内容简介
芯片是现代科技的基石，而EDA工具则是创造芯片的“神笔”。没有EDA，动辄数十亿晶体管的复杂芯片设计将是不可想象的任务。《EDA简史》首次系统性地梳理了这片隐秘而伟大的科技疆域，全景式地再现了EDA从学术思想萌芽、到商业浪潮崛起、乃至赋能整个半导体产业的壮阔历程。
本书不仅是一部技术演进史，更是一部商业风云录和人文故事集。它深入解析了电路仿真、逻辑综合、物理设计等核心技术的诞生与演进，生动讲述了Cadence、Synopsys、Mentor（西门子EDA）三巨头如何崛起并塑造行业格局，并揭示了其背后华裔科学家与企业家的关键贡献。透过EDA的发展之镜，读者将深刻理解摩尔定律背后的工程经济学，以及全球半导体产业生态的协同与竞争。
本书结构宏大，逻辑严密，分为四大篇章，层层递进：
（1）技术科普篇：回溯EDA的技术之根，从SPICE仿真器、硬件描述语言Verilog/VHDL的诞生，到逻辑综合、物理验证等核心技术的突破，深入浅出地阐释了关键工具的原理与价值，并致敬了学界先驱们的奠基性贡献。
（2）商业发展篇：一部波澜壮阔的商业史诗，详细讲述了Cadence、Synopsys、Mentor（西门子EDA）三巨头的创业、并购与竞争历程，同时剖析了PCB设计、模拟IC设计等细分领域的众多玩家如何崛起、衰落或被整合，再现了行业惊心动魄的竞争与合作。
（3）生态环境篇：视野扩展至整个产业生态，深入分析了IP核（知识产权）的兴起与商业模式、EDA与芯片设计的人才培养与教育体系、遵循摩尔定律的半导体经济学，以及中国集成电路设计业的发展与挑战，揭示了EDA繁荣背后的支撑网络。
（4）未来趋势篇：展望后摩尔时代的技术前沿，探讨了Chiplet/异构集成、存算一体、硅光集成等新范式对EDA的挑战，并聚焦人工智能如何赋能EDA工具自身进化，以及云计算如何重塑芯片设计流程的未来图景。
本书将能成为一扇窗，致敬过往的先驱，照亮未来的征途，与您一同探索塑造了数字世界的隐秘力量。

前言
技术科普篇
第1章　重新认识EDA　 / 3
1.1　三个角度　 / 3
1.2　早期发展　 / 5
1.3　增长飞轮　 / 7
1.4　本章结语　 / 9
第2章　CAD的诞生　 / 10
2.1　伺服机制与旋风计算机　 / 10
2.2　数控机床与CAD软件　 / 13
2.3　Sketchpad与CAD系统　 / 17
2.4　第一个商用CAD系统　 / 20
2.5　本章结语　 / 22
第3章　CAD的发展　 / 24
3.1　早期集成电路CAD系统　 / 24
3.2　军事应用推动CAD发展　 / 27
3.3　CAD行业全面爆发　 / 29
3.4　UNIX和Windows NT　 / 32
3.5　英特尔公司的早期CAD环境　 / 35
3.6　本章结语　 / 37
第4章　站在EDA山巅的人　 / 39
4.1　早期求学之路　 / 39
4.2　贝尔实验室生涯　 / 41
4.3　来到加州大学伯克利分校　 / 43
4.4　从事EDA教育　 / 46
4.5　对行业的贡献　 / 48
4.6　回到中国　 / 51
4.7　本章结语　 / 52
商业发展篇
第5章　EDA三巨头的诞生　 / 57
5.1　Cadence诞生记　 / 57
5.2　Mentor Graphics诞生记　 / 65
5.3　 Synopsys诞生记　 / 73
5.4　本章结语　 / 79
第6章　PCB设计工具的演变　 / 81
6.1　PCB的起源　 / 81
6.2　Racal和图研　 / 82
6.3　OrCAD和Allegro　 / 85
6.4　PADS和Xpention　 / 90
6.5　Protel和Altium　 / 93
6.6　本章结语　 / 95
第7章　仿真器的起源与定型　 / 97
7.1　SPICE的起源　 / 97
