市场周期波动，西门子EDA行业的“韧性”与“弹性”

近日，2023 Siemens EDA Forum在上海浦东成功举办。
 
阔别三年之后，本届大会以“加速创芯，智领未来”为主题，聚焦AI应用、汽车芯片、SoC、3D IC及电路板系统技术等热点话题，分享西门子EDA的最新技术成果，并邀请多位行业专家和合作伙伴汇聚一堂，共同探讨全球半导体与集成电路产业的发展趋势与技术创新之道。
 

 

• EDA助力半导体市场反弹

 
在媒体沟通会上，西门子EDA全球副总裁兼中国区总经理凌琳表示，回顾20多年半导体行业发展趋势，从2000年互联网泡沫破灭、2008年美国金融危机、到2019年新冠疫情的巨大冲击，行业经历了多个不同时期和影响因素下的周期波动和市场转折，而半导体供应链也在重塑过程中不断迎来新的发展机遇。
 
当前，全球性经济低迷，半导体行业在底部徘徊，消费终端产品等库存持续修正，复杂的地缘政治现实等，各种因素交织影响着整个行业的发展。凌琳对此表示，如何在变化中洞察市场机会、在新业态中获取先发优势，是企业加强自身应变能力并取得最终成功的关键。“尽管目前行业存在暂时性的‘V型’衰退，但前景仍值得期待，唯有专注创新，才能实现半导体行业谷底的强力反弹。”
 

西门子EDA全球副总裁兼中国区总经理凌琳
 
凌琳指出，从细分市场来看，云计算、数据中心、无线通信、工业电子、自动驾驶等领域近年来增长加快，这些细分赛道或就是未来五六年的热点。
 
与此同时，随着半导体技术的发展，越来越多的功能可被整合至芯片中，IC集成电路在整个电子产品里面的占比与日提升，从几十年前的的8%增长至16%再到如今的25%。
 

 
另外一个明显的变化是半导体行业对研发的重视度越来越高，无论是总研发投入还是研发占比都在逐年提升。据Semico Research数据统计，近40年来，除了在2008年金融危机时，半导体行业从来没有明显减少研发费用。2021年半导体研发费用增长15.5%，达到816亿美元的历史新高。值得注意的是，在截止2021年最近7年的时间内没有出现研发下行的情况。
 
当然，随着摩尔定律的演进、芯片规模的不断扩展，以及半导体企业研发投入的不断加速，也对半导体行业提出了更高的要求。尤其是在人才方面，随着产品的智能化提升，芯片正在变得更大更复杂，使得目前的设计方法无法跟上需求，目前行业已经面临研发人才短缺的困境，未来人才短缺问题会更加剧。
 
面对上述种种现状与发展瓶颈，EDA工具重要性逐渐凸显。作为半导体行业的基石，在行业不断迈向数字化、智能化过程中，EDA工具在数字经济中也起到关键的“杠杆”作用，且在产业周期波动下仍显现出平稳发展的弹性与韧性。
 
凌琳强调，芯片设计越来越复杂，对于新产品的上市周期要求越来越高，即使摩尔定律放慢了，产品推进还是不能放慢。因此，作为产业链厂商，必须要坚持创新。
 
西门子EDA在自身发展方面保持了三个方向：一是更先进的工艺技术，同时利用Chiplet/异构集成3D IC催生新技术，帮助客户提升晶体管数量与质量；二是扩大设计规模，打造高阶综合、数字电路实现流程、高级验证、端到端测试解决方案。还要思考如何利用云计算的技术和架构支撑客户不同的应用场景，让工具更好地利用云计算的资源来快速完成任务；三是强调系统规模的扩展，聚焦系统级的方案，包括做软硬件协同，以及硬件仿真和原型实施验证等，进行整个系统级的优化。
 

• AI­——EDA改善效率的重要武器

 
另外，面对行业人才短缺问题，西门子EDA产品正广泛应用AI/ML技术，旨在减少芯片公司人力与资源投入，达到事半功倍的效果。但西门子EDA亚太区技术总经理Lincoln Lee也强调道：“AI不是代替人工，而是优化人工。从EDA工具角度来说，EDA工具是提高工程师的效率，帮助其更快的完成工作。”
 
不难发现，近年来，ML/AI开始向几乎每一个领域进军。半年过去，AI带来的算力风暴仍在扩散。随着对AI应用可能性的不断挖掘，AI+EDA这一概念迅速在业界获得认可。
 
西门子EDA亚太区技术总经理Lincoln Lee表示，西门子EDA将AI导入至良率提升、建库、验证等工具中，降低了100-1000倍的运行速度，极大加强了软件的运行效率。
 

