“德國(guó)最大的企業(yè)是哪家?西門子?大眾?都不是,是SAP,一家引領(lǐng)德國(guó)工業(yè)4.0的工業(yè)軟件公司。世界500強(qiáng)中,80%的公司都是它的客戶。”5月16日,中國(guó)信息安全研究院總工程師夏剛研究員接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)說(shuō),而我國(guó)的核心工業(yè)軟件領(lǐng)域,基本還是“無(wú)人區(qū)”。

工業(yè)軟件缺位,為智能制造帶來(lái)了“成長(zhǎng)的煩惱”。譬如,芯片設(shè)計(jì)生產(chǎn)“必備神器”EDA工業(yè)軟件,我國(guó)就不得不面臨被國(guó)外生產(chǎn)制造商無(wú)預(yù)兆“卡脖子”的風(fēng)險(xiǎn)。

EDA軟件水平代表一國(guó)電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)能力

工業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜到一定程度,就需要以計(jì)算機(jī)輔助的工業(yè)軟件來(lái)替代人腦計(jì)算。工業(yè)軟件“管轄范圍”涉及原料供給調(diào)度、產(chǎn)品設(shè)計(jì)分析、工藝流程管理、工業(yè)控制、質(zhì)量管理等諸多領(lǐng)域。

EDA,即電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化。用于輔助和實(shí)現(xiàn)EDA的軟件,被歸口為高等級(jí)“行業(yè)通用”工業(yè)軟件。在先進(jìn)制造的“流水線”上,沒(méi)有先進(jìn)EDA軟件做產(chǎn)品設(shè)計(jì),再高端的設(shè)備、再精湛的工藝,也得“歇菜”。

EDA軟件是在虛擬世界幫設(shè)計(jì)師“試錯(cuò)”的“實(shí)驗(yàn)員”。夏剛說(shuō):“它能極大提高電路設(shè)計(jì)效率。”

沒(méi)有這個(gè)軟件,設(shè)計(jì)者可能要經(jīng)過(guò)若干次實(shí)物試驗(yàn),才能做出一個(gè)合格設(shè)計(jì)。有了EDA軟件,就能通過(guò)計(jì)算機(jī)“試錯(cuò)”,低成本設(shè)計(jì)出合格產(chǎn)品。通過(guò)EDA軟件平臺(tái),設(shè)計(jì)者借由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成邏輯編譯、簡(jiǎn)化、分割、綜合優(yōu)化、布局、布線和仿真,直至對(duì)特定目標(biāo)芯片完成各項(xiàng)工作。

“簡(jiǎn)單到收音機(jī),復(fù)雜到英特爾酷睿i7的處理器都能通過(guò)EDA軟件的電路設(shè)計(jì)與仿真技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。能否設(shè)計(jì)出更高性能的CPU,既取決于設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的專業(yè)知識(shí),也取決于表達(dá)專業(yè)知識(shí)的EDA軟件。因此,一個(gè)國(guó)家的EDA軟件水平,代表著其電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)能力的高下。”上海交通大學(xué)網(wǎng)絡(luò)空間安全學(xué)院副教授陳秀真說(shuō)。

缺乏先進(jìn)原生工業(yè)技術(shù),我國(guó)EDA難“全能”

我國(guó)也有自主EDA軟件。夏剛表示,例如華大EDA和EasyEDA等產(chǎn)品,做了多年技術(shù)積累,擁有一大批成功用戶案例。對(duì)于模擬電路或全定制設(shè)計(jì)電路,國(guó)產(chǎn)EDA與美國(guó)主流EDA工具相較,設(shè)計(jì)原理上并無(wú)差異,但軟件性能卻存在不小差距,主要表現(xiàn)在對(duì)先進(jìn)技術(shù)和工藝支持不足,和國(guó)外先進(jìn)EDA工具之間存在“代差”。這種“代差”可被“數(shù)字化”:僅國(guó)外EDA三大巨頭公司Cadence、Synopsys及Mentor,就占據(jù)了全球該行業(yè)每年總收入的70%。

這樣的差距,源自國(guó)產(chǎn)EDA軟件在部分工藝技術(shù)上的缺失。模擬電路或全定制設(shè)計(jì)電路,主要需要原理圖、版圖、DRC工具等EDA軟件。這類軟件規(guī)模不大,性能和可靠性要求卻甚高,對(duì)工藝依賴程度高。通常,為滿足設(shè)計(jì)需要,設(shè)計(jì)工程師要對(duì)芯片生產(chǎn)廠家提供的某些工藝參數(shù)修改、調(diào)整并驗(yàn)證。因此,模擬電路設(shè)計(jì)除需要上述主流EDA功能外,還需要針對(duì)芯片生產(chǎn)廠家提供的EDA軟件進(jìn)行分析和驗(yàn)證,以及二次開(kāi)發(fā),并要通過(guò)自動(dòng)檢查分析工具來(lái)保證芯片可靠性。

