晶片行業將被蘋果、谷歌等系統公司主導？

自從2010年iPhone 4上搭載蘋果自研的A4處理器之後，蘋果在自研處理器的道路上一路狂奔，2020年用自研M1晶片替換了Mac系列上的英特爾處理器。蘋果的成功給系統公司選擇自研晶片增加了信心。2016年，谷歌推出第一代自研張量處理器單元TPU，如今已經迭代到第四代。

此後，亞馬遜、阿里巴巴、百度等也紛紛選擇自研晶片。這些對晶片需求巨大的系統公司們自研晶片，必然會降低從英特爾、英偉達、AMD等晶片巨頭購買晶片的需求，與此相伴的是，傳統晶片巨頭的話語權也將減弱。

未來，晶片行業會被離使用者更近的系統公司們主導嗎？可預見的是，系統應用將是晶片設計的核心驅動力，這意味著，晶片設計和晶片製造的關鍵工具EDA（Electronic Design Automation）需要進行革新，以便支援系統應用提出的多元化、定製化需求。

芯華章運營副總裁傅強對雷鋒網表示，面向未來的EDA 2.0將在2026年開啟全新時代。而過去EDA每一次的突破都給晶片行業帶來了革命性變化，這是否意味著2026年是系統公司主導晶片行業的起點？

系統公司「被迫」自研晶片

在國內，晶片行業依舊在高速發展，但全球晶片行業早已進入成熟期，從設計到生產，再到封裝測試，複雜的晶片產業鏈已經實現了全球分工協作。2015年開始，摩爾定律開始放緩，通用晶片的效能提升越來越慢，但新一輪AI熱潮對晶片算力的需求越來越高，物聯網應用對晶片的需求越來越多樣。

像蘋果、谷歌這樣大量購買晶片的系統公司對通用晶片效能的提升越來越不滿，於是紛紛開始自研定製晶片。過去的幾十年中，通用晶片從工藝和架構改進中帶來的效能提升具有優勢，定製晶片因為用量小，效能和收益比難以與通用晶片競爭。

然而，過去40年主宰晶片行業的摩爾定律逐漸接近極限，讓業界對定製晶片的效能和成本要求逐漸放寬。同時，在大部分應用的需求被通用晶片滿足之後，定製晶片的目的不再是簡單追求高效能，而是為了實現功能、功耗、安全等的差異化，通過系統層級的協同優化，實現創新和獨特的競爭力。

「現在是軟體決定一切，既然系統公司掌握了軟體，就會有很多想法，他們知道系統的最佳實現路徑，但晶片公司不知道，EDA公司也是一樣。」傅強指出。

蘋果就是一個典型的例子，A系列處理器在自研的早期相比晶片公司的處理器效能差距明顯，但通過蘋果的系統級優化，在體驗上並沒有顯著劣勢。通過持續迭代，蘋果的A系列處理器已經成為了業界標杆。不僅如此，通過統一記憶體架構等創新，蘋果更強大的M1處理器實現了效能和能效的巨大提升，可以替代英特爾成熟的酷睿處理器。

蘋果M1晶片，圖片來自蘋果

谷歌的自研TPU也很好地滿足了自身地圖、相簿、搜尋等業務，用更低的成本實現更差異化的功能和更好體驗。展現谷歌自研處理器優勢有一個量化的資料，其自研的視訊編碼單元VCU用於加速YouTube的視訊編解碼，有分析師預計，VCU將能幫谷歌替換3300-4400萬個英特爾CPU。

成熟的晶片產業以及摩爾定律的失效，讓系統公司走上了自研晶片的道路。但晶片行業有非常高的技術門檻，即便有成熟的晶片產業鏈分工，想要縮短晶片設計週期挑戰巨大。

因此，谷歌已經開始用AI降低晶片設計的難度，近期還在Nature上發表了題為《一種用於加速晶片設計的佈局規劃方法》的論文，利用深度學習優化晶片的佈局規劃方法自動生成平面圖，優化晶片的效能、功耗和麵積。人類工程師需要數月完成的工作，谷歌用AI僅需要6小時就能達到相同效果。

實際上，谷歌的試驗正說明當前的EDA需要更多的革新。

晶片行業需要「從頭」變革

EDA過去幾十年來已經成為了晶片設計模組、工具和流程的代稱，晶片設計、驗證的全流程以及工藝製造都離不開EDA。晶片設計工具的每一次突破，都會給晶片帶來革命性變革。

1970年之前，積體電路設計是純手動描繪版圖。1970年計算機輔助設計（CAD）的出現，相對於手工設計方法是一個更大的改進。1990年代，EDA技術的誕生讓工程師可以用硬體描述語言描述設計，通過模擬在流片前提前驗證，提高效率的同時大大減少晶片製造的風險。

