从Cadence的崛起,洞察商用EDA的变迁

2020-07-02 14:01:44 来源: 半导体行业观察

来源:内容来自公众号「 未来妄想家」,作者:河马大叔是孙路,谢谢。


Cadence故事的起点从要一位名叫Jim Solomon的人离开美国国家半导体公司(National Semiconductor)说起。


1956年,Jim Solomon就读于加州大学伯克利分校。1960年毕业之后,在半导体圈子里摸爬滚打,一干就是20多年。(人家20多年的职业生涯过去了,咱还没出生…)

到了1983年,当时的Jim任职于美国国家半导体公司,担任模拟和混合信号IC设计总监。或许是对理想的更高追求,亦或许是厌倦了枯燥无味的重复劳动,他决定离开国家半导体公司,成立了SDA公司。

有人说SDA的意思是,Solomon Design Automation,也有人说是,Silicon Design Automation。嗯,哪个名字都无伤大雅,主要看和你谈话的对象是谁,嘻嘻。

SDA的总部设立在硅谷。Jim的启动资金,一半来自硅谷的风投公司,一半来自其他四家业内IC公司,其中就包括美国国家半导体公司。可见在三十多年前,硅谷的创业热潮是多么的汹涌澎湃,创业的环境是多么友善。

当时的IC行业并没有所谓的EDA。大多数的顶级半导体公司都采用自己开发的工具,专供自己使用,也就是所谓的in-house tool。

随着半导体创业大潮的兴起,很多初创公司或者小型公司就必须要先成立自己的工具团队,才能紧锣密鼓地开始产品设计。所以,当时的SDA一成立,就成为了硅谷IC公司追捧的对象。

这些IC公司会专门派几个工程师到SDA去,与Jim的团队一起开发软件工具,然后对外售卖。而这些IC公司也会给SDA投资,以获得回报。

就这样,SDA生存了下来,并在1987年申请上市,扩大融资手段。然而,他们的IPO就遭遇了命运的捉弄。

1987年10月19日,星期一,华尔街股票市场刮起了股票暴跌的风潮,爆发了历史上最大的一次崩盘事件。道·琼斯指数一天之内重挫了508.32点,跌幅达22.6%,创下自1941年以来单日跌幅最高纪录。6.5小时之内,纽约股指损失5000亿美元,其价值相当于美国全年国民生产总值的1/8。这次股市暴跌震惊了整个金融世界,并在全世界股票市场产生“多米诺骨牌”效应,伦敦、法兰克福、东京、悉尼、香港、新加坡等地股市均受到强烈冲击,股票跌幅多达10%以上。
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因为股灾的影响,SDA的IPO计划搁浅。而这次IPO的告吹,成为了历史的绝唱。

花开两朵,各表一枝。在EDA的另一个战场上,Glen Antle和Paul Huang创立了ECAD公司,设计了一款商用的DRC检查工具,名叫Dracula。(传说中吸血鬼的始祖。)

ECAD公司比SDA稍微幸运一点,在10月19号的股灾之前已经成功IPO。但是,借助刘义庆在《世说新语》里的记录,“覆巢之下无完卵”,ECAD公司也遇到了危机。

1988年,SDA和ECAD两家公司的高层做了一个重大决定。他们决定将公司合并,成立一家新的软件公司,取名叫Cadence。第一任CEO是原SDA的COO,Joe Costello。

也有人说SDA是在“借壳上市”,因为ECAD已经是一家上市公司,所以合并之后SDA也就上了市。但我猜,更可能的原因是,两家人一起抱团取暖,安稳度过股灾,因为未来还有巨大的前景在等着他们。

从此,EDA有了自己的细分名称。


撑起Verilog的一片天


在20世纪80年代末和90年代初,Cadence的IC设计自动化产品主要是四款:1,Analog Artist;2,Virtuoso版图编辑器;3,SKILL脚本语言;4,Spectre电路仿真器。直到今天,这四款产品在EDA和IC设计行业里,还占据着举足轻重的地位。

年轻的Cadence,在1989年进行了一次收购。它收购了一家名叫Tangent Systems的公司(tangent,正切),因为他们有一款基本标准单元和门阵列的布局布线产品,分别叫作Cell 3 Ensemble和Gate Ensemble。

基于这两款产品,Cadence将其打造成未来布局布线工具的主心骨。其融合之后的新产品名叫,Silicon Ensemble。

到了1990年,Cadence又收购了Gateway Automation。这是一个重磅级的收购。Gateway当时是Verilog语言和RTL仿真器的发明者,而且还拥有一个非常快速的门级逻辑仿真器,名叫Verilog-XL。

90年代之后,半导体开始走入(超)大规模集成电路(VLSI)时代,电子设计自动化的需求呈现井喷。因此,为了能更快速而高效的进行设计和仿真,针对电路逻辑的抽象层次开始从门级转移到了传输机,也就是Gate-level到了Register-level。

