备和装备干系的设计、仿真、验证等步骤，都和EDA息息相关。综上，本文将电路设计与仿真软件、芯片设计与制造软件、PCB设计软件都归为EDA软件的范畴。
随着大规模集成电路技能、打算机技能和电子系统设计技能的不断进步，EDA技能也得到了飞速发展，运用领域也变得越来越广泛。其发展过程是当代电子设计技能的主要历史进程，紧张包括以下几个阶段：
图1 环球EDA行业发展进程 （资料来源：前瞻家当研究院）
02
主流EDA厂商巡礼
EDA软件行业流传着这么一句话：“谁节制了EDA的话语权，谁就节制了集成电路的命门，就可以对芯片行业的后来者降维打击。”
（一）国际主流EDA厂商
众所周知，环球EDA市场寡头垄断，集中度较高。新思科技Synopsys、楷登电子Cadence、西门子EDA和ANSYS被称为EDA软件的“四大金刚”。公开资料显示，其在环球EDA市场的占比靠近80%。“四大金刚”的垄断之势，或是源于其能供应完全的EDA工具，覆盖从前端设计、后端设计、仿真/验证直到流片的整套产品，形成设计的闭环；或是在善于的领域苦心经营，在芯片设计与制造流程的不同环节形成独特上风，发挥着关键浸染。此外，国际上还有Silvaco、Keysight、Altium、Zuken等EDA厂商，在各自善于的领域不断深耕。
Synopsys：拥有最全面的产品线，为环球电子市场供应技能前辈的芯片设计与验证平台。其上风产品在于数字芯片设计、逻辑、综合等干系工具，如公司的逻辑综合工具Design Compiler、静态时序剖析工具Prime Time、物理验证工具IC Validator等。
Cadence：由SDA Systems和ECAD两家公司合并而来，产品涵盖了电子设计的全体流程，包括系统级设计、功能验证、集成电路综合及布局布线、物理验证、仿照稠浊旗子暗记及射频集成电路设计、全定制集成电路设计、硬件仿真建模等。其上风产品在于仿照芯片设计干系工具。
西门子EDA：前身为Mentor Graphics，2016年被西门子收购后，2021年正式更名为西门子EDA。其能供应完全的软件和硬件设计办理方案，在后端布局布线领域较有上风。在PCB设计环节也有上风，如PowerPCB、Expedition PCB等产品在PCB设计领域都霸占一席之地。
Ansys：2008年4月，已在机器制造仿真领域确立了王者地位的Ansys，以5.4亿美元的价格，收购了EDA厂商Ansoft（Ansoft在电路板的高频仿真领域，建立了自己独特的上风）。这次收购后，Ansys具备了系统级和封装级的仿真软件，紧张专注在芯片的签核和仿真领域。其RedHawk软件在半导体的功耗设计优化及芯片供电领域具有举足轻重的位置。
Silvaco：其产品用于TCAD工艺和器件仿真、Spice参数提取、电路仿真、全定制IC设计/验证等，专注于仿照/稠浊旗子暗记芯片设计领域。Silvaco将最优产品与履历丰富的技能支持和工程做事结合在一起，供应一套完备的仿照半导体工艺、器件和自动化设计方案，用于CMOS、双极、SiGe和复合股料技能等。其研发的器件建模工具Victory TCAD处于业界领导地位。
Keysight：是德科技是环球电子测试丈量行业龙头，专注于电子和光旗子暗记的测试丈量，是通信产品设计领域领先的EDA厂商。其EDA工具套件可与器件建模、电路设计、电磁仿真、版图功能和系统级建模等工具无缝集成。
Altium：致力于开拓基于PC的软件，为印刷电路板（PCB）供应赞助设计。公司所推出的第一套DOS版本PCB设计工具被澳大利亚电子行业广泛接管。随着PCB设计包的成功，Altium开始扩大产品范围，所生产的产品包括事理图输入、PCB自动布线以及自动PCB元件布局软件。其电路事理图设计工具Protel是目前EDA行业中操作快捷的赞助工具。
Zuken：是专门从事PCB/MCM/Hybrid和IC封装设计软件开拓、发卖和供应支持做事的EDA厂商，专注于PCB、线束和芯片封装等领域。
图2 环球EDA主流厂商的业务额 （来源：CIMdata）
（二）海内EDA厂商
随着5G、人工智能、自动驾驶等新兴技能的家当化加速，芯片需求量随之激增，在中国半导体市场发达发展下，海内EDA的需求增长更加迅猛。在国外险些垄断的大环境下，近年来海内出身了一大批自主EDA厂商。与此同时，国产EDA也成为成本市场关注的焦点，以华大九天、概伦电子、广立微等为代表的海内EDA厂商们已成功上市。国家计策层面的重视，地方扶持政策的相继落地，成本市场的追捧，让大家深刻地认识到了国产EDA的代价。
