始于積微成著，志在鑄芯筑魂

1   先驅(qū)者的“芯”路歷程

國(guó)微集團(tuán)起源于1993 年，可謂是中國(guó)半導(dǎo)體的元老級(jí)企業(yè)，也是最早在深圳開(kāi)半導(dǎo)體設(shè)計(jì)之先河的先行者，對(duì)行業(yè)發(fā)展具有深遠(yuǎn)意義。創(chuàng)建之初正值國(guó)家發(fā)起芯片產(chǎn)業(yè)的大規(guī)模沖擊，便承接“908 工程”項(xiàng)目，幾年后又承接“909 工程”，均做出突出貢獻(xiàn)。經(jīng)過(guò)二十多年來(lái)的穩(wěn)步發(fā)展，國(guó)微集團(tuán)成為半導(dǎo)體領(lǐng)域根深蒂固、枝葉豐茂，且名副其實(shí)的常青樹(shù)，其母公司國(guó)微控股有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)“國(guó)微控股”）于2016 年在香港上市，孵化出多家優(yōu)質(zhì)微電子企業(yè)，其中不乏知名 A 股上市公司。在新形勢(shì)下集成電路國(guó)產(chǎn)化的浪潮中，國(guó)微集團(tuán)將扮演什么角色？會(huì)發(fā)揮什么作用？帶著這樣的問(wèn)題，我在深圳的國(guó)實(shí)大廈拜訪了黃國(guó)勇副總裁，通過(guò)交流溝通，對(duì)于國(guó)微集團(tuán)發(fā)展規(guī)劃有了較為全面的了解。

黃國(guó)勇談到國(guó)微國(guó)產(chǎn)芯片發(fā)展一個(gè)重要里程，就是在2006 年成功推出第一代視密卡（CAM）芯片，次年成為DVB 國(guó)際組織成員，在2009 年又推出全球首款“CI+CAM”芯片，奠定在歐洲細(xì)分市場(chǎng)第一的地位。

視密卡是一種數(shù)字視頻條件接收（CA）模塊，連接電視機(jī)與外部信號(hào)源，可將數(shù)字壓縮信號(hào)轉(zhuǎn)成電視內(nèi)容并顯示，如圖1 所示。將視密卡插入帶有CI 接口的數(shù)字電視一體機(jī)，用戶可直接觀看所訂付費(fèi)數(shù)字電視內(nèi)容而無(wú)需機(jī)頂盒，這就要求視密卡芯片具有很高的集成度和可靠性。國(guó)微的芯片不僅做到這些，還有成本的優(yōu)勢(shì)，和對(duì)客戶支持很好的響應(yīng)，所以占據(jù)全球視密卡市場(chǎng)份額半數(shù)以上（據(jù)Frost&Sullivan 統(tǒng)計(jì)）。

圖1 視密卡在高清數(shù)字電視業(yè)務(wù)中的應(yīng)用

國(guó)微集成電路的開(kāi)發(fā)覆蓋頗廣，囊括安全芯片、物聯(lián)芯片、觸控芯片等系列，還在加大圖像AI 芯片、語(yǔ)音和聲紋芯片、傳感芯片的研發(fā)力度，這不僅發(fā)揮出其深厚的芯片開(kāi)發(fā)積淀和能量，而且對(duì)于集成電路電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）芯片設(shè)計(jì)工具有著超乎尋常的掌握，由此具備全面掌控的實(shí)力。