有20多年EDA行業從業經驗的芯華章董事長兼CEO王禮賓說：「目前我們正在使用的EDA設計製造流程都是基於2000年左右開始形成的基礎，我們可以稱之為‘EDA 1.0’。之後20多年EDA的發展，都是在1.0上逐漸增加各種內容，比如基於FPGA的驗證、低功耗設計、基於IP元件的設計複用等。這些疊加式的改進基於EDA 1.0，不斷提升EDA設計的效率，但是從抽象層級、設計方法學角度看，沒有出現很大的改變，可以認為一直到今天我們都還處於‘EDA 1.X’的發展過程中。」

芯華章釋出的《EDA 2.0白皮書》指出，EDA 1.X有六大顯著的挑戰：

• 應用需求分化：晶片應用場景更加細分，不能滿足系統公司習慣的快速創新和迭代的要求。

• 驗證工作複雜：複雜的系統晶片設計驗證工作越來越困難，驗證的工作量往往需要獨立團隊耗費數個月才能完成，據統計，晶片製造過程中70%的時間成本都會消耗在驗證上。

• IP複用價值沒有完全發揮：IP的選擇和配置對SoC設計的影晌無法在前期確認，IP模組支援快速SoC設計的複用價值被削弱。

• 人才不足：EDA是一個跨學科的複合型領域，因此人才的培養需要更多的時間和資源。

• 開放性不足：語言、介面和資料的標準化或者開放還不夠，很多環節缺少開放的功能和資料介面，不同工具之間往往無法直接互連，中間資料也經常是工具私有。

• 歷史包袱：EDA 1.X的工具是在二十多年的時間裡漸進式發展起來的，這決定了它還揹負了過程中的相容性要求、歷史程式碼、遺留架構等很多歷史包袱。

要解決EDA 1.X的挑戰，提升晶片設計效率，滿足系統公司的需求，可以借鑑軟體發展的成功經驗。中國科學院計算技術研究所副所長包雲崗表示：「我一直覺得軟體領域有很多值得晶片行業借鑑的經驗。有統計指出，超過90%甚至95%的企業，都是混合使用各種模組，已經在整個軟體生態裡發揮非常重要的作用，尤其在標準介面方面，EDA 2.0的開放和標準化路徑可以對系統互動和先進晶片設計起到積極作用。」

開放和共享只是從軟體發展過程中可以借鑑的一個重要經驗。白皮書指出，今天軟體行業和應用的蓬勃發展，離不開軟體開發流程和工具抽象程度不斷提高、表達形式從機器語言靠近自然語言、開發者從硬體和系統專家轉變為應用和行業專家、工具不斷自動化和智慧化、最終不斷提高軟體開發效率的過程。

「增加更多的中間表達層、儘可能形成模組和複用、開發效率為第一優先、推動智慧化開發、充分利用最新的硬體架構、新的商業模式都是EDA可以借鑑的經驗。基於此，我們認為EDA 2.0是後摩爾定律時代片設計發展的未來方向，實現EDA 2.0也不是一個0和1的狀態變化，而是基於目前的EDA 1.X不斷採用創新改進滿足快速發展的晶片行業需求，是EDA行業長期發展的目標。」芯華章科技產品與業務規劃總監楊曄表示。

五年後，EDA 2.0將開啟晶片行業的新時代

「可能每個人心目中的理想狀態都不完全一樣，芯華章將EDA 2.0的核心目標定義為‘基於開放的工具和行業生態，實現自動化和智慧化的晶片設計及驗證流程，並提供專業的軟硬體平臺和靈活的服務，以支援任何有新型晶片應用需求的客戶快速設計、製造和部署自己的晶片產品’。實現EDA 2.0需要全行業的共同努力，其中關鍵的路徑包括開放和標準化、自動化和智慧化、平臺化和服務化三個方面。」王禮賓表示。

圖片來自芯華章《EDA 2.0白皮書》

中國科學院EDA中心主任陳嵐在《EDA 2.0白皮書》的釋出會上提到，過去的EDA工具是滿足高階通用的複雜的晶片設計需求，而未來更加開放的模式，可以快速的讓新技術融入到EDA的流程當中，同時避免流程轉化中的設計冗餘，用更低的成本，讓更多的使用者使用，快速的對EDA進行驗證與迭代，提高晶片設計的總體效率。

陳嵐也強調，EDA是我們整個行業基礎的牽引性技術和產品，與軟體出現問題可以改漏洞不同，EDA作為工業軟體，以開放與合作的心態推動產業發展的同時，也要保證使用EDA軟體工具設計出來的晶片可以正常流片。

