日志

[ZZ]从Cadence的崛起，洞察商用EDA的变迁

热度 2已有 1410 次阅读| 2021-8-17 11:23 |个人分类:新闻动态|系统分类:芯片设计| Cadence, EDA, 历史

半导体行业观察 ·2020-07-02 08:38·半导体行业观察

来源：内容来自公众号「未来妄想家」，作者：河马大叔是孙路，谢谢。

Cadence故事的起点从要一位名叫Jim Solomon的人离开美国国家半导体公司（National Semiconductor）说起。

1956年，Jim Solomon就读于加州大学伯克利分校。1960年毕业之后，在半导体圈子里摸爬滚打，一干就是20多年。（人家20多年的职业生涯过去了，咱还没出生…）
到了1983年，当时的Jim任职于美国国家半导体公司，担任模拟和混合信号IC设计总监。或许是对理想的更高追求，亦或许是厌倦了枯燥无味的重复劳动，他决定离开国家半导体公司，成立了SDA公司。
有人说SDA的意思是，Solomon Design Automation，也有人说是，Silicon Design Automation。嗯，哪个名字都无伤大雅，主要看和你谈话的对象是谁，嘻嘻。
SDA的总部设立在硅谷。Jim的启动资金，一半来自硅谷的风投公司，一半来自其他四家业内IC公司，其中就包括美国国家半导体公司。可见在三十多年前，硅谷的创业热潮是多么的汹涌澎湃，创业的环境是多么友善。
当时的IC行业并没有所谓的EDA。大多数的顶级半导体公司都采用自己开发的工具，专供自己使用，也就是所谓的in-house tool。
随着半导体创业大潮的兴起，很多初创公司或者小型公司就必须要先成立自己的工具团队，才能紧锣密鼓地开始产品设计。所以，当时的SDA一成立，就成为了硅谷IC公司追捧的对象。
这些IC公司会专门派几个工程师到SDA去，与Jim的团队一起开发软件工具，然后对外售卖。而这些IC公司也会给SDA投资，以获得回报。
就这样，SDA生存了下来，并在1987年申请上市，扩大融资手段。然而，他们的IPO就遭遇了命运的捉弄。

1987年10月19日，星期一，华尔街股票市场刮起了股票暴跌的风潮，爆发了历史上最大的一次崩盘事件。道·琼斯指数一天之内重挫了508.32点，跌幅达22.6%，创下自1941年以来单日跌幅最高纪录。6.5小时之内，纽约股指损失5000亿美元，其价值相当于美国全年国民生产总值的1/8。这次股市暴跌震惊了整个金融世界，并在全世界股票市场产生“多米诺骨牌”效应，伦敦、法兰克福、东京、悉尼、香港、新加坡等地股市均受到强烈冲击，股票跌幅多达10%以上。百度百科

因为股灾的影响，SDA的IPO计划搁浅。而这次IPO的告吹，成为了历史的绝唱。
花开两朵，各表一枝。在EDA的另一个战场上，Glen Antle和Paul Huang创立了ECAD公司，设计了一款商用的DRC检查工具，名叫Dracula。（传说中吸血鬼的始祖。）
ECAD公司比SDA稍微幸运一点，在10月19号的股灾之前已经成功IPO。但是，借助刘义庆在《世说新语》里的记录，“覆巢之下无完卵”，ECAD公司也遇到了危机。
1988年，SDA和ECAD两家公司的高层做了一个重大决定。他们决定将公司合并，成立一家新的软件公司，取名叫Cadence。第一任CEO是原SDA的COO，Joe Costello。
也有人说SDA是在“借壳上市”，因为ECAD已经是一家上市公司，所以合并之后SDA也就上了市。但我猜，更可能的原因是，两家人一起抱团取暖，安稳度过股灾，因为未来还有巨大的前景在等着他们。
从此，EDA有了自己的细分名称。

撑起Verilog的一片天

在20世纪80年代末和90年代初，Cadence的IC设计自动化产品主要是四款：1，Analog Artist；2，Virtuoso版图编辑器；3，SKILL脚本语言；4，Spectre电路仿真器。直到今天，这四款产品在EDA和IC设计行业里，还占据着举足轻重的地位。
年轻的Cadence，在1989年进行了一次收购。它收购了一家名叫Tangent Systems的公司（tangent，正切），因为他们有一款基本标准单元和门阵列的布局布线产品，分别叫作Cell 3 Ensemble和Gate Ensemble。
基于这两款产品，Cadence将其打造成未来布局布线工具的主心骨。其融合之后的新产品名叫，Silicon Ensemble。
到了1990年，Cadence又收购了Gateway Automation。这是一个重磅级的收购。Gateway当时是Verilog语言和RTL仿真器的发明者，而且还拥有一个非常快速的门级逻辑仿真器，名叫Verilog-XL。
90年代之后，半导体开始走入（超）大规模集成电路（VLSI）时代，电子设计自动化的需求呈现井喷。因此，为了能更快速而高效的进行设计和仿真，针对电路逻辑的抽象层次开始从门级转移到了传输机，也就是Gate-level到了Register-level。
由此可见，Cadence的这笔收购是非常有先见之明的。
随后，Verilog成为了通行的标准设计语言，并最终成为了IEEE标准。而当初的Verilog仿真器也逐渐发展成为了今天最重要的仿真平台。

