他，彻底改变了模拟芯片设计

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工程名人堂经常记住 Michael Faraday, Gustav Kirchhoff和James Clerk Maxwell等历史人物。但在这些名字中，很少有人像 Bob Widlar (1937-1991) 那样提供如此耀眼和实用的创新，他是早期硅谷最高产的电路设计师之一。

Bob Widlar 被人们铭记为“传奇的芯片设计师”，他创立了 Widlar 电流源、Widlar 带隙电压基准和 Widlar 输出级。

在工程界传奇人物中工作，例如飞兆半导体的创始人，Widlar 被描述为“比工程师更像艺术家”。凭借他在 µA702、µA709、µA710、LM100、LM101、LM107、LM108 和 LM10 等众多产品中的开创性发现，Widlar 彻底改变了现代工程中的模拟 IC 设计。

早年生活和教育

Robert John ("Bob") Widlar在俄亥俄州克利夫兰长大，他的父亲在那里担任无线电工程师。15 岁时，Widlar 开始了他在电子领域的终生职业生涯，就像他那个时代的许多修补匠一样：他修理收音机和电视机。1958 年，Widlar 加入空军，负责向他的同胞教授有关电子设备的知识。一项年度绩效评估将 Widlar 描述为“比一般技术人员高出一筹”，因为他不会满足于表现平庸，并不断追求完美。Widlar 于 1962 年毕业于科罗拉多大学，获得电气工程理学学士学位。在此期间，他还与 Ball Brothers Research Corporation 合作，帮助为 NASA 开发模拟和数字设备。1963 年，他继续加入飞兆半导体。

数字时代的模拟创新者

Widlar 因其在模拟单片集成电路 (IC) 方面的工作而广为人知。当他意识到 IC 不能以与分立电路相同的方式设计时，他是第一个针对平面工艺限制开发解决方案的人。他独特的 IC 设计方法以第一款线性 IC 运算放大器µA702 达到顶峰。由于奇怪的电源电压、低输入/输出摆幅、低增益和其他奇怪的特性，该运算放大器最初并未受到好评，但 µA702 严重影响了后续 IC 设计趋势。作为模拟设计的领导者，Widlar 并不热衷于数字电路不久之后，Widlar 推出了 µA709，这是另一款从 702 显著改进的运算放大器：它拥有更高的增益、更大的输入/输出范围、更低的输入电流、更高的输出电流，并使用对称电源。709 被视为 IC 运算放大器的经典之作，标志着第一个广泛使用的单片 IC 运算放大器的里程碑。1965 年，Widlar 离开 Fairchild 前往美国国家半导体公司工作。在那里，他发布了他设计的业界首款大功率稳压器 LM109。这一发现是在工程师们激烈争论是否有可能在单芯片上开发高功率稳压器时得出的。Widlar 于 1969 年成为工程天才，他写了一篇论文解决了这场争论，声称温度波动和封装限制使该设备无法实现。业界相信了他的话，并停止了制造这种设备的一切努力。然而，在 1970 年，Widlar 以 20 W的 LM109 震惊了他的同时代人，这是业界第一款大功率稳压器。该设备包含了 Widlar 在一年前声称不可能实现的所有功能。Widlar 的创新还为现代带隙电压基准电路奠定了基础，这是当今模拟设计的主要内容。

内心深处的工程恶作剧者

除了他的技术贡献之外，Widlar 还因其不敬的态度和工作场所的恶作剧而被人们铭记。有一次，当美国国家半导体公司削减了草坪维护预算时，Widlar 在他的敞篷梅赛德斯-奔驰车后座上放了一只羊来“修剪”草坪。Widlar 带着一只羊来“修剪”美国国家半导体的草坪Widlar 还著名地建立了一个所谓的 hassler 电路，当人们在办公室大声说话时，它会发出高音调。该设备拾取一个人的声音，并以转换后的高频尖叫声播放声音。如果一个人提高他或她的声音，音调会变得更大，相反，当一个人停止说话时，电路会停止响铃——让 Widlar 的观点变得响亮而清晰。Widlar 还以用大锤砸碎有缺陷的组件或功能失调的原型而闻名，他亲切地称其为“Widlar-izer”。