2   耕耘者的“芯”器歷練

“工欲善其事，必先利其器”是一種共識(shí)。集成電路本土產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵無(wú)外乎一硬和一軟的兩大利器，前者就是已被廣泛關(guān)注的光刻機(jī)設(shè)備，后者則是EDA設(shè)計(jì)工具軟件系統(tǒng)。黃國(guó)勇指出，當(dāng)前國(guó)際三大巨頭Synopsys、Cadence 和Mentor Graphics 公司壟斷EDA市場(chǎng)，可為芯片企業(yè)提供全套開(kāi)發(fā)工具軟件系統(tǒng)。雖然二十世紀(jì)八十年代末國(guó)家投入完成“熊貓集成電路CAD 系統(tǒng)”，卻沒(méi)能產(chǎn)業(yè)化而停滯。之后陸續(xù)有EDA公司出現(xiàn)，但其工具軟件基本停留在分散的點(diǎn)工具，全套工具鏈很不完全。作為完整產(chǎn)業(yè)鏈條的半導(dǎo)體需要長(zhǎng)期的迭代過(guò)程來(lái)完善，而國(guó)內(nèi)EDA 廠商參與晶圓廠合作研發(fā)的機(jī)會(huì)不多，使得推出的EDA 產(chǎn)品用戶寥寥，就會(huì)因反饋不全面而難以改進(jìn)，形成死循環(huán)。這就使得國(guó)產(chǎn)芯片沒(méi)有國(guó)產(chǎn)EDA 軟件系統(tǒng)支持，無(wú)形中存在“卡脖子”的危機(jī)。

如何使國(guó)內(nèi)EDA 軟件系統(tǒng)與集成電路產(chǎn)業(yè)鏈密切結(jié)合而成為良性循環(huán)？就成為中國(guó)EDA 企業(yè)所要面臨的挑戰(zhàn)。國(guó)微集團(tuán)憑借2018 年承擔(dān)“芯片設(shè)計(jì)全流程EDA 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用”國(guó)家重大科技專(zhuān)項(xiàng)契機(jī)，勇于擔(dān)當(dāng)、銳意進(jìn)取，下定決心在 EDA 技術(shù)領(lǐng)域一展身手。

縱觀數(shù)字芯片設(shè)計(jì)全流程，如圖2 所示的EDA 平臺(tái)，首先要進(jìn)行建模驗(yàn)證、邏輯綜合，再要進(jìn)行軟件和硬件仿真，然后布局布線，后面就是時(shí)序分析等等一系列的驗(yàn)證。

圖2 數(shù)字全流程EDA平臺(tái)

芯片設(shè)計(jì)的流程極為復(fù)雜，所涉及到的EDA 工具非常多，其中每種在設(shè)計(jì)流程中都舉足輕重，只有在特定時(shí)間內(nèi)保證所有設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證仿真的結(jié)果都滿足設(shè)計(jì)需求，才能確保芯片順利完成并投產(chǎn)。EDA 工具一般分為設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)工具和驗(yàn)證仿真工具兩類(lèi), 對(duì)應(yīng)芯片開(kāi)發(fā)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證測(cè)試兩個(gè)并行流程，如圖3 所示框圖，關(guān)聯(lián)且交互。設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)從起始，RTL 文件經(jīng)邏輯綜合產(chǎn)生Netlist 表，然后先進(jìn)行布圖，再進(jìn)行布局布線，輸出GDS 文件結(jié)束設(shè)計(jì)。同步進(jìn)行的驗(yàn)證測(cè)試分功能驗(yàn)證和邏輯驗(yàn)證，包括門(mén)級(jí)仿真、硬件加速器仿真、時(shí)序分析、功耗分析、形式驗(yàn)證、物理驗(yàn)證等等。所進(jìn)行的測(cè)試流程包括可靠性設(shè)計(jì)和芯片測(cè)試，而上述過(guò)程都離不開(kāi)時(shí)序庫(kù)、功耗庫(kù)、噪聲庫(kù)和物理庫(kù)的支持。

