半导体制造类EDA未来发展趋势

本篇文章的部分核心观点、图表及数据，出自弗若斯特沙利文于2024年10月13日发布的报告《全球半导体制造类EDA行业发展白皮书》，如需获得原文，请前往文末下载。

半导体制造行业是现代电子产业的核心，它的发展水平直接决定了电子产品的性能和竞争力。随着科技的不断进步，半导体制造工艺不断向更小的纳米级别迈进，这对设计和制造流程提出了更高的要求。在这个过程中，电子设计自动化（EDA）工具发挥着至关重要的作用。EDA工具是半导体产业链的关键上游环节，为芯片设计提供电路设计、功能验证、布局布线等核心步骤的支持，同时在晶圆制造过程中提升芯片的制造良率。随着半导体工艺节点的缩小，开发更小尺寸半导体的工艺成本呈指数增长，利用数字孪生技术可以极大的降低设计和流程优化的试错成本，让试错成本几乎为零。未来建立虚拟晶圆厂，晶圆厂全流程推进数字孪生，已成为行业发展共识。

关键词：半导体制造、EDA、数字孪生、虚拟晶圆厂、技术演进、智能制造

一、EDA技术的进步与挑战

随着半导体制程技术向纳米精度演进，制造类EDA的核心价值将更加凸显。在2024年3月，台积电与新思科技成功集成了英伟达的cuLitho技术，实现了与现有软件、制造工艺和系统集成的协同，旨在加速下一代高端半导体芯片的制造进程。新思科技作为EDA厂商，在英伟达cuLitho软件库运行的Proteus光学邻近矫正软件大大加快了工作量。同时，英伟达开发了生成式人工智能算法，通过生成式AI技术，最终将整个光学临近矫正（OPC）过程加快两倍。这一案例表明，半导体行业在当代技术演进中具备核心地位，凸显了EDA技术在推动半导体产业发展中具备核心价值，并对半导体行业发展有重大贡献。

随着技术的进步，EDA工具的开发和应用也面临着新的挑战。随着晶体管技术节点尺寸越来越小，开发更小节点的工艺成本呈指数级增长。例如，建一座月产能5000片的90nm晶圆厂费用在24亿美元左右，但到了更先进的5nm制程，一座晶圆厂的价格直接就飙升至160亿美元。这就需要EDA工具能够提供更高效、更精确的设计和仿真能力，以减少实际生产中的试错成本。

二、虚拟晶圆厂的兴起与应用

虚拟晶圆厂，作为一种基于计算机模拟和数字孪生技术的概念，用于模拟和优化半导体晶圆制造过程。它是将实际晶圆制造工厂的物理实体和操作转化为数字模型的虚拟表示。通过虚拟晶圆厂，制造商可以进行各种实验和优化，以改进工艺参数、减少缺陷率、提高产能和降低成本。虚拟晶圆厂可以帮助制造商更好地理解和预测实际晶圆制造过程中的变化和影响因素，从而优化生产计划和决策。

虚拟晶圆厂的兴起，与数字孪生技术的发展密不可分。数字孪生技术在半导体制造业已经发展了十多年，例如运行到运行控制（R2R）、预测性维护（PdM）、虚拟计量等，都利用了某种形式的预测/优化，符合数字孪生定义。数字孪生通过使用传感器数据、实时监测和模拟技术，使物理实体与其数字表示保持同步，并提供实时的反馈和决策支持。在此基础上打造的虚拟晶圆厂可以模拟和仿真半导体晶圆制造过程的各个方面，使开发团队能够降低验证和确认风险，并减少对迭代和昂贵的物理原型设计的需求，从而降低成本。

三、智能制造与供应链优化

随着智能制造的推进，虚拟晶圆厂将更加集成化，能够模拟和优化从设计到制造封装，以及供应链管理整个生产流程。大数据分析和人工智能将在虚拟晶圆厂中扮演更加重要的角色，帮助进行预测性维护、质量控制和资源优化。届时，虚拟晶圆厂会成为真正的智能工厂，人工智能将通过模拟自动化主规划（产能晶圆启动）和晶圆厂调度来改变半导体制造，从而实现风险意识决策和动态生产控制。

智能制造的推进，也意味着供应链的优化。虚拟晶圆厂可以整合供应链级别的数字孪生技术，利用实时数据和历史信息来预测供应链运营。通过这种技术，分析人员可以了解供应链的行为，预测异常情况，并制定适当的行动或应急计划。这种优化不仅可以提高供应链的效率，还能降低成本和风险，增强整个半导体制造行业的竞争力。

总结

半导体制造类EDA的未来发展趋势表明，技术的进步将推动行业向更高效、更智能的方向发展。EDA工具的核心价值在半导体制造中的作用愈发凸显，而虚拟晶圆厂的兴起则为半导体制造提供了新的优化路径。智能制造和供应链优化将进一步推动行业的集成化和智能化，为半导体制造行业带来革命性的变化。随着技术的不断发展和应用，我们有理由相信，半导体制造的未来将更加光明。