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《美国科学与工程现状分析（2024）》

  • 来源专题：计量基标准与精密测量
  • 发布时间：2024-03-28

  • 根据《美国国家科学基金会法》（《美国法典》第42卷第1863（j）（1）节）的规定，国家科学委员会（NSB）应编制两年一次的科学和工程指标（指标）报告，并每偶数年将其提交给总统和国会。该报告由美国国家科学基金会下属的国家科学与工程统计中心（NCSES）在委员会的指导下编制。

    指标提供了美国科学与工程（S&E）企业在全球范围内随时间变化的状况信息。该报告是美国和国际高质量数据的政策相关、政策中立的来源。报告中提出的指标是与科技企业的范围、质量和活力相关的定量表示。

    这份名为《美国科学与工程状况》的总结报告详细介绍了构成指标的九份主题报告的关键发现，提供了关于所有学位级别的科学、技术、工程和数学（STEM）教育的深入数据和信息；STEM劳动力；公众对科学和技术的看法和认识；美国和国际研发业绩；发明、知识转移和创新；以及美国在高科技行业的竞争力。指标还包括一个交互式在线工具，可以对各种S&E指标进行状态比较。本总结报告、九份专题报告和在线国家指标数据工具共同构成了完整的指标产品套件。

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    《美国半导体产业协会发布《2020年美国半导体产业现状分析》报告》
    • 来源专题：集成电路
    • 发布时间：2020-06-24
    • （本文内容来源内容于“半导体行业观察“微信公众号） 导读：近来，因为美国对华为的禁运，国内读者，乃至全球的相关人士都对美国半导体的实力和中美的半导体纷争有了高度的关注。美国甚至在最近一个月兴起了半导体制造复兴热潮，多个议员甚至建议美国本土推出相关政策和资金支持半导体的发展。为此，SIA发布了这份报告，深入谈了美国半导体产业所处的现状和面临的挑战。 数十年来，美国公司在生产这些为现代技术提供动力的微型芯片方面一直处于世界领先地位。美国在半导体领域的领导地位是美国成为全球最大经济体和领先最先进技术的重要原因。 自2020年初COVID-19开始以来，人们就已经在利用半导体技术去寻找治疗方法、照顾病人、居家工作和学习、订购杂货和其他基本物品，以及维持支撑现代社会的无数其他系统。这提醒人们半导体在应对世界上最紧迫的挑战和危机中的重要性。 美国半导体行业继续保持其在半导体技术方面的全球领先地位，这些技术对未来至关重要，包括人工智能(AI)、量子计算和先进的无线网络(如5G)。尽管2019年全球销量同比增长为负，但美国半导体行业仍保持了其全球市场份额的领先地位，并且在研发(R&D)和资本支出(capex)方面保持了很高水平的投资。 这些行业投资使美国在半导体创新方面保持了领先的地位。美国企业在5G技术方面处于领先地位，且已经开发出了所有与人工智能和大数据相关的先进半导体，这些半导体为从超级计算机到互联网数据中心的一切事物提供了动力。 然而，美国汽车业面临着一系列挑战。新冠肺炎疫情颠覆了全球经济，扰乱了全球供应链，造成短期内市场的严重不确定性。在半导体制造和设计领域，尤其是在前沿领域，不断上升的创新成本也构成了新的挑战。此外，尽管美国在半导体设计和研发方面仍处于全球领先地位，但芯片制造的最大份额目前正在亚洲。最后，全球政治的不稳定，特别是在贸易政策方面，迫使美国工业考虑如何在一个不可预见的不确定性和政策限制的世界中保持竞争力。美国半导体行业非常依赖其深厚的全球供应链和进入海外市场的渠道。 总体而言，尽管美国行业继续领先于全球行业，但在寻求保持其在未来的领先地位时，也面临着明显的挑战。 全球半导体市场 五十年前，半导体技术帮助人们登上月球，并使他们安全地返回家园。最近，半导体使自动驾驶汽车成为可能。半导体对于从经济到国家安全的所有事物的运行已变得至关重要。半导体的市场需求推动着芯片的发展，并为我们的生活带来便利，使得不可能成为可能。这就是为什么半导体行业能够保持长期增长的原因。但是，在短期内，COVID-19大流行和其他宏观经济因素存在着重大的不确定性。 继2018年创纪录的4,688亿美元的销售额之后，2019年的全球半导体销售额下降12％至4,123亿美元，这主要归因于存储器市场的周期性。