EDA工具外国造:国产CPU安全么?

发布网友 发布时间：2022-04-24 02:01

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热心网友 时间：2023-10-20 15:14

说到CPU、SOC想必很多人不会陌生，但如果提到EDA工具，可能很多人就从未听说过了。其实，EDA工具在芯片设计中发挥着巨大的作用，甚至可以说，如果没有EDA工具，超大规模集成电路设计就几乎是一件不可能完成的任务。那么，什么是EDA工具？中国在EDA工具上和国外差距有多大？在EDA工具上完全受制于人会存在安全风险么？

什么是EDA工具

EDA工具是电子设计自动化（ElectronicDesign Automation）的简称，是从计算机辅助设计（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）的概念发展而来的。利用EDA工具，工程师将芯片的电路设计、性能分析、设计出IC版图的整个过程交由计算机自动处理完成。

由于上世纪六十七年代，集成电路的复杂程度相对偏低，这使得工程师可以依靠手工完成集成电路的设计、布线等工作。但随着集成电路越来越复杂，完全依赖手工越来越不切实际，工程师们只好开始尝试将设计过程自动化，在1980年卡弗尔.米德和琳.康维发表的论文《超大规模集成电路系统导论》提出了通过编程语言来进行芯片设计的新思想,加上集成电路逻辑仿真、功能验证的工具的日益成熟，使得工程师们可以设计出集成度更高且更加复杂的芯片。

1986年，硬件描述语言Verilog问世，Verilog语言是现在最流行的高级抽象设计语言。1987年，VHDL在美国国防部的资助下问世。这些硬件描述语言的问世助推了集成电路设计水平的提升。随后，根据这些语言规范产生的各种仿真系统迅速被推出，这使得设计人员可对设计的芯片进行直接仿真。随着技术的进步，设计项目可以在构建实际硬件电路之前进行仿真，芯片布线布局对人工设计的要求和出错率也不断降低。

时至今日，尽管所用的语言和工具仍然不断在发展，但是通过编程语言来设计、验证电路预期行为，利用工具软件综合得到低抽象级物理设计的这种途径，仍然是数字集成电路设计的基础。一位从事CPU设计的工程师表示，“在没有EDA工具之前，搞电路要靠人手工，对于大规模集成电路有上亿晶体管的设计用手工简直是不可为的......可以说有了EDA工具，才有了超大规模集成电路设计的可能”。

中国EDA工具完全依赖国外

中国半导体行业协会IC设计分会理事长、清华大学微电子所所长魏少军曾表示，“我们要改变以往那种使用先进工艺就代表是先进水平的错误认识，Intel用0.13微米工艺能作出2GHz而我们要用45nm才能实现，这就是差距...... 快速提升我们自己的IC基础设计能力迫在眉睫，这是改变目前中国IC设计业严重依赖EDA工具和制造工艺才能实现芯片性能提升的根本途径，而依赖并滥用IP则导致了中国SoC设计的同质化”。

清华大学微电子所所长魏少军提到的“依赖并滥用IP则导致了中国SoC设计的同质化”指的是国内众多IC设计公司大多依赖于ARM的IP授权开发SOC，由于都是购买ARM的Cortex A53、A72、A73等产品，同质化是必然的。“中国IC设计业严重依赖EDA工具和制造工艺才能实现芯片性能提升的根本途径”指的是很多中国国产SOC/CPU性能的提升严重依赖于购买更好的EDA工具和采用更好的制造工艺。对于依赖更好的制造工艺和严重依赖国外IP，因不属于本文范围不做讨论，重点说下中国在EDA工具上完全依赖国外产品。

EDA软件方面早已形成了三巨头——Synopsys、Cadence、Mentor。Synopsys是EDA三巨头之首。国内从事EDA软件开发的华大九天和这三家现在不是一个数量级的。诚然，华大九天也想在某些点工具上做些突破，但就整体技术实力而言几乎像蚍蜉撼树——目前，国内根本没有深亚微米的EDA成体系的设计平台。正是因为国内从事EDA工具开发的公司在Synopsys、Cadence、Mentor面前实力过于悬殊，国内IC设计公司几乎100%采用国外EDA工具。而且在相当长的一段时间里，看不到缩小和Synopsys、Cadence、Mentor技术差距的可能性。

