隨著全球電子系統高速發展、應用全面普及，軟件定義、人工智能賦能、硅基硬件支撐類技術已成為當今半導體行業的核心支柱。行業分析師預測，到 2035 年全球半導體市場規模將達到2 萬億美元。

通過專訪西門子 EDA 戰略副總裁克雷格?約翰遜，探討當前半導體行業面臨的挑戰，以及AI 全域數字孿生如何助力硅基硬件系統的設計研發。

在半導體產業發展與《芯片與科學法案》雙重背景下，當下 EDA 行業正發生哪些變化？該法案如何依托技術創新與經濟增長，激活美國半導體產業活力？

現代科技產品的運轉離不開半導體。在萬物互聯的電子時代，半導體作為各類系統與設備的核心基礎元器件，支撐著人工智能、電動汽車、清潔能源、航空航天及國防等關鍵領域技術發展。

市場對更小尺寸、更高速度、更高性能芯片的需求持續攀升，同時行業希望通過融入 AI 更快打造智能產品。這正在不斷突破電子設計與制造能力的邊界，同時兼顧成本優化與可持續發展目標。當前半導體行業深陷多重困境：設計需求日趨復雜、研發資源受限、環保合規監管趨嚴、供應鏈擾動頻發，進一步壓縮了設計周期、加劇了研發挑戰。

我們的客戶都在尋求方案，希望讓芯片研發交付更可控、更可預測，把原本 18–36 個月的開發周期壓縮至 12–18 個月。為此，我們正依托AI 賦能軟件解決方案，全力縮短芯片與半導體產品的上市周期。

當前各行各業都在向軟件定義產品與系統轉型，汽車行業便是典型：軟件已成為打造產品差異化、滿足用戶個性化需求的關鍵。軟件定義的理念如何落地到半導體行業？

跨行業的核心趨勢，是電子系統與半導體全面走向軟件定義設計。系統集成商正依靠軟件實現產品差異化價值，典型如汽車領域：自動駕駛、車載信息娛樂、駕駛輔助、語音交互、安全功能，以及駕乘人員個性化體驗，全部依賴軟件定義實現。

如今汽車原廠必須在復雜的系統之系統架構下，完成各類功能的設計與仿真，以實現最優性能；并從半導體底層開始，借助軟件完成產品個性化定制與差異化打造。隨著現代算力、人工智能及其他高性能應用快速迭代，先做硬件、再適配軟件的傳統研發模式已徹底行不通。

軟件定義系統正在重塑電子研發格局，硬件架構開始由軟件體系決定。從設計最早期階段開始，軟件負載就主導硬件架構選型；通過構建半導體虛擬孿生模型開展仿真試驗，才能選出最適配軟件運行的最優算力平臺。

采用軟件定義研發模式，工程團隊可通過軟件完成整系統配置，包括設計擴容邊界、多領域協同設計與全局優化，同時維持集成電路與系統集成各層級的數據鏈路貫通。對于企業而言，依托 EDA 軟件構筑競爭優勢，將迎來重大機遇；而傳統龍頭企業也必須加快節奏轉型，在保留原有業務體系的同時適配全新研發節奏。

數字化轉型與左移工程理念已是全球競爭格局下的必然選擇。企業想要有效管控設計復雜度、交付高端電子系統，就必須布局企業級 AI 應用、搭建高效需求采集與建模體系，并采用軟硬件協同設計方法論。

隨著單芯片微縮制程逼近物理極限，芯粒集成與3D IC 設計流程的重要性愈發凸顯。半導體行業正迎來重大變革，而我們正憑借成熟的軟件定義、AI 賦能、硅基落地全套解決方案，攻克行業各類難題。

西門子 EDA 如何賦能AI 驅動的多領域工程設計？

下一代半導體研發投入高昂，但又是剛需 —— 越來越多電子系統與產品高度依賴軟件驅動。全球硅基產品與系統需求持續暴漲，集成電路、先進封裝以及基于印刷電路板（PCB）系統的設計、制造與落地實現復雜度，正呈指數級上升。

企業必須采用多域工程研發模式，整合軟件、機械與電子設計流程，以應對日趨復雜的系統之系統開發難題。

人工智能能夠打通各領域壁壘，補齊半導體工程研發短板，在跨域層面統籌調度系統運行、網絡互聯、電源管理、安全防護、狀態監測、模型自學習、功能驗證、合規確認與量產測試等全流程能力。在半導體全生命周期內管理跨領域數據，既需要對接大型業務平臺，也需要沉淀各領域專屬行業洞察。