7.2　VHDL与Verilog　 / 100
7.3　Synopsys的首次收购　 / 104
7.4　VCS与并行仿真　 / 107
7.5　Quickturn入局　 / 111
7.6　硬件仿真器三角债　 / 113
7.7　本章结语　 / 116
第8章　质量的“守门人”　 / 118
8.1　Calibre与三个“叛徒”　 / 118
8.2　从反击到领先　 / 120
8.3　RTL签核浪潮　 / 122
8.4　Lint检查的起源　 / 123
8.5　静态验证乱局　 / 125
8.6　本章结语　 / 127
第9章　物理设计大战　 / 129
9.1　物理设计的更高诉求　 / 129
9.2　价值连城的bug　 / 131
9.3　快速通道与变形虫　 / 134
9.4　大举收购　 / 136
9.5　打通物理设计的壁垒　 / 138
9.6　“岩浆”的遗产　 / 139
9.7　华人“天团”　 / 143
9.8　 ATopTech的陨落　 / 146
9.9　本章结语　 / 149
第10章　IBM EDA自研的巅峰　 / 151
10.1　IBM验证方法　 / 152
10.2　IBM逻辑设计　 / 154
10.3　IBM晶体管级设计　 / 157
10.4　IBM物理设计　 / 158
10.5　IBM制造和测试　 / 161
10.6　本章结语　 / 162
生态环境篇
第11章　IP与SoC时代　 / 167
11.1　什么是IP　 / 167
11.2　IP的起源　 / 168
11.3　IP并购潮　 / 170
11.4　IP-XACT标准　 / 172
11.5　本章结语　 / 175
第12章　EDA/芯片设计的学术与教育　 / 176
12.1　《VLSI系统导论》　 / 176
12.2　美国早期的VLSI教育　 / 178
12.3　英国早期的VLSI教育　 / 183
12.4　EDA教育与MOOC　 / 186
12.5　EDA和芯片设计人才流动　 / 188
12.6　中国集成电路教育　 / 189
12.7　本章结语　 / 191
第13章　摩尔定律经济学　 / 193
13.1　摩尔的预测　 / 193
13.2　摩尔定律与摩尔之墙　 / 196
13.3　牧本浪潮与半导体钟摆　 / 199
13.4　本章结语　 / 201
第14章　EDA市场格局的演变　 / 203
14.1　了不起的1%　 / 203
14.2　30年以来的EDA市场情况　 / 205
14.3　后“三巨头”时代　 / 216
14.4　中国集成电路设计业　 / 218
14.5　本章结语　 / 224
第15章　IC设计标准化与授权方式　 / 226
15.1　IC标准化组织　 / 226
15.2　如何制定标准　 / 227
15.3　与EDA相关的标准概述　 / 230
15.4　盗版！盗版？　 / 232
15.5　EDA授权模式的变迁　 / 234
15.6　本章结语　 / 237
未来趋势篇
第16章　后摩尔定律时代　 / 241
16.1　摩尔定律的终结路径　 / 241
16.2　芯粒与异构集成　 / 244
16.3　内存计算与非冯架构　 / 246
16.4　光电子与硅光集成　 / 250
16.5　本章结语　 / 252
第17章　机器学习赋能EDA　 / 254
17.1　什么是机器学习　 / 255
17.2　机器学习能为EDA做什么　 / 256
17.3　功能验证中的机器学习　 / 257
17.4　数字电路设计中的机器学习　 / 258
17.5　模拟电路设计中的机器学习　 / 261
17.6　硬件增强与自动化流程　 / 263
17.7　本章结语　 / 265
第18章　云上芯片设计　 / 266
18.1　什么是云计算　 / 267
18.2　EDA与云的适配　 / 268