西门子EDA亚太区技术总经理Lincoln Lee（右）
 
早在2017年，西门子EDA就收购了业内机器学习初创公司Solido Design Automation。日前，西门子又推出Solido设计环境软件，打造智能定制化IC验证平台，采用AI技术，支持云端集成电路设计和验证，能够帮助设计团队应对日渐严苛的功率、性能、良率和可靠性要求，加快产品上市速度。
 
利用AI技术，该解决方案能够帮助用户发现优化路径，以改进电路功率、性能和面积，并执行生产精度的统计良率分析，运行时间相比于暴力穷举法大大缩短。
 
此外，西门子还新推出Questa Verification IQ软件，该方案由数据驱动并采用AI技术，有助于加速验证收敛、简化可追溯性、优化资源，加快产品上市速度，面向下一代高性能集成电路的复杂设计挑战，提供开创性的解决方案。
 
可以看到，融入AI和ML算法的EDA，正在给各应用领域带来设计的革新。
 
凌琳对此也表示，AI已经被认为是一项显著增加工作效率，提高使用体验的工具。西门子EDA已经将AI普适化，能用到AI/ML的算法和工具都已经成功导入其中。
 
AI之外，“上云”也是当前很多客户的需求和愿望，EDA公司能给客户提供各种各样的解决方案。凌琳表示，对于西门子EDA来说，我们从产品上、技术上都可以去支撑。借由数字化工业软件与AWS的长期合作关系，今年西门子和 AWS 合作开发了云飞行计划（Cloud Flight Plans），可以在客户的AWS环境中运行西门子的EDA。云飞行计划的目标客户是希望自我管理其 AWS环境的客户。
 

• 系统级芯片趋势下，西门子EDA的前瞻布局

 
数据呈现指数级增长促进了对需求的增加，而一个特殊且明显的趋势是越来越多的系统公司开始自研芯片，以实现更多的差异化。苹果、亚马逊、谷歌、中兴、特斯拉、博世、华为、Facebook等公司都是如此。有数据显示，代工厂客户中的系统公司收入占比已经从2011年仅占收入的1%增长到2021年的21%。
 
系统公司在推动芯片设计创新的同时，这些因素也使得IC面临严峻挑战。
 
凌琳指出，西门子EDA很早就提出以“系统为导向”的观点，很早进行了相关投资和方向定位导向，从工具链和整个平台层面给客户提供更优化、更全面且闭环的解决方案。
 
反过来，系统级客户的需求同样在倒推EDA公司的发展，敦促EDA公司要做更多系统级的思考。汽车芯片，无疑是当下最受影响赛道之一。
 
高级驾驶辅助系统（ADAS）所带来的智能互联、自主驾驶、舒适安全服务正中消费者下怀，而如何让汽车变得更加智能与自主，同时又兼具功能安全、数据和电子系统安全，这需要从SoC的设计、验证到封装，各环节皆不容有失。 
 
特别是“可靠性”，一直以来，汽车客户都非常专注于PPA、成本、性价比，今年以来，“可靠性”的需求明显在增多。这是汽车芯片关注的重点。
 
Lincoln以汽车产品为例，阐述了西门子EDA正在通过“数字孪生”和“数字主线”方法论，虚拟地构建出芯片模型，让系统厂商可以利用虚拟原型进行仿真设计，从而降低错误率，解决ISO26262等可靠性问题。同时还可以提前进行软件开发，从而提高整体开发效率。
 
据介绍，目前西门子EDA可以为汽车芯片公司解决两方面痛点，一个是Austemper Design Systems，从安全分析、安全设计、安全验证三个方面解决汽车新品功能安全关键验证；另外则是Austemper, OneSpin, Questa, Tessent等工具，实现功能安全的测试相关任务。
 
实际上不止汽车，目前各行业中的芯片、软件和系统的耦合程度都越来越高，开发正在不断左移，也正因此需要更多的仿真、验证及数字孪生技术，并允许软件、机械和芯片同时开发。
 
为此，面对芯片的系统化趋势，西门子EDA侧重于SoC的系统环境验证和数字孪生应用，确保复杂系统的正确运行，进而快速实现创新目标。
 

• 结语

 
文章开头提到，如何在变化中洞察市场机会、在新业态中获取先发优势，是企业加强自身应变能力并取得最终成功的关键。
 
凌琳表示，进入中国三十四年来，西门子EDA始终将目光放在“需求”二字上，以经验观局、用技术解局、携伙伴破局，我们相信前瞻性地抓住周期变化，助力客户提前构建下一代电子系统设计，是实现协同发展的最优解。
 
尽管半导体行业由于结构性变化呈现出一些不确定性，但新技术的落地、半导体价值的凸显、企业与政府投资力度的加大，均释放出前景乐观的积极信号。EDA工具作为推动半导体发展的关键技术，仍在产业周期波动下显现出平稳发展的弹性与韧性。
 
西门子EDA将在这个过程中持续输出技术能力，为推动半导体行业的高质量发展做出贡献。