“德國最大的企業是哪家?西門子?大眾?都不是,是SAP,一家引領德國工業4.0的工業軟件公司。世界500強中,80%的公司都是它的客戶。”5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,而我國的核心工業軟件領域,基本還是“無人區”。

工業軟件缺位,為智能制造帶來了“成長的煩惱”。譬如,芯片設計生產“必備神器”EDA工業軟件,我國就不得不面臨被國外生產制造商無預兆“卡脖子”的風險。

EDA軟件水平代表一國電子產品設計能力

工業系統復雜到一定程度,就需要以計算機輔助的工業軟件來替代人腦計算。工業軟件“管轄范圍”涉及原料供給調度、產品設計分析、工藝流程管理、工業控制、質量管理等諸多領域。

EDA,即電子設計自動化。用于輔助和實現EDA的軟件,被歸口為高等級“行業通用”工業軟件。在先進制造的“流水線”上,沒有先進EDA軟件做產品設計,再高端的設備、再精湛的工藝,也得“歇菜”。

EDA軟件是在虛擬世界幫設計師“試錯”的“實驗員”。夏剛說:“它能極大提高電路設計效率。”

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

“簡單到收音機,復雜到英特爾酷睿i7的處理器都能通過EDA軟件的電路設計與仿真技術來實現。能否設計出更高性能的CPU,既取決于設計團隊的專業知識,也取決于表達專業知識的EDA軟件。因此,一個國家的EDA軟件水平,代表著其電子產品設計能力的高下。”上海交通大學網絡空間安全學院副教授陳秀真說。

缺乏先進原生工業技術,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等產品,做了多年技術積累,擁有一大批成功用戶案例。對于模擬電路或全定制設計電路,國產EDA與美國主流EDA工具相較,設計原理上并無差異,但軟件性能卻存在不小差距,主要表現在對先進技術和工藝支持不足,和國外先進EDA工具之間存在“代差”。這種“代差”可被“數字化”:僅國外EDA三大巨頭公司Cadence、Synopsys及Mentor,就占據了全球該行業每年總收入的70%。

這樣的差距,源自國產EDA軟件在部分工藝技術上的缺失。模擬電路或全定制設計電路,主要需要原理圖、版圖、DRC工具等EDA軟件。這類軟件規模不大,性能和可靠性要求卻甚高,對工藝依賴程度高。通常,為滿足設計需要,設計工程師要對芯片生產廠家提供的某些工藝參數修改、調整并驗證。因此,模擬電路設計除需要上述主流EDA功能外,還需要針對芯片生產廠家提供的EDA軟件進行分析和驗證,以及二次開發,并要通過自動檢查分析工具來保證芯片可靠性。

這類特殊的專業軟件,國內EDA廠商只能“分情況”供應。對于設計一款既可通過全自動EDA軟件設計,也可采用半自動或手工流程來設計的小規模數字電路,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計的大規模數字電路,國產EDA軟件則顯“力不從心”。

“大規模集成電路最先進的設計和生產工藝,都源自美國等國家。沒有原生的先進工業技術,是我國EDA工具無法‘全能’的根本原因。”研發自主操作系統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、制造并銷售高級集成電路、EDA軟件設計工具。該公司首創了現場可編程邏輯陣列(FPGA)技術,與傳統方法比,利用該EDA軟件客戶能更快設計和驗證電路,大幅縮短電子設備制造商產品開發周期,降低開發風險。

“Xilinx干了30多年的FPGA技術,國內這一技術才發展多少年?這中間的技術代差,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,我國芯片設計生產一直高度依賴國外軟件。這讓國產EDA軟件企業,不得不追著“一直被模仿,從未被超越”的國外同行去開發。作為“跟隨者”,國產EDA軟件能獲得的用戶體驗和反饋也少,導致了目前的差距。

“EDA軟件還只是工業軟件中的冰山一角,由此可見我國自主工業軟件之殤。發展自主工業操作系統+自主工業軟件體系,刻不容緩。”孔金珠說。

破冰工業軟件之困 亟須發揮“舉國體制”優越性

“我們要集中力量解決軟件和信息技術服務業核心技術創新能力不強、生態構建能力較弱等卡脖子問題。”不久前在廣西南寧召開的全國信息化和軟件服務業工作座談會上,工信部副部長陳肇雄說。

夏剛等專家呼吁,要保護好工業軟件發展的“生態”。“我國芯片和操作系統領域留下的教訓,就包括生態缺失。我們要吸取這一教訓,才能最終把我國自主工業軟件實實在在植入制造業。”

對于可能出現的EDA軟件禁售,專家認為既有利好,也要警惕。如果禁售長達數十年,迫使我國在EDA軟件領域不得不“自力更生”,像核物理和導彈武器領域那樣,可能促進現有EDA軟件的實用化水平在短期內大幅提高。而“短暫禁售”則很令人擔憂,如果大多數國內用戶僥幸使用盜版并等待解禁,極可能傷害國內EDA軟件企業自主研發的積極性。

“EDA軟件面臨的危機和機遇,大體能反映其他工業軟件的境遇。建議把工業軟件的發展,放到航空、航天、兵工、船舶等行業同等重要的地位,發揮‘舉國體制’優越性,破解工業軟件受制于人的局面。”夏剛說。(記者 俞慧友)