作為全球領(lǐng)先的EDA工具供應(yīng)商，西門子EDA旗下的Calibre系列產(chǎn)品占據(jù)其總營收的40%。在芯片設(shè)計(jì)的sign-off（簽核）環(huán)節(jié)，該工具被超過90%的IC設(shè)計(jì)公司采用，市場份額預(yù)估超70%。若該產(chǎn)品斷供，將對中國芯片行業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。
那么，物理驗(yàn)證工具是什么？
芯片制造和機(jī)械制造類似，制造廠都是通過接收不同客戶的設(shè)計(jì)圖紙來生產(chǎn)不同的產(chǎn)品。但不同的芯片圖紙和制造工序更加復(fù)雜，例如，先進(jìn)工藝設(shè)計(jì)圖紙的圖層數(shù)可達(dá)數(shù)百層，制造工序多達(dá)上千步，制造約束相關(guān)的規(guī)則文件規(guī)模可從28nm的數(shù)萬行增長到先進(jìn)工藝的數(shù)百萬行。如何保障設(shè)計(jì)圖紙的合規(guī)性、正確性、合理性，是芯片能否成功投產(chǎn)的關(guān)鍵。因此，對芯片設(shè)計(jì)圖紙（版圖）的檢查環(huán)節(jié)，被業(yè)界稱為signoff（簽核），此環(huán)節(jié)對應(yīng)的EDA工具也被稱為物理驗(yàn)證工具。芯片的版圖只有經(jīng)過了signoff，才能交付制造廠生產(chǎn)。
物理驗(yàn)證工具作為確保設(shè)計(jì)圖紙合規(guī)性、正確性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，主要包括：
● DRC（設(shè)計(jì)規(guī)則檢查）
其主要功能是檢查版圖能否在對應(yīng)的工藝制程下制造來。例如，圖形的線寬線距太細(xì)，超過了工藝極限，是無法被生成出來的。這很像建筑業(yè)的“施工規(guī)范”，房屋的承重墻厚度、門窗的間距都需要符合安全標(biāo)準(zhǔn)才能穩(wěn)固。
● LVS（版圖及原理圖一致性檢查）
其主要功能是從物理版圖中，提取出所有器件及參數(shù)，互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，并與芯片設(shè)計(jì)的原理圖數(shù)據(jù)進(jìn)行一致性檢查，保障芯片功能的正確性。就像建筑業(yè)的監(jiān)工，需要核對建筑圖紙與實(shí)際施工是否一致，對照設(shè)計(jì)圖檢查水電走線、房間布局是否正確，避免出現(xiàn)圖紙是三居室被建成兩居室，水電走線錯誤等問題。
● DFM（可制造性設(shè)計(jì)）
其主要功能是在芯片能夠被正確的制造出來的前提下，從良率和可靠性的角度出發(fā)來做版圖的合理性檢查和優(yōu)化。例如，同一圖層的圖形密度分布不均勻，會導(dǎo)致芯片平整度不均，影響良率和可靠性，EDA工具需要檢查出不均勻的區(qū)域，并合理的填充圖形保持芯片平整度；特殊的圖像組合模式，在量產(chǎn)時，因工藝波動容易形成缺陷等。就像樓房的墻體，鋼筋密度局部過高，混凝土澆灌過程可能產(chǎn)生氣泡，影響質(zhì)量。
● PERC（可編程式電汽規(guī)則檢查）
其主要功能是檢測物理版圖中與電汽相關(guān)的可靠性問題，從而確保器件能夠工作在正常、穩(wěn)定的電學(xué)狀態(tài)。例如，大量的芯片面臨ESD問題導(dǎo)致芯片失效，較細(xì)的金屬導(dǎo)線無法承受過載電流。就像對建筑物進(jìn)行抗震應(yīng)力分析，確保其內(nèi)部結(jié)構(gòu)在特定的場景下，受力均勻且在安全范圍內(nèi)，不會發(fā)生變形甚至倒塌。
那么，西門子Calibre壟斷的原因是什么？