持久的遗产

通过他直接的态度和他创新的硬件设计，Widlar 经常被认为是 1960 年代和 1970 年代硅谷反文化的体现。从美国国家半导体公司退休后，Widlar 移居墨西哥，后来因心脏病发作去世，享年 53 岁。当一切尘埃落定时，Widlar 的遗产包括八项专利和标志性设计，为我们所知的模拟 IC 设计奠定了基础。今天，Widlar 被广泛认为是“模拟单片集成电路之父”，他的工作成果因入选国家发明家名人堂而得到认可。

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“芯片之母”EDA的国产化之路：模拟芯片设计模块相对成熟 国产生态或迎机遇

21世纪经济报道记者骆轶琪 广州报道 作为芯片设计过程中必须的软件工具，EDA（电子设计自动化）一直被视为是“芯片产业皇冠上的明珠”，且是IC设计产业最上游、最高端的环节。

尤其发展到今天，摩尔定律对于芯片复杂程度和集成度有了更高要求，由此也对EDA软件的迭代能力提出挑战。

目前全球的EDA市场主要由三家美国大厂占据了接近八成市场份额，虽然三巨头之间的份额每年会略有波动，但寡头垄断的趋势已经基本成型。

相比之下，国内EDA公司起步略晚，但近年间，随着以华为海思、中兴微电子在内的龙头国内半导体设计公司陆续走强，让产业生态之间的共生共进有了土壤，相关EDA公司在近两年来也开始陆续筹备登陆科创板事宜。

国内EDA公司和需求的快速增长显而易见。根据SEMI电子系统设计联盟发布的数据，今年第一季度，全球EDA收入飙升至新高，其中来自中国的收入同比激增99%。当然该机构也表示，中国公司EDA营收的全球占比曾经非常小，目前正在迅速缩小与北美的差距，后者仍然是最大的市场。

客观来说，若仅从公司成立时间计算，如今国内市场份额最高的华大九天在2009年成立，但前述三巨头的成立时间均在1980年代。叠加摩尔定律支撑着几十年间工艺制程的快速迭代进度，这意味着我们国家在此领域依然有较大追赶空间。而进入后摩尔定律时代对新技术路线的探索，则被视为有可能让国内公司有加速追赶的势能。

巨头垄断EDA

EDA之所以重要，是因为不同于传统软件，在设计和使用过程中可以不断修改Bug；芯片产品一旦流片制造出来后无法更改，这就需要借助EDA软件。

通过在EDA软件虚拟地进行设计、模拟、仿真等环节，确认无误后，才正式流片。而芯片设计人员往往借助EDA工具会对几十万乃至于数十亿的晶体管进行设计，如此可以减少整体芯片设计和制造的资金及时间成本。

据赛迪智库统计，在我国的EDA工具市场竞争格局来看，新思科技（Synopsys）和楷登电子（Cadence）分别占据30%左右份额，西门子旗下公司近三年间份额大约在15%上下。其中，楷登电子在国内的份额近两年间有1-3%左右的份额提升，整体市占率略超过新思。

华大九天就是国内市场中，紧跟在三巨头后的国内龙头公司。据统计，该公司2020年在国内市场的EDA份额大约为6%。这显示出，海外大厂目前在国内有较为明显的份额优势。

TrenForce集邦咨询分析师姚嘉洋告诉21世纪经济报道记者，新思科技、楷登电子两家公司在这几年的营运策略开始有些不同之处，新思开始强化在Software integrity Product（软件集成型产品）的发展，并且平均发展旗下各产品线的产品实力，因此并购动作频频，同时也能强化营收表现；反观楷登，并购动作相对较少，在EDA相关领域的营收却也呈现稳定成长的态势。