18.3　芯片设计上云的阻力　 / 269
18.4　可能发生的演变路径　 / 271
18.5　芯片设计上云案例　 / 272
18.6　只有云才能做到的事　 / 274
18.7　本章结语　 / 277
第19章　集成电路安全　 / 279
19.1　什么是硬件木马　 / 279
19.2　硬件木马侦测　 / 281
19.3　可信设计与可信制造　 / 282
19.4　攻击模型分析　 / 284
19.5　机器学习赋能硬件安全　 / 285
19.6　汽车功能安全　 / 287
19.7　本章结语　 / 291
扩展阅读　 / 292
EDA行业大事记　 / 301
后记　 / 306

“执古之道，以御今之有。能知古始，是谓道纪。”
—《老子》
我与EDA的故事
格局已定。
我在研究生二年级首次接触EDA软件时，便对这些“神器”般的工具产生了浓厚的兴趣。那时我有一个疑问：同样是“设计”行业，相比服装设计、建筑设计、平面设计等，为什么只有应用于芯片设计的EDA软件拥有如此复杂而且高度自动化的功能？然而，从另一个角度来看，EDA软件总是运行在“古老”的Linux系统中，封闭在若干个服务器集群里，外界很难对它一窥究竟。
这让我产生了一种非常矛盾的感受：手里用着EDA软件这种价值上百万美元的高端工具，却局限在封闭的古老系统中，甚至连像样的图形界面都没有，只能依靠命令行和制表符构建的表格进行工作。同时，这也让习惯于右手握鼠标，左手下意识地放在ASDW键上的人，难以适应这种工作“环境”。
没错，这说的正是当时的我。
当我开始饶有兴致地研究EDA软件的原理时，并不知晓这个金字塔尖一般的科技市场竞争格局已经确定。那些EDA行业的先驱者们，那些潮起潮落的企业与团队，那些曾经风靡一时的“新锐”软件，都陆续化作历史上醒目的无酸纸页。它们潜藏在翻也翻不完的代码堆里，融合进更为庞大的软件产品中。
无数曾为EDA软件贡献代码的工程师将自己的知识结晶纳入其中。他们或许来自美国、欧洲，也可能来自中国、日本。全世界顶尖的软件工程师们，各自拥有着完全不同的文化背景、教育经历，甚至宗教思想，竟然能用同一种或几种编程语言来共同完成一款EDA软件，从而让我们可以用它来完成人类永远无法用手工完成的设计工作。这难道不是一种奇迹吗？
我喜欢“奇迹”这个说法。它就像摩尔定律一样，是一种确定性的预言，礼貌而不失温度。
当时作为一名新手工程师，我参与了学校的芯片开发项目。在我眼里，EDA软件没有赏心悦目的图形界面，没有浅显易懂的用户手册，没有清晰可见的任务提示，更没有迅速可得的运算结果。在那个炎热的夏天，我在实验室吹着空调，一脸懵懂地和几百万个大大小小、长长短短的矩形与线段玩着“搭积木”的游戏。我相信，很多初次进入芯片物理设计领域的同学都会有这样的感受—像误闯进一片森林，对每一片树叶都充满了好奇。
毕业后，我有幸来到某EDA巨头的中国研发中心工作，成为一名EDA软件的“内部用户”，即所谓的测试工程师。我每天的工作就是想方设法“折磨”EDA软件，模拟真实的用户使用场景，寻找潜在的软件bug。这一切都关乎软件的质量。虽然在芯片设计领域，工程师对EDA软件已有了极大的忍耐力，但这并不意味着软件质量问题可以被忽视，只一味追求更优异的PPA（Performance, Power, Area，性能、功耗与面积）指标。
在这个“四处乱撞”的过程中，我逐渐认识到了EDA软件的强大，同时也了解到了它的局限。这工具真是让人又爱又恨。要说爱，EDA软件能将几百万个逻辑单元按照性能、面积、功耗等指标摆得规规整整，极大解放了工程师的双手；要说恨，EDA软件会卡死，会崩溃，会让你好几天都一事无成，甚至还要自己写一堆脚本才能完成任务。有时，你会像参加一场重要的考试一样，反复浏览自己的执行脚本或者设计流程，反复推敲里面的功能和命令，反复检查和识别可能的拼写错误，只是为了EDA软件“跑”起来后，不会因为人为的失误而白忙一场。
