【ICCAD 2021】西门子EDA：数字孪生将带来超越EDA的概念

2017年4月，西门子正式收购EDA工具三巨头之一的Mentor Graphics。从美国下市后，公司一直采用用Mentor, a Siemens Business的名字，但是从2021年1月1起，公司正式更名为西门子EDA（Siemens EDA）。

过去几年，西门子EDA保持着独立运营，西门子也为其收购了不少公司。回顾几家EDA巨头的发展史，会发现并购是EDA行业发展的必经阶段，因为EDA是支撑摩尔定律的关键，而半导体技术的演进非常快，只有通过不断兼并创新公司壮大产品线，才能满足日益复杂的系统设计需求。

“EDA工具如果不能做到最好，客户在做最新设计时就不会想用它，所以我们必须时刻加强工具本身的深度和宽度。”在日前举办的中国集成电路产业设计年会（ICCAD 2021）上，西门子EDA全球副总裁兼中国区总经理凌琳在接受《电子工程专辑》等媒体采访时说到，“就拿工艺节点来说，我刚入行时还在做0.25或0.18微米，现在3纳米的样片已经出来了。过去20年跨越了十几个技术节点，摩尔定律能一路坚持下来，是全行业生态系统努力协同的结果。”

西门子EDA全球副总裁兼中国区总经理凌琳

谈到摩尔定律的放慢甚至将要面对的终结，凌琳认为，摩尔定律不是技术定律，而是经济定律。因为“技术演进要考虑成本压力，实现缩微的成本要大家买得起，技术往前推进才有意义。EDA工具传统上是跟随支持摩尔定律往下发展的，先进工艺给EDA带来了更高的挑战，包括物理现象、新型半导体材料以及新型半导体设备的演进，EDA都必须完全跟上。”

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以并购夯实产品组合

据悉，西门子今年已经在EDA领域收购了四家公司。

其中，OneSpin Solution是一家形式验证软件供应商，专注于FPGA方面的IC的验证。此前的Mentor Questa ModelSim平台借由OneSpin加入，能够在Questa CoverCheck上实现等效检查（equivalence checking，EC）。

第二家是Fractal，是一家签核级质量 IP 验证解决方案供应商。由于现在越来越多的IC设计公司有IP整合需求，这类工具可以帮助西门子的 EDA 客户更快、更容易地验证集成电路设计中用到的内外部 IP 和器件库，以提高整体质量并缩短上市时间

第三家是PRO DESIGN Electronic公司旗下，具有FPGA桌面原型验证技术的proFPGA产品系列。西门子EDA本身有硬件仿真加速器等验证业务，但未来的趋势是芯片要放到系统中跟软件协同验证，这就需要扩展原来的原型验证平台。通过此次收购，西门子可以将用于实验室和桌面环境的可扩展、高性能原型验证平台更完整地集成到Veloce 硬件辅助验证系统中，使其达到最佳效果。

第四家是Supplyframe，这家公司专注电子供应链管理，同时旗下还有行业垂直媒体。收购能使西门子EDA的用户无缝、快速地访问西门子的产品和Supplyframe的市场和产业情报，将帮助客户降低成本，提高敏捷性，并做出高度明智的决策。此次收购还通过软件即服务（SaaS）加强了西门子的产品组合，不仅在EDA和PCB领域，也扩展到其他技术领域。

数字孪生将带来超越EDA的概念

数字孪生是近年来整个行业的热点，简单来说它是设计理念到个物理世界的所有映射和链接。由于EDA专注于芯片和系统应用层面，所以集成电路是最早较完美运用数字孪生概念、并且实现效能和产能的行业。

凌琳表示，集成电路技术演进快，设计的复杂性倒逼企业用各种解决方案实现芯片的设计和量产，EDA的践行过程也随着摩尔定律演进而提升。这就需要用到数字孪生的另一个特点：模型统一化（Unify）和跨领域，在统一的规则下做全生命周期仿真会牵一发而动全身。前面说到，西门子EDA不光是把数字孪生用在芯片设计上，还会把芯片放在子系统中，对新技术做数字孪生的映射验证。“我们认为，从电子到机械，到包括超级系统都是有能力进行全生命周期仿真、计算和演进的。”

以电动汽车为例，这是当前对数字孪生技术应用最多的领域之一，全球一半的电动汽车企业在中国，其中大部分互联网造车新势力的特点是采用代工制造，自身则只专注设计、电子及软件方面，很多车企还自己做ADAS、辅助驾驶甚至自动驾驶芯片。