为何在EDA工具上追赶这么难

开发出性能优越的EDA工具，一方面要有良好的算法，另一方面需要和工艺相结合。虽然在算法方面有可能取得一定的技术突破，但EDA设计的后端工具要和工艺相结合，但国内自主工艺很少有深亚微米的工艺，大多是180nm和130nm。虽然中芯国际有40nm，而且宣称有28nm，但可能没有量产过，或者量产的都是小芯片。目前中芯国际最先进的工艺线都是引进的，还签署一定*条款。正如国家要发展必然离不开完善的基础建设，这是发展的基础，EDA工具的研发进步就需要国内自主研发的制造工艺做基础，由于没有自主研发的先进制造工艺，所以和工艺结合的那部分就根本不可能取得技术突破。

那如果有了自主研发的先进工艺，就能够开发出良好的EDA工具了么？事情没这么简单。即便有了自主研发的先进工艺，撇开工艺结合，光在算法技术上和国外三巨头的差距也很远。而且算法和工艺相结合很难，需要非常高深的数学理论，这是目前国内很难做到的。另外，技术发展也离不开商业因素，在国外三巨头占有统治地位的情况下，全球市场早已被国外产品占据，因此，就国产EDA工具而言，目前还看不到赶超西方的可能性。

依赖国外EDA工具是否存在风险

既然如此，完全依赖于国外EDA工具是否存在商业上风险呢？其实，对于这点，国内没有必要过于忧虑，由于不能明说的原因，对于国内IC设计公司而言，并不怕国外进行制裁。

也许又有人会问：如果Synopsys、Cadence、Mentor在EDA工具里埋地雷，而国内IC设计公司恰恰用这些被埋雷的EDA工具设计芯片，那么芯片的安全性还有保障么？对于这个课题，其实有专门针对设计和版图的安全性的研究，打比方说，如果是DC工具在你的设计里埋个雷，人肉检查是搞不定的，因此，有专门做硬件木马检测技术的研究。不过，这些研究目前还处在低级阶段，只能和目前现存木马匹配，存在很大*。

总而言之，就产业发展的现状而言，国产EDA工具和Synopsys、Cadence、Mentor的产品差距过于悬殊，而且看不到赶超西方的希望，国内IC设计公司基本在使用国外EDA工具。虽然在商业化上不存在被卡脖子的可能性，但采用国外EDA工具设计国产芯片而产生的安全风险却是不可不提防的。

出品：科普中国

制作：铁流

监制：中国科学院计算机网络信息中心

“科普中国”是中国科协携同社会各方利用信息化手段开展科学传播的科学权威品牌。

本文由科普中国融合创作出品，转载请注明出处。

热心网友 时间：2023-10-20 15:14

说到CPU、SOC想必很多人不会陌生，但如果提到EDA工具，可能很多人就从未听说过了。其实，EDA工具在芯片设计中发挥着巨大的作用，甚至可以说，如果没有EDA工具，超大规模集成电路设计就几乎是一件不可能完成的任务。那么，什么是EDA工具？中国在EDA工具上和国外差距有多大？在EDA工具上完全受制于人会存在安全风险么？

什么是EDA工具

EDA工具是电子设计自动化（ElectronicDesign Automation）的简称，是从计算机辅助设计（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）的概念发展而来的。利用EDA工具，工程师将芯片的电路设计、性能分析、设计出IC版图的整个过程交由计算机自动处理完成。

由于上世纪六十七年代，集成电路的复杂程度相对偏低，这使得工程师可以依靠手工完成集成电路的设计、布线等工作。但随着集成电路越来越复杂，完全依赖手工越来越不切实际，工程师们只好开始尝试将设计过程自动化，在1980年卡弗尔.米德和琳.康维发表的论文《超大规模集成电路系统导论》提出了通过编程语言来进行芯片设计的新思想,加上集成电路逻辑仿真、功能验证的工具的日益成熟，使得工程师们可以设计出集成度更高且更加复杂的芯片。