圖3 EDA系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程框圖

鑒于與國(guó)際水平技術(shù)差距近二十年，唯有選擇特殊途徑才能減小時(shí)間差，為此國(guó)微建立國(guó)產(chǎn)EDA 平臺(tái)時(shí)，選擇引進(jìn)設(shè)計(jì)思想先進(jìn)、整體軟件架構(gòu)較好的布局布線關(guān)鍵技術(shù)，再將其中通用服務(wù)引擎如時(shí)序、功耗等工具分離出來(lái)形成獨(dú)立工具。這就打造出數(shù)字芯片設(shè)計(jì)全流程 EDA 系統(tǒng)平臺(tái)的關(guān)鍵一環(huán)，基于模塊級(jí)布局布線系統(tǒng)，輔以布局、時(shí)鐘樹(shù)綜合、布線、時(shí)序優(yōu)化、功耗優(yōu)化等內(nèi)建工具，可以實(shí)現(xiàn)IC 設(shè)計(jì)的快速收斂。這些系統(tǒng)工具已得到國(guó)際先進(jìn)工藝廠商40 nm、28 nm、16 nm、10 nm 的工藝認(rèn)證，并得到更多工藝廠商不同程度的支持。

3   有志者的“芯”育情懷

黃國(guó)勇強(qiáng)調(diào)，EDA 作為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中不可或缺的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其國(guó)產(chǎn)化志在必得，這將直接促進(jìn)芯片的國(guó)產(chǎn)化的綜合能力。所以國(guó)微集團(tuán)以之作為最重要的戰(zhàn)略發(fā)展方向，其重大舉措就是吸納眾多EDA 行業(yè)的頂尖人才。他在清華計(jì)算機(jī)系連獲學(xué)士、碩士、博士學(xué)位，投身EDA 領(lǐng)域很早，曾有“熊貓系統(tǒng)研發(fā)”及海外工作經(jīng)歷，擔(dān)任過(guò)多項(xiàng)國(guó)家EDA 攻關(guān)課題重任，并于2017年加入國(guó)微。他坦言，國(guó)內(nèi)EDA 領(lǐng)域人才匱乏使得研究和開(kāi)發(fā)力量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，國(guó)微為此將EDA 人才培養(yǎng)放在重要的地位，促進(jìn)微電子領(lǐng)域產(chǎn)學(xué)研的深層次結(jié)合。

國(guó)微集團(tuán)和國(guó)內(nèi)大學(xué)的合作已開(kāi)始布局，與西安電子科技大學(xué)于2019 年初成立西電國(guó)微EDA 研究院，與東南大學(xué)2020 年中成立EDA 聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，與國(guó)內(nèi)多所高校建立研究生培養(yǎng)和實(shí)習(xí)基地。加強(qiáng)校企合作首先以EDA 企業(yè)具體需求為出發(fā)點(diǎn)，然后發(fā)揮各自特長(zhǎng)。

專(zhuān)注于基礎(chǔ)算法研究，而EDA 企業(yè)以工程項(xiàng)目攻關(guān)方式完成產(chǎn)業(yè)要求，教師和學(xué)生在實(shí)戰(zhàn)中不斷積累經(jīng)驗(yàn)，這樣的良性互動(dòng)才能更好地使EDA 企業(yè)和高校受益，從而培植以國(guó)產(chǎn)化EDA 開(kāi)發(fā)國(guó)產(chǎn)化芯片的新興力量。

最近的經(jīng)濟(jì)熱詞是“內(nèi)循環(huán)”，半導(dǎo)體行業(yè)同樣需要內(nèi)循環(huán)，通過(guò)政府、企業(yè)、學(xué)校、科研機(jī)構(gòu)等把循環(huán)打通，保持解決問(wèn)題的態(tài)度，整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈一起努力，相互促進(jìn)，協(xié)同發(fā)展，形成完整的生態(tài)系統(tǒng)，才能不再受制約。黃國(guó)勇認(rèn)為，只有潛下心來(lái)，把目光放長(zhǎng)遠(yuǎn)，把內(nèi)循環(huán)做好，為中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)貢獻(xiàn)成熟的數(shù)字芯片設(shè)計(jì)全流程EDA 系統(tǒng)的目標(biāo)就完全可以達(dá)到。

（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志社2021年2月期）