EDA概念

EDA全称为电子设计自动化（Electronic Design Automation） ，是指用于辅助完成超大规模集成电路芯片设计、制造、封装、测试整个流程的计算机软件工具集群，是广义CAD（Computer Aided Design，计算机辅助设计）的一种，是在20世纪60年代中期从计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）和计算机辅助工程（CAE）的概念发展而来的。EDA是工业软件行业中的一个细分行业，工业软件指专用于或主用于工业领域，以提高工业企业研发、制造、管理水平和工业装备性能的软件。工业软件从应用环节可分为研发设计类、生产调度和过程控制类、业务管理类三大领域，其中PLM、MES及ERP分别为这三个领域中工业软件系统的典型代表，EDA与PLM一样，归属工业软件的研发设计环节。

EDA设计工具涵盖了产业链前端电路设计、验证、后端物理设计、封装设计与可测性设计等环节，驱动着芯片设计、制造和终端应用的发展。

EDA除了在芯片设计中发挥巨大作用之外，在PCB板级设计和平板显示设计中也有非常重要的应用。网上的资料中对EDA的分类有不同的说法，一种常见的分类方法是把EDA分为IC设计软件、电路设计与仿真工具、PCB设计软件、PLD设计工具及其它EDA软件等，另一种常见的分类方法是按产品将EDA分为数字设计类、模拟设计类、晶圆制造类、封装类、服务等五大类。


然而我们觉得这些分类方法对于我们理解EDA细分品类来说，不够全面和明晰。如上面的分类方法IC设计与PCB设计也可归属于产品分类法，而电路设计与仿真实际上是按功能进行分类，同时如果仅覆盖IC设计与PCB设计，又没有覆盖到制造和工艺控制过程。因此为了方便我们的理解，我们根据资料自己梳理了一套分类方法，总结为如下思维导图。需要注意的是：（1）EDA在每一个细分品类中的全流程环节几乎都有相对应的软件，我们将在下面对个细分品类的介绍中进行详细梳理。（2）有的分类方法中会把PLD设计从数字IC设计中单列出来，这主要是因为虽然PLD属于数字IC中的逻辑芯片，但其主要用于仿真电路等集成电路前期设计工作，本文为简单起见，我们仍将其归为数字设计类。

IC类EDA（芯片EDA软件）

常见IC类EDA工具无外乎来自于Synopsys、Cadence或Mentor（已被Siemens西门子收购）三家

数字芯片和模拟芯片的区别

模拟电路和数字电路的区别主要体现在电子设备内部，也就是模拟IC与数字IC之间的晶体管区别上。

在模拟IC中，晶体管用于放大或产生连续变化的信号（偏置）。当我们给晶体管偏置时，我们会创建电路条件，使其能够正确响应电压的微小变化。能够连续、准确的反应、放大模拟信号是模拟IC的主要关注点。模拟IC中的晶体管可以是BJT（双极结型二极管），也可以是MOSFET（金属-氧化物场效应晶体管）。

在数字IC中，输入信号需要完全打开和关闭晶体管，只需要对外输出逻辑高低两个值。由于需要频繁的开闭，只有MOSFET能够满足这样的性能，所以数字IC中一般不适用BJT。通过复杂的MOSFET互联，基于布尔逻辑的门电路可以组成复杂的微处理器甚至通用计算处理器单元。

模拟芯片产品种类

结合电子系统示意图表，根据功能的不同（传输弱电信号/强电能量），我们一般可以把模拟器件大致分为信号链和电源链两大类。信号链主要是指用于处理信号的电路，而电源链主要用于管理电池与电能的电路。信号链主要包括比较器、运算放大器OPA、AD\DA、接口芯片等；电源链主要包括PMIC、ADC、DAC、PWM、LDO稳压器和驱动IC等。在高频信号部分，射频器件由于技术迭代快、出货量大等，经常被单独分类讨论。

按照下游产品的应用领域进行划分，我们也可以将模拟IC产品分为通用标准产品SLIC和专用标准产品ASSP。其中SLIC应用于不同场景中，设计性能参数不会特定适配于某类应用，按产品类型一般包括五大类，信号链路的放大器Amp、信号转换器ADC/DAC、通用接口芯片、比较器，电源链路中的稳压器都属于此类。产品细分品类最多，生命周期最长，市场十分稳定。

ASSP则根据专用的应用场景进行标准化设计，一般集成了数字以及模拟IC，复杂度和集成程度更高，有的时候也叫混合信号IC。典型的ASSP产品包括手机中的射频器件，交换机中物理层的接口芯片，电池管理芯片以及工业功率控制芯片等等。ASSP一般按照下游应用场景划分为五大类，包括汽车电子、消费电子、计算机、通信以及工业市场，通常由于针对特定场景进行开发，附加价值及毛利率较高。

IC设计类

芯片设计流程主要可分为前端设计与后端设计，其中前端设计（也称为逻辑设计）主要涉及芯片的功能设计，后端设计（也称为物理设计）主要涉及工艺有关的设计，使其成为具备制造意义的芯片。细分来看， 芯片设计包含流程包含 RTL 编写、功能验证、逻辑综合、形式验证、 DFT、布局布线、 Sign Off、版图验证等多个流程。我们也提到过数字芯片设计和模拟芯片设计的具体流程有所不同，因此其所需的EDA软件也有所不同，我们将对其一一介绍。

