西門子電子設(shè)計自動化事業(yè)部（SiemensEDA）是全球電子設(shè)計自動化領(lǐng)域的核心服務(wù)商，業(yè)務(wù)覆蓋硬件輔助驗證、模擬測試、虛擬機(jī)管理程序等領(lǐng)域。伴隨全球電子系統(tǒng)高速普及、規(guī)模持續(xù)擴(kuò)張，智能化與軟件定義技術(shù)已成為半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展的核心驅(qū)動力。本文引用西門子電子設(shè)計自動化事業(yè)部戰(zhàn)略副總裁克雷格?約翰遜的行業(yè)觀點，剖析半導(dǎo)體行業(yè)現(xiàn)存困境，解讀人工智能賦能的全維度數(shù)字孿生技術(shù)對芯片硬件系統(tǒng)設(shè)計研發(fā)流程的優(yōu)化作用。

半導(dǎo)體行業(yè)現(xiàn)存痛點

半導(dǎo)體是現(xiàn)代科技產(chǎn)品不可或缺的核心元器件，支撐人工智能、電動汽車、清潔能源、航空航天、國防軍工等關(guān)鍵領(lǐng)域設(shè)備運轉(zhuǎn)，是電子化互聯(lián)時代的重要基石。在美國《芯片與科學(xué)法案》推動下，本土半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)依托技術(shù)創(chuàng)新與經(jīng)濟(jì)扶持實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)活化，進(jìn)一步推動行業(yè)發(fā)展變革。

目前，市場對微型化、高速度、高性能芯片的需求持續(xù)攀升，疊加人工智能技術(shù)融合應(yīng)用趨勢，行業(yè)亟需加速智能產(chǎn)品迭代，持續(xù)突破電子設(shè)計與制造能力邊界，同時對成本管控、綠色可持續(xù)發(fā)展提出更高要求?，F(xiàn)階段半導(dǎo)體行業(yè)面臨多重發(fā)展困境：設(shè)計要求日趨復(fù)雜、行業(yè)資源緊缺、環(huán)保監(jiān)管嚴(yán)苛、供應(yīng)鏈體系不穩(wěn)定，上述因素共同壓縮芯片研發(fā)周期，增加行業(yè)發(fā)展負(fù)擔(dān)。

行業(yè)客戶普遍希望壓縮芯片研發(fā)交付周期，將原本18至36個月的開發(fā)時長縮短至12至18個月。對此，西門子正依托人工智能軟件解決方案，助力企業(yè)縮短芯片上市周期，優(yōu)化半導(dǎo)體研發(fā)流程。

軟件定義設(shè)計趨勢

當(dāng)前各行業(yè)均逐步向軟件定義電子系統(tǒng)、軟件定義半導(dǎo)體模式轉(zhuǎn)型，汽車行業(yè)是典型案例。車企依靠軟件實現(xiàn)產(chǎn)品差異化，落地自動駕駛、車載娛樂、駕駛輔助、語音控制、安全防護(hù)等功能，同時為駕乘人員提供個性化使用體驗。

汽車原始設(shè)備制造商需要依托復(fù)雜集成系統(tǒng)，完成各類功能的設(shè)計與仿真測試，從芯片底層借助軟件實現(xiàn)產(chǎn)品定制化與差異化。在現(xiàn)代計算技術(shù)、人工智能及高性能應(yīng)用加持下，傳統(tǒng)“先硬件、后軟件適配”的設(shè)計模式已不適應(yīng)行業(yè)發(fā)展，硬件架構(gòu)開始由軟件工作負(fù)載主導(dǎo)，研發(fā)人員需搭建半導(dǎo)體虛擬模型，反復(fù)試驗篩選最優(yōu)計算平臺，完成軟件優(yōu)化。

在全球市場競爭環(huán)境中，數(shù)字化轉(zhuǎn)型、前置化工程設(shè)計是企業(yè)發(fā)展重要方向。為妥善處理復(fù)雜設(shè)計難題、研發(fā)高端電子系統(tǒng)，企業(yè)需應(yīng)用工業(yè)化人工智能技術(shù)、優(yōu)化需求采集與建模流程，搭建軟硬件協(xié)同研發(fā)體系。

受芯片微縮工藝瓶頸限制，芯粒集成、三維集成電路設(shè)計流程成為行業(yè)關(guān)鍵發(fā)展方向。半導(dǎo)體行業(yè)正迎來重大產(chǎn)業(yè)變革，西門子依托軟件定義、人工智能賦能、硬件集成解決方案，應(yīng)對行業(yè)各類痛點。

核心技術(shù)：數(shù)字孿生應(yīng)用原理

全維度數(shù)字孿生技術(shù)是企業(yè)實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要支撐，它以物理原理為基礎(chǔ)，搭建產(chǎn)品或生產(chǎn)流程的虛擬鏡像模型，復(fù)刻實體產(chǎn)品及待投產(chǎn)產(chǎn)品的各項特征。