2020年6月发布的《世界半导体贸易统计（WSTS）半导体市场预测》预测，全球半导体行业的销售额在2020年将略有增加，达到4260亿美元，较2019年秋季的2020年预测有所下调，这主要是由于COVID-19大流行在2020年初给全球经济和供应链到的负面影响。到2021年，据WSTS预测，全球半导体销售额将反弹至4,520亿美元。 （全球半导体销售额） 半导体市场的推动力 半导体不仅为智能手机、电脑、汽车和工业设备的各种产品提供了技术支持，同时也创造了人工智能、量子计算和先进无线网络(包括5G)等新兴市场。半导体是推动技术进步的发动机。先进的半导体可以创造更好的产品，带来更大的需求和销售收入，进而为开发更先进的半导体增加研发投入，促使新的应用出现。 例如，将低功率模拟和射频（RF）电子设备封装到芯片上，从而使手机成为可能。将所有这些打包在一起并连接到网络后，智能手机也就此出现了。这一创新也使数字经济成为可能，因为越来越强大的微处理器和网络芯片使计算机具备了足够的能力来支持云计算。如今，它正在开辟新的需求领域。而当前终端需求市场份额保持稳定。 数据显示，用于终端市场的需求直到2018年都很稳定，但在2019年中，几乎所有用于终端产品的半导体价格都出现下降。终端产品售价下降的一个主要因素是由于内存产品的价格下降。 （2019年终端使用需求） （ 按终端用途分类的2019年全球半导体总需求份额） 现在，人工智能、量子计算和先进的无线网络正在开拓半导体需求的新领域，美国公司正准备从中获益。如果历史可以为鉴，那么将来将会出现许多今天无法想象的应用。当第一部手持手机以及后来的智能手机出现时，人们认为只有高管才会使用它们。就在40多年前，第一个有四种功能的手持计算器在航空杂志上以每台500美元的价格出售，相当于今天的2400美元。那时，手持电话其实就是用电线连接到桌子或墙上的电话上的接收器。后来，令人惊讶的是，如今售出的每一部智能手机的计算器和电话功能几乎都是免费的，真正的增值是摄像头和互联网连接。在半导体领域出现第一次创新之前，这一切都不可能发生。 而我们可以想象一个半导体的未来。 智慧城市使用半导体从智能手机收集位置，方向和速度数据，以协调交通信号灯并优化交通流量。随着车辆在未来变得更加自主，它们将与交通信号灯摄像头连接，这些摄像头可以检测建筑，倒下的树木，或更重要的是，可以发现在道路上玩耍的孩子。因此5G变得更加重要。 在未来，同样的半导体技术将被用于建造更高效的工厂，通过物联网(IoT)连接起来，机器人将使组装更高效。拥有5G连接的智能私有云将提供运行智能工厂所需的人工智能。 美国半导体市场份额 半导体是在美国发明的，美国工业今天仍然是市场的领导者。尽管美国的地位在过去几十年里多次受到挑战，但由于其惊人的韧性和追赶技术的能力，使得美国始终占了上风。这并不意味着美国在未来不会受到挑战。半导体的重要性如此之大，以至于大多数信息时代的国家都在努力创建他们在半导体关键行业中某一些方面的优势，同时，世界上还有一些国家则在寻求追赶美国。 数据显示，美国半导体行业占据全球近一半的市场份额，并呈现稳定的年度增长。 自20世纪90年代末以来，美国半导体行业一直是全球销售市场份额的领导者，年全球市场份额接近50%。此外，美国半导体公司在研发、设计和制造工艺技术方面也保持着领先地位或极具竞争力。 全球销售市场份额的领先地位还使美国半导体产业可以从良性循环的创新中受益；其在半导体销售的地位使美国工业界可以对研发投入更多，从而有助于确保美国销售领导力的持续。只要美国半导体行业在全球市场份额中保持领先地位，它就将继续从这一良性创新循环中受益。 （左：2019年全球市场份额 右：创新的良性循环） 虽然美国的半导体公司在商业模式和子产品方面是市场领导者，但是对于某些细分商业模式市场，美国的产业落后于其亚洲竞争对手。 美国半导体行业在逻辑和模拟半导体的销售方面保持市场领先地位。但是，在存储器和分立半导体，其他国家和地区的行业处于领先地位。 同样，就商业模式而言，美国在某些领域（但不是全部）处于领先地位。 例如，亚洲继续主导着半导体代工业务。近80％的半导体代工厂和组装/测试业务集中在亚洲。尽管全球供应链推动了该行业的价值和效率提升，但它们也警醒了美国需要考虑在这一领域进行战略投资的必要性。 （美国半导体工业市场份额，按产品类型分类） （美国半导体工业市场份额，按商业模式分类） （一）美国技术竞争力 美国半导体行业是先进半导体芯片设计领域中无可争议的技术领导者。美国在AI所需的平台技术，微处理器，图形芯片和可编程逻辑处理器中占有大部分的市场份额。当今用于前沿逻辑应用的最先进的10纳米(nm)技术，在大约四分之一大小的芯片上封装了超过200亿个晶体管。 美国在5G相关半导体的关键设计中处于有利地位，在支持无线通信，网络管理和数据存储的芯片中也均处于领先地位。 此外，美国公司正在努力开发用于自动驾驶汽车的新芯片，包括先进的图像传感器，数据处理器和车载雷达。 美国在逻辑处理技术(即制造先进处理器、图形和人工智能芯片)方面仍然处于优势地位。然而，由于制造和技术成本的上升以及海外竞争的加剧，使得美国的领先地位已经减弱。 2010年，美国比其最接近的竞争对手韩国和中国台湾领先整整两年。在2019年，美国在逻辑处理技术上与另外两者并驾齐驱，他们都在竞相将其领先的7/10 nm技术推向市场。鉴于先进半导体制造技术的重要性，美国必须进行重大投资，以加强其全球影响力。 （左：逻辑制造的地位（领先或落后） 右：处于领先地位的制造半导体公司较少） 美国半导体行业的研发支出一直很高，这反映出美国市场份额领先地位与持续创新之间的内在联系。 从1999年到2019年，美国半导体行业研发支出以大约6.6%的复合年增长率增长。无论年度销售周期如何，美国半导体公司的研发支出往往持续较高，这反映了研发投资对半导体生产的重要性。2019年，美国半导体产业研发投资总额为398亿美元。 （研发支出） （二）5G霸主地位的全球竞争 5G是当今通信领域竞争最激烈的领域。它更快的速度和带宽对于实现智能城市和建设自动驾驶汽车所需的基础设施至关重要。半导体对于5G的部署至关重要，因为它们为传输信号的无线电设备、连接到网络的设备以及携带所有数据的主干网络提供了支持。在这里，美国公司在半导体领域处于领先地位，但政治和监管方面的不确定性，尤其是在中国市场，削弱了美国公司的竞争地位。 与此同时，中国正在积极追求5G。华为正在以比美国更快的速度建设5G基础设施，并将该技术嵌入手机中。华为还计划利用终端需求推动其基础设施，在2020年底之前向市场投放300美元的5G智能手机。缺乏进入中国巨大市场的渠道可能会严重阻碍美国在这一关键领域的发展。 值得一提的是，美国半导体行业的研发占销售额的比例是美国所有行业中最高的。 数据显示，就研发支出占销售额的比例而言，美国半导体行业仅次于制药和生物技术行业。虽然全球竞争者都在增加研发投资以与美国半导体行业竞争，但美国公司在研发上的投入占销售额的比例超过了任何其他国家的半导体行业。这些对研发的高水平再投资推动了美国半导体行业的创新，进而帮助它保持全球销售市场份额的领导地位，并在全美创造就业机会。 （研发支出占销售额的百分比） （三）美国制造业和劳动力 美国在半导体领域的领先高度依赖于两个关键因素: 1.能够投资于先进的半导体设计和制造; 2.拥有具有竞争力的劳动力。 2019年，美国的资本支出总额仅次于韩国，在生产先进逻辑设备的工厂和设备方面，美国的投资位居世界第一，占世界总投资的44%。美国的一个关键优势是能够吸引全球各地的人才来美国大学学习并选择留在美国。拥有受过高等教育、精通STEM的劳动力，这对美国未来在半导体领域的领导地位至关重要。 此外，美国半导体行业的资本支出强劲。 美国半导体行业在资本支出方面处于全球领先地位。这表明了美国工业在全球工业中作为主要制造业领导者的地位。此外，这笔支出的很大一部分用于购买设备，帮助运营全美最先进的晶圆厂。接近一半的美国半导体工厂的产能位于美国，遍布18个州，这刺激了美国的出口和就业。 然而,其他国家/地区开始在资本支出上投入更多，并且与美国的竞争也越来越激烈。在过去的三年里,韩国半导体行业的晶圆厂资本支出显着增加，同时，中国在建造新晶圆厂的资本投入也在持续增加。 事实上，美国目前只占半导体生产总量的12.5%，其中80%以上的生产发生在亚洲。考虑到当今不确定的政治环境下，美国需要采取更多措施来刺激国内半导体制造业。值得一提的是，美国无晶圆厂企业目前几乎完全依赖亚洲制造商（台积电）来生产7纳米以下的芯片，这也是决策者一直在强调的国家安全问题。 （资本支出占销售额的百分比） （左：投资于晶圆厂/逻辑厂的资本变化趋势；右：2019年半导体资本支出的百分比） （ 美国各地的半导体制造） 另外，我们还需要说一下，美国的半导体制造能力一直很稳定。 