1986年，硬件描述语言Verilog问世，Verilog语言是现在最流行的高级抽象设计语言。1987年，VHDL在美国国防部的资助下问世。这些硬件描述语言的问世助推了集成电路设计水平的提升。随后，根据这些语言规范产生的各种仿真系统迅速被推出，这使得设计人员可对设计的芯片进行直接仿真。随着技术的进步，设计项目可以在构建实际硬件电路之前进行仿真，芯片布线布局对人工设计的要求和出错率也不断降低。

时至今日，尽管所用的语言和工具仍然不断在发展，但是通过编程语言来设计、验证电路预期行为，利用工具软件综合得到低抽象级物理设计的这种途径，仍然是数字集成电路设计的基础。一位从事CPU设计的工程师表示，“在没有EDA工具之前，搞电路要靠人手工，对于大规模集成电路有上亿晶体管的设计用手工简直是不可为的......可以说有了EDA工具，才有了超大规模集成电路设计的可能”。

中国EDA工具完全依赖国外

中国半导体行业协会IC设计分会理事长、清华大学微电子所所长魏少军曾表示，“我们要改变以往那种使用先进工艺就代表是先进水平的错误认识，Intel用0.13微米工艺能作出2GHz而我们要用45nm才能实现，这就是差距...... 快速提升我们自己的IC基础设计能力迫在眉睫，这是改变目前中国IC设计业严重依赖EDA工具和制造工艺才能实现芯片性能提升的根本途径，而依赖并滥用IP则导致了中国SoC设计的同质化”。

清华大学微电子所所长魏少军提到的“依赖并滥用IP则导致了中国SoC设计的同质化”指的是国内众多IC设计公司大多依赖于ARM的IP授权开发SOC，由于都是购买ARM的Cortex A53、A72、A73等产品，同质化是必然的。“中国IC设计业严重依赖EDA工具和制造工艺才能实现芯片性能提升的根本途径”指的是很多中国国产SOC/CPU性能的提升严重依赖于购买更好的EDA工具和采用更好的制造工艺。对于依赖更好的制造工艺和严重依赖国外IP，因不属于本文范围不做讨论，重点说下中国在EDA工具上完全依赖国外产品。

EDA软件方面早已形成了三巨头——Synopsys、Cadence、Mentor。Synopsys是EDA三巨头之首。国内从事EDA软件开发的华大九天和这三家现在不是一个数量级的。诚然，华大九天也想在某些点工具上做些突破，但就整体技术实力而言几乎像蚍蜉撼树——目前，国内根本没有深亚微米的EDA成体系的设计平台。正是因为国内从事EDA工具开发的公司在Synopsys、Cadence、Mentor面前实力过于悬殊，国内IC设计公司几乎100%采用国外EDA工具。而且在相当长的一段时间里，看不到缩小和Synopsys、Cadence、Mentor技术差距的可能性。

为何在EDA工具上追赶这么难

开发出性能优越的EDA工具，一方面要有良好的算法，另一方面需要和工艺相结合。虽然在算法方面有可能取得一定的技术突破，但EDA设计的后端工具要和工艺相结合，但国内自主工艺很少有深亚微米的工艺，大多是180nm和130nm。虽然中芯国际有40nm，而且宣称有28nm，但可能没有量产过，或者量产的都是小芯片。目前中芯国际最先进的工艺线都是引进的，还签署一定*条款。正如国家要发展必然离不开完善的基础建设，这是发展的基础，EDA工具的研发进步就需要国内自主研发的制造工艺做基础，由于没有自主研发的先进制造工艺，所以和工艺结合的那部分就根本不可能取得技术突破。

那如果有了自主研发的先进工艺，就能够开发出良好的EDA工具了么？事情没这么简单。即便有了自主研发的先进工艺，撇开工艺结合，光在算法技术上和国外三巨头的差距也很远。而且算法和工艺相结合很难，需要非常高深的数学理论，这是目前国内很难做到的。另外，技术发展也离不开商业因素，在国外三巨头占有统治地位的情况下，全球市场早已被国外产品占据，因此，就国产EDA工具而言，目前还看不到赶超西方的可能性。