华大九天：可供应仿照/数模稠浊芯片设计全流程办理方案、数字SoC芯片设计与优化办理方案、晶圆制造专用EDA工具和平板显示设计全流程办理方案。其产品详细包括事理图和版图编辑工具Aether、电路仿真工具ALPS、物理验证工具Argus、寄生参数提取工具RCExplore、单元库特色化提取工具Liberal等。华大九天已于2022年7月29日在厚交所上市，上岸创业板。
图3 华大九天仿照电路设计EDA工具 （图源：华大九天官网）
概伦电子：能够供应高端半导体器件建模、大规模高精度集成电路仿真和优化、低频噪声测试和一体化半导体参数测试办理方案，致力打造存储器设计全流程EDA工具。其在集成电路制造和设计的器件建模和电路仿真两大关键环节打造了关键工具，能够支持7nm/5nm/3nm等前辈工艺节点。概伦电子于2021年11月28日在上交所科创板上市。
图4 概伦电子电路设计平台 （图源：概伦电子官网）
广立微：广立微电子专注于芯片成品率提升和电性测试快速监控技能，供应EDA软件、电路IP、WAT电性测试设备以及与芯片成品率提升技能相结合的整套办理方案。其在集成电路设计到量产的全体产品周期内实现芯片性能、成品率、稳定性的提升。广立微于2022年8月5日厚交所创业板上市。
九同方：环绕射频集成电路设计全流程的紧张环节，方案了9 款EDA点工具，致力于研发完全的“射频 EDA 系列软件”。
芯和半导体：芯和半导体（前身为芯禾科技），专注EDA软件、集成无源器件IPD和系统级封装SiP微系统的研发。其EDA产品以仿真为主，集创始革命性的电磁场仿真器、人工智能与云打算等一系列前沿技能于一身，供应覆盖芯片、封装到系统的百口当链仿真EDA办理方案。
芯华章：芯华章供应全面覆盖数字芯片验证需求的五大产品线，包括：硬件仿真系统、FPGA原型验证系统、智能验证、形式验证以及逻辑仿真。其产品打破了当前海内EDA无法支持数字芯片验证全流程的现状，在实现多工具协同、降落EDA利用门槛的同时，提高芯片整体验证效率。
行芯科技：行芯科技致力于从传统工艺到前辈工艺，为IC设计企业供应领先的Signoff工具链和解决方案。2021年，行芯科技基于FinFET前辈工艺的全芯片参数提取办理方案GloryEX，成功通过三星前辈工艺的高标准认证，是海内唯一通过认证的Signoff精度提取工具。
图5 行芯科技寄生参数提取工具GloryEX （图源：行芯科技官网）
国微思尔芯：国微思尔芯是业内领先的快速原型验证及仿真系统的EDA工具研发、发卖及设计做事供应商。其聚焦于EDA领域数字芯片的前端验证，为国内外客户供应原型验证系统和验证云做事等办理方案。
此外，海内还呈现出许多精良的EDA厂商，例如嘉立创、宇微光学、望友科技、阿卡思微电子、若贝电子、超逸达科技、蓝海微科技、珂晶达、鸿芯微纳、英诺达、芯行纪、智芯仿真、合见工软、立芯软件、比昂芯、亚科鸿禹、法动科技、飞谱电子、全芯智造、芯愿景、图元软件、巨霖微电子、速石科技、锐成芯微、伴芯科技、凯鼎电子、深维科技、奇捷科技、创联智软、汤谷智能、复旦微电子、鸿之微、玖熠半导体、亚科鸿禹、睿晶聚源等，各厂商凭借着点工具的上风，正朝着局部办理方案、全流程办理方案方向发展。
03
主流EDA软件工具梳理
EDA软件技能的进步和运用一贯以来是推动芯片设计本钱保持在合理范围的主要办法。EDA是芯片设计和制造流程的支撑，是芯片设计方法学的载体，也是连接设计和制造两个环节的纽带和桥梁。一个完全的芯片设计和制造流程紧张包括工艺平台开拓、芯片设计和芯片制造三个阶段。工艺平台开拓阶段紧张由晶圆厂主导完成，在其完成半导体器件和制造工艺的设计后，建立半导体器件的模型并通过PDK（Process Design Kit，工艺设计套件）或建立IP和标准单元库等办法供应给芯片设计企业。芯片设计阶段紧张由芯片设计企业主导完成，其基于晶圆厂供应的PDK或IP和标准单元库进行电路设计、仿真验证和物理实现。芯片制造阶段紧张由晶圆厂根据物理实现后设计文件完成制造。
上述芯片设计与制造的紧张阶段均须要对应的EDA软件作为支撑，包括用于制程工艺平台开拓和芯片制造两个阶段的制造类EDA软件，以及支撑芯片设计阶段的设计类EDA软件。
图6 EDA软件对芯片设计和制造环节的支撑浸染
根据利用阶段的不同，EDA软件可以分为芯片设计类EDA软件和芯片制造类EDA软件两个紧张大类。