与科技制造业的其他许多领域不同，美国半导体行业的制造业产出多年来一直保持稳定。这种稳定性为美国晶圆厂带来了稳定的制造业就业基础，也是美国向海外市场出口的主要来源。然而，尽管美国的半导体制造基地仍有着稳固的基础，但世界各地的产能增长速度已经超过了美国，从而逐步侵蚀了美国在全球制造产能中的份额。 2019年，全球新建的六家半导体晶圆厂都在美国以外，其中四家在中国。中国政府正在为这些新厂投入大量资金。美国政策制定者应该优先考虑制定适当的政策，鼓励国内的fab项目建设，以与其他国家政府提供的项目相竞争。 （ 预计亚洲几乎所有制造业都将实现增长，2019到2030，全球晶圆产能预测） （美国晶圆产量(每月） 2019年，美国半导体出口总额为460亿美元，在美国出口中排名第五，仅次于飞机、成品油、原油和汽车。一直保持较高水平的原因有两个： 1.今天售出的半导体中有80％以上是在美国市场以外销售的； 2.美国有大量的半导体工厂产能。 美国半导体制造商在美国的制造基地比在其他任何国家都多。 2019年，约有44％总部位于美国的公司的前端半导体晶圆厂产能位于美国。其他的则分布在新加坡，中国台湾，欧洲和日本。值得注意的是，与其他主要市场相比，中国在前端制造方面吸引的美国投资更少。 不幸的是，在过去十年中，海外芯片制造业的平均增长率是美国的五倍。这在很大程度上是由于各国实施了强有力的激励计划来刺激半导体制造业。为此美国必须考虑采取类似的激励措施才能保持竞争力。 （四）美国半导体创新政策 联邦政府是制定促进强大和创新的美国半导体产业政策的重要合作伙伴。而在过去的一年里，美国的政策制定者已经采取措施以推进该行业的发展，包括研究、劳动力以及贸易和知识产权(IP)等方面。 在研究方面，2019年，美国政府继续资助能源部(DOE)、国防部(DOD)、国家标准与技术研究所(NIST)和国家科学基金会(NSF)的半导体研究项目。政府最近还宣布了旨在支持美国半导体工业的新研究计划，包括能源部的量子信息科学计划、国防部的电子复苏计划(ERI)和国家安全与经济竞争力的微电子创新计划。 在劳动力方面，众议院通过但尚未得到参议院批准的国会立法，将取消对就业签证的不合理和适得其反的限制，支持公平的“先到先得”制度。 而在贸易与知识产权方面，美国-墨西哥加拿大协议（USMCA）是一项自由贸易协议，旨在加强美国半导体产业，已由总统签署并获得国会批准。此外，在过去的一年中，联邦政府加大了对知识产权贸易侵用的起诉。 虽然在这三个领域取得了进展，但政府需要采取更多行动，以确保美国半导体行业的强大，并帮助该行业克服来自中国和其他全球竞争对手的挑战。 为了确保美国在全球半导体行业的持续领导地位，美国必须进行一些创新议程。 1.研究 将美国联邦科学机构在半导体专项研究方面的投资从每年大约15亿美元增加到50亿美元，用于改进新材料、设计和架构，以成倍提高芯片性能。 将美国在材料科学、计算机科学、工程和应用数学等与半导体相关的联邦科学机构的研究投资增加一倍，以刺激半导体技术的跨越式创新，这将推动未来的关键技术。 2.国内制造 建立一项新的制造补助金计划，以刺激在美国建造新的先进半导体制造设施，包括领先的逻辑代工厂，先进的存储器和模拟晶圆厂，以提供国防，关键基础设施和更广泛的基本商业需求。 为半导体制造提供税收优惠，例如为购买新的半导体制造设备提供可退还的投资税收抵免。 3.劳动力 改革高技能移民制度，使美国高等院校合格的STEM毕业生以及来自世界各地的STEM毕业生能够工作、创新，为美国在半导体行业的领导地位作出贡献，并促进美国的经济。 将美国在STEM教育上的投资增加50％，并实施一项全国STEM教育计划，到2029年使美国STEM毕业生人数增加一倍。 4.贸易和IP 批准自由贸易协定并使之现代化，包括《美国墨西哥-加拿大协定》，以消除市场障碍，保护知识产权并促进公平竞争。 为执法和情报机构增加资源，以防止和起诉包括盗用商业机密在内的半导体知识产权盗窃案。 通过实施这些政策，国会和政府可以采取关键步骤，保护美国在半导体技术方面的领导地位，并赢得未来技术的全球竞争。
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    《EDA产业现状及我国发展对策研究》
    • 来源专题：集成电路