依赖国外EDA工具是否存在风险

既然如此，完全依赖于国外EDA工具是否存在商业上风险呢？其实，对于这点，国内没有必要过于忧虑，由于不能明说的原因，对于国内IC设计公司而言，并不怕国外进行制裁。

也许又有人会问：如果Synopsys、Cadence、Mentor在EDA工具里埋地雷，而国内IC设计公司恰恰用这些被埋雷的EDA工具设计芯片，那么芯片的安全性还有保障么？对于这个课题，其实有专门针对设计和版图的安全性的研究，打比方说，如果是DC工具在你的设计里埋个雷，人肉检查是搞不定的，因此，有专门做硬件木马检测技术的研究。不过，这些研究目前还处在低级阶段，只能和目前现存木马匹配，存在很大*。

总而言之，就产业发展的现状而言，国产EDA工具和Synopsys、Cadence、Mentor的产品差距过于悬殊，而且看不到赶超西方的希望，国内IC设计公司基本在使用国外EDA工具。虽然在商业化上不存在被卡脖子的可能性，但采用国外EDA工具设计国产芯片而产生的安全风险却是不可不提防的。

出品：科普中国

制作：铁流

监制：中国科学院计算机网络信息中心

“科普中国”是中国科协携同社会各方利用信息化手段开展科学传播的科学权威品牌。

本文由科普中国融合创作出品，转载请注明出处。

热心网友 时间：2023-10-20 15:14

说到CPU、SOC想必很多人不会陌生，但如果提到EDA工具，可能很多人就从未听说过了。其实，EDA工具在芯片设计中发挥着巨大的作用，甚至可以说，如果没有EDA工具，超大规模集成电路设计就几乎是一件不可能完成的任务。那么，什么是EDA工具？中国在EDA工具上和国外差距有多大？在EDA工具上完全受制于人会存在安全风险么？

什么是EDA工具

EDA工具是电子设计自动化（ElectronicDesign Automation）的简称，是从计算机辅助设计（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）的概念发展而来的。利用EDA工具，工程师将芯片的电路设计、性能分析、设计出IC版图的整个过程交由计算机自动处理完成。

由于上世纪六十七年代，集成电路的复杂程度相对偏低，这使得工程师可以依靠手工完成集成电路的设计、布线等工作。但随着集成电路越来越复杂，完全依赖手工越来越不切实际，工程师们只好开始尝试将设计过程自动化，在1980年卡弗尔.米德和琳.康维发表的论文《超大规模集成电路系统导论》提出了通过编程语言来进行芯片设计的新思想,加上集成电路逻辑仿真、功能验证的工具的日益成熟，使得工程师们可以设计出集成度更高且更加复杂的芯片。

1986年，硬件描述语言Verilog问世，Verilog语言是现在最流行的高级抽象设计语言。1987年，VHDL在美国国防部的资助下问世。这些硬件描述语言的问世助推了集成电路设计水平的提升。随后，根据这些语言规范产生的各种仿真系统迅速被推出，这使得设计人员可对设计的芯片进行直接仿真。随着技术的进步，设计项目可以在构建实际硬件电路之前进行仿真，芯片布线布局对人工设计的要求和出错率也不断降低。

时至今日，尽管所用的语言和工具仍然不断在发展，但是通过编程语言来设计、验证电路预期行为，利用工具软件综合得到低抽象级物理设计的这种途径，仍然是数字集成电路设计的基础。一位从事CPU设计的工程师表示，“在没有EDA工具之前，搞电路要靠人手工，对于大规模集成电路有上亿晶体管的设计用手工简直是不可为的......可以说有了EDA工具，才有了超大规模集成电路设计的可能”。

中国EDA工具完全依赖国外

中国半导体行业协会IC设计分会理事长、清华大学微电子所所长魏少军曾表示，“我们要改变以往那种使用先进工艺就代表是先进水平的错误认识，Intel用0.13微米工艺能作出2GHz而我们要用45nm才能实现，这就是差距...... 快速提升我们自己的IC基础设计能力迫在眉睫，这是改变目前中国IC设计业严重依赖EDA工具和制造工艺才能实现芯片性能提升的根本途径，而依赖并滥用IP则导致了中国SoC设计的同质化”。