楊曄也對雷鋒網表示，「EDA行業40年來發展的一些精標準與設計規則一定會繼續長期存在於晶片設計行業，繼續不斷向更加精細化的方向演進，支援高階晶片設計的需求。進入到EDA 2.0時代，這些標準和經驗將被提煉出來，成為模型、演算法，或者自動化的流程，讓系統工程師和軟體工程師也可以參與到晶片設計中來，這不代表EDA的可靠性降低了，而是工具內部會比以往更加複雜，對於使用者來說則是更簡單了。」

「2026年，我們將開啟EDA 2.0的新時代。」芯華章如此準確的預測基於大量的分析和調研，也基於二十多年的行業經驗，他們認為技術需要沉澱和準備，生態的培育也需要時間。

但即便2026年晶片行業進入EDA 2.0的時代，EDA 1.X與EDA 2.0仍將並存很長一段時間。

兩個時代的長期並存，也是EDA 2.0解決挑戰變革晶片行業的過程。

就開放和標準來說，傅強認為，「整體看EDA 1.X很多已有的標準沒有得到廠商的統一支援，導致流程比較封閉和碎片化。其實，工業界沒有哪個標準是一定要用，最終還是以價值為導向，提供給使用者價值就會有人用，用的人多了就慢慢變成標準。未來EDA產業的開放和標準化將不僅僅由EDA廠商或標準化組織決定，而應該由產業鏈上游的EDA生態和下游的業界共同定義。」

來自晶片設計公司的專家也表達了自己對於EDA開放和智慧化的期待。他說：「以機器學習為代表的技術在晶片設計的空間探索、驗證或者加速方面確實潛力巨大。雖然在EDA中引入AI沒辦法一蹴而就，但我希望EDA公司可以大膽或積極的嘗試，在一些比較關鍵、成熟的技術中，引入AI相關的技術和演算法加強EDA功能。」

「另外，我們發現在晶片設計中使用AI會面臨一些算力瓶頸，所以希望在EDA中引入AI技術的時候，也能留有強化硬體的介面，這樣在整個設計流程中會有更高的實用性。同時，現在的EDA更像是一個黑盒子，對於使用者而言很難理解底層的物理機制，因此也希望EDA工具更夠稍微開放一些，把對晶片效能有很大影響的參數開放，有利於我們進行設計優化。」

楊曄補充，EDA 2.0時代的開放，包括工具軟體介面（API）更開放、資料格式開放或資料訪問介面開放、EDA軟體針對更多硬體平臺的開放、晶片內外部的匯流排和介面標準化、商業EDA與開源EDA的結合、更開放、便捷的IP模組。EDA 2.0中的智慧，也不僅僅是狹義的加入AI，還包含流程的自動化等一切減少人力投入的改進。

至於EDA 2.0的平臺化和服務化，則會帶來這個行業商業模式的創新。傅強說：「EDA工具上雲的嘗試過去二十年不斷有廠商在推動，但是到今天為止實際應用範圍還不夠廣泛。EDA 2.0是滿足不同規模和不同階段的晶片設計有多樣化的需求，結合雲原生技術為使用者提供近乎無限的計算彈性、儲存彈性和訪問便捷性，因此EDA 2.0應該與雲平臺和雲上多樣化的硬體結合，充分利用成熟的雲端軟硬體生態。」

在這種變化下，EDA 2.0還應該是產品和服務的結合。芯華章開創性提出的EDaaS（Electronic Design as a Service），用一個服務化、可定製的完整平臺服務不同系統應用需求。

也就是說，EDA 2.0時代的到來，將給EDA公司帶來更大的挑戰，系統公司設計晶片的門檻將進一步降低，隨之而來的，將會是晶片行業由上至下的一系列變革。

小結

摩爾定律成就了眾多通用晶片公司，但隨著摩爾定律接近極限，晶片行業正在進入新的時代，異構、定製化的趨勢越來越明顯。越來越多系統公司開始自研晶片，一方面是對通用晶片效能和成本的不滿，另一方面是系統公司自身繼續保持競爭力的不二選擇。

但系統公司要更高效率、更低成本定製晶片，就需要最上層的EDA工具的突破。眾多資深業內人士已經明確看到EDA行業正站在突破的拐點，這也是近年來眾多EDA三巨頭高管離職創業並獲得資本關注的重要原因，當然也疊加了國內市場的需求以及政策利好的因素。

EDA 2.0的到來，是中國EDA實現換道超車，打造國產EDA全流程，為晶片產業發展與數字化時代發展注入新動力的必經之路。

晶片行業正在醞釀一場全新變革，誰將成為晶片行業新時代的主導者？

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