這類特殊的專業(yè)軟件,國(guó)內(nèi)EDA廠商只能“分情況”供應(yīng)。對(duì)于設(shè)計(jì)一款既可通過(guò)全自動(dòng)EDA軟件設(shè)計(jì),也可采用半自動(dòng)或手工流程來(lái)設(shè)計(jì)的小規(guī)模數(shù)字電路,尚能“hold”住。

對(duì)只能依靠全自動(dòng)綜合工具和布局布線工具來(lái)完成設(shè)計(jì)的大規(guī)模數(shù)字電路,國(guó)產(chǎn)EDA軟件則顯“力不從心”。

“大規(guī)模集成電路最先進(jìn)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝,都源自美國(guó)等國(guó)家。沒(méi)有原生的先進(jìn)工業(yè)技術(shù),是我國(guó)EDA工具無(wú)法‘全能’的根本原因。”研發(fā)自主操作系統(tǒng)的天津麒麟公司總裁孔金珠研究員說(shuō)。

成立于1984年的美國(guó)Xilinx公司,主要研發(fā)、制造并銷售高級(jí)集成電路、EDA軟件設(shè)計(jì)工具。該公司首創(chuàng)了現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯陣列(FPGA)技術(shù),與傳統(tǒng)方法比,利用該EDA軟件客戶能更快設(shè)計(jì)和驗(yàn)證電路,大幅縮短電子設(shè)備制造商產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期,降低開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。

“Xilinx干了30多年的FPGA技術(shù),國(guó)內(nèi)這一技術(shù)才發(fā)展多少年?這中間的技術(shù)代差,怎可能一蹴而就取而代之?”夏剛舉例解釋了自主EDA軟件的“痛點(diǎn)”。他說(shuō),我國(guó)芯片設(shè)計(jì)生產(chǎn)一直高度依賴國(guó)外軟件。這讓國(guó)產(chǎn)EDA軟件企業(yè),不得不追著“一直被模仿,從未被超越”的國(guó)外同行去開(kāi)發(fā)。作為“跟隨者”,國(guó)產(chǎn)EDA軟件能獲得的用戶體驗(yàn)和反饋也少,導(dǎo)致了目前的差距。

“EDA軟件還只是工業(yè)軟件中的冰山一角,由此可見(jiàn)我國(guó)自主工業(yè)軟件之殤。發(fā)展自主工業(yè)操作系統(tǒng)+自主工業(yè)軟件體系,刻不容緩。”孔金珠說(shuō)。

破冰工業(yè)軟件之困 亟須發(fā)揮“舉國(guó)體制”優(yōu)越性

“我們要集中力量解決軟件和信息技術(shù)服務(wù)業(yè)核心技術(shù)創(chuàng)新能力不強(qiáng)、生態(tài)構(gòu)建能力較弱等卡脖子問(wèn)題。”不久前在廣西南寧召開(kāi)的全國(guó)信息化和軟件服務(wù)業(yè)工作座談會(huì)上,工信部副部長(zhǎng)陳肇雄說(shuō)。

夏剛等專家呼吁,要保護(hù)好工業(yè)軟件發(fā)展的“生態(tài)”。“我國(guó)芯片和操作系統(tǒng)領(lǐng)域留下的教訓(xùn),就包括生態(tài)缺失。我們要吸取這一教訓(xùn),才能最終把我國(guó)自主工業(yè)軟件實(shí)實(shí)在在植入制造業(yè)。”

對(duì)于可能出現(xiàn)的EDA軟件禁售,專家認(rèn)為既有利好,也要警惕。如果禁售長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年,迫使我國(guó)在EDA軟件領(lǐng)域不得不“自力更生”,像核物理和導(dǎo)彈武器領(lǐng)域那樣,可能促進(jìn)現(xiàn)有EDA軟件的實(shí)用化水平在短期內(nèi)大幅提高。而“短暫禁售”則很令人擔(dān)憂,如果大多數(shù)國(guó)內(nèi)用戶僥幸使用盜版并等待解禁,極可能傷害國(guó)內(nèi)EDA軟件企業(yè)自主研發(fā)的積極性。

“EDA軟件面臨的危機(jī)和機(jī)遇,大體能反映其他工業(yè)軟件的境遇。建議把工業(yè)軟件的發(fā)展,放到航空、航天、兵工、船舶等行業(yè)同等重要的地位,發(fā)揮‘舉國(guó)體制’優(yōu)越性,破解工業(yè)軟件受制于人的局面。”夏剛說(shuō)。(記者 俞慧友)