    • 发布时间：2020-08-12
    • 集成电路(芯片)产业是信息技术产业的核心，是支撑经济社会发展和保障国家安全的战略性、基础性和先导性产业。EDA软件是芯片设计的必备工具，因而是芯片产业的重要基石之一。虽然从商业角度看，EDA软件是研发难度大、要持续不断更新和投入、净利润率也不高的“苦逼”行业，但从重要性角度看，EDA软件作为IC设计和电路板设计最上游、最高端的产业，在行业内被称为“电子工业之母”，是一个“极其重要”的行业，需要政府高度重视、科学规划和大力支持，加快国产EDA软件行业发展。 一、EDA软件的技术内涵 EDA 软件 就是电子设计自动化(Electronics Design Automation)软件。它是设计集成电路(芯片)的必备工具，因此也叫 EDA工具。 设计人员在工作站上使用EDA软件，要把数十亿(甚至上百亿)个晶体管、存储单元、电阻、电容等安排在1cm²不到的硅片面积上，并连接成极其复杂的电路，例如CPU、SOC、Flash芯片等，而且要保证设计万无一失后，才能送到制造厂去加工。 EDA软件的任务流程一般包括： 1. 硬件描述语言(HDL)输入； 2. 逻辑编译、简化和分割； 3. 电路综合、优化、布局和布线； 4. 电路仿真模拟； 5. 生成制造数据。如果说设计芯片很难，那么设计EDA软件就更难。 可以说，没有EDA软件就没有各种复杂芯片，就没有各式各样的智能设备，因而就没有了我们今天的工业信息化、通信便利化、生活智能化的社会。 EDA软件是从上世纪70年代开始，逐步从计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助测试(CAT)和计算机辅助工程(CAE)等技术演变而来，已有50多年的发展史。它大致经历了三个发展阶段。 第一阶段 是CAD时代(二十世纪七十到八十年代)。这个时期的CAD主要功能是交互图形编辑，晶体管级布图设计、布局布线、设计规则检查，门级电路模拟和验证等。 第二阶段 是EDA软件走向商业化(九十年代)。这一阶段，硬件描述语言VHDL和Verilog产生了，这为EDA软件的商业化打下良好的基础。随着硬件描述语言的标准化和芯片设计方法的不断发展，推动了EDA软件的普及和发展。这个时期EDA软件的特征是高级语言描述、系统级仿真和综合技术、以及正向（Top Down）设计方法成为主流。 第三阶段 是EDA软件进入系统级设计阶段(本世纪开始)。这一时期在仿真验证和设计两个层面，支持标准硬件描述语言的EDA软件的功能更加强大，更大规模的可编程逻辑器件不断推出，系统级、行为级硬件描述语言趋于更加高效和简单，使更大规模的系统级芯片(SoC)设计成为可能。 经过最近三十年的市场博弈，不断兼并，强者恒强。全球EDA市场仍然由Synopsys、Cadence和Mentor三家EDA厂商所垄断，大的格局并没有变化。 图1.全球最大的三家EDA软件供应商 2018年可以看作人工智能(AI)的元年，国际著名EDA厂商已经开始研发具有AI功能的EDA软件，试图在EDA软件中应用AI算法赋能芯片设计。今年3月12日，Synopsys推出业界首个用于芯片设计的自主AI应用程序DSO.AI(Design Space Optimization AI)，这是电子设计技术上所取得的重大突破。3月18日，Cadence发布了经过数百次先进工艺流片验证的数字全流程新版软件，采用了支持机器学习（ML）功能的布局布线和物理优化引擎，吞吐量最高提升3倍，功率、性能和面积(PPA)最高提升20%，助力设计更卓越的芯片。而Mentor的机器学习(ML)OPC可以将光学邻近效应修正(OPC)输出预测精度提升到纳米级，同时将执行时间缩短3倍(参考5)。 二、我国EDA行业发展现状 EDA软件而言，国内跟国外先进水平存在着巨大的差距。众所周知，目前全球EDA软件供应商主要是国际三巨头Synopsys、Cadence和Mentor Graphic，国产化率仅为5%。 从营收来看，去年全球EDA软件市场规模约为90亿美元左右，这三家公司就占了其中的70%左右，约为60多亿美元，由此可见，这三家在EDA软件业内的绝对垄断地位。“中兴事件”和“华为事件”，让中国半导体发展深受“卡脖子”之痛，也更突显出国产EDA的短板。 