你要知道，即便配备了性能最先进的服务器，一些复杂EDA软件的任务执行时间也是以“天”来计算的。如果你听到“一项任务需要运行一个礼拜”的评论，也请不要大惊小怪。
经过几年的“磨炼”之后，我从该EDA公司离开，加入了一家晶圆大厂的设计服务部门。我摇身一变，成了EDA软件的真正用户。由于对过往工作经历的认知不足，我曾傲慢地认为自己对EDA软件已经了如指掌，用它来做芯片项目，自然能事半
功倍。
然而，残酷的现实将我的自信与傲慢按在地上。实际上，芯片设计项目总会遇到千奇百怪的问题和五花八门的需求。想要在预定的时间内解决这些问题或满足这些需求，往往不能简单地通过调整EDA软件的参数和配置来实现，还需要进行大量的手工重复劳动。因此，面对自己打磨了好几年且爱不释手的软件，我不止一次地产生怀疑：“难道，它真的很烂吗？”
因此，我只好在调教工具和手工劳动之间不断平衡。有时，我甚至险些耽误了项目进度。当然，我曾就这个问题咨询过一些专家和前辈。在他们的回答中，我似乎感受到了一股源自EDA软件的无力感。渐渐地，我深刻地认识到了一个显而易见的矛盾—更复杂的设计挑战与EDA软件处理能力之间的矛盾。我们无法在短时间内解决这样的矛盾，只能硬着头皮用最笨的方法与时间赛跑。五十年前，戈登·摩尔提出的“电路智慧”（circuit cleverness）概念，即工程师可以通过自身的设计智慧来弥补这个矛盾所带来的鸿沟，EDA软件正是这种智慧的结晶之一。
参与了几个大型处理器项目之后，我再次接到了来自EDA公司的邀请，成了一名EDA软件销售。这是一次始料未及但又水到渠成的转变。有时候，人的视野一旦打开，就很难再关上。
EDA软件的销售，与其说是产品销售，不如说是专业解决方案的销售。在一个大型芯片开发项目中，所使用的EDA软件少则十几种，多则几十种。因此，我所面对的不再是仅针对某个阶段的设计流程的EDA软件，而是涵盖从芯片架构探索、RTL代码开发与验证，到芯片物理设计与签核，乃至整个芯片量产与生命周期管理的EDA全流程软件。
这促使我从更宏大的视角与格局来考虑总体的EDA解决方案。因此，我需要清楚地了解所有EDA软件的应用场景、技术价值、用户团队、使用方式等，同时，还要有理有据地提供专业的EDA解决与支持方案，让客户觉得物有所值。当然，我还必须了解EDA行业的竞争态势，以及未来的行业发展趋势，给予客户更具前瞻性的指导
建议。
于是，我开始不遗余力地在全国各地的芯片设计企业推广EDA软件和解决方案，介绍新功能、新特性，为他们提供帮助和服务。在这个过程中，我体会到了许多未曾有过的乐趣。当然，我也通过自己的观察了解到芯片设计行业的现状、不足与机会。
通过这些年对EDA的一些零零碎碎的思考与体验，我猛然发现了一片亟待填补的空白，这也是本书的成因。当我在脑海里形成这条线索时，似乎有一个陌生而熟悉的声音在对我呼喊：“这是你的使命。”
为何写作本书
EDA的可追溯历史仅有短暂的四十多年。在美国对华科技“脱钩”的大背景下，中国如何实现EDA技术的构建与突破，已经上升到了严峻的战略层面。
尽管在20世纪80年代，我们曾经开发出不逊于世界一流水平的CAD系统—熊猫系统，但由于一些历史原因和时代背景，我们没能紧紧跟上技术迭代与市场变化，导致在后来的二十年里全方位落后。为此，我们必须问自己几个无法回避的问题：EDA技术真的可以仅靠一国之力构建起来吗？我们真的有赶超欧美EDA技术的积累和能力吗？如果有，我们需要多长时间？要探索这些问题，我认为必须回顾整个EDA的发展历史，从中寻找一些线索和参考。
我特别想强调的是，我们首先必须“忘掉”今天，全身心地回到EDA发展的历史原点，作为一个冷静的观察者来思考问题。切不可带着先入为主的观念，更不能基于“未来”进行反向推理，否则将陷入本末倒置的境地。
