EDA软件四大金刚

芯片在进入量产之前，需要进行试产，也就是流片，完成的设计电路要生产几个或者几十个芯片心流是一个极其昂贵的过程

在14纳米工艺时代，一次电影流片成本约为300万美元7 nm的话，这部电影的成本将高达3000万美元为了防止轻率浪费，有必要对电子设计自动化软件进行模拟测试即使所有设计工具的成本加起来，也无法覆盖一次性流的成本因此，需要通过软件中的模拟来确保不丢失任何东西，这样才能真正开始流式传输

那么什么是万无一失呢。

这是一个叫做签署的过程一长串，功耗，噪音，散热，静电等等需要一个一个查只有经过验证的EDA软件经过模拟后，晶圆加工厂才会认可相关结果

每当TSMC召开行业会议时，整个半导体行业几乎都在全神贯注它将涉及许多成熟的工具和解决方案对于行业来说，无论哪种方案，都会向它靠拢经过TSMC的验证，它已经成为行业内的黄金标准，是主流选择

就电子设计自动化软件而言，TSMC主要认可统称为MACS的四大EDA厂商，即Synopsys，Cadence和Mentor，以及仿真CAE领域的龙头企业AnsysAnsys的EDA软件刀锋冰冷，似乎被其整体品牌所覆盖，但并不影响其EDA软件成为业界的黄金标准之一EDA软件的四大金刚也在引领芯片的发展方向

EDA的全球市场集中度相当高如果仅从EDA软件的角度来看，大金刚的市场份额可以达到80%，美国供应商占据主导地位剩下的市场份额被很多其他EDA软件瓜分，包括澳大利亚的Altium，美国的Silvaco和Aldec等在国内，今年有公司上市，如全伦电子，华大九天等但是在美国，二十年没有新的EDA公司上市就全球格局而言，这个市场显示出高度成熟的迹象但EDA软件是半导体行业的深水炸弹，正在酝酿着全新的内涵，以适应芯片制造的最新趋势

原子们住在新的宫殿里。

毫无疑问，小芯片已经成为最近两年的焦点之一但需要指出的是，三维封装技术历史悠久，先进的半导体制造工艺在两条道路上发展了很多年

第一条路，也就是沿着摩尔定律指示的方向，按照节点进化的规律，胜利了摩尔定律是一条舒适的捷径让半导体规划者高兴的是，技术路线图是确定的这座温暖的灯塔六十多年来一直稳定地照耀着，但它的光芒正在消退，人们担心它会失去最后的光芒先进的工艺正在接近纳米尺寸这就像一把无限微缩的剑闯入了无数原子居住的大厅，随意游荡的原子在面对不速之客时会表现出惊讶，狂怒和不可预知的新特点原子大小是保持微观世界完整的最小堡垒，也是芯片物理世界的终极战场基于原子的区间划分将是摩尔定律最后的辉煌

在后摩尔时代，需要为这盏即将蒙尘的灯找到一个全新的光源。

第二条路，其实业内早就看出来了，只是人稀而已日本从20世纪80年代就开始考虑立体包装的路线简单来说，就像在二维平面的垂直方向上建造一座三维的高楼因为第一条路畅通高效，所以人们并不热衷于这条路但是，伴随着后摩尔定律时代的到来，芯片技术在大路上遇到了对面的原子，竖起了南墙，所以三维封装这种非主流的方式现在已经成为了一种全新的武器小芯片小芯片开始出现通过许多小芯片的组合，构造出一个系统级的大芯片

这是一种系统思维，实现了各种同构异构电路的立体集成更妙的是，它是一种芯片软件的思想每个芯片都可以看作某个软件的一个子功能这些小芯片将以软件程序调用的方式四处移动，组合这种积木本质上是一种知识复用，每个小芯片都有独特的技能，都经历过摩尔定律

因此，小芯片的封装方式并不意味着传统鳍状场效应晶体管的崩溃相反，通过小芯片，可以连续激发翅片管的极限其实两者是互补路线每个子函数仍然需要保证是最优算法，每一个小芯片还是要做到最好的工艺超越摩尔不是另一种打破摩尔定律的方式，而是站在摩尔定律高耸的肩膀上才能实现的超越

高级包装不是简单包装的叠加这不太可能是一场只能由传统下游包装厂商发起的战役这注定是来自晶圆加工厂设计源头的一声枪响无论是高级封装还是小芯片，都只能从芯片设计入手这条路线的标杆，大概率只能由芯片厂商来推动，而不是传统封装公司

原子可以变得快乐他们所习惯的平房将拔地而起，成为高楼大厦微小的芯片开始有更多的邻居可是，他们也正在进入一个大尺寸空间的宏观世界各种不相关的物理叠加效应，如热，电磁，力等，像越来越猛烈的西风一样穿过大厅，曾经可以忽略的哨声变得尖锐多物理场效应——这种现象，在宏观尺度上更为明显，开始对原子新厅构成巨大威胁散热，翘曲等已经成为芯片制造中的巨大挑战

乐于为原子建造新宫殿的芯片设计工程师必须想出应对多物理场效应的方法全方位的模拟自然是不可或缺的工具而这一点，在航空，机械，汽车等工程师看来，早已是一个普遍的挑战Ansys是多物理场模拟的领导者，它为熟练的工程师提供了方便的工具

Ansys从最早的力学开始，逐渐将版图扩展到流体，热，电磁，光电等物理领域即使是半导体EDA软件的仿真市场，也是苦心经营多年但是目前的小芯片让它的多物理场模拟功能显得格外耀眼

