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后疫情時代，全新的供應變局，以及汽車電子等行業帶來的爆發式增長需求，讓整個半導體行業尤其是芯片，徹底從“幕后”走向“臺前”。
“隨著各領域對半導體驅動產品的需求急劇增長，行業正面臨著半導體與系統復雜性日益提升、成本飆升、上市時間緊迫以及人才短缺等多重挑戰。在此背景下，掌握半導體設計的前沿技術和創新工具成為企業實現創新、保持競爭優勢的關鍵所在。”日前，在西門子EDA年度技術峰會 “Siemens EDA Forum 2024” 的媒體溝通會上，西門子數字化工業軟件Siemens EDA Silicon Systems首席執行官Mike Ellow如此談到。
在他看來，EDA(電子設計自動化)技術就是讓半導體設計充滿活力的關鍵。隨著人工智能(AI)、數字孿生與云計算等新技術賦能，西門子EDA將持續為IC與系統設計注入活力，幫助客戶以及合作伙伴挖掘產業發展新機遇。
軟件定義、硅片賦能
Mike Ellow指出，當今世界經歷著日新月異的變化，這個變化的核心主導因素就是半導體。
他強調，幾年前的疫情是引起全球對于半導體重視的轉折點。手機、筆記本電腦等大量互聯網設備需求推動人類生活出現前所未有的互聯互通，半導體元器件需求急劇上升，由此也出現了半導體供應短缺。進一步地，由缺芯帶來的供應鏈問題促使世界各國都在加快建設一個穩定的、安全的、可靠的半導體供應體系。
在這些半導體行業趨勢之下，如今還有更多的推力在推動行業變革。在Mike Ellow看來，過去幾年，人工智能的方興未艾讓半導體設計充滿無限可能；與此同時，受可持續發展理念加持，行業正在重金投資打造全球半導體生產系統，包括培訓工人、提升產品設計和開發等。
基于以上背景，半導體產業研究機構IBS預測，隨著半導體整體市場需求不斷攀升，投資進駐，產能上漲，預計到2030年半導體整個市場規模將達到1萬億美金。
萬億市場空間背后，實際整個半導體系統設計也將面臨著軟件變革。
以汽車電子為例，Mike Ellow表示，當前造車系統設計是“以軟件定義、以硅片賦能”。以往整車各結構與層級之間相對獨立，整車需求會被拆解成不同的單元，比如拆解成發動機、ECU、硅片等。各團隊相對來說也是半獨立的，各項目完成后再進行整合，但其中不得不出現妥協與犧牲。
然而到了今天，通過軟件定義，EDA所服務行業的設計流程將大大不同。各個設計環節相互依存、相互影響，從設計的優化、驗證、執行、生產到最后的部署，都發生了改變。
“如果說一個軟件出現了定義的變化，就會導致硅片變化，硅片變化以后會有不同的需求，新需求產生后會出現不同的功耗或熱參數，就會導致整個硅片的封裝不一樣。在未來的汽車設計流程當中，如果軟件定義出了變化，會影響到硅片的參數配置，進而影響到電池的大小配置，電池大小決定了將來底盤的變化、剎車的變化、發動機的變化……汽車的設計流程和以往是完全不一樣的。”Mike Ellow談到。
當然，不只汽車行業，在航天航空、消費電子、工業、醫療等多領域，軟件都變得尤為重要。
值得注意的是，隨著摩爾定律的下探和芯片規模的不斷擴展，行業對半導體所賦能的產品依賴性更為強烈，這也產生了一系列問題。
Mike Ellow認為，除了設計數量不斷激增，半導體和系統的復雜性呈現爆炸式增長，半導體成本和生產計劃的管理難度也在不斷增長，以及還面臨人才短缺問題。
在技術方面，設計與制造相比過去有了更強的相關性，如何要利用更加先進的工藝節點技術，確保設計與制造走在前沿；在解決方案方面，如何在面臨多物理場、多系統、高復雜程度的情況下，要使用恰當的工具、方法論以及更加完整的數字孿生實現這些功能；在人員賦能方面，如何利用AI賦能工程師，用數量和經驗相對更少的工程師達到前所未有的更高容量的設計……西門子EDA認為，這是回答上述問題的關鍵。
總體上，行業需要構建一個開放交流的、沒有專有化標準和強制限制條件的生態系統平臺，能夠服務連接多個公司，推動各方協作與共贏。并且，該生產系統需具備前沿的先進技術和制造工藝；并能夠吸引全球政府投資，構筑穩健的供應鏈生態。