从20世纪60年代末到21世纪初，美国主导的集成电路设计与制造行业迅猛发展。第二次世界大战结束后，美苏步入冷战阶段，客观上为电子信息科技的发展提供了大背景。军事领域的电子化与信息化应用成为大国必争之地。中程和远程导弹、卫星定位、航空航天、雷达监控、战斗机姿态控制等都依赖信息技术的发展。其中，电路系统的“集成化”在短时间内将这些领域提升到了更高的发展水平。
随后，为了不断提高生产效率，同时降低成本，整个集成电路产业链都在升级换代。在集成电路发展的早期，CAD（计算机辅助设计）技术极大地提高了工程师的手工设计效率。随着集成电路的数字化转型，其设计规模不断增大，计算机辅助设计已经不足以应对这种趋势的需要，从而使EDA（电子设计自动化）技术脱颖而出，开启了超大规模集成电路（VLSI）的自动化设计之路。
我们今天熟知的EDA三巨头，就是在这样的背景之下诞生的。然而，它们在诞生初期并不代表当时最先进的EDA技术。那时最先进的EDA技术仍旧掌握在英特尔、IBM等公司手中，并不对外商用。到20世纪80年代中后期，大型电子系统公司已经无力运营自己的CAD开发团队。同时，以台积电（TSMC）为代表的晶圆代工市场崛起，对商用EDA软件的需求逐渐增多。
随着先进芯片研发成本的不断提升，大型集成器件制造商（IDM）纷纷转型为无晶圆设计（Fabless）企业。同时，随着移动互联网的兴起，以苹果芯片为代表的自研芯片和以高通、联发科芯片为代表的通用芯片迅速成长，集成电路设计企业和晶圆代工企业从市场需求的角度不断推动EDA技术的发展。这些企业认为商用EDA技术始终无法满足特定应用产品对更高性能、更低功耗的需求。因此，它们在通用EDA产品和流程之上不断构建自己的专用功能和优化算法。这些功能和算法在之后被EDA企业所吸收，“封装”进了最新版本的EDA软件中。
自20世纪末期EDA三巨头进入中国后，中国集成电路设计行业的设计能力得到了极大提升。然而，作为EDA产品的用户，中国集成电路设计企业还没有能力对EDA提出更高的诉求。主要原因是我们的制造能力还不够强，并且整体的芯片架构和设计能力尚弱。而更深层的原因是，我们没有真正经历过从无到有、从有到强的过程。真正的核心知识（know-how）往往被埋藏在EDA产品和设计流程的深处。这并非故意隐藏，而是因为它们是“基础设施”和“基座”，须扒开“厚厚的土层”才能显露出来。
自2015年起，中美贸易摩擦不断加剧，美国不断升级对华科技“脱钩”，在这样的背景和基调下，我看到许多评论家、从业者、非从业者和科技博主等谈论芯片、EDA等所谓的“卡脖子”技术。其中有许多值得赞扬与深思的观点，但仍有不少观点和论断脱离实际。
在这期间，我翻阅了EDA三巨头近二十年的财务报告，发现了很多有趣的事件和线索。为追寻这些线索，我继续查阅了许多20世纪末期发表的科技评论和新闻报道，渐渐形成了几条思路来回顾EDA的发展历程，并将其汇集于本书之中。
客观来说，中国构建和发展自己的EDA技术将非常艰难。但是，中国人从来不会因为艰难而放弃。希望这本书能为中国EDA行业的同行者们点亮一盏引路的灯，为突破美国的技术封锁贡献力量和信心。同时，我也希望这本书能吸引更多的教师、学生、工程师来关注EDA技术，并且深入其中，共同创造中国EDA的新篇章！
本书主要内容
由于线索和内容繁杂，本书的框架和篇章设计经过了多轮修订。最终，我将本书分成技术科普、商业发展、生态环境和未来趋势4篇来探讨EDA的发展。
在技术科普篇中，我将由浅入深地讲解一些基本的EDA相关概念、技术路线、思考逻辑等内容，并通过讲述早期CAD技术的发展引出现代EDA产业的崛起。从中，我们可以了解到底是什么力量在背后推动集成电路和EDA技术的发展，以及这些发展脉络对我国相关技术发展的借鉴意义。
在商业发展篇中，我将详细描述当今EDA三巨头的诞生与创立，并依次从PCB设计、逻辑仿真器、功能验证、物理设计等技术方向挖掘商业并购和市场变化，展现近四十年来的EDA商业史。从中，我们可以清晰地看到并购是手段，而不是目的。如果一定要通过购买来补足相应的技术，我们要知道到底应该买什么。