综合来看， EDA 软件在IC设计中主要包含以下功能，其中功能验证与Sign-Off主要指的就是电路仿真和分析：功能验证：保证设计的功能正确，并确保芯片能够实现预定和期望的行为和动作；逻辑综合： 将用行为级语言描述的各功能模块向低级语言翻译，用底层逻辑门组合实现电路模块的功能；布局布线： 用有实际的物理参数的逻辑门替代逻辑综合后的逻辑门，并且将其按照既定的功能互联在一起，使其形成具有制造意义的版图；Sign-Off： 保证芯片设计的所有图线、时序以及功耗都符合制造、产品和系统的要求。

注：这里面Sign Off的字面意思是签好字，可以指经过设计经理、版图经理、工艺负责人签字同意，Tape Out原意是指“下线”，是指将最终GDSII文件即掩膜信息提交给掩膜工厂生产。

数字电路设计

主要分为前端逻辑设计和后端物理设计，团队角色也通常分为前端设计师和后端设计师。虽然没有统一明确的界限，但前端设计与后端设计通常以生成的门级网表为划分。前端设计师以芯片架构为起点，以网表为终点，主要满足电路功能和逻辑的设计和验证，同时有前端验证工程师、架构工程师、DFT工程师等配合完成工作；后端设计师以布局布线为起点，以生成可以送交晶圆厂进行流片的GDSII文件为终点。

数字电路前端设计用逻辑电路实现预期规格，侧重逻辑功能，主要包括设计和验证两部分。具体流程包括：系统总体规划、模块设计、顶层模块集成和顶层功能模块验证、逻辑综合、形式验证、静态时序分析、可测性时序插入等，其中所需的EDA代表软件如下：

数字电路后端设计重视布局和模拟，主要包括工艺上实现和流程。具体流程包括：版图物理规划、功耗分析、单元布局与优化、时钟树综合、布线、信号完整性分析、寄生参数提取、物理验证等，其中所需的EDA代表软件如下：

模拟电路设计

相较于数字电路，模拟电路设计对工程师的长期实践经验要求较高，因此其全流程通常由一组工程师承担，导致前端和后端界限模糊，但也可将其设计流程分为两大部分，即前端的功能设计和后端的物理实现。

模拟电路前端功能设计主要指设计要求与性能参数的逻辑化过程。首先要确定系统输入输出关系，定义系统功能，规范时序、面积、功耗、信噪比等参数范围，完成目标量化的第一步。然后通过模拟仿真评估电路应用的性能，确定电路工作的区间和限制，在重复验证与结果改进中优化电路逻辑功能结构。

当电路性能的仿真结果满足设计要求后，开始进入后端电路版图设计阶段，即定制满足工艺要求的物理版图。物理版图作为电路相关参数与实物模型的桥梁，实现了设计电路向图形描述格式的转换。经历物理层验证、计算机仿真验证与改进等环节后，最终实现设计版图的实物制造。模拟电路各流程代表的EDA软件总结如下：

模拟设计比较简单，Virtuoso（沃求搜）是集大成者，可以覆盖绝大部分应用，外加Matlab做建模。Virtuoso运行平台是在linux平台上

IC制造类

EDA不仅应用于芯片设计环节，也广泛应用于晶圆制造，是连接集成电路设计和制造两个环节的桥梁和纽带。在工艺平台开发阶段，晶圆厂完成半导体器件和制造工艺的设计后，需要借助EDA工具建立器件模型、生成PDK以及IP和标准单元库，此外晶圆制造过程中光刻计算、良率提升也需要借助EDA大数据软件工具。晶圆制造EDA工具包括器件模型提取工具、工艺和器件仿真（TCAD）、PDK开发与验证、计算光刻、掩膜版校准、掩膜版合成和良率分析等工具。

注：PDK（Process Design Kit，工艺设计套件、制程设计套件）是一组描述半导体工艺细节的文件，供芯片设计EDA工具使用。客户会在投产前使用晶圆厂的PDK，确保晶圆厂能够基于客户的设计生产芯片，保证芯片的预期功能和性能。 因此PDK包可看作是沟通IC设计公司、 代工厂与EDA厂商的桥梁。

IC封装类

主要提供封装设计平台，涵盖封装的设计、验证、实施等环节。需要注意的是，随着芯片制程工艺逼近物理尺寸极限，2.5D/3D封装，芯粒（Chiplet）等先进封装成为了提高芯片集成度的新方向，整个IC封装的需求越来越类似于IC设计的状况。这也使得芯片设计不再是单芯片的问题，而逐渐演变成多芯片系统工程。新的问题随之出现，先进封装中的大规模数据读取显示，高密度硅互连拼装、高性能良率低功耗需求对EDA算法引擎提出了更高的要求。针对封装的新EDA设计、仿真平台也不断出现，如新思科技的3D IC Compiler平台、Mentor的HDAP解决方案等。

PCB类EDA（板级EDA软件）

包括PCB设计和制造两大类。PCB设计软件种类很多，如Protel、 OrCAD、Viewlogic、PowerPCB、Cadence PSD、Mentor的Expedition PCB、Zuken CadStart、 WinboardWindraftIvex-SPICE、PCB Studio、TANGO等等。PCB制造类软件主要包括PCB制作和工艺流程控制领域的工具。

Mentor公司板级EDA

Cadence公司板级EDA

Altium公司（已被日本瑞萨电子收购）板级EDA

Zuken和CadSoft公司板级EDA

板级EDA工具比较

平板显示类EDA

主要包括平板显示设计EDA，面向面板厂商。FPD设计流程包括电路原理图设计、布图设计、电路仿真、电路布图寄生参数提取、电路设计验证等，类似于模拟集成电路的设计流程，但也有其独特的设计流程和设计方法。与集成电路设计类似，EDA也是平板显示电路设计的基石。