Costello的谢幕

1991年，Cadence收购了Valid公司。这家公司的明星产品Composer模拟版图提取工具，曾广泛应用于门阵列设计和印制电路板（PCB）设计之中。
由此一来，Cadence不再是一家只有IC设计工具的公司，而是将一只脚伸到了系统级，进入了PCB设计领域。特别值得一提的是，目前在PCB领域的绝对霸主Allegro，就源自Valid。
正是因为这次收购，Cadence的估值不断扩大，最终成为了当时最大的EDA公司。随后，商用EDA的风潮袭来，半导体公司也紧跟潮流，纷纷将从in-house工具转向商用EDA工具。
同时，90年代末期，各大系统集成公司也开始设计自己的芯片，从另一个方面推动了商业EDA工具的爆炸式发展。这和最近几年国内系统公司逐渐开始自己设计芯片的潮流，有着异曲同工之妙。二十多年前的路，我们也必须要重走一遍。
随着系统公司的加入，新的设计方法学也应运而生，这就是ASIC方法。这种方法将整个半导体电子电路设计流程分成了两个步骤，靠近终端系统的由系统公司来完成，而靠近硅片的部分由半导体公司完成。
整个设计流程的简化，以及半导体设计产业链的整合，从侧面推动了个人电脑与周边生态的爆发增长。那是一个半导体和EDA的黄金时代，就像国内这几年的人工智能爆发一样，有着类似的感受。
在90年代的后半叶，Cadence又进行了一些小规模的收购。而在1997年，Joe Costello辞去了CEO一职。新的Cadence CEO，Jack Harding来自Coopers and Chyan Technology，这家公司在1997年的早些时候刚刚被Cadence收购。

财务专业的CEO

随着半导体设计复杂度的不断提升，“Synthesis（综合）”已经成为了深入人心的设计方法。当时，Cadence在内部开发了一款名叫Synergy的工具，来进行RTL代码的自动化综合。

目前，这款工具仍旧活跃在Intel内部的FPGA设计团队中。
1998年，Cadence收购了Ambit Design Systems，然后推出了名为BuildGates的逻辑综合工具。而在2003年，Cadence还收购了Get2Chip公司来进一步工具逻辑综合工具。
1999年，Jack Harding离职，并由Cadence的CFO Ray Bingham继任CEO。
同年，Cadence收购了Quickturn公司，从而进入了硬件仿真领域。但是，真正占领这个领域的收购是2002年对IBM硬件仿真业务的收购。
从此，Cadence的硬件仿真器产品线拥有了主心骨。这也为未来在市场上横扫天下的Palladium Z1打下了优质的基础。
在Ray Bingham执掌Cadence时代，有三次及其重要的收购。
第一，2001年收购Silicon Perspective。该公司拥有一款名叫First Encounter的芯片布局工具，以及一款叫CadMos的SI分析工具，并为下一代布局布线做好了技术储备。
第二，2002年收购Simplex。该公司的产品将为Cadence补足了寄生参数提取和分析的能力。
第三，2002年收购IBM硬件仿真业务。诚如上文所说，我就不再赘述。Ray Bingham在2004年离开了Cadence，接替他的是来自Intel的Michael Fister。

新纪元缔造者

Michael Fister上任之后，在2005年收了Verity公司。这家公司开创了一种可约束的随机验证方法学，并为此设计了一款语言，名叫“e”。通过这款设计语言，工程师可以将设计描述进行更高级的抽象。

这里可能要说一段小插曲。Cadence曾经在2008年6月，向Mentor Graphics公司提出过收购的邀约。而Mentor Graphics董事会对此事闭门不谈，对此项收购邀约完全不予理会。因此，仅仅过了两个月，Cadence宣布放弃这次收购。
然而，在2008年的美国金融危机面前，再优质的高科技公司也难逃市值暴跌的命运。Michael Fister黯然辞去了CEO一职。而在2008年余下的日子里，Cadence只能由临时执行委员会代理。
2009年，天命之子Lip-Bu Tan走马上任CEO，一直驾驶着Cadence这艘巨轮直到今天。