清华大学微电子所所长魏少军提到的“依赖并滥用IP则导致了中国SoC设计的同质化”指的是国内众多IC设计公司大多依赖于ARM的IP授权开发SOC，由于都是购买ARM的Cortex A53、A72、A73等产品，同质化是必然的。“中国IC设计业严重依赖EDA工具和制造工艺才能实现芯片性能提升的根本途径”指的是很多中国国产SOC/CPU性能的提升严重依赖于购买更好的EDA工具和采用更好的制造工艺。对于依赖更好的制造工艺和严重依赖国外IP，因不属于本文范围不做讨论，重点说下中国在EDA工具上完全依赖国外产品。

EDA软件方面早已形成了三巨头——Synopsys、Cadence、Mentor。Synopsys是EDA三巨头之首。国内从事EDA软件开发的华大九天和这三家现在不是一个数量级的。诚然，华大九天也想在某些点工具上做些突破，但就整体技术实力而言几乎像蚍蜉撼树——目前，国内根本没有深亚微米的EDA成体系的设计平台。正是因为国内从事EDA工具开发的公司在Synopsys、Cadence、Mentor面前实力过于悬殊，国内IC设计公司几乎100%采用国外EDA工具。而且在相当长的一段时间里，看不到缩小和Synopsys、Cadence、Mentor技术差距的可能性。

为何在EDA工具上追赶这么难

开发出性能优越的EDA工具，一方面要有良好的算法，另一方面需要和工艺相结合。虽然在算法方面有可能取得一定的技术突破，但EDA设计的后端工具要和工艺相结合，但国内自主工艺很少有深亚微米的工艺，大多是180nm和130nm。虽然中芯国际有40nm，而且宣称有28nm，但可能没有量产过，或者量产的都是小芯片。目前中芯国际最先进的工艺线都是引进的，还签署一定*条款。正如国家要发展必然离不开完善的基础建设，这是发展的基础，EDA工具的研发进步就需要国内自主研发的制造工艺做基础，由于没有自主研发的先进制造工艺，所以和工艺结合的那部分就根本不可能取得技术突破。

那如果有了自主研发的先进工艺，就能够开发出良好的EDA工具了么？事情没这么简单。即便有了自主研发的先进工艺，撇开工艺结合，光在算法技术上和国外三巨头的差距也很远。而且算法和工艺相结合很难，需要非常高深的数学理论，这是目前国内很难做到的。另外，技术发展也离不开商业因素，在国外三巨头占有统治地位的情况下，全球市场早已被国外产品占据，因此，就国产EDA工具而言，目前还看不到赶超西方的可能性。

依赖国外EDA工具是否存在风险

既然如此，完全依赖于国外EDA工具是否存在商业上风险呢？其实，对于这点，国内没有必要过于忧虑，由于不能明说的原因，对于国内IC设计公司而言，并不怕国外进行制裁。

也许又有人会问：如果Synopsys、Cadence、Mentor在EDA工具里埋地雷，而国内IC设计公司恰恰用这些被埋雷的EDA工具设计芯片，那么芯片的安全性还有保障么？对于这个课题，其实有专门针对设计和版图的安全性的研究，打比方说，如果是DC工具在你的设计里埋个雷，人肉检查是搞不定的，因此，有专门做硬件木马检测技术的研究。不过，这些研究目前还处在低级阶段，只能和目前现存木马匹配，存在很大*。

总而言之，就产业发展的现状而言，国产EDA工具和Synopsys、Cadence、Mentor的产品差距过于悬殊，而且看不到赶超西方的希望，国内IC设计公司基本在使用国外EDA工具。虽然在商业化上不存在被卡脖子的可能性，但采用国外EDA工具设计国产芯片而产生的安全风险却是不可不提防的。

出品：科普中国

制作：铁流

监制：中国科学院计算机网络信息中心

“科普中国”是中国科协携同社会各方利用信息化手段开展科学传播的科学权威品牌。

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