“从这一点大概可以看出，楷登在EDA的产品线实力底蕴较为扎实，渐渐取得客户信赖。”他进一步向记者指出，因此若单以EDA营收表现来看，楷登略胜新思一筹；但以总营收而言，则是新思科技小赢楷登。

姚嘉洋认为，在EDA行业，海外三家巨头公司的经营早已行之有年，整体行业的发展也已经相当成熟，在技术未能有较大突破的情况下，三家份额差距较小，不至于彼此之间出现绝对领先份额的寡头公司。

不过这些头部公司如今的发展也不仅限于EDA行业本身。从产业环节来看，EDA是一个自身规模不高，但是能够撬动庞大下游芯片市场的关键细分行业，因此其毛利率往往极高，大约普遍在90%上下。

也正因为EDA本身不是一个大行业，国际上的前两家巨头新思科技和楷登电子，如今已经发展成为EDA+IP并行的模式。

云岫资本高级经理李俊超告诉21世纪经济报道记者，采取EDA+IP发展模式，是由于EDA公司面向的下游客户都是芯片设计公司或晶圆厂，处在上游的不同环节如EDA或IP公司，若能将不同的能力整合在一起，将带来很强协同效应。

“两个产业环节共同介入，也可以扩大市场空间和销售额。”他续称，不过得以进入新的产业环节也并不是完全由单个公司自生技术积累而来，如新思科技就是通过大量并购IP类公司实现了如今的两条业务并行发展路线。而未来，随着国内EDA公司的进一步发展，若想走类似路径，也可以通过自研和行业整合并行的路线推进。

国产EDA直追

历史资料显示，我们国家在EDA领域的起步时间并不算晚，只是在开放性的市场环境之下，国内培育EDA的土壤并不深厚，才有了一定时间的停滞期。

华大九天招股书大致描述过国内EDA产业的发展历程。20世纪70-80年代，受海外禁运管制影响，中国无法购买到国外EDA工具，因此开始进行自主研发与攻关，并在1988年启动国产EDA工具“熊猫系统”的研发工作。

90年代初，华大九天的初始团队部分成员研发成功了中国历史上第一款具有自主知识产权的EDA工具“熊猫ICCAD系统”。但此后，国外解除了对我国EDA工具的封锁，国外EDA工具大量进入中国，导致缺少政策和市场支持的国内EDA工具研发和应用陷入低谷。

自2008年起，国家层面对EDA行业的发展愈发重视，才有了此后国内EDA公司陆续涌现，并步入市场。也是基于此前的技术积累，华大九天成为目前国内规模最大、产品线最完整的EDA研发企业。

目前公司具备模拟电路设计全流程EDA工具系统、数字电路设计EDA工具、平板显示电路设计全流程EDA工具系统和晶圆制造EDA工具等EDA工具软件的核心技术，并已完全实现相关产品的产业化应用。

从财报可以看到国内EDA公司发展尚存在一定差异。华大九天招股书显示，公司在2018-2020年间，营业收入由1.51亿元增长到4.15亿元，年均复合增长率65.86%。这些年间，公司有超过95%的收入都来自提供EDA工具软件销售与相关服务。

概伦电子招股书则显示，2018-2020年间，公司营收分别为5194.86万元、6548.66万元及13748.32万元。公司坦言，经营规模较小在一定程度上限制了公司所能支撑的研发、销售、收购兼并等活动投入总额。

从收入构成来看，制造类EDA工具收入占比从58%缩减到43%，设计类EDA工具收入贡献则是在25%-29%之间波动；该公司近年间在“半导体器件特性测试仪器”部分的收入有较快增长，收入占比从1%增长到目前的近18%。

此前决定终止上市的芯愿景，此前披露的招股书显示，公司在2017-2019年间，收入占比最高的业务来自“IC分析服务”，大约贡献收入的80%上下；来自EDA软件授权的收入贡献大约在3%-6%之间。公司在这三年间的整体收入大约从7000万元提升到1.55亿元。