由此可见,Cadence的这笔收购是非常有先见之明的。

随后,Verilog成为了通行的标准设计语言,并最终成为了IEEE标准。而当初的Verilog仿真器也逐渐发展成为了今天最重要的仿真平台。


Costello的谢幕


1991年,Cadence收购了Valid公司。这家公司的明星产品Composer模拟版图提取工具,曾广泛应用于门阵列设计和印制电路板(PCB)设计之中。

由此一来,Cadence不再是一家只有IC设计工具的公司,而是将一只脚伸到了系统级,进入了PCB设计领域。特别值得一提的是,目前在PCB领域的绝对霸主Allegro,就源自Valid。

正是因为这次收购,Cadence的估值不断扩大,最终成为了当时最大的EDA公司。随后,商用EDA的风潮袭来,半导体公司也紧跟潮流,纷纷将从in-house工具转向商用EDA工具。

同时,90年代末期,各大系统集成公司也开始设计自己的芯片,从另一个方面推动了商业EDA工具的爆炸式发展。这和最近几年国内系统公司逐渐开始自己设计芯片的潮流,有着异曲同工之妙。二十多年前的路,我们也必须要重走一遍。

随着系统公司的加入,新的设计方法学也应运而生,这就是ASIC方法。这种方法将整个半导体电子电路设计流程分成了两个步骤,靠近终端系统的由系统公司来完成,而靠近硅片的部分由半导体公司完成。

整个设计流程的简化,以及半导体设计产业链的整合,从侧面推动了个人电脑与周边生态的爆发增长。那是一个半导体和EDA的黄金时代,就像国内这几年的人工智能爆发一样,有着类似的感受。

在90年代的后半叶,Cadence又进行了一些小规模的收购。而在1997年,Joe Costello辞去了CEO一职。新的Cadence CEO,Jack Harding来自Coopers and Chyan Technology,这家公司在1997年的早些时候刚刚被Cadence收购。


财务专业的CEO


随着半导体设计复杂度的不断提升,“Synthesis(综合)”已经成为了深入人心的设计方法。当时,Cadence在内部开发了一款名叫Synergy的工具,来进行RTL代码的自动化综合。

目前,这款工具仍旧活跃在Intel内部的FPGA设计团队中。

1998年,Cadence收购了Ambit Design Systems,然后推出了名为BuildGates的逻辑综合工具。而在2003年,Cadence还收购了Get2Chip公司来进一步工具逻辑综合工具。

1999年,Jack Harding离职,并由Cadence的CFO Ray Bingham继任CEO。

同年,Cadence收购了Quickturn公司,从而进入了硬件仿真领域。但是,真正占领这个领域的收购是2002年对IBM硬件仿真业务的收购。

从此,Cadence的硬件仿真器产品线拥有了主心骨。这也为未来在市场上横扫天下的Palladium Z1打下了优质的基础。

在Ray Bingham执掌Cadence时代,有三次及其重要的收购。

第一,2001年收购Silicon Perspective。该公司拥有一款名叫First Encounter的芯片布局工具,以及一款叫CadMos的SI分析工具,并为下一代布局布线做好了技术储备。

第二,2002年收购Simplex。该公司的产品将为Cadence补足了寄生参数提取和分析的能力。

第三,2002年收购IBM硬件仿真业务。诚如上文所说,我就不再赘述。
Ray Bingham在2004年离开了Cadence,接替他的是来自Intel的Michael Fister。


新纪元缔造者


Michael Fister上任之后,在2005年收了Verity公司。这家公司开创了一种可约束的随机验证方法学,并为此设计了一款语言,名叫“e”。通过这款设计语言,工程师可以将设计描述进行更高级的抽象。

这里可能要说一段小插曲。Cadence曾经在2008年6月,向Mentor Graphics公司提出过收购的邀约。而Mentor Graphics董事会对此事闭门不谈,对此项收购邀约完全不予理会。因此,仅仅过了两个月,Cadence宣布放弃这次收购。

然而,在2008年的美国金融危机面前,再优质的高科技公司也难逃市值暴跌的命运。Michael Fister黯然辞去了CEO一职。而在2008年余下的日子里,Cadence只能由临时执行委员会代理。

2009年,天命之子Lip-Bu Tan走马上任CEO,一直驾驶着Cadence这艘巨轮直到今天。


而面对半导体芯片设计更加复杂的近代,继续提高设计方法和流程的抽象层级,就是我们屡试不爽的惯用招数。由此,可以进行预设计的IP模块开始崭露头角。

2010年,Cadence收购了Denali公司,拥有了为Memory建立模型和提供IP的业务。据说Denali公司不仅仅产品出名,而且还特别爱举办宴会。每次的DAC大会上,Denali都会举办一次party,而Cadence也继承了这项传统。

