“德國最大的企業(yè)是哪家?西門子?大眾?都不是,是SAP,一家引領(lǐng)德國工業(yè)4.0的工業(yè)軟件公司。世界500強中,80%的公司都是它的客戶?！?月16日,中國信息安全研究院總工程師夏剛研究員接受科技日報記者采訪時說,而我國的核心工業(yè)軟件領(lǐng)域,基本還是“無人區(qū)”。

工業(yè)軟件缺位,為智能制造帶來了“成長的煩惱”。譬如,芯片設(shè)計生產(chǎn)“必備神器”EDA工業(yè)軟件,我國就不得不面臨被國外生產(chǎn)制造商無預(yù)兆“卡脖子”的風(fēng)險。

EDA軟件水平代表一國電子產(chǎn)品設(shè)計能力

工業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜到一定程度,就需要以計算機輔助的工業(yè)軟件來替代人腦計算。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)計自動化。用于輔助和實現(xiàn)EDA的軟件,被歸口為高等級“行業(yè)通用”工業(yè)軟件。在先進制造的“流水線”上,沒有先進EDA軟件做產(chǎn)品設(shè)計,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)計師“試錯”的“實驗員”。夏剛說:“它能極大提高電路設(shè)計效率。”

沒有這個軟件,設(shè)計者可能要經(jīng)過若干次實物試驗,才能做出一個合格設(shè)計。有了EDA軟件,就能通過計算機“試錯”,低成本設(shè)計出合格產(chǎn)品。通過EDA軟件平臺,設(shè)計者借由計算機自動完成邏輯編譯、簡化、分割、綜合優(yōu)化、布局、布線和仿真,直至對特定目標(biāo)芯片完成各項工作。

“簡單到收音機,復(fù)雜到英特爾酷睿i7的處理器都能通過EDA軟件的電路設(shè)計與仿真技術(shù)來實現(xiàn)。能否設(shè)計出更高性能的CPU,既取決于設(shè)計團隊的專業(yè)知識,也取決于表達專業(yè)知識的EDA軟件。因此,一個國家的EDA軟件水平,代表著其電子產(chǎn)品設(shè)計能力的高下。”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。

缺乏先進原生工業(yè)技術(shù),我國EDA難“全能”

我國也有自主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。對于模擬電路或全定制設(shè)計電路,國產(chǎn)EDA與美國主流EDA工具相較,設(shè)計原理上并無差異,但軟件性能卻存在不小差距,主要表現(xiàn)在對先進技術(shù)和工藝支持不足,和國外先進EDA工具之間存在“代差”。這種“代差”可被“數(shù)字化”:僅國外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,對工藝依賴程度高。通常,為滿足設(shè)計需要,設(shè)計工程師要對芯片生產(chǎn)廠家提供的某些工藝參數(shù)修改、調(diào)整并驗證。因此,模擬電路設(shè)計除需要上述主流EDA功能外,還需要針對芯片生產(chǎn)廠家提供的EDA軟件進行分析和驗證,以及二次開發(fā),并要通過自動檢查分析工具來保證芯片可靠性。

這類特殊的專業(yè)軟件,國內(nèi)EDA廠商只能“分情況”供應(yīng)。對于設(shè)計一款既可通過全自動EDA軟件設(shè)計,也可采用半自動或手工流程來設(shè)計的小規(guī)模數(shù)字電路,尚能“hold”住。

對只能依靠全自動綜合工具和布局布線工具來完成設(shè)計的大規(guī)模數(shù)字電路,國產(chǎn)EDA軟件則顯“力不從心”。

“大規(guī)模集成電路最先進的設(shè)計和生產(chǎn)工藝,都源自美國等國家。沒有原生的先進工業(yè)技術(shù),是我國EDA工具無法‘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。

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

“Xilinx干了30多年的FPGA技術(shù),國內(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”。他說,我國芯片設(shè)計生產(chǎn)一直高度依賴國外軟件。這讓國產(chǎn)EDA軟件企業(yè),不得不追著“一直被模仿,從未被超越”的國外同行去開發(fā)。作為“跟隨者”,國產(chǎn)EDA軟件能獲得的用戶體驗和反饋也少,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,由此可見我國自主工業(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?！笨捉鹬檎f。

破冰工業(yè)軟件之困 亟須發(fā)揮“舉國體制”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、生態(tài)構(gòu)建能力較弱等卡脖子問題?！辈痪们霸趶V西南寧召開的全國信息化和軟件服務(wù)業(yè)工作座談會上,工信部副部長陳肇雄說。

夏剛等專家呼吁,要保護好工業(yè)軟件發(fā)展的“生態(tài)”?！拔覈酒筒僮飨到y(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),才能最終把我國自主工業(yè)軟件實實在在植入制造業(yè)?！?/p>

對于可能出現(xiàn)的EDA軟件禁售,專家認為既有利好,也要警惕。如果禁售長達數(shù)十年,迫使我國在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,可能促進現(xiàn)有EDA軟件的實用化水平在短期內(nèi)大幅提高。而“短暫禁售”則很令人擔(dān)憂,如果大多數(shù)國內(nèi)用戶僥幸使用盜版并等待解禁,極可能傷害國內(nèi)EDA軟件企業(yè)自主研發(fā)的積極性。

“EDA軟件面臨的危機和機遇,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‘舉國體制’優(yōu)越性,破解工業(yè)軟件受制于人的局面?！毕膭傉f。(記者 俞慧友)