而面对半导体芯片设计更加复杂的近代，继续提高设计方法和流程的抽象层级，就是我们屡试不爽的惯用招数。由此，可以进行预设计的IP模块开始崭露头角。
2010年，Cadence收购了Denali公司，拥有了为Memory建立模型和提供IP的业务。据说Denali公司不仅仅产品出名，而且还特别爱举办宴会。每次的DAC大会上，Denali都会举办一次party，而Cadence也继承了这项传统。
在2013年，Cadence收购Tensilica是当年非常出名的收购案。Tensilica当时是可重构处理器IP的领头羊，其产品可以应用于音频和视频处理等专业领域的处理器中，而且能提供面向不同应用场景和需求的多用途处理器。
而在这之后，2013年堪称Cadence的收购狂潮。它收购了Cosmic Circuits、Evatronix，以及Transwitch等公司的IP业务，在IP领域拓展出了自己的一片天地。
而在2014年，Cadence收购了Forte Design Systems，使其拥有了高阶综合工具。它也是Cadence Stratus-HLS的前身。
另外，Cadence还收购了Jasper Design Automation，让JasperGold验证技术进入了Cadence大家庭。

并购大潮的降温

当我们重新审视设计方法学的更迭就会发现，几乎所有的设计流程都是通过无数优质的点工具（point-tool）进行的组合。

刚刚进入的千禧年时代，优质的点工具层出不穷。它们依靠一群资深而富有洞察力的工程师团队，与风险投资机构配合，将这些好的想法付诸实现。
尽管商用EDA公司也在研发新的产品，但有时候最佳的解决方案可能来源于外面。无论多大的公司，都会存在自己视野的局限性，因此收购就成为了最佳的提升手段。
从资本的角度来考虑这个现象，就不难理解。特别是近些年，移动互联网的兴趣，让我们深刻体会到了一个行业的利润总是向第一和第二名流入。
所以，决定一家公司的生死有时不是纯粹的技术和实力问题，而是“时间”。再好的技术也经不起时间的消耗，谁能提前占据头部，才能掌控话语权。
通过风投和收购的一系列操作，EDA行业有了健康的资本流动，初创企业不断涌现。现在我们常说的EDA三巨头，Cadence、Synopsys和Mentor Graphics，就是通过收购并整合技术来满足先进的半导体设计需求。

2015年，Cadence稍作休整，没有进行收购。这预示着并购大潮开始降温。
随着先进工艺的不断演进，半导体公司对于新产品的研发投入呈现巨量的增长。为了追随摩尔定律的脚步（追求更高的利润），以台积电为代表的晶圆代工厂不断推进先进工艺，而每次的研发投入都是上一次的数倍之多。
资金跟不上，就无法成为先进工艺的玩家，半导体公司面临着新一轮的洗牌（并购）。因此，到了近代，无论是晶圆代工厂、半导体设计公司，还是EDA公司都形成了稳定的金字塔结构。
这就让初创企业陷入了几乎无处发力的死循环。你必须拿到高额的融资，并且拥有（至少定义）一套完整的产品线，否则无法生存。
而到了2016年，EDA三巨头之一的Mentor Graphics被西门子收购，成为了西门子旗下的一个软件部门。到今天为止，真正独立运营的EDA巨头就只剩下了Cadence和Synopsys。

走进新航路

从2015年起，Cadence重新构建的先进数字设计平台产品线。我们今天常用的Innovus、Voltus、Genus、Tempus、Quantus等工具就是从那时开始改头换面，以一个整体面对市场的竞争。

无法从外部获得新的技术突破，那就必须自我革新与整合。除了数字设计平台，在功能验证领域，Cadence也将软件仿真、硬件仿真、形式化验证方法学、虚拟验证平台等等关键技术进行了融合，从而开发出了Xcelium等领先的软件工具。
从系统的角度来看，为了实现更大的片上吞吐量，我们已经进入了以Chiplet为指导方向的3D设计潮流。因此，高级封装技术变得尤为重要。
2019年，Cadence开始向系统仿真分析领域进行新的突破，先后推出了Clarity和Celsius等用于系统级的噪声和热分析工具，来应对未来的潮流。
到了今年，Cadence又进行了一次重磅收购，将National Instruments公司旗下的AWR收入囊中。这预示着Cadence补齐了高速微波射频仿真领域的最后一块拼图。这无疑是呼应了Cadence在2019年提出的新口号，“Intelligent System Design”，让系统设计变得智能化。
从此，Cadence不再是一家IC设计软件供应商，而是从更高的系统层次摇身一变，变成了智能系统设计全流程解决方案的提供商。