芯片设计类EDA软件：根据处理的旗子暗记不同，可分为数字芯片设计类EDA软件和仿照芯片设计类EDA软件。由于处理上述两类不同旗子暗记的集成电路在形态、功能、设计流程及设计方法学等方面上差异较大，因此可按照数字芯片和仿照芯片各清闲设计时所利用的EDA软件产品进行分类。
芯片制造类EDA软件：紧张指晶圆厂在工艺平台开拓阶段和晶圆生产阶段利用的，用于支撑其完成半导体器件/制造工艺开拓、器件建模和PDK等环节。该类工具能够帮助晶圆厂完成半导体器件和制造工艺的设计，建立半导体器件的模型并通过PDK或建立IP和标准单元库等办法供应给芯片设计企业，并在后续根据物理实现后的设计文件完成制造时，优化制造流程，提高量产良率。
图7 芯片制造各阶段所需的EDA软件种别
（一）芯片设计类EDA软件
1.数字芯片设计类EDA软件
数字芯片设计类EDA软件紧张用于数字芯片设计环节，包括架构设计、RTL（Register Transfer Level，寄存器传输级）编码、仿真验证、逻辑综合、STA（Static Timing Analysis，静态时序剖析）、物理验证等工具。
架构设计即按照哀求，对整体的设操持分模块，确定芯片规格并做好总体设计方案，是最高层次的抽象描述，常日是给出系统的时序图及各子模块之间的数据流图。此步骤主流的EDA软件有Cadence的Virtuso，西门子EDA的Tanner S-Edit，Synopsys的Custom Compiler，华大九天的Aether SE、概伦电子的NavisPro等。
RTL编码是将系统功能构造化。常日以RTL代码（VHDL、Verilog、System Verilog等硬件描述语句）、事理图、逻辑图等表示设计结果，完成干系设计规范的代码编写，并担保代码的可综合、可读性，同时还须要考虑干系模块的复用性。此步骤主流的EDA软件有Cadence的Xcelium，西门子EDA的Modelsim，Synopsys的VCS等。
仿真验证是对RTL级的代码进行设计验证，考验设计功能的精确性，是否知足规格中的所有哀求。此步骤可以用到的EDA软件紧张有Cadence的Spectre、APS、XPS，西门子EDA的AFS、ELDO，Synopsys的HSPICE、XA、Finesim，华大九天的ALPS、ALPS-GT，芯华章的GalaxSim等。
逻辑综合步骤是芯片前端设计中的核心环节，指将数字电路RTL的Verilog HDL/VHDL文件“综合”为描述设计构造的门级（Gate-Level Netlist）Verilog HDL/VHDL文件，将RTL和根据设计需求编写的约束文件以及库文件作为输入综合出门级网表。大略说，逻辑综合=翻译+映射+优化。此步骤可以用的EDA软件紧张有Cadence的Genus，西门子EDA的Precision RTL，Synopsys的Design Compiler、Fusion Compiler、Synplify等。
STA是对电路的检讨验证，检讨所有时序路径是否知足，检讨所有触发器是否知足建立韶光和保持韶光。在数字芯片设计中，每对实际的电路和期间进行修正，都须要重新跑一次STA，确保电路在时序上是精确的。此步骤主流的EDA软件有Cadence的Tempus，西门子EDA的Velocity，Synopsys的Prime Time，华大九天的ICExplorer-XTime、概伦电子的TRASTA等。
物理验证。验证事情贯穿全体设计过程。芯片设计可以划分为前端（逻辑设计）与后端（物理设计），实现过程中将不断对设计进行优化，优化可能改变逻辑描述办法和构造，存在引入缺点的风险，以是验证贯穿全体设计过程。此步骤可以用到的EDA软件紧张有Cadence的Pegasus，西门子EDA的Calibre，Synopsys的IC Validator，Ansys的Redhawk，Altium的Protel，华大九天的Empyrean Skipper，概伦电子的NanoDesigner iV，芯华章的FusionVerify Platform、GalaxFV等。
2.仿照芯片设计类EDA软件
比较较而言，仿照芯片设计的自动化程度低于数字芯片设计。仿照芯片设计类EDA软件紧张包括用于电路设计、仿真验证、版图设计、寄生参数提取、物理验证等环节的工具。