近日，中国工程院院士、中星微集团创建人邓中翰在两会的提案上也指出，国家要全力推进芯片等“卡脖子”领域的国产自主替代工作，加大“大基金”对半导体产业各领域的统筹协调和扶持力度。 三、国内EDA企业发展最新进展 EDA的重要性不言而喻，一旦EDA受制于人，整个芯片软件产业的发展都可能停摆，发展国产EDA迫在眉睫。不过，值得肯定的是，虽然国产EDA企业难以提供全流程产品，但在部分细分领域具有优势，个别工具功能强大。 例如，传统EDA公司在数据端，收集数据测试上通常没有布局，而本土EDA企业的优势定位在于：在良率优化端，广立微电子的软件和测试机；在数据端，博达微的快速参数测试方案；在仿真输入端，中国公司具有很强的主导性；在仿真端，华大九天和概伦电子实力强劲；在后端，芯禾具有完整的解决方案和竞争力。 北京华大九天：成立于2009年，是我国技术实力领先的EDA龙头企业。华大九天提供全流程数模混合信号芯片设计系统、SoC后端设计分析及优化解决方案、平板（FPD）全流程设计系统、IP以及面向晶圆制造企业的相关服务，客户包括中芯国际、华力微电子、华虹宏力等晶圆制造厂，华为海思、中兴微电子、紫光展锐等IC设计公司，飞腾、兆芯、龙芯等CPU设计公司。尤其是在液晶平板显示领域，华大九天是全球唯一可提供全流程EDA设计解决方案的提供商，客户包括京东方A、华星光电、维信诺、咸阳彩虹、熊猫电子和重庆惠科等大型平板制造企业。 2018年9月，华大九天获得国家大基金的投资。 北京芯愿景：成立于2002年，是一家专业从事集成电路知识产权分析及技术分析的高技术服务公司。集成电路技术分析能力始终紧跟半导体行业最先进工艺制程的发展步伐，目前已成功实现7nm FinFET芯片的工艺分析和电路分析，布局领域：IP核、EDA软件、集成电路分析设计平台。 芯愿景建立了专业的集成电路分析实验室，实验室配置有ZEISS、FEI、Olympus、Leica、Oxford等厂商的高端设备，可以提供包括产品拆解、集成电路工艺分析、竞争力分析、失效分析等技术服务，目前可以分析的最小工艺节点为7纳米。 北京博达微科技：成立于2012年04月，2020年3月被概伦电子收购，其以SPICE Model参数提取著称，现重点转向数据端，从加速仿真转为加速测试，测试主要以学习算法来驱动，竞争力在于测试速度比传统测试高一个数量级，布局领域：半导体参数测试、器件建模与验证。 国微集团：国微集团旗下目前有多家EDA厂商，其中上海思尔芯公司(“S2C”)是基于FPGA大阵列超大规模快速原型验证及仿真系统的EDA工具研发、销售及设计服务提供商，目前有超过400家客户以及2000多套原型验证系统应用于客户的设计中，基于云服务的420颗FPGA阵列的仿真验证系统正服务于头部企业；上海国微芯芯半导体有限公司专注于EDA的研发和设计服务；此外，成立于2018年的深圳鸿芯微纳技术有限公司，是国微集团参股并管理的EDA后端设计软件研发的公司，主要研发布局布线工具，完成数字集成电路EDA平台关键节点的技术部署。未来，国微集团将致力于打造全流程国产EDA平台。 概伦电子：成立于2010年，提供业界领先的新一代大规模高精度电路仿真及设计验证平台，和针对先进半导体工艺节点的器件建模库平台及噪声测试系统等，其一百多家客户覆盖了全球绝大多数领先的集成电路设计与制造公司。 2020年3月，概伦电子收购博达微，博达微是业界领先的器件模型、PDK 相关 EDA 工具及 AI 驱动半导体参数测试解决方案供应商，也是全球唯一提供包含高精密参数化测试、器件建模仿真、PDK 开发与验证的完整软硬件工程服务体系。 2020年4月2日，概伦电子宣布已完成数亿元人民币的A轮融资。本轮融资是由兴橙资本和英特尔资本共同领投，新的资金将助力概伦电子快速发展，加速推动集成电路设计和制造环节的深度联动，增强产业实力。 芯华章：成立于2020年3月，注册地在南京，致力于EDA智能软件和系统的国产化，为半导体、5G、人工智能、云计算多领域的合作伙伴提供自主可控、安全可靠的解决方案与服务。 芯华章的目标是在十年内逐步建立完整的高端芯片综合性仿真验证EDA平台，彻底填补国内验证EDA工具的空白。 天津蓝海微科技：成立于2009年08月， 从事专业化的EDA软件服务与EDA工具定制化开发业务。在PcellQA工具领域技术实力雄厚，具有自动化程度高、检查项全面、准确性高和支持先进工艺特殊处理等多项优势，布局领域：集成电路工艺设计包。 