在2013年,Cadence收购Tensilica是当年非常出名的收购案。Tensilica当时是可重构处理器IP的领头羊,其产品可以应用于音频和视频处理等专业领域的处理器中,而且能提供面向不同应用场景和需求的多用途处理器。

而在这之后,2013年堪称Cadence的收购狂潮。它收购了Cosmic Circuits、Evatronix,以及Transwitch等公司的IP业务,在IP领域拓展出了自己的一片天地。

而在2014年,Cadence收购了Forte Design Systems,使其拥有了高阶综合工具。它也是Cadence Stratus-HLS的前身。

另外,Cadence还收购了Jasper Design Automation,让JasperGold验证技术进入了Cadence大家庭。


并购大潮的降温


当我们重新审视设计方法学的更迭就会发现,几乎所有的设计流程都是通过无数优质的点工具(point-tool)进行的组合。

刚刚进入的千禧年时代,优质的点工具层出不穷。它们依靠一群资深而富有洞察力的工程师团队,与风险投资机构配合,将这些好的想法付诸实现。

尽管商用EDA公司也在研发新的产品,但有时候最佳的解决方案可能来源于外面。无论多大的公司,都会存在自己视野的局限性,因此收购就成为了最佳的提升手段。

从资本的角度来考虑这个现象,就不难理解。特别是近些年,移动互联网的兴趣,让我们深刻体会到了一个行业的利润总是向第一和第二名流入。

所以,决定一家公司的生死有时不是纯粹的技术和实力问题,而是“时间”。再好的技术也经不起时间的消耗,谁能提前占据头部,才能掌控话语权。

通过风投和收购的一系列操作,EDA行业有了健康的资本流动,初创企业不断涌现。现在我们常说的EDA三巨头,Cadence、Synopsys和Mentor Graphics,就是通过收购并整合技术来满足先进的半导体设计需求。


2015年,Cadence稍作休整,没有进行收购。这预示着并购大潮开始降温。

随着先进工艺的不断演进,半导体公司对于新产品的研发投入呈现巨量的增长。为了追随摩尔定律的脚步(追求更高的利润),以台积电为代表的晶圆代工厂不断推进先进工艺,而每次的研发投入都是上一次的数倍之多。

资金跟不上,就无法成为先进工艺的玩家,半导体公司面临着新一轮的洗牌(并购)。因此,到了近代,无论是晶圆代工厂、半导体设计公司,还是EDA公司都形成了稳定的金字塔结构。

这就让初创企业陷入了几乎无处发力的死循环。你必须拿到高额的融资,并且拥有(至少定义)一套完整的产品线,否则无法生存。

而到了2016年,EDA三巨头之一的Mentor Graphics被西门子收购,成为了西门子旗下的一个软件部门。到今天为止,真正独立运营的EDA巨头就只剩下了Cadence和Synopsys。

走进新航路


从2015年起,Cadence重新构建的先进数字设计平台产品线。我们今天常用的Innovus、Voltus、Genus、Tempus、Quantus等工具就是从那时开始改头换面,以一个整体面对市场的竞争。


无法从外部获得新的技术突破,那就必须自我革新与整合。除了数字设计平台,在功能验证领域,Cadence也将软件仿真、硬件仿真、形式化验证方法学、虚拟验证平台等等关键技术进行了融合,从而开发出了Xcelium等领先的软件工具。

从系统的角度来看,为了实现更大的片上吞吐量,我们已经进入了以Chiplet为指导方向的3D设计潮流。因此,高级封装技术变得尤为重要。

2019年,Cadence开始向系统仿真分析领域进行新的突破,先后推出了Clarity和Celsius等用于系统级的噪声和热分析工具,来应对未来的潮流。

到了今年,Cadence又进行了一次重磅收购,将National Instruments公司旗下的AWR收入囊中。这预示着Cadence补齐了高速微波射频仿真领域的最后一块拼图。这无疑是呼应了Cadence在2019年提出的新口号,“Intelligent System Design”,让系统设计变得智能化。

从此,Cadence不再是一家IC设计软件供应商,而是从更高的系统层次摇身一变,变成了智能系统设计全流程解决方案的提供商。


写在最后


每家大型公司都有自己的内在基因,它就像一个活生生的人,拥有自己的脾气性格,也拥有自己的处世之道。

Cadence就像是能包容万物的智者,也像能稳扎稳打的军事将领。它从不激进地毕其功于一役,也不会毫无主见地随波逐流。

如果一定要拿一个历史时期来比喻EDA的话,我叫它“盛唐”。


*免责声明:本文由作者原创。文章内容系作者个人观点,半导体行业观察转载仅为了传达一种不同的观点,不代表半导体行业观察对该观点赞同或支持,如果有任何异议,欢迎联系半导体行业观察。


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责任编辑:Sophie
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