传统燃油车机械模块采用的都是现有解决方案，但是要自研芯片进入自动驾驶和电动汽车等新领域，投资会大到经不起失败。如何确保第一次做就成功？凌琳表示，西门子的PAVE360 就是一个建立在数字孪生概念上的绝佳例子。它是一个完整的自主车辆验证与确认环境，在芯片生产出来之前就可以通过该环境模拟其在汽车中的行为模式能不能达到功耗等方面的要求。

“整车OEM厂商非常需要这样的系统验证，否则他们从Tier1或Tier2采购的芯片未必能完美适配其系统设计，就算自己花大量金钱自研芯片或子系统也不能保证性能比直接采购更好。”凌琳说到，“在芯片生产出来之前，就知道芯片在系统中的性能表现，进而帮助用户完善芯片的定义、实现、生产及量产，这就是数字孪生的能力。”

3D IC上的进展

今年ICCAD上谈到最多的话题是3D IC、Chiplet，涉及到2.5D、3D的异构集成封装。据介绍，早在2013年左右，当时还名为Mentor的西门子EDA就已有支持CoWoS和整合型扇出（InFO）封装的工具解决方案，并有客户采用做出了异构集成封装的芯片。

这得益于西门子 Xpedition/XPD/XPI等PCB设计工具，当时不管板基还是硅基做2.5D或3D堆叠都是由这些工具延展出来，超越了芯片内部设计的范畴。而一些友商只专注IC设计工具，没有这些PCB或系统级工具，只能与其他公司联盟做2.5D、3D封装。

Chiplet是当今时代的更好选择，相当于用一个个虚拟小IP的组合来延缓摩尔定律的终结。其中的必要部分用先进工艺做，其他不需要特别先进工艺的功能部分，例如模拟、RF可以用成熟技术节点做。如何把这些异构的部分集成到一块硅基上，是目前业界正在解决的问题。

据凌琳透露，两年前在西门子EDA的支持下，AMD和台积电依靠CPU+GPU的Chiplet组合赢得了市场。在这个案例中，EDA工具需要在早期就跟Fabless、Foundry共同协作，才能支持芯片在设计上达到Chiplet异构集成封装的标准。

关于泛EDA 

Mentor无论在独立时，还是被西门子并购后，都非常专注更高抽象层次的设计和验证。他们曾判断，传统写RTL、HDL的时代一去不复返，将来的代码量会越来越少，转而采用C，C++和SystemC这类更高阶的语言，更多工作会交给工具和库完成，如此一来引入更多AI做迭代，写代码的速度远超人类。

据凌琳透露，西门子EDA此前与第三方调研机构IC Insight做了一个联合调查，其中关于近五年Foundry客户增量的数据显示，系统公司的年复合增长率达到70%。这意味着晶圆代工厂的大量客户不再是传统Fabless公司，而可能是系统公司的某个芯片设计部门。

所以从西门子EDA到整个西门子数字化工业软件，组成了抽象层次更高、更贴近系统的泛EDA概念。“我们一直认为，EDA存在的意义就是快速帮客户把产品推上市。客户往往希望兼顾速度和成本，，但是如果贵一些的工具能加速产品占领市场的时间，或更贴合其客户需求，那他们会更愿意选择这类工具。”

总结

技术演进和改变必然会产生新的机遇，这几年在政府和国家大力支持下，很多国产EDA、IP公司都获得了更好的发展机会。抓住一次新的技术演进，或是一个破坏性、改变性的过程，就会产生很多伟大的新公司，“在外部环境大改变的情况下，我相信中国的公司如果专注创新，一定会有比之前更好的机会。”

据介绍，Mentor是第一家进入中国市场的EDA公司，至今已经30多年。当时中国对于芯片设计工具的需求还较少，大部分是PCB和电路设计；而母公司西门子的发电报机，则早在清朝同治年间就进入中国，至今已近150年。“西门子EDA一直秉承‘在中国，为中国’，目的是做好国际技术和解决方案的对接，倾听各个市场客户的需求，提供好技术服务和支持，提供最优化的工具和定制化的服务，帮助客户将产品做成功。”凌琳说到，“我们用开放的心态跟本地伙伴共建生态系统，本土公司要从各个方面兼容并收演进，我们也愿意跟他们成为伙伴。” 

责编：Luffy Liu