EDA行业演变与主要供应商

概述

电子设计自动化（EDA）工具是集成电路（IC）工作流程的基础，涵盖设计、制造、封装和测试。作为芯片设计和生产的软件骨干，EDA工具在将器件概念转化为可制造的硅片中发挥着核心作用。本文回顾了EDA技术，总结了主要的国际和中国厂商，并整理了支持芯片开发和制造各阶段的关键EDA工具类别。

什么是EDA

EDA（电子设计自动化）指的是一系列用于辅助大型集成电路全生命周期的计算机软件工具，包括功能设计、综合、验证、制造、封装和测试。EDA属于支持产品研发、工艺规划、制造、市场营销、采购、运营和服务的工业软件类别。EDA与CAD、CAE、CAM和PLM并列为工业软件中的研发数字化软件。

狭义上，EDA通常指芯片设计过程中所需的工具。EDA广义上涵盖设计、制造及包装/测试阶段所需的软件工具。这些工具包括系统级设计与仿真、电路设计与仿真、印刷电路板设计与验证、集成电路布局设计与验证、数字逻辑与模拟电路设计、混合信号设计、SoC设计、PLD设计、ASIC设计等。从晶体管级器件到完整的电子系统，如GPU、无线电、消费电子、手机、计算机和汽车电子设备，EDA工具贯穿设计、仿真和验证各个环节。

为便于理解，本文将电路设计与仿真工具、芯片设计与制造工具以及PCB设计工具归入EDA范畴。随着大规模集成、计算和系统设计的进步，EDA技术迅速发展并扩展到许多应用领域。

主要EDA供应商

全球EDA是一个高度集中的市场。Synopsys、Cadence、西门子EDA和Ansys常被视为领先厂商，共同占据了全球市场的重要份额。他们的主导地位在于提供涵盖前端设计、后端设计、仿真/验证和签核的广泛端到端工具集，形成封闭设计流程。其他国际厂商包括Silvaco、Keysight、Altium和Zuken，各自专注于特定子域名。

Synopsys

Synopsys 提供全面的芯片设计和验证产品线。其主要优势包括数字设计、逻辑综合以及时序分析工具，如Design Compiler、PrimeTime和IC Validator，用于物理验证。

节奏

Cadence在整个电子设计流程中提供工具，包括系统级设计、功能验证、电路综合、布线与布线、物理验证、模拟/混合信号和射频设计、全定制设计，以及硬件建模和仿真。Cadence在模拟和混合信号设计工具方面表现强劲。

西门子EDA

西门子EDA前身为Mentor Graphics，提供全面的软硬件设计解决方案，在后端布局和PCB设计工具（如PowerPCB和Expedition）方面占有优势。

安西斯

收购Ansoft后，Ansys扩展至EDA，带来了射频和高频仿真能力。Ansys专注于签约和仿真，采用RedHawk等工具进行功耗感知设计和电力传输网络分析。

西尔瓦科

Silvaco提供TCAD工艺与器件仿真、SPICE参数提取、电路仿真以及全定制集成电路设计与验证工具，专注于模拟和混合信号设计。其Victory TCAD设备建模工具获得行业认可。

瞄准器

Keysight 是电子与光学测试测量领域的领导者，提供集成器件建模、电路设计、电磁仿真、布局和系统级建模的 EDA 工具，尤其适用于通信产品设计。

阿尔提姆

Altium 开发基于 PC 的 PCB 设计软件，提供原理图绘制、自动布线和 PCB 元件布局工具。其早期的Protel工具被广泛用于快速的PCB设计流程。

祖拳

Zuken专注于PCB、MCM、混合式和集成电路封装设计软件及相关支持服务，重点涵盖PCB、线束和芯片封装领域。

来源：CIMdata

EDA工具类别及其适用范围

EDA工具的进步有助于控制芯片设计成本，加快设计周期。完整的芯片设计和制造流程可分为工艺平台开发、芯片设计和芯片制造。代工厂通常主导工艺平台开发，生产器件模型和分发套件，如设计者PDK。芯片设计厂利用这些PDK和库实现电路、验证功能并进行物理实现。代工厂随后根据最终设计文件制造芯片。每个阶段都需要特定的EDA工具，这些工具可分为设计类和制造类EDA软件。

