EDA全稱是Electronic design automation，也就是電子設計自動化，是指利用計算機輔助設計（CAD）軟體，來完成超大規模積體電路（VLSI）晶片的功能設計、綜合、驗證、物理設計（包括佈局、佈線、版圖、設計規則檢查等）等流程的設計方式。
EDA工具素有“晶片之母”的美譽，是晶片製造最上游的產業，是銜接積體電路設計、製造和封測的關鍵紐帶，對行業生產效率、產品技術水平都有重要影響。
回溯EDA工具的歷史，它經歷了怎樣的演變歷程？當今稱霸EDA市場的海外三巨頭是如何練就的？本期我們讓我們一起走進EDA的發展史·上集。
01 EDA工具如何從“手工設計”走向“人機互動”
實際上，在EDA之前，積體電路是手工設計的，伴隨積體電路規模逐步擴大和電子系統日趨複雜，EDA才發展成自動化工具，並逐漸商業化成熟。總的來看，EDA工具的發展大概經歷了四個階段。
第一階段：計算機輔助設計（CAD）階段。20世紀70年代，由於晶片複雜度低，晶片設計人員可以透過手工操作完成電路圖的輸入、佈局和佈線。七十年代中期，可程式設計邏輯設計技術的出現使得晶片設計自動化成為可能，互動圖形編輯、電晶體版圖設計、規則檢查等功能提升了晶片設計的自動化程度。這一時期內出現的比較知名的廠商有Applicon、CALMA、ComputerVision等。
第二階段：計算機輔助工程（CAE）階段。20世紀80年代，EDA 技術進入發展和完善階段，推出的EDA工具以邏輯模擬、定時分析、故障分析、自動佈局和佈線為核心，重點解決功能檢測等問題，利用這些工具，設計師能在產品製作之前預知產品功能和效能。到了80 年代後期，EDA 工具已可以進行設計描述、綜合與最佳化和設計結果驗證。
在這裡，值得著重介紹的是，EDA 技術真正的突破出現在1980年。這一年，加州理工學院教授Carver Mead和全錄帕洛阿爾託研究中心的程式設計師Lynn Conway共同發表了一篇具有劃時代意義的論文《超大規模積體電路系統導論》（Introduction to VLSI Systems），這成為電子設計自動化發展的重要標誌事件。
為何這麼說？主要是由於這篇論文提出了透過程式語言來進行晶片設計的新思想，從而啟發了VHDL和Verilog等工具的誕生。使用程式語言進行晶片設計進一步降低了晶片設計師工作的複雜程度，是 EDA 商業化中的重要推動力。直至今日，儘管所用的語言和工具仍然不斷在發展，但是透過程式語言來設計、驗證電路預期行為，利用工具軟體綜合得到低抽象級物理設計的這種途徑，仍然是數字積體電路設計的基礎。
與此同時，這期間發生了一件相當重要的事情——商業專用積體電路或 ASIC 行業也誕生了。隨著 VLSI Technology 和 LSI Logic 等公司開創的 ASIC 業務的出現，對自動化晶片模擬、設計和驗證工具的需求變得更加普遍，這一發展催生了許多新公司來滿足這一需求，EDA真正應運而生。
第三階段：電子系統設計自動化（EDA）階段。20世紀90年代，隨著晶片設計流程的標準化發展以及積體電路設計方法論的完善，EDA 晶片設計工具百花齊放：可程式設計邏輯陣列、標準單元庫、全/半定製設計、專用積體電路設計等。
也正是在這一階段內，Synopsys、Cadence 和 Mentor（現為 Siemens EDA）公司迅速興起，成為EDA領域的領軍企業，這一三足鼎立的競爭格局延續至今。
第四階段： EDA進入快速發展階段。2000年前後，EDA在模擬驗證和設計兩個層面支援標準硬體語言的EDA軟體工具功能更加強大，更大規模的可程式設計邏輯器件不斷推出，系統級、行為級硬體描述語言趨於更加高效和簡單。
目前EDA工具已能對積體電路的設計、製造、封裝等環節實現全覆蓋，應用於包括類比電路、數位電路、FPGA、PCB、面板等多個領域的設計工作。
EDA 對現代積體電路產業意義重大，它不僅極大地降低了晶片的設計成本，使大規模的複雜電路設計成為現實，同時也推動IP生態的豐富，EDA 技術與現代先進工藝的結合更是為積體電路效能提升、尺寸縮減帶來新的發展機遇。