在生态环境篇中，我将从新千年之后的IP与SoC设计潮流出发，讨论有关EDA和芯片设计的学术与教育发展，深入拆解摩尔定律的经济学意义，进一步讲述EDA市场竞争格局的变迁，以及中国EDA市场的发展前景。随后，将深入讨论晶圆代工、EDA技术标准化、EDA授权模式等内容，为整个生态环境搭建一个相对完整的框架。
在未来趋势篇中，我将从摩尔定律的式微引出异构集成、内存计算、光电子学等新的发展方向。接着，我将重点讨论未来在人工智能、机器学习和云计算的影响下EDA和芯片设计的发展趋势，以及集成电路硬件安全领域的新发展。最后，我将针对几个开放性问题进行深入讨论，并奉上我对EDA的思考，希望能够给我国集成电路和EDA产业带来一些启示。
我真诚地希望这些内容能够让读者全面了解EDA的来龙去脉，并更加清楚地认识到EDA对计算机、电子、半导体领域的影响，从而激励更多的学生和工程师参与到EDA行业中。
本书读者对象
本书讨论的内容需要读者具备一定的半导体和集成电路知识储备，但即使没有这些知识，读者也能有所收获。为了让更多读者了解EDA的历史和商业发展，我在介绍技术发展的同时，更加侧重展示企业、学校、工程师和投资者在这方面的推动作用。因此，读者不会在枯燥的技术知识中感到无所适从。企业家的故事和商业竞争案例会为技术进步的历程添彩。
本书面向的读者主要包括以下几类：
1）半导体和集成电路方向的工程师、管理者，以及相关专业的在校师生等，可以通过了解EDA的历史和商业发展，指导自己的职业选择和专业方向。
2）非半导体和集成电路方向的电子科技类工程师、管理者，以及相关专业的在校师生等，可以通过本书观察EDA行业的发展变迁，建立对EDA更加深刻的认识，从而拓宽知识面，增加知识储备。
3）科技类技术观察者、相关行业的投资者以及科技史爱好者，可以从本书中获得对EDA行业的宏观认识并了解新兴趋势，从而构建行业分析框架和技术溯源，并正确认识中国在相关领域与国际先进企业之间的差距。
本书内容特色
EDA的历史资料实际上非常有限，而且几乎没有中文材料，这给我带来了巨大的挑战。最初的写作提纲与本书成稿有很大的差异，原本积累的一些素材无法拼凑出一幅完整的图景，而新积累的素材总是过于专业，以至于难以提炼出有趣的“细节”。
为此，我希望本书在传达“枯燥”的技术知识之时，也能带给读者流畅的阅读体验。因此，在内容呈现的方式上，我最终选择了以“人物”和“事件”为驱动。例如，通过葛守仁在美国求学与工作的故事，串起了影响EDA技术发展的人物群像。再通过早期美国EDA企业之间的并购与诉讼，梳理了关键EDA技术的缘起与发展。我希望通过这些人物和故事，让读者身临其境，客观而务实地理解EDA技术的本质及其发展所需的环境动力。
当然，EDA技术并非生长于桃花源中。要培育好它，不仅需要优质而肥沃的“土壤”，还需要上下游产业提供的“肥料”。因此，我也会谈及许多关于EDA的非技术内容。例如，早期的EDA教育问题、有关EDA的行业标准化，以及工程经济学带来的“摩尔定律”问题。我希望这些非技术内容能让读者从多个角度了解EDA，认识EDA，甚至可以将这些思路横向拓展到其他领域。
可以说，这本书是我作为一名深度从业者自问自答的合集。请允许我自私地为读者准备了自己感兴趣的内容。不管这本书是否符合你的胃口，它都是我亲自烹调的“菜肴”。如果它味道鲜美，自然是好的。若未能达到你的预期，也请不吝赐教。
致谢
首先，感谢那些在本书构思时期提供宝贵思路、素材、故事和建议的同行、师长和前辈们。有了他们如“智库”一般的加持，我在写作过程中如虎添翼。其次，特别感谢所有“未来妄想家”的粉丝，他们在背后默默地阅读、转发和点赞，让我知道自己并不孤单。最后，衷心感谢我的妻子潘茜，在我对本书的写作偶尔丧失信心时，她给予我莫大的鼓励与支持。
总之，这本书只是开始，绝不是结束。