电路设计。对付仿照芯片设计而言，设计时不能利用Verilog代码，只能用图形化的方法进行设计，这也是仿照芯片与数字芯片在设计中的最大差异。此步骤常日须要根据所需功能和性能哀求来确定电路构造和参数，然后利用相应的工具进行仿照和验证，不断进行调度和优化，直到知足设计哀求为止。此步骤可以用到的EDA软件紧张有Cadence的Virtuso，西门子EDA的Tanner S-Edit，Synopsys的Custom Compiler，Zuken的CR-8000 Design Gateway，华大九天的Aether SE、概伦电子的NanoDesigner SE，广立微的SmtCell，九同方的eSchema等。
仿真验证。与数字芯片设计中的“仿真验证”类似，即进行设计验证，考验设计功能的精确性，是否知足规格中的所有哀求。此步骤可以用到的EDA软件紧张有Cadence的Spectre、APS、XPS，西门子EDA的AFS、ELDO，Synopsys的HSPICE、XA、Finesim，华大九天的ALPS、ALPS-GT，概伦电子的NanoSpice、NanoSpice Giga、NanoSpice Pro，九同方的eSpice等。
版图设计。这里的版图并不是电路图，而是交给芯片制造厂用于制作掩膜版的设计图纸。版图设计的要点包括：根据设计哀求选择得当的工艺库；理解器件库中每个元件的特性和参数；进行DRC（Design Rule Check，设计规则检讨）、LVS（Layout Versus Schematic，电路图版图对照检讨）等验证事情，确保设计符合工艺规范和事理图；合理布局；实行旗子暗记线编辑和优化，缩短旗子暗记传输路径和降落旗子暗记衰减；优化功耗、面积和性能等指标。版图设计可以用到的EDA软件紧张有Cadence的Virtuoso，西门子EDA的Tanner L-Edit，Synopsys的Laker，华大九天的Aether LE，概伦电子的NanoDesigner LS等。
寄生参数提取是指经由版图设计之后，根据工艺特点与参数，提取出包含描述各种线上电阻、电容以及寄生电阻电容的网表文件。提取出的网表文件既可以作为LVS检讨中的版图信息文件，也可以用来进行后仿真。此步骤可以用到的EDA软件紧张有Cadence的QRC，西门子EDA的Calibre XRC，Synopsys的Star-RC，Silvaco的Clever、EXACT、QUEST、Hipex、ClarityRLC，华大九天的RCExplorer，行芯科技的GloryEX、GloryBolt等。
物理验证浸染同上文。此步骤可以用到的EDA软件紧张有Cadence的Dracula、PVS，西门子EDA的Calibre，Synopsys的Hercules，华大九天的Empyrean Argus、概伦电子的NanoDesigner iV，广立微的TCMagic，芯华章的FusionVerify Platform等。
（二）芯片制造类EDA软件
芯片制造类软件大致包括单元库软件、器件建模软件、工艺设计套件软件（PDK）、打算光刻软件、良率剖析软件、封装建模软件等。
单元库软件。标准单元库常常被运用于数字旗子暗记处理、图形处理和网络处理等领域的芯片设计。在这些领域中，设计职员可以利用标准单元库来加速数字旗子暗记的数字化、处理和传输，提高设计效率、改进电路性能。单元库工具紧张包括Cadence的Liberate，西门子EDA的Solido，Synopsys的SiliconSmart，华大九天的Liberal、Qualib，概伦电子的NanoCell、LibWiz等。
器件建模软件。晶圆厂进行工艺平台的开拓时，不断对器件的设计和工艺的实现进行优化，确保各种半导体元器件能实现大规模制造。同时担保各种元器件的特性能够到达预定指标后，进行电学特性的测试，并利用器件建模EDA软件建立晶圆制造所需的各种器件的模型，这个过程便是器件建模。器件建模工具紧张有Silvaco的Victory TCAD，Keysight的MBP、MQA、IC-CAP，华大九天的XModel，概伦电子的BSIMProPlus、SDEP、MeQLab、Me-Pro，九同方的ePCD等。
PDK软件。一套PDK包含同一工艺平台所有元件库、模型文件、设计规则等信息，用于支持设计流程中的电路事理图设计、版图设计和后端验证等各个环节。PDK工具紧张有华大九天的PDK Build&QA，概伦电子的PCellLab、PQLab，芯和半导体的iModeler、iVerifier等。