舉例而言，軟件與電子平臺的可擴展性、靈活性規劃，是產品生命周期管理的核心基礎。依托軟件定義工程，研發團隊可在產品全工況運行階段，實時監測并反向優化實際工作狀態。在半導體中嵌入主動監測模塊，廠商能夠全程追蹤性能與可靠性表現，確保產品按設計目標穩定工作，并在整個生命周期內保持功能迭代與可用狀態。

數十年來，我們一直在芯片設計與制造領域規模化落地 AI 技術，助力全球客戶打造更優質的產品，并提供一整套 AI 賦能軟件工具矩陣。

數字孿生如何應用于半導體設計與制造？

企業數字化轉型成功的基石，是落地全域數字孿生。它基于物理原理構建流程或產品的數字化映射，是物理實體或待量產實物的虛擬鏡像。

西門子是全域數字孿生領域的行業領軍者，可整合機械 CAD、CAE、軟件代碼、物料清單、工藝清單等全跨域模型與數據。這種全域構建方式，能夠精準復刻產品及配置的物理形態、功能邏輯與運行行為。

采用全域數字孿生方案的企業，能夠在研發階段大幅減少物理原型機制作需求，通過產品與生產系統的定義、仿真及優化，節省大量時間與研發資源。產品全生命周期中，數字孿生會同步映射物理實體的每一處變更，在虛擬環境與現實生產之間建立閉環反饋，以低成本方式實現產品、產線與供應鏈流程的持續優化。

依托軟件與自動化實現產品、產線的無縫融合后，廠商可基于全域數字孿生完成產品設計、仿真、測試與驗證，同步優化產品品質與工藝水準、壓縮設計周期。半導體與系統企業獲得的價值，遠不止視覺還原度與仿真精度；更在于實現跨領域、跨流程、全生命周期前所未有的整合廣度與深度。

多數 EDA 廠商僅提供碎片化工具，能力局限于單一功能或單一流程；而全域數字孿生可搭建從設計到量產運維的完整互聯生態。

西門子全域數字孿生能夠精準復刻產品與工藝流程的物理形態、功能特性及運行機制，貫穿產品全生命周期開展仿真、預測與全局優化。最關鍵的是，它可將產品全生命周期的真實運行數據回灌至前端設計與生產環節，形成自迭代優化體系—— 這是絕大多數數字軟件廠商無法實現的能力。

此外，軟件定義數字主線可打通多系統跨流程鏈路，構建從設計、制造到后續運維全生命周期的連貫數據流。

數字主線能夠將零散孤立的數據整合為全域智能資產，依托虛擬世界鏡像物理實體，讓研發團隊以可靠、安全的方式完成性能預測與產品優化。同時實現任務自動化、功能互聯互通與流程集成聯動，方便工程團隊在全產品生命周期內快速調取、共享及管控項目資料。

數字主線可為電子系統、半導體生態等行業提供端到端完整業務流程。搭配全域數字孿生與數字主線，企業將擁有一套實時數字底座，支撐復雜系統之系統的設計優化、驗證落地、量產部署與全周期運維。

西門子獨家同時提供業界頂尖的產品生命周期管理（PLM）與 EDA 軟件、硬件，以及行業專業服務，精準匹配電子系統、半導體客戶及合作伙伴的各類復雜研發需求。

西門子 EDA 還在為半導體市場探索哪些前沿軟件技術？

電子與半導體廠商正面臨市場需求復雜化、供應鏈擾動加劇、可持續發展合規壓力攀升等挑戰，而全域數字孿生落地完善度已成為核心競爭壁壘，幫助企業快速將新興技術融入現有工藝流程。

打通企業全域數據，可讓核心決策層隨時調用全業務數據流，提升業務透明度，并搭建適配工業 AI 與工業元宇宙落地的完善生態。

工業 AI 能夠自動化處理重復性工作、加速產品與工藝評估、降低工具學習門檻。在行業人才老齡化、資深工程師退休、工程人才短缺與技能斷層的大背景下，這一價值尤為突出。展望未來制造業，工業元宇宙將融合數字孿生、人工智能與軟件定義自動化，打造直觀可協作的虛擬設計與研發制造環境。

跨行業經營壓力預計持續存在，疊加近期地緣政治與關稅因素，全球商貿尤其是電子、半導體行業將持續受影響。廠商面臨成本上漲、設計復雜度提升、全球碳中和約束、工程人力緊缺等多重壓力，唯有依靠數字化升級與前沿技術落地，才能跟上創新節奏、達成產品上市時效目標。

企業若自上而下推行全域數字化轉型理念，依托數字孿生打通全流程、構建透明統一的業務體系，將收獲長期穩固的競爭優勢。西門子 EDA 提供的全域解決方案，將成為未來工業與科技轉型堅實可靠的底層支撐。