杭州广立微：成立于2003年08月， 是一家专为半导体业界提供性能分析和良率提升方案的领先供应商。广立微为晶圆代工厂的新工艺制程研发提供整合性的技术服务：从早期设计、中后期量产时的可寻址测试结构，直到 yield ramp阶段基于产品版图的测试芯片。为设计公司提供定制化的测试芯片工具和服务：帮助提高IC设计的可制造性、性能、成品率并缩短产品上市时间。 2018年10月，杭州广立微测试机研发中心成立，专注晶圆级电性测试技术创新。 2018年11月，杭州广立微顺利完成了第一台量产用WAT测试机Semitronix Tester T4000的出口和交付。 杭州行芯科技：成立于2018年，行芯科技是一家集成电路芯片及IP开发商，致力于为用户提供人工智能时代算力与能耗、芯片性能与研发能力的解决方案，帮助芯片设计公司研发高性能低功耗的量产芯片。 行芯的EDA产品聚焦在芯片功耗效率，电源完整性，噪声，电迁移和高性能可靠性等方面的设计分析与智能优化。 目前，行芯科技研发的核心技术已经被成功地运用在了多款大数据服务器CPU的设计和量产。 苏州芯禾科技：成立于2010年11月，专注仿真工具、集成无源器件IPD和系统级封装SiP微系统的研发，布局领域：设计仿真工具、集成无源器件。 2019年10月9日，苏州芯禾在上海张江成立“芯和半导体科技（上海）有限公司”，并将芯禾科技纳入芯和半导体旗下，同时正式启用全新的EDA软件品牌名称“芯和”。 2020年4月，芯和半导体与中芯宁波联合发布——首款国内自主开发高频体声波滤波器产品。 苏州珂晶达：成立于2011年，从事科学计算软件开发，集成电路辅助设计软件开发和相关的技术服务。主要产品包括半导体器件和工艺仿真（TCAD）软件；辐射环境、输运和效应仿真分析软件；多物理数值仿真软件；三维网格划分和数据可视化软件等专业软件。 主要服务于半导体Foundry和Fabless厂商，航天、国防行业元器件厂商，大专院校和研究院所，客户已遍及国内、欧美和亚太区域。公司在2013年被认定为高新技术企业。 成都奥卡思微电：2016年创立于美国硅谷，芯片设计自动化（EDA）行业，已开发 四、我国EDA产业发展存在的问题 目前中国市场EDA销售额的95%由国际三巨头Synopsys、Cadence和Mentor Graphic瓜分，剩余的5%还有部分被Ansys等其它外国公司占据，给华大九天、芯禾科技等国产EDA公司留下了极少的份额，且后者在工具的完整性方面与三强相比，有明显的差距。 而在局部取得突破的领域，国内厂商与三巨头也存在着相当的差距，比如在物理验证、综合实力等方面，国内EDA厂商还“没有能力全面支撑产业发展”，总体上还是很难离开三大巨头公司的平台。 究其根本，主要原因就在于两点：一是国内的EDA工具不全，EDA软件要覆盖 IC 设计、布线、验证和仿真等所有方面，而国产EDA很多只涉及到其中的一部分环节；另一个是国产EDA软件和先进工艺的结合较差，毕竟国内制造水平不强，14nm也只是刚刚量产，而华为7nm甚至5nm的芯片已在路上了，自然国产EDA在先进工艺方面是差于国外的。 整体上EDA软件开发还存在以下特点： 1.EDA 软件开发很难，并且需要不断更新开发，不断研发投入。 EDA软件要 处理 数十亿(甚至上百亿)个电路元件，并把它们 连接 成理想功能的芯片。处理和连接的难度犹如把面积仅1cm²的芯片放大25万倍后，看到在半个深圳湾高新区的面积上，用最窄5毫米的线条(多晶硅、氧化层、外延层、离子注入区、上下层过孔、铝连线等) 纵横交织 构成一个“ 电路森林 ”，这种纵横交织有10～20层之多。EDA软件既要保证这种处理、连接、纵横交织完全不会出错，又要满足电路参数、速度、功能、面积、功耗等约束条件。所以，由事难想到做事的工具之难，设计EDA软件的难度可想而知。 另外，一般软件开发完成后，基本可以定型并大量销售，未来的维护只是在发现错误(Bug)后，打个补丁或者更新一个版本。但是，EDA软件首先不能出现Bug,另外随着半导体工艺的进步(或者革命性变革)，EDA软件都要随着开发升级版本(或者革命性新版本)，并且它的销售数量非常有限。因此，大的研发投入和较少的销售数量，决定了EDA软件价格不菲。  2. 人才培养难度较大，人才紧缺，薪水较高，EDA软件是一个真正的高技术行业。 EDA软件开发不同于一般软件开发，它交叉在软件工程学、半导体和微电子学两个领域之间。