西門子在全維度數(shù)字孿生技術(shù)領(lǐng)域具備成熟技術(shù)體系，涵蓋機(jī)械計算機(jī)輔助設(shè)計、計算機(jī)輔助工程、代碼程序、物料清單、生產(chǎn)流程清單等跨領(lǐng)域模型與數(shù)據(jù)。該一體化技術(shù)可精準(zhǔn)復(fù)刻實體產(chǎn)品的形態(tài)結(jié)構(gòu)、運行模式與工作特性。

企業(yè)采用全維度數(shù)字孿生方案后，能夠在研發(fā)階段減少實體原型制作次數(shù)，完成產(chǎn)品與生產(chǎn)系統(tǒng)的定義及優(yōu)化，有效節(jié)約研發(fā)時間、降低資源損耗。在產(chǎn)品全生命周期內(nèi)，數(shù)字孿生可同步實體設(shè)備的改動數(shù)據(jù)，搭建虛擬與現(xiàn)實雙向反饋的閉環(huán)體系，以較低成本實現(xiàn)產(chǎn)品、生產(chǎn)、供應(yīng)鏈流程的持續(xù)優(yōu)化。

同時，軟件定義數(shù)字化鏈路可打通多系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程，搭建貫穿產(chǎn)品設(shè)計、制造、運維的數(shù)據(jù)流。數(shù)字化鏈路能夠整合零散數(shù)據(jù)，為數(shù)字孿生提供綜合性數(shù)據(jù)支撐。研發(fā)人員依托數(shù)字化鏈路在虛擬環(huán)境中復(fù)刻實體設(shè)備，安全、精準(zhǔn)地完成性能預(yù)測與產(chǎn)品優(yōu)化，實現(xiàn)任務(wù)自動化處理，打通各功能模塊，便于工作人員在產(chǎn)品全生命周期內(nèi)快速調(diào)取、共享與管理項目資料。

該數(shù)字化流程體系適配電子系統(tǒng)及半導(dǎo)體全產(chǎn)業(yè)鏈，結(jié)合全維度數(shù)字孿生與數(shù)字化鏈路技術(shù)，可為復(fù)雜集成系統(tǒng)的設(shè)計優(yōu)化、驗證落地、生產(chǎn)部署、后期維護(hù)提供數(shù)字化支撐。西門子擁有成熟的產(chǎn)品生命周期管理、電子設(shè)計自動化軟件、硬件產(chǎn)品，搭配專業(yè)技術(shù)服務(wù)，可滿足半導(dǎo)體及電子行業(yè)客戶多元化、高復(fù)雜度研發(fā)需求。

未來規(guī)劃：前沿技術(shù)研發(fā)方向

在電子半導(dǎo)體廠商面臨市場需求復(fù)雜化、供應(yīng)鏈波動、綠色生產(chǎn)管控的行業(yè)背景下，提升數(shù)字孿生落地應(yīng)用能力，成為企業(yè)吸納前沿技術(shù)、提升行業(yè)競爭力的關(guān)鍵。企業(yè)整合內(nèi)部數(shù)據(jù)資源，可為決策人員提供清晰的數(shù)據(jù)參考，助力構(gòu)建適配工業(yè)人工智能、工業(yè)元宇宙的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。

工業(yè)人工智能能夠自動化處理重復(fù)性工作，加快產(chǎn)品與流程評估效率，緩解工程人才短缺、技術(shù)斷層、人員老齡化帶來的行業(yè)影響。工業(yè)元宇宙將融合數(shù)字孿生、人工智能、軟件自動化技術(shù)，構(gòu)建可協(xié)同操作的虛擬研發(fā)生產(chǎn)環(huán)境。

未來各行業(yè)發(fā)展壓力將持續(xù)存在，疊加地緣政治與關(guān)稅影響，電子半導(dǎo)體行業(yè)國際貿(mào)易面臨諸多不確定性。生產(chǎn)成本上漲、設(shè)計難度升級、環(huán)保政策收緊、技術(shù)人才緊缺等問題，倒逼企業(yè)加速數(shù)字化升級、引入新興技術(shù)，保障創(chuàng)新節(jié)奏、縮短產(chǎn)品上市周期。

企業(yè)推進(jìn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型、落地全維度數(shù)字孿生技術(shù)，可整合業(yè)務(wù)流程、打造透明統(tǒng)一的運營體系，增強(qiáng)行業(yè)競爭力。西門子電子設(shè)計自動化事業(yè)部打造的一體化技術(shù)方案，可為工業(yè)領(lǐng)域科技創(chuàng)新提供技術(shù)支持，助力行業(yè)穩(wěn)定發(fā)展。