核心工业软件:智能制造的中国“无人区”

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2018-06-22 15:10:47

&0的工业软件公司。世界500强中,80%的公司都是它的客户。”5月16日,中国信息安全研究院总工程师夏刚研究员接受科技日报记者采访时说,而我国的核心工业软件领域,基本还是“无人区”。

工业软件缺位,为智能制造带来了“成长的烦恼”。譬如,芯片设计生产“必备神器”eda工业软件,我国就不得不面临被国外生产制造商无预兆“卡脖子”的风险。

eda软件水平代表一国电子产品设计能力

工业系统复杂到一定程度,就需要以计算机辅助的工业软件来替代人脑计算。工业软件“管辖范围”涉及原料供给调度、产品设计分析、工艺流程管理、工业控制、质量管理等诸多领域。

eda,即电子设计自动化。用于辅助和实现eda的软件,被归口为高等级“行业通用”工业软件。在先进制造的“流水线”上,没有先进eda软件做产品设计,再高端的设备、再精湛的工艺,也得“歇菜”。

eda软件是在虚拟世界帮设计师“试错”的“实验员”。夏刚说:“它能极大提高电路设计效率。”

没有这个软件,设计者可能要经过若干次实物试验,才能做出一个合格设计。有了eda软件,就能通过计算机“试错”,低成本设计出合格产品。通过eda软件平台,设计者借由计算机自动完成逻辑编译、简化、分割、综合优化、布局、布线和仿真,直至对特定目标芯片完成各项工作。

“简单到收音机,复杂到英特尔酷睿i7的处理器都能通过eda软件的电路设计与仿真技术来实现。能否设计出更高性能的cpu,既取决于设计团队的专业知识,也取决于表达专业知识的eda软件。因此,一个国家的eda软件水平,代表着其电子产品设计能力的高下。”上海交通大学网络空间安全学院副教授陈秀真说。

缺乏先进原生工业技术,我国eda难“全能”

我国也有自主eda软件。夏刚表示,例如华大eda和easyeda等产品,做了多年技术积累,拥有一大批成功用户案例。对于模拟电路或全定制设计电路,国产eda与美国主流eda工具相较,设计原理上并无差异,但软件性能却存在不小差距,主要表现在对先进技术和工艺支持不足,和国外先进eda工具之间存在“代差”。这种“代差”可被“数字化”:仅国外eda三大巨头公司cadence、synopsys及mentor,就占据了全球该行业每年总收入的70%。

这样的差距,源自国产eda软件在部分工艺技术上的缺失。模拟电路或全定制设计电路,主要需要原理图、版图、drc工具等eda软件。这类软件规模不大,性能和可靠性要求却甚高,对工艺依赖程度高。通常,为满足设计需要,设计工程师要对芯片生产厂家提供的某些工艺参数修改、调整并验证。因此,模拟电路设计除需要上述主流eda功能外,还需要针对芯片生产厂家提供的eda软件进行分析和验证,以及二次开发,并要通过自动检查分析工具来保证芯片可靠性。

这类特殊的专业软件,国内eda厂商只能“分情况”供应。对于设计一款既可通过全自动eda软件设计,也可采用半自动或手工流程来设计的小规模数字电路,尚能“hold”住。

对只能依靠全自动综合工具和布局布线工具来完成设计的大规模数字电路,国产eda软件则显“力不从心”。

“大规模集成电路最先进的设计和生产工艺,都源自美国等国家。没有原生的先进工业技术,是我国eda工具无法‘全能’的根本原因。”研发自主操作系统的天津麒麟公司总裁孔金珠研究员说。

成立于1984年的美国xilinx公司,主要研发、制造并销售高级集成电路、eda软件设计工具。该公司首创了现场可编程逻辑阵列(fpga)技术,与传统方法比,利用该eda软件客户能更快设计和验证电路,大幅缩短电子设备制造商产品开发周期,降低开发风险。

“xilinx干了30多年的fpga技术,国内这一技术才发展多少年?这中间的技术代差,怎可能一蹴而就取而代之?”夏刚举例解释了自主eda软件的“痛点”。他说,我国芯片设计生产一直高度依赖国外软件。这让国产eda软件企业,不得不追着“一直被模仿,从未被超越”的国外同行去开发。作为“跟随者”,国产eda软件能获得的用户体验和反馈也少,导致了目前的差距。

“eda软件还只是工业软件中的冰山一角,由此可见我国自主工业软件之殇。发展自主工业操作系统 自主工业软件体系,刻不容缓。”孔金珠说。

破冰工业软件之困 亟须发挥“举国体制”优越性

“我们要集中力量解决软件和信息技术服务业核心技术创新能力不强、生态构建能力较弱等卡脖子问题。”不久前在广西南宁召开的全国信息化和软件服务业工作座谈会上,工信部副部长陈肇雄说。

夏刚等专家呼吁,要保护好工业软件发展的“生态”。“我国芯片和操作系统领域留下的教训,就包括生态缺失。我们要吸取这一教训,才能最终把我国自主工业软件实实在在植入制造业。”

对于可能出现的eda软件禁售,专家认为既有利好,也要警惕。如果禁售长达数十年,迫使我国在eda软件领域不得不“自力更生”,像核物理和导弹武器领域那样,可能促进现有eda软件的实用化水平在短期内大幅提高。而“短暂禁售”则很令人担忧,如果大多数国内用户侥幸使用盗版并等待解禁,极可能伤害国内eda软件企业自主研发的积极性。

“eda软件面临的危机和机遇,大体能反映其他工业软件的境遇。建议把工业软件的发展,放到航空、航天、兵工、船舶等行业同等重要的地位,发挥‘举国体制’优越性,破解工业软件受制于人的局面。”夏刚说。