设计级EDA

由于设计方法、流程和验证要求的不同，设计类EDA通常分为数字和模拟工具集。

数字芯片设计工具

数字工具涵盖架构设计、RTL编码、仿真与验证、逻辑综合、静态时序分析（STA）以及物理验证。架构工具以高度抽象为基础，包括原理图/行为编辑器和系统级模拟器。代表性工具包括Cadence Virtuoso、西门子EDA Tanner S-Edit、Synopsys定制编译器、Huada Empyrean Aether SE和Vermeer NavisPro。

RTL 编码以硬件描述语言表达，如 Verilog、VHDL 或 SystemVerilog。仿真和验证工具验证RTL行为;例如Cadence Xcelium和Spectre系列、西门子ModelSim、Synopsys VCS，以及中国厂商的厂商专用模拟器。逻辑综合将RTL转换为门级网表;常用工具包括Cadence Genus、西门子Precision RTL、Synopsys设计编译器和Fusion编译器，以及Synplify。STA工具包括Cadence Tempus、西门子Velocity、Synopsys PrimeTime，以及国内产品如ICExplorer-XTime和TRASTA。物理验证和签核工具包括Cadence Pegasus、西门子Calibre、Synopsys IC Validator、Ansys RedHawk、Huada Empyrean Skipper等。

模拟与混合信号设计工具

模拟设计通常自动化程度较低，使用图形原理图而非HDL。工具支持电路设计、仿真、布局、寄生提取和物理验证。典型工具包括Cadence Virtuoso、西门子坦纳、Synopsys Custom Compiler和Laker、Zuken CR-8000、Huada Empyrean Aether、Vermeer NanoDesigner、Glorious Micro SmtCell和九通方eSchema。仿真工具包括Cadence Spectre、Synopsys HSPICE、西门子ELDO，以及家用模拟器如ALPS和NanoSpice变体。布局工具解决了DRC和LVS检查，并与铸造厂特定规则集成。寄生提取工具包括Cadence QRC、西门子Calibre XRC、Synopsys Star-RC、Silvaco提取工具、Huada Empyrean RCExplorer以及GloryIC的GloryEX。物理验证工具包括Cadence Dracula和PVS、西门子Calibre、Synopsys Hercules及家用等效产品。

制造级EDA

制造类EDA涵盖单元库、器件建模、PDK开发、计算光刻、良率分析和封装建模。

标准单元库工具包括Cadence Liberate、西门子Solido、Synopsys SiliconSmart，以及家用工具如Huada Empyrean Liberal/Qualib和Vermeer NanoCell/LibWiz。晶圆厂使用的器件建模工具包括Silvaco Victory TCAD、Keysight MBP/IC-CAP、Huada Empyrean XModel、Vermeer BSIMProPlus及相关套件，以及九通方ePCD。PDK 生成和质量保证工具包括 Huada Empyrean PDK 构建与质量保证、Vermeer PCellLab 和 PQLab，以及 Xinpact iModeler/iVerifier。

计算光刻技术包括OPC、源掩膜优化、多重图案化和逆光刻解法。主要工具包括西门子Calibre、Synopsys Proteus和Synthesis，以及本地光学公司等国内OPC解决方案。Cadence、西门子、Synopsys及中国供应商提供屈服率和金属填充解决方案的良率分析和填充工具。封装和封装级建模工具包括西门子Xpedition Package Designer、Altium Designer、Zuken CR-8000、Vermeer PadInspector和Xinpact Metis/Hermes。

EDA工具在PCB层面同样至关重要。PCB EDA 工具包括 Cadence OrCAD 和 Allegro 系列、西门子 PowerPCB 和 Expedition、Altium Designer、Zuken CR-8000 Design Force、JLC EDA、Wangyou DFM Expert、EasyEDA 以及本地厂商的板级 DFM 工具。

在许多点工具领域，中国厂商取得了突破，并建立了竞争优势。中国的厂商正在推进多点布局，逐步构建生态系统。然而，与国际EDA巨头相比，中国厂商在系统级完整性和先进技术方面仍面临不足。尽管国内解决方案在器件建模和PDK方面取得了显著进展，但一个完全集成的端到端工具链仍在进行中。