物理驗(yàn)證工具運(yùn)行所需的各類規(guī)則，需要制造廠通過物理驗(yàn)證工具對應(yīng)的語言來描述，并形成規(guī)則文件交付給設(shè)計(jì)者使用。因Calibre工具在多年前就具備技術(shù)優(yōu)勢，各家制造廠都采用Calibre的語法來書寫自己的設(shè)計(jì)規(guī)則，并將Calibre認(rèn)證為標(biāo)準(zhǔn)的簽核工具推薦給設(shè)計(jì)公司。制造廠開發(fā)設(shè)計(jì)規(guī)則文件需要耗費(fèi)大量的人力物力，在有Calibre工具的情況下，難以再去開發(fā)包括Cadence和Synopsys公司在內(nèi)的其它工具的設(shè)計(jì)規(guī)則文件。這也進(jìn)一步從產(chǎn)業(yè)生態(tài)上幫助Calibre形成了壟斷。
國產(chǎn)替代的突破與挑戰(zhàn)
華大九天在物理驗(yàn)證領(lǐng)域經(jīng)過30余年的堅(jiān)持與努力，在大量用戶及制造廠的千錘百煉下，已經(jīng)形成了以Empyrean Argus產(chǎn)品線為中心的，針對模擬、射頻、存儲、數(shù)字、面板等各類芯片設(shè)計(jì)及制造的完整物理驗(yàn)證解決方案，并取得了顯著的成績。
例如，在液晶面板領(lǐng)域，因制造和設(shè)計(jì)在同一公司，Calibre并未借助產(chǎn)業(yè)分工形成壟斷，華大九天的物理驗(yàn)證工具憑借技術(shù)和應(yīng)用創(chuàng)新，形成了圓弧處理，偽錯去重等大量特色解決方案，深得用戶喜愛，已經(jīng)占領(lǐng)中國95%以上的市場份額，成為了業(yè)界面板領(lǐng)域的signoff工具；
在泛模擬設(shè)計(jì)領(lǐng)域，深入挖掘設(shè)計(jì)需求，在電源管理芯片的高壓可靠性檢查覆蓋率，存儲芯片陣列層次處理與驗(yàn)證性能，射頻定制規(guī)則等方面創(chuàng)新，助力數(shù)百億顆芯片的量產(chǎn)；在新興的Chiplet應(yīng)用領(lǐng)域，新應(yīng)用帶來新技術(shù)需求，華大九天抓住技術(shù)變革的時間窗口，與先進(jìn)封裝廠緊密合作，通過多芯片版圖集成驗(yàn)證解決方案引領(lǐng)市場發(fā)展。
在數(shù)字設(shè)計(jì)領(lǐng)域，因先進(jìn)工藝版圖數(shù)據(jù)量大，設(shè)計(jì)規(guī)則多，Calibre工具的性能不足，成為制約設(shè)計(jì)者做設(shè)計(jì)迭代的瓶頸。華大九天從性能上直面技術(shù)挑戰(zhàn)，通過層次化與并行等算法創(chuàng)新，據(jù)悉實(shí)現(xiàn)了2-5倍性能優(yōu)勢，在正面競爭中取得了技術(shù)性優(yōu)勢。
未來破解Calibre和晶圓制造廠形成是生態(tài)壟斷，華大九天投入大量人力與晶圓制造廠商合作，通過工具認(rèn)證和設(shè)計(jì)規(guī)則文件開發(fā)建設(shè)自主生態(tài)。據(jù)悉工具目前已經(jīng)通過三星、TowerJazz、XFab等海外廠商的認(rèn)證，國內(nèi)幾乎所有晶圓制造廠都在與華大九天合作，加速Calibre設(shè)計(jì)工具和規(guī)則的遷移。
華大九天的物理驗(yàn)證產(chǎn)品線在功能對標(biāo)齊全的前提下，已經(jīng)從技術(shù)及應(yīng)用層面都呈現(xiàn)出超越之勢，在更多晶圓制造廠及設(shè)計(jì)公司的支持下，利用中國研發(fā)速度的優(yōu)勢，定將打破壟斷，并通過技術(shù)優(yōu)勢，助力中國芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
