【ICDIA2023】行芯科技：AI算力爆发下的国产EDA行业，挑战既是机会

据美国国家海洋和大气管理局统计的数据显示，2023年7月3日，是地球有记录以来最热的一天，地球表面以上2米的全球平均气温达到了62.62华氏度，也就是17.01摄氏度。

“恩格斯曾说过，热是人类最早发现的一种自然力，是地球上一切生命的源泉。先哲敏锐的洞察到世界发展的实质，乃是能量的传输和耗散，所以地球变得越来越热是必然的。”在第三届中国集成电路设计创新大会暨IC应用博览会高峰论坛（ICDIA2023）上，行芯董事长兼总经理贺青在演讲中，从“热”谈到了“熵”——形容宇宙万物系统发展有序性的绝妙概念。

世间万物都在自发地、不可抗性地向着无序化去发展，奥地利物理学家薛定谔在《生命是什么》一书中首次明确提出“生命是以负熵为食的，即生命依靠从外部环境摄取负熵来维持和发展”。意思就是：一个动物想要活着，就要持续不断地吃下去混乱度比较低、熵也比较低的食物，然后排出混乱度比较高、熵也比较高的物质。

AI算力大爆炸时代下对抗熵增，是中国半导体的机会

在人类社会和熵增抗争的发展过程中，美国数学家、信息论的创始人香农提出了信息熵(Entropy)的概念，指的是一条信息的信息量大小和它的不确定性有直接的关系。当信息量越充分，不确定性就越低，同时信息熵也就越低，“在高算力芯片发展演进过程当中，产生了前所未有的热，所以半导体人为这个世界变得越来越热、信息量不断增长，做出了不可磨没的贡献。”贺青说到

杭州行芯科技有限公司董事长兼总经理贺青

如今世界上知名的大算力芯片功耗普遍的在300W以上，有的甚至达到750W。以火爆的ChatGPT为例，它的服务器耗电量已经达到小型城市的用电水平，并正在以疯狂的增长速度向着中型城市用电规模发展。其中原因在于ChatGPT4.0的参数量已达万亿级，通过提升能耗来解决算力问题已经是一个不争的事实，无论是先进工艺还是先进封装，所有集成电路新技术的核心目的都是为了实现更大算力的同时，降低功耗。

但实际上，目前人类在算力增长方面付出的努力，比在降低能耗上的更多。尤其是在今年，生成式人工智能（AIGC）火了一把后。

贺青认为，人类尚处于AI发展的初级阶段，ChatGPT带来的是应用端的拓展，人类社会对AI更主要需求量还在后面。“同样，AI芯片也是处于初级阶段，人们现在只希望能在算力上追求更大的突破，而相应在能耗、良率上要走的路还有更多。如何在AI芯片的设计和制造侧提升良率，是中国在下一阶段AI算力芯片军备竞赛上的发力空间。”

在后摩尔时代，先进芯片在设计和制造维度面临着一系列挑战。

国产EDA在芯片设计侧，能做些什么？

在设计侧，芯片要实现低能耗、高性能，使其工作能耗更多转化为可用算力，是践行“低碳”的首要原则。该过程关系到先进工艺设计，也就是功耗、性能、面积、成本。如今随着工艺不断微缩，成本呈指数攀升；设计验证数据量大幅提升，在后仿阶段往往需要花费大量时间，在后仿过程中遇到服务器波峰期更是令芯片设计后期状况雪上加霜。

“所有问题的根本原因就是工艺的演进，使得寄生参数数据量发生了很大变化，先进工艺模型侧数据量一下多了一个数量级。”贺青指出了设计端面临挑战的问题根源，“这些先进工艺芯片上的晶体管数量动辄百亿或千亿，数以万亿计的数据量增加，寄生效应恶化导致芯片性能下降，让大家在设计上捉襟见肘。EDA和IC设计公司都在想办法解决，其中一个方案就是先进封装。”

如今，先进算力芯片大多采用2.5D或3D封装来提升带宽和性能，但这也引入了新的挑战。例如多种工艺和多种架构混合状态下，采用的运算方式不一样，但在工作状态下却是在同一时刻发生，这种混合场景的多状态耦合，会带来电、热、应力等多物理场耦合。

据透露，国内头部设计公司正全面在对国产EDA进行验证。其中一些设计公司已经初步完成国产EDA全链条导入，行芯在这个链条中扮演着签核的关键角色。

会后，贺青在接受《电子工程专辑》等媒体采访时说到，以前国产EDA对于全球领先EDA厂商是“遥不可及”，而现在基本上已经能看到了他们的身影，并知道自己所处的位置。

在设计和制造之间架起一座桥梁

同时，制造侧面临的挑战也极大。先进工艺的良率问题一直存在，“第一个原因是器件结构的日趋复杂，面临重曝光、工艺抖动、多种电介质等工艺挑战。器件上面的电介质层数可以多达三百多层，给EDA工具带来了很大的影响。”贺青说到，一方面是成本不断地攀升，另一方面则是良率不断地下降，一体两面的问题也给EDA公司带来了挑战，“设计和工艺两手抓的新时代，行芯也在努力开发合适的EDA解决方案。”

值得庆幸的是，国内晶圆厂已经开始接受国产EDA，尤其是在前沿应用侧，例如AI芯片客户需求旺盛。

据悉行芯的EDA产品在国内主流晶圆厂的多个工艺节点完成导入，“这是一个标志性事件，”贺青说到，“行芯走了很长的路，终于把这扇窗打开。”

据介绍，行芯目前聚焦硅精度签核工具链。在设计侧设法减少熵增，让所有芯片设计指标能够在同一时间达到相应目标要求，让芯片更有序的工作。同时在制造侧，行芯也帮助企业实现更好的良率，通过两者结合，行芯构建了一座桥梁，让芯片从设计流程到制造均实现更有序化的发展。

从“春秋”走向“战国”，国产EDA要做好持久战准备

2022年，国内EDA新创企业如雨后春笋般涌现。据行芯科技统计，目前国产EDA企业数量已达120+家，并且数字还在持续增长中。“虽然今年新公司成立的增速会下降，但总量还会提升。”贺青说到，头部EDA公司目前已经成型，少数几家公司占据了绝大部分市场。

贺青将现今EDA行业形容为从“春秋”走向“战国”，公司间的合并已经开始发生。大概要到两三年后，可能有出现并购大潮的高峰。”

贺青将国产EDA行业的发展分为三个阶段，第一阶段是从技术到产品，第二阶段是从产品到商品，第三阶段是从商品到用品。通过应用侧和制造侧两端的同步发展，国产EDA已经开始进入第三阶段，以行芯为代表的头部设计企业、EDA企业把产品使用的闭环走了出来，而且进入越拓越宽的过程。

那么国内EDA公司怎么实现从1到100的市场推广？行芯采用的是头部标杆效应扩散，例如现在国内头部Foundry厂、设计公司已经是行芯客户，那么通过市场自然流动和人才流动，国产EDA解决方案就会扩散开来。

“不过大家要做好打持久战的准备。”贺青说到，“城墙不是一下就被推倒的，而是滴水穿石的过程。”当少数几家国产EDA能够占据应用侧，与头部标杆企业不断地磨合后，关系就会越来越紧密，与客户流程深度绑定后，客户会反过来用更高的要求促进国产EDA的进步。