可见，在现阶段，能够通过EDA业务实现较大业务成长依然有一定难度，但国内不少公司无疑已经迎来了新的转折点。

国产生态崛起

如前所述，今年第一季度来自中国市场的EDA收入快速上升，意味着国内生态正联合推动产业间带来更多发展助力。

李俊超向记者表示，今年一季度来自中国市场的EDA营收出现高增速，一定程度是源于国内此前该项指标的基数较低。此前在亚太地区内，日本、韩国和中国台湾地区对EDA的采购量更大。

但随着近几年间，越来越多系统级公司开始参与自研芯片，国内对于先进制程芯片的需求量和研发体量都越来越大，那么对于EDA软件的采购量也就自然大大增加。

“如此将形成一种良性循环。”他指出，目前EDA公司在亚太地区的营收占比中，中国市场比重大约在10%左右，随着在芯片设计市场的快速崛起，未来中国市场在亚太区的需求量占比有望达到40%-50%。

不过姚嘉洋向21世纪经济报道记者分析，若单以中国市场来说，依照新思与楷登在中国市场的营收变化来看，海外环境的变化或会加速中国市场持续扩大对这两家公司的依赖程度，以新思最近两季（会计年度）的中国市场营收表现，年增速分别为72%与54.7%，但美国市场的营收也呈现明显成长；楷登在美国与中国市场的营收也是呈现成长表现，因此全球贸易环境变化，应不至于对三巨头的表现有所影响。

国内EDA软件厂商目前的发展的确也存在不平衡的现象。李俊超向21世纪经济报道记者表示，客观来说，国内EDA软件公司目前多聚焦在对芯片制程工艺迭代要求不是很高的模拟芯片领域，相关公司已经在该领域的一些细分环节占据一定地位。

但在数字芯片领域的EDA软件，国内在前端和后端环节都相对缺乏部署。由于这需要与顶尖芯片设计公司和晶圆厂联合调教，此前国内缺乏成熟的共生环境，但如今国内的产业基础已经搭建起来。

“所以这时候对国内EDA公司的发展带来很好的契机。”李俊超补充道，用于模拟芯片和数字芯片的EDA软件差异，主要体现在流程环节复杂程度、工艺调教难易程度方面。

具体来说，模拟芯片所需EDA流程较少；而数字芯片在每个环节都需要用到EDA软件，需求量更大，且工作量和设计难度也较高。

“难点在于通过EDA软件进行芯片设计过程中，需要大量现有的数据与EDA工具进行匹配并调教。国内目前在模拟芯片领域的先进工艺数据储备量还有上升空间，而由于模拟芯片工艺迭代时间较慢，会相对容易追赶国际巨头的步伐。”他分析道。

具体到国内EDA公司对于芯片不同流程的分布情况，李俊超告诉21世纪经济报道记者，目前国内EDA公司在芯片制造端的能力积累相对较多，而由于芯片设计的EDA软件门槛较高，因此还需发展时间。

“目前在数字芯片设计方面，还需要结合国内多家EDA软件公司的能力一起串联起来完成，但模拟芯片方面已经可以仅采用国内头部公司的软件就能设计完全流程。”他指出，整体来说，目前国内在EDA软件方面，还需要不断加深研发实力，走到一定的成熟阶段后，会带来更好的协同效应，届时产业间方能考虑彼此之间能力整合的话题。“比如新思科技，也是在发展成熟后，通过收并购的方式串联起了更丰富的EDA软件环节，成为了如今巨头。”

尤其是进入后摩尔定律时代，李俊超认为，这对中国公司来说，将是一个弯道超车的机会。“倘若持续在摩尔定律下迭代发展，就会一直存在代际差异的问题。”他指出，但在超越摩尔定律的理论之下，Chiplet、3D封装等新技术路线出现，对于全球范围来说，都还是一个新课题，大家可以说算是在接近的起跑线上。

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