現如今，幾乎所有晶片設計公司都離不開EDA軟體，如果沒有它，高通、華為、蘋果等一系列晶片廠商都將無法研製新的晶片，完成晶片迭代升級。
02 時勢造英雄 國際三大EDA巨頭終養成
上文在介紹EDA工具發展歷程的時候，國際三大EDA巨頭（Synopsys、Cadence 和 Mentor（現為 Siemens EDA））已經有所提及。
這三大EDA巨頭均來自於美國，並且均成立於20世紀八九十年代。Synopsys是由曾就職於通用電氣的微電子中心的Aarde Geus創辦；Cadence是由SDA和ECAD公司合併而來；Siemens EDA的前身是Mentor Graphics，Mentor Graphics成立於1981年，創始團隊來自於美國俄勒岡州電子製造公司Tektronix；2017年Mentor Graphics被西門子收購，西門子於2021年將Mentor Graphics更名為Siemens EDA。
20世紀90年代以來，隨著Fabless 模式興起，晶片設計廠商成為EDA的重要使用者，這一階段內EDA廠商的主要客戶為晶片設計公司，包括英偉達，高通，德州儀器在內的公司，此外，晶片代工廠商如臺積電也成為了EDA 產品的使用者，EDA客戶群體進一步拓寬。
時勢造英雄，這一時期，Cadence 開創了只賣軟體的模式，EDA 軟體的工業屬性得到體現，隨後Synopsys 和 Mentor 也同Cadence一起確立了三分天下的秩序。
縱觀這三大EDA巨頭的發展史，它們自成立以來發起過眾多兼併收購案以此來迅速補全領先產品技術。事實上，EDA發展的歷史就是一部併購史，僅僅由三巨頭髮起的併購就達到驚人的200次，其中Synopsys兼併收購次數最多，高達80次；Cadence和Siemens EDA分別為62次和66次。
以自Synopsys為例，1986年成立以來，Synopsys透過發起幾十餘項併購交易，不斷尋找那些已經被市場證明成功的產品及其企業，透過滾動併購操作達到了擴大業務規模、進行技術整合的目的。
其中最經典的無外乎Synopsys在2002年以8。3億美元收購與Cadence結束專利訴訟的Avanti公司，一舉補齊了數字積體電路EDA全流程所需要的團隊和技術，並一舉獲得了晶片後端佈局佈線近四成的市場。正是這場收購改變了傳統上“Synopsys佔前端，Cadence佔後端”的格局，讓Synopsys在進入到後摩爾定律時代之前完成基石技術的佈局。
此外，Siemens EDA其前身是成立於美國的Mentor，在Mentor 發展的近30年曆程中，其收購了Synergy Dataworks、Silicon Compiler Systems等眾多半導體領域及EDA產業公司，而Mentor最終也在2010年被西門子以45億美元收購，成為今天的Siemens EDA並作為西門子數字工廠DF集團的一部分。
EDA巨頭併購的深層次原因主要有兩個，其一是透過併購補全自己的工具鏈，其二則是將潛在的挑戰者“扼制”在萌芽狀態。
正是靠著這種百川匯海的併購，三巨頭們才形成了一道不可逾越的知識鴻溝。三巨頭均具備提供全套的晶片設計EDA解決方案的能力，但在具體的細分領域和應用中競爭力有差異，擁有不同的優勢產品。
經過多年的收購兼併以後，三巨頭市場的影響力也日益集中。據ESD Alliance，1996年至2020年全球EDA市場CR3始終維持在50%以上，Cadence、Synopsys、Mentor三分天下的格局較為穩定。
當然，中國市場這塊“大蛋糕”也是EDA三巨頭覬覦的物件。20世紀90年代前後，三巨頭紛紛進入中國市場，它們的到來，卻給彼時的中國本土EDA產業造成致命性打擊。
事實上，早在上世紀80年代，中國EDA產業也曾有過短暫的輝煌，但可惜，有如曇花一現，輝煌很快就沉寂下去，並長達15年之久，這段歷史有著怎樣的“隱情”？國產EDA產業的轉折點又是從何時到來？關於這部分的歷史，還請關注【芯歷史】下期的內容。（校對/holly）