问鼎EDA顶会冠军之后，我们还有哪些路要走？

作者 | 马超

在日前的ICCAD 2021（计算机辅助设计国际会议）上，华中科技大学的学生团队首次参赛，就拿到了EDA布局布线算法的第一。可以说我们在EDA方面后备力量上已经开始有了一些可喜的进展。

但是芯片领域需要物理学、材料学的基础研究和精密制造，突破制约创新的瓶颈。包括EDA的设计，材料、生产制造、工艺、设计能力、制造、封装封测等关键流程，全部被华为设定进今后的目标领域之中。

“忘记历史就意味着背叛”，在我们重启芯片制造领域基础研究的时点上，我们尤其有必要回顾一下历史，看一下我们在芯片领域到底是怎么落后的，为了写好本文我找到了我国光刻领域的开创之作《光刻掩膜版的制造》，带大家共同回顾一下我们光刻的发展历史。

神作-《光刻掩膜版的制造》

有不少文章都说，我国在光刻方面的落后是因为我们一直不重视基础科学的研究，其实这种说法至少不适合光刻技术领域，在这方面我国起步并不晚，可以说和美国基本同步，还略早于日本。甚至在上个世纪60年代初中科院就立项开始研究光刻机了，并且在1965年成功推出了65型接触式光刻机，这个光刻机在当时可谓国际领先，后来1972年武汉无线电元件三厂编写了《光刻掩模的制造》。

可以说正是读过这本书以后，笔者才下定决定撰写本文的，光刻与IT研发最大的不同点在于试错成本相去甚远，在IT的编程范式下，代码的运行结果是可以瞬间反馈的，这也就极大降低了IT研发的试错成本；而光刻技术中很多工艺都必须要静置要等，没有时间的积累根本就难以突破。

为了说清接下来的内容，笔者向大家简要介绍一下光刻技术。在一台光刻机中，激光器负责光源产生，首先是激光器发光，经过矫正、能量控制器、光束成型装置等之后进入光掩膜台，最终制成晶圆。

而如果展开讨论的话，从激光器、激光镜头、控制器到光掩膜版，都能单独成文。而本次笔者联系上的光刻前辈，从事过光掩膜版制造的相关工作。所以咱们今天就重点和大家聊聊光掩膜。

光刻掩膜版（又称光罩，英文为Mask Reticle），简称掩膜版，是微纳加工技术常用的光刻工艺所使用的图形母版。由不透明的遮光薄膜在透明基板上形成掩膜图形结构，再通过曝光过程将图形信息转移到产品基版上，详见下图，这里需要特别提到的一点是在光刻胶方面，日本厂商几乎占据了80%以上的市场份额，可以说单单从一个看似简单的光掩模看去，我们下大力气去攻坚克难的方面都有很多，更遑论整个光刻机的制造了。

而超微粒干版作为光刻制版用的感光版的一种，其制造工艺的相关内容，无论是在《光刻掩模的制造》，还是在前辈的亲述当中都有过介绍。其底板采用性能稳定、透光率高的玻璃或塑料薄膜。感光膜由硝酸银、卤化钾和介质（明胶）三种材料为主配成乳胶液，再加入吡那金醇（增感剂）、三氮吲哚唎嗪（稳定剂0、明矾（坚膜用）等构成。可以说在前辈的指导下，下面将书中相关截图附上。

咬定青山不放松，才能搞芯片

不过就是这家在上世纪70年代独领风骚的武汉无线电元件三厂，在国外厂商大举来华，于1994年全面改制，成为了卖早点、副食品的商铺，据知情前辈回忆，当时绝大部分职工全部转型成了商铺售货员，虽然有一部分职工南下广东，但应该没有继续从事半导体制造的相关工作了。在当时“造不如买，买不如租”的理念下，武汉无线电元件三厂，是我国半导体制造行业全面衰落的一个缩影，90年代初武汉还有很多半导体、无线电厂，不过2000年左右这些厂有几乎全部销声匿迹。

说完光刻咱们再聊回EDA，从产值角度来看，EDA在集成电路产业链中占比不大，2018年全球EDA行业市场规模仅为97.04亿美元，这与动辙上万亿的半导体行业相比不算什么，但EDA同时又被称作是“芯片之母”，缺少了EDA，整个芯片产业都得停摆。而在EDA方面同样也是我们的短板，Cadence、Synopsys和Mentor Graphics三大美国EDA厂商，几乎占据我国90%以上的市场份额。不过与光刻情况也十分类似，其实我们EDA软件的研发方面起步也不晚。

1978年秋，在中央刚刚提出“科学技术是第一生产力”的时候，桂林阳朔举办了“数字系统设计自动化”会议，而这次会议被誉为我国“EDA事业的开端”，当时有67个单位，140多名代表参加了会议。不过据称有关EDA讨论还只停留在学术层面，而我国EDA元年是在1986年，当时为了更好推动集成电路产业，我国动员了全国17家单位，200多位专家齐聚原北京集成电路设计中心，开发自主集成电路计算机辅助设计系统”熊猫EDA”，7年之后的1993年“熊猫EDA”终于练成正式推出面世。

巧合的是EDA三巨头中的Synopsys、Cadence都在1993年入华，Mentor Graphics也在1995年在北京设立销售办公室，当时我们还处在襁褓中的熊猫EDA，当然无法在价格战中取得优势，国内EDA产业在1994年至2008年陷入了一段相当长时间的“沉寂期”，不过令人欣慰的是，熊猫EDA的研发，为我们的EDA项目保留了火种。从笔者实际沟通了解到的情况看，目前国产EDA产业的领军人物：华大九天的董事长刘伟平、蓝海微科技的董事长侯劲松都是熊猫EDA项目研发的亲历者。

当然能为EDA产品写代码的程序员，转型去做其它IT项目也不是什么难事，据称当时“熊猫EDA”团队有相当一部分都直接转型到了华大集团，也有人办起了电脑培训班，或者到中关村去攒电脑，据悉当时下海人员的收入普遍比在集成电路设计中心做EDA的研发要高十倍以上，所以对于转型带来的痛感不并算强烈。

虽然我国在EDA方面的火种一直没断，而且最近在EDA传统大赛中获奖也是一个好的趋势，但是我们也要清楚看到，想在工业软件方面取得突破我们依旧有很多坑要迈，很多路要走。现在台积电、三星等厂商在开发新工艺的时候，基本不会考虑与国内EDA厂商合作，使得我国EDA厂商的IP库不够丰富，这就像只有Photoshop却没有滤镜一样，会极大的限制芯片设计师的发挥。

而这方面如果想突破，就必须取得芯片方面全产业链的进展。而想在芯片制造的全产业链取得进展，没有捷径可言，只能靠时间的积累，最后祝我国的芯片界同仁，步步常由逆境行，极知造物欲其成！

作者：马超，CSDN博客专家，阿里云MVP、华为云MVP，华为2020年技术社区开发者之星。