目前高校还没有这样二合一的学科设置，既要学软件专业，又要学半导体和微电子专业。目前从业者可以是工作中半路转行，恶补另外一个学科的知识；也可以是两个专业的人配合工作，各取所长。笔者专业是计算机硬件兼顾软件工程，读研时学了超大规模集成电路和半导体工艺课程，所以对EDA软件开发有一定了解。但是，如果是学半导体和微电子专业的人，工作中转向从事EDA软件编程，要掌握软件工程的知识难度较大。目前EDA软件人才紧缺，资深高级人才更缺，需要国家有计划地在高校中定向培养。 3. 用户数量非常有限，市场不大，EDA软件是一个净利润率不高的行业。 市场容量不大可以理解，中国纯芯片设计公司也就1000多家，其中大多是中小企业，很难做到按需购买正版国产EDA软件。即便每家都买，假如 平均 每年每家购买100万元的国产EDA软件（国外EDA软件另当别论），则国产EDA软件市场容量为10亿多元。假如每家购买500万元，则国产EDA软件市场容量也仅50亿元的规模。 再来看看国外三家龙头EDA厂商的情况。根据股票市场的公开信息，2019年，三家EDA软件公司的总收入合计不超过80亿美元，估计全球EDA软件市场规模不超过100亿美元。2019年Synopsys和Cadence的总收入分别是33.61亿美元和23.36亿美元，净利润分别为5.324亿美元和9.89亿美元，净利润率分别是15.8%和42.3%。从历年的情况可以看出，EDA软件行业的发展呈现小幅平稳增长态势，难有爆发式增长的情形，净利润率基本在10%～15%之间变化。所以说EDA软件行业是一个高投入、净利润率不高的行业。  四、我国EDA产业发展对策建议 我国发展国产EDA软件要高度关注4个问题。难度较大，要正确面对；避免无序，要顶层设计；配合重要，要规范当先；市场有限，要避免盲从。 1. 成立联盟 ：建议成立由政府主管部门或研究机构牵头，由国内龙头EDA企业、晶圆厂、高校和研究机构、重点IC设计企业组成的“国家EDA软件开发产学研联盟”，共商良策，共促国产EDA软件发展。 2. 起草规范： 在联盟中成立专家组，以现有国产EDA软件为基础，制定国产EDA软件的开发规范。包括 功能模块 规范、 数据库 规范、 数据交换接口 规范、用 户交互界面 规范等。避免遍地开花、无序开发、软件工具之间不能协同、低层次竞争等情况发生，避免造成宝贵的时间和资源浪费。 3. 上云架构： 除了传统 云下架构 外，考虑增加基于超算平台和云平台的国产EDA软件的 云上架构 ，二种总体架构并列考虑，开发者同时研发两个版本的EDA软件。目前国外EDA软件还未普及云上模式。国产EDA软件最好能以云服务的形式向IC企业、高校师生、甚至系统企业提供服务，便于国产EDA软件普及。 4. 应用AI技术： 在构建国产EDA软件总体架构时，要把人工智能(AI)技术的应用放在重要位置。否则，我们在起点就已落后于国外EDA软件了。 5. 认领开发： EDA软件的功能模块可由龙头EDA软件企业认领开发、悬赏揭榜开发，政府给予大力资助。一个功能模块可由1～3家EDA软件企业承担，可冠名自己的品牌，进行市场自由竞争。政府动态监管和支持，优胜劣汰。 6. 推广平台： 适时依托国家IC基地，在全国布局成立国产EDA软件推广平台，政府大力支持国产EDA软件的推广及应用。 结语： EDA软件的研发投入很大，需要长期的知识和经验积累，而且即使有了产品上市，今后还要跟随芯片技术进步而不断投入升级研发。所以，EDA软件行业是个十分艰苦的行业。同时，EDA软件市场十分有限，净利润率也不高，不能养活太多公司。所以，EDA软件虽然处在补短板、强弱项的风口上，还请那些没有思想准备、准备炒概念、想赚快钱、想拿政府资助的企业绕道吧，避免轰轰烈烈过后一地鸡毛。希望把机会留给那些对EDA行业有深刻了解，有技术积累，有报国情怀的企业家们，让他们的资金投入和辛勤劳动获得更多回报，让国产EDA软件的短板补齐，支持芯片行业健康发展。   参考文献： 1. 浅谈国产EDA软件开发。http://news.moore.ren/industry/229797.htm 2. 国产化份额仅仅5%，EDA产业我国占不到半点优势？http://news.moore.ren/industry/227634.htm
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