AI、3D IC、數字孿生技術賦能EDA
在后摩爾時代，先進封裝特別是異構集成已成為行業關注的另一個焦點。作為實現異構集成的兩種重要技術——3D IC(三維集成電路)和Chiplet(小芯片)也是西門子EDA本次在會上一直強調的半導體核心賦能點。
3D IC被認為是對摩爾定律的續寫，通過3D IC，可以將硅晶圓或裸晶垂直堆疊在同一個封裝中。與傳統的二維封裝相比，3D IC平臺具有更高的封裝密度、更低的功耗和更高的性能。Chiplet技術則可以降低設計成本、降低制造成本、提升性能和集成度、加速產品上市時間。
IBS預測，到2030年，Chiplet的年復合增長率會增長至44%，也就是說未來是Chiplet的天下。
目前，西門子EDA正積極投入基于先進制造工藝的芯片設計工具。不過，Mike Ellow也坦言，隨著市場規模不斷攀升，未來3D IC設計系統會面臨巨大的復雜性，晶體管的數量可能會到1萬億個。整個3D IC影響整個EDA的產品組合，從協同設計開始，到驗證、多物理場設計與驗證，再到最后的制造，以及產品的生命周期管理。
據介紹，為加速系統設計，西門子EDA早些時候發布了加速各領域系統設計的新硬件平臺，包括硬件加速仿真的Veloce Strato CS，用于企業原型設計(enterprise prototyping，企業級生產系統或產品的原型設計)的Veloce Primo CS，以及用于軟件原型設計(software prototyping)的Veloce proFPGA CS。
此外，在云、AI與數字孿生等技術底座部署方面，西門子EDA也能為客戶提供完善的軟件產品。而為在AI浪潮中斬獲先機，據悉，西門子EDA自2017年就收購了專注于研究人工智能的公司Solido，由此開始了AI技術的開展和部署。
西門子數字化工業軟件Siemens EDA全球副總裁兼中國區總經理凌琳曾指出，EDA本質是為降本增效。在AI的賦能下，EDA工具還將使得系統設計更加高效，協同設計更優。
在數字孿生方面，西門子EDA去年底宣布與AWS、Arm達成合作，將PAVE360數字孿生解決方案帶到云上，用于進行云上的軟件定義汽車開發加速。
值得一提的是，面對硅片在物理越來越接近極限，EDA工具創新難度和機會越來越小的爭議，Mike Ellow強調，當前摩爾定律并未失效，只是發展的速度與時間節點變慢，未來行業將會應對更多數量的晶體管。
“通向未來的路線圖去看芯片代工廠的預測，未來十年期待有一個更小尺寸的晶體管出現。除了出現更小尺寸的元件以外，將來還有更多數量的晶體管，這也給EDA的工具創新帶來了諸多機會。在未來，功率、良率還是需要EDA的工具創新才能獲得。”Mike Ellow補充道。
基于不斷崛起的中國市場，中國半導體市場的快速發展，給EDA工具廠商帶來了很大的市場機遇，同時伴隨著中國本土的EDA廠商不斷成長，行業競爭也在加劇。
凌琳直言，過去幾年，中國市場容量越來越大，本土EDA企業應運而生，整個市場規模在變大，這是一個非常好的現象。本土競爭對手帶來的競爭是好事。充分競爭、充分盈利，競爭可以促進行業技術進步與創新。而如何要抓住更多市場？需要以客戶為中心，實現EDA工具及其解決方案的創新；并且要提高思維維度、與時俱進，在降本增效上發力。
“今天的半導體技術已經成為眾多行業發展的核心，而究其根本，EDA工具是最重要的動能。西門子EDA將系統設計的集成方法與EDA解決方案相結合，以AI技術賦能，提供全面且跨領域的產品組合，同時支持開放的生態系統，與本土及國際產業伙伴建立緊密合作，并肩探索下一代芯片的更多可能性，助力中國半導體行業的創新升級。”凌琳強調。
隨著越來越多的潛能釋放，在激烈的行業競爭環境中，西門子EDA在 2023財年實現了同比14%的業績增長(不包含硅片IP)，連續3個季度實現營收同比增長。目前，EDA已經成為西門子內部的優先投資對象。
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