EDA软件的新时代已经到来。

3G后期，第一步判断。

早在2008年4月，已经在机械制造仿真领域奠定王者地位的Ansys就以5.4亿美元的价格收购了EDA厂商Ansoft，确立了自己在电路板高频仿真领域的独特优势电磁场行业黄金标准仿真软件HFSS曾占据电磁场和射频电路80%的市场份额

通过这次合并，Ansys直接进入了芯片行业可是，这一半导体领域的突破一度被认为是一次失败的收购收购时还在股市高点，但两个月后，金融危机不期而至，股市暴跌这看起来像一个赔钱的生意

在交流旋转门被切换的那一刻，Ansys挤进了电子工业的殿堂从2009年开始，3G通信终于有了一个上升的曲线，给整个电子行业带来了繁荣2010年苹果的iPhone4已经奠定了市场地位，芯片也越来越复杂伴随着通信行业的大发展，对芯片高速，高频模拟的要求越来越高Ansys收购ANSOFT成为先手棋

系统级前夕

2011年，芯片电源设计软件Apache Design Solutions在上市前处于沉寂期，却意外被Ansys以3.1亿美元收购此时，虽然Ansys的收入只有7亿美元，但其市值已经达到60亿美元，资本市场对这家企业的未来给予了充分的信任

这次收购来自于Ansys对未来芯片趋势的判断。

一般来说，芯片的组成方式有三种，即芯片级，封装级，PCB板连接多个芯片组成的系统三层中的每一层都有自己的苦恼需要处理

芯片上的电路只有十几到几百个原子宽上亿个门电路将分布在狭小的空间里，芯片的功耗和静电将成为工程师需要面对的障碍

然后就是包装微小的灰尘状芯片应该通过包装来保护，以避免灰尘和湿气损坏芯片这涉及到很多电磁和热效应

最后需要通过电路板连接多个芯片，提供外部接口，结合操作系统和软件，组成系统。

Ansys创新性地将这三部分结合起来考虑其仿真问题，从集成CPS的角度优化综合性能这就像把时间快进到未来，在摩尔定律的另一端反方向看芯片开发所需的模拟技术只有将芯片—封装—系统这三驾马车完美结合，才能提供更好的芯片

Ansys已经有系统级和封装级仿真软件，Apache是芯片级产品这三个都是最好的选择从阿帕奇的角度来看，即使成功上市能带来暂时的技术领先，但长期的独立性还是个问号

在这种情况下，Ansys成功地包含了Apache它是Apache EDA软件市场中的一条大鱼其RedHawk软件在半导体电源设计优化和芯片电源方面发挥着重要作用它可以帮助手机或笔记本电脑的工程师轻松实现省电的需求可以说，RedHawk软件凭一己之力让低功耗设计成为了小众市场的王者，而不是EDA工具上的一个功能按钮在全球低功耗领域一度占据全球90%的市场，因此成为TSMC的黄金标准

EDA软件的纵向和横向方面

EDA软件对于芯片开发来说就像一个带刀的警卫，但是各有分工。

与其他EDA厂商相比，Ansys在芯片设计领域的定位大相径庭，主要侧重于芯片签约和仿真Synopsys和Cadence软件更侧重于芯片设计的过程，完成从架构和功能到原理图和版图设计和验证的过程

对于芯片设计来说，仅仅完成基本的设计验证是远远不够的还需要考虑信号完整性和电源完整性，以及芯片发热和散热的热完整性，还有热变形，热应力和材料特性的结构完整性芯片损坏通常不是由过压或错误操作引起的其中，真正的杀手是热量，约四分之三的芯片故障是由热量引起的这是Ansys解决的问题，为芯片设计建立了一道防线

如果拿飞机打个比方，其他三个EDA软件主要是用来做飞机的纵向机身，飞机需要一个横向机翼才能顺利起飞这个机翼是Ansys的重点既有纵向的设计流程，也有横向的签收流程，一横加一竖，EDA的四个大金刚软件MAC可以组合在一起，最终完成芯片设计

简单来说，人们更容易注意到一纵的设计，而忽略一横的模拟EDA软件最早的鼻祖来自美国伯克利但是SPICE，第一个EDA软件，其实是从仿真开始的那时候几百个晶体管比较好画另一方面，模拟需要更复杂的偏微分方程解可以说，EDA软件从诞生之日起，就有着浓厚的仿真气息

EDA软件从机械行业的仿真软件中分离出来已经有一段时间了，两者似乎都在各自为政现在，曾经分道扬镳的两条路又开始交汇

如果打开之前的手机壳，会发现手机基本都是空心的，其他部分都是空场现在的手机基本都是实心的，因为功能太多，还得塞集成电路，几乎没有多余的空间这就产生了各种干扰，热传导等相互影响，多物理场效应的问题被线性放大

手机空间太拥挤了如果从人类的角度来看，芯片需要结婚生子，那么在过去十年左右的时间里，它的幸福感一定急剧下降因为芯片的人均空间面积越来越小由于手机的物理尺寸，需要结合人手的大小单手能操作的尺寸就是手机空间的天花板无论是热分析，电磁学，高速信号，还是封装结构的模拟，都要齐心协力应对这个越来越拥挤的空间Ansys作为从芯片到封装再到大型系统的全流程仿真解决方案，可以帮助设计师提前锁定信心，用芯片填满每一个空间，而不用担心失败

注:小尺寸大宇宙

不管有没有夸张的成分，超宇宙都在展现一幅令人叹为观止的画面在那里，一切都是相互嵌套，相互镜像的，人周围的景深被替换，人生的宏大图景将被改写Nvidia在Metauniverse上倾注了全部心血，与Ansys的全面合作让人们意识到，在虚拟与现实融合的世界中，仿真起着决定性的作用在小型芯片的顶级制造过程中，EDA软件正在大大加强其仿真能力只有这样，才能超越摩尔定律，真正跨过门槛