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1 先驱者的“芯”路历程国微集团起源于1993 年,可谓是中国半导体的元老级企业,也是最早在深圳开半

1开拓者的“核心”道路进程

国美集团是1993年中国半导体元老级企业,是深圳率先开拓半导体设计的先驱,对行业发展具有深远意义。创立初期,受国家启动芯片产业的大规模冲击,承揽“908工程”项目,几年后继承“909工程”,做出了突出贡献。经过20多年的稳步发展,国美集团在半导体领域根深蒂固,枝叶茂盛,成为名副其实的常青树,其母公司国美控股有限公司(“国美控股”)2016年在香港上市,孵化了多家优质微电子企业,其中不乏知名A股上市公司。在新形势下,在集成电路国产化的浪潮中,国美集团将扮演什么角色?会起到什么作用?带着这样的问题,在深圳的国实大厦访问了黄国勇副总经理,通过交流沟通,对国美集团发展计划有了更全面的了解。(威廉莎士比亚,温斯顿)。

黄国勇说,2006年成功推出第一代Simi Card(CAM)芯片,第二年成为DVB国际组织成员,2009年推出世界上第一款“CI CAM”芯片,位居欧洲领域首位。

显卡是数字视频条件接收(CA)模块,它将电视连接到外部信号源,将数字压缩信号转换为电视内容并显示,如图1所示。将Simi卡插入带有CI接口的数字电视一体机中,无需机顶盒即可直接查看付费数字电视内容,因此Simi卡芯片的集成性和可靠性应该很高。国美的芯片不仅做到了这一点,而且对成本的好处和客户支持的反应很好,占全球Simi卡市长/市场份额的一半以上(据FrostSullivan统计)。

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图1显卡在高清晰度数字电视业务中的应用

国美集成电路开发涵盖安全芯片、互连芯片、触摸芯片等,正在扩大图像AI芯片、语音、火星芯片、传感器芯片的研发。这不仅具有深厚的芯片开发积累和能量,还具有对集成电路电子设计自动化(EDA)芯片设计工具的惊人理解,因此非常全面。

2耕者的“核心”经验

“公欲要做好那件事,必须先利其器”是一种共识。集成电路本土产业化的关键是已经受到广泛关注的光刻机设备,而后者是EDA设计工具软件系统。黄国勇指出,目前国际三大巨头Synopsys、Cadence和Mentor Graphics垄断了EDA市场,可以为芯片企业提供完善的开发工具软件系统。20世纪80年代末,国家投入完成“熊猫集成电路CAD系统”,但未能产业化,停滞不前。此后,EDA公司陆续出现,但工具软件基本上停留在分散的点工具上,整个工具链不完整。作为一个完整的产业链,半导体需要经过长期的迭代过程来完善,国内EDA企业参与Waper工厂合作开发的机会不多,推出的EDA产品用户很少,反馈不全面,难以改善,可能形成一个死循环。(威廉莎士比亚、Northern EDA、Northern Exposure(美国电视连续剧))这导致国产芯片没有国产EDA软件系统支持,实际上引发了“卡颈”危机。

如何将国内EDA软件系统与集成电路产业链紧密结合,成为良性循环?成为中国EDA企业必须面对的挑战。国美集团于2018年承担“芯片设计全过程EDA系统开发及应用”国家重大科技专业机会,决心果断进取,在EDA技术领域发挥实力。(威廉莎士比亚,Northern EDA,Northern Exposure)。

从图2所示的EDA平台等数字芯片设计的全过程来看,首先需要进行建模验证、逻辑集成、软件和硬件模拟、布局布线、时间序列分析等一系列验证。

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图2数字全过程EDA平台

芯片设计过程非常复杂,相关的EDA工具非常复杂。

多,其中每种在设计流程中都举足轻重,只有在特定时间内保证所有设计实现和验证仿真的结果都满足设计需求,才能确保芯片顺利完成并投产。EDA 工具一般分为设计实现工具和验证仿真工具两类, 对应芯片开发的设计实现和验证测试两个并行流程,如图3 所示框图,关联且交互。设计实现从起始,RTL 文件经逻辑综合产生Netlist 表,然后先进行布图,再进行布局布线,输出GDS 文件结束设计。同步进行的验证测试分功能验证和逻辑验证,包括门级仿真、硬件加速器仿真、时序分析、功耗分析、形式验证、物理验证等等。所进行的测试流程包括可靠性设计和芯片测试,而上述过程都离不开时序库、功耗库、噪声库和物理库的支持。

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图3 EDA系统设计流程框图

鉴于与国际水平技术差距近二十年,唯有选择特殊途径才能减小时间差,为此国微建立国产EDA 平台时,选择引进设计思想先进、整体软件架构较好的布局布线关键技术,再将其中通用服务引擎如时序、功耗等工具分离出来形成独立工具。这就打造出数字芯片设计全流程 EDA 系统平台的关键一环,基于模块级布局布线系统,辅以布局、时钟树综合、布线、时序优化、功耗优化等内建工具,可以实现IC 设计的快速收敛。这些系统工具已得到国际先进工艺厂商40 nm、28 nm、16 nm、10 nm 的工艺认证,并得到更多工艺厂商不同程度的支持。

3 有志者的“芯”育情怀

黄国勇强调,EDA 作为半导体产业中不可或缺的关键环节,其国产化志在必得,这将直接促进芯片的国产化的综合能力。所以国微集团以之作为最重要的战略发展方向,其重大举措就是吸纳众多EDA 行业的顶尖人才。他在清华计算机系连获学士、硕士、博士学位,投身EDA 领域很早,曾有“熊猫系统研发”及海外工作经历,担任过多项国家EDA 攻关课题重任,并于2017年加入国微。他坦言,国内EDA 领域人才匮乏使得研究和开发力量远远不足,国微为此将EDA 人才培养放在重要的地位,促进微电子领域产学研的深层次结合。

国微集团和国内大学的合作已开始布局,与西安电子科技大学于2019 年初成立西电国微EDA 研究院,与东南大学2020 年中成立EDA 联合实验室,与国内多所高校建立研究生培养和实习基地。加强校企合作首先以EDA 企业具体需求为出发点,然后发挥各自特长。

专注于基础算法研究,而EDA 企业以工程项目攻关方式完成产业要求,教师和学生在实战中不断积累经验,这样的良性互动才能更好地使EDA 企业和高校受益,从而培植以国产化EDA 开发国产化芯片的新兴力量。

最近的经济热词是“内循环”,半导体行业同样需要内循环,通过政府、企业、学校、科研机构等把循环打通,保持解决问题的态度,整个产业链一起努力,相互促进,协同发展,形成完整的生态系统,才能不再受制约。黄国勇认为,只有潜下心来,把目光放长远,把内循环做好,为中国集成电路产业贡献成熟的数字芯片设计全流程EDA 系统的目标就完全可以达到。

(本文来源于《电子产品世界》杂志社2021年2月期)

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