始于積微成著，志在鑄芯筑魂

1   先驅(qū)者的“芯”路歷程

國微集團(tuán)起源于1993 年，可謂是中國半導(dǎo)體的元老級企業(yè)，也是最早在深圳開半導(dǎo)體設(shè)計(jì)之先河的先行者，對行業(yè)發(fā)展具有深遠(yuǎn)意義。創(chuàng)建之初正值國家發(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)過二十多年來的穩(wěn)步發(fā)展，國微集團(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，其母公司國微控股有限公司（簡稱“國微控股”）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。在新形勢下集成電路國產(chǎn)化的浪潮中，國微集團(tuán)將扮演什么角色？會發(fā)揮什么作用？帶著這樣的問題，我在深圳的國實(shí)大廈拜訪了黃國勇副總裁，通過交流溝通，對于國微集團(tuán)發(fā)展規(guī)劃有了較為全面的了解。

黃國勇談到國微國產(chǎn)芯片發(fā)展一個重要里程，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)與外部信號源，可將數(shù)字壓縮信號轉(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。國微的芯片不僅做到這些，還有成本的優(yōu)勢，和對客戶支持很好的響應(yīng)，所以占據(jù)全球視密卡市場份額半數(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

國微集成電路的開發(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發(fā)積淀和能量，而且對于集成電路電子設(shè)計(jì)自動化（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。集成電路本土產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵無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)。黃國勇指出，當(dāng)前國際三大巨頭Synopsys、Cadence 和Mentor Graphics 公司壟斷EDA市場，可為芯片企業(yè)提供全套開發(fā)工具軟件系統(tǒng)。雖然二十世紀(jì)八十年代末國家投入完成“熊貓集成電路CAD 系統(tǒng)”，卻沒能產(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)體需要長期的迭代過程來完善，而國內(nèi)EDA 廠商參與晶圓廠合作研發(fā)的機(jī)會不多，使得推出的EDA 產(chǎn)品用戶寥寥，就會因反饋不全面而難以改進(jìn)，形成死循環(huán)。這就使得國產(chǎn)芯片沒有國產(chǎn)EDA 軟件系統(tǒng)支持，無形中存在“卡脖子”的危機(jī)。

如何使國內(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EDA 企業(yè)所要面臨的挑戰(zhàn)。國微集團(tuán)憑借2018 年承擔(dān)“芯片設(shè)計(jì)全流程EDA 系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用”國家重大科技專項(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，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，后面就是時序分析等等一系列的驗(yàn)證。

圖2 數(shù)字全流程EDA平臺

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, 對應(yīng)芯片開發(fā)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證測試兩個并行流程，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)證測試分功能驗(yàn)證和邏輯驗(yàn)證，包括門級仿真、硬件加速器仿真、時序分析、功耗分析、形式驗(yàn)證、物理驗(yàn)證等等。所進(jìn)行的測試流程包括可靠性設(shè)計(jì)和芯片測試，而上述過程都離不開時序庫、功耗庫、噪聲庫和物理庫的支持。

圖3 EDA系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程框圖

鑒于與國際水平技術(shù)差距近二十年，唯有選擇特殊途徑才能減小時間差，為此國微建立國產(chǎn)EDA 平臺時，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)引擎如時序、功耗等工具分離出來形成獨(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)平臺的關(guān)鍵一環(huán)，基于模塊級布局布線系統(tǒng)，輔以布局、時鐘樹綜合、布線、時序優(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)，其國產(chǎn)化志在必得，這將直接促進(jìn)芯片的國產(chǎn)化的綜合能力。所以國微集團(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)任過多項(xiàng)國家EDA 攻關(guān)課題重任，并于2017年加入國微。他坦言，國內(nèi)EDA 領(lǐng)域人才匱乏使得研究和開發(fā)力量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，國微為此將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。

國微集團(tuán)和國內(nèi)大學(xué)的合作已開始布局，與西安電子科技大學(xué)于2019 年初成立西電國微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。

專注于基礎(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)，這樣的良性互動才能更好地使EDA 企業(yè)和高校受益，從而培植以國產(chǎn)化EDA 開發(fā)國產(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，保持解決問題的態(tài)度，整個產(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。黃國勇認(rèn)為，只有潛下心來，把目光放長遠(yuǎn)，把內(nèi)循環(huán)做好，為中國集成電路產(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。

（本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志社2021年2月期）