打算光刻软件。荷兰光刻机巨子ASML对打算光刻的阐明是，利用打算机建模、仿真和数据剖析等手段，来预测、校正、优化和验证光刻工艺在一系列图案、工艺和系统条件下的成像性能。打算光刻常日包括OPC（光学临近效应改动）、SMO（光源-掩膜协同优化技能）、MPT（多重图形技能）、ILT（反演光刻技能）四大技能。打算光刻工具紧张有西门子EDA的Calibre，Synopsys的Proteus、Synthesis，宇微光学的OPC软件等。
良率剖析软件。大略的说，芯片良率便是晶圆上合格芯片数量与芯片总数的比值，这个数值越大，解释有用芯片数量越多，摧残浪费蹂躏越少，本钱也就越低。良率剖析工具是芯片良率的主要保障。良率剖析工具紧张有Cadence的CMP Predictor、Integrated Virtual Metal Fill，西门子EDA的CMP ModeI Builder、CMP Analyzer、Yield Enhancer Smart Fill、Calibre LFD，Synopsys的Yield Explorer、Odyssey、Yield Manager、Avalon，广立微的ICSpider等。
封装建模软件。芯片封装的紧张浸染是给眇小精密、易受损的芯片裸片供应一个坚固耐用的保护壳，同时把裸片上密集眇小的电旗子暗记触点与封装外较大的电旗子暗记引脚或焊点相连，以便芯片可以方便地焊接在电子元件中。芯片封装建模工具紧张包括西门子EDA的Xpedition Package Designer，Altium的Altium Designer，Zuken的CR8000，概伦电子的PadInspector，芯和半导体的Metis、Hermes等。
本文紧张以支撑芯片设计及制造各环节的EDA软件盘点为主，但不可忽略的是，EDA除了在芯片设计中发挥巨大浸染之外，在PCB板级设计中也有十分主要的运用。PCB类EDA软件种类很多，如Cadence的OrCAD、PSD、Allegro，西门子EDA的PowerPCB、Expedition PCB，Altium的Altium Designer、CircuitMaker，Zuken的CadStart、CR-8000 Design Force，以及国产PCB设计软件“嘉立创EDA”，望友科技的DFM Expert，芯易泽科技的EasyEDA，华秋电子的华秋DFM等。
各EDA厂商的软件工具对各个环节的覆盖程度详见下表1及表2。
表1 国际EDA厂商及其软件工具
表2 海内EDA厂商及其软件工具
结语
从表1、2中不难创造，在很多点工具上，我国已经实现了从0到1的打破，且各有千秋。海内EDA厂商多点布局，正逐步形成家当生态。然而，与国际EDA软件巨子比较，海内EDA厂商在产品系统性、技能前辈性等方面仍存在一定差距，且国产EDA虽然在器件建模、PDK等单点领域实现了打破，但并未能供应一套完全的全流程工具链。
在摩尔定律的驱动下，芯片更新换代速率很快，集成度越来越高，对功耗、相应速率等哀求也越来越严苛。作为芯片上游设计软件的EDA软件，则扮演着越来越主要的角色。自主创新，才是我国电子信息家当的立身之本，我国EDA厂商须要在全行业、全流程、全工具等多方面持续改进，才能在家当发达发展的大潮中奋勇争先。
解释：本文中各EDA厂商的软件工具盘点由e-works基于公开信息所得，若有遗漏，欢迎与e-works联系补充（weidie@e-works.net.cn），我们将在未来发布的版本中进行弥补与完善，感激。
参考文章
1.EDA行业深度报告：工业软件与半导体双轮驱动，筑造万亿家当根基
https://baijiahao.baidu.com/s?id=1711119778024926543&wfr=spider&for=pc
2.芯片科普 | IC设计全流程&要用到的EDA软件
https://www.nowcoder.com/discuss/486471337658122240?urlSource=home-api
3.浅谈EDA贯穿于芯片设计与制造
https://m.elecfans.com/article/2016555.html
4.重点聊聊EDA（一）定义及分类
https://zhuanlan.zhihu.com/p/563880905?utm_id=0
5.芯片产链系列5-EDA软件全方位梳理
https://baijiahao.baidu.com/s?id=1762700300242889626&wfr=spider&for=pc
