thị trường nhị quyền bán phần mềm thiết kế linh kiện bán dẫn - Cadence và Synopsys

hiện tại Synopsys có giá trị vốn hoá 85 tỷ đôla, còn Cadence có giá trị vốn hoá 78 tỷ đôla

Tự động hoá thiết kế điện tử
ngôn ngữ thiết kế "mức chuyển giao thanh ghi" [RTL register transfer level] sẽ có, một là ngôn ngữ mô tả phần cứng cho vi mạch tích hợp tốc độ cao [VHDL very high speed integrated circuit hardware description language] hoặc ngôn ngữ mô tả phần cứng Verilog
những công cụ tổng hợp tự động và một thư viện ô [cell] tiêu chuẩn sẽ biến 'mức chuyển giao thanh ghi' thành tệp netlist những cổng; sau đó, những công cụ thiết kế vật lý sẽ được sử dụng để bố trí những cổng netlist lên trên mạch, cũng như nối dây kết nối chúng; sau đó, ta sử dụng những công cụ mô phỏng và kiểm định [verify] để đảm bảo rằng thiết kế không vi phạm bất cứ quy tắc thiết kế nào đưa ra bởi xưởng đúc [foundry] như TSMC hay GlobalFoundries
cuối cùng, gửi một tệp tạo tác OASIS hoặc GDSII đến cho xưởng đúc; chip thành phẩm sẽ trình làng 4-6 tháng sau

Thế hệ đầu
thập niên 1960 và 1970 xuất hiện những công ty EDA đầu tiên như Applicon, Calma và ComputerVision
thập niên 1960 Calma khởi nghiệp và trình làng sản phẩm dizitizer là biểu đồ tuần-tự [analog] được-kỹ-thuật-số-hoá hiệu năng của giếng dầu khí theo thời gian; dữ liệu ấy sẽ được đưa vào những gói phân tích
tiến sĩ toán Joe Sukonick vào làm cho Calma, công ty sản xuất ra hệ thống thiết kế đồ hoạ [GDS graphical design system] có một thiết bị đầu cuối [terminal] hiển thị cho người dùng xem và biên tập
đầu thập niên 1970 người ta bắt đầu vẽ thiết kế - tức là một tập hợp những mạch - ra giấy, sau đó đưa thiết kế giấy ấy đến một phim ảnh đỏ, gọi là màng rubylith, bằng cách cắt nó theo đúng nghĩa đen; sau đó, thu nhỏ hình ảnh thiết kế thành kích thước thực tế của IC bằng một máy quay [camera]
đầu thập niên 1970 Calma bán hệ thống GDS cho Intel và những công ty chế tạo linh kiện bán dẫn khác
GDS và những hệ thống bấy giờ đã tiền tệ hoá những chương trình thiết kế có sự hỗ trợ của máy tính [CAD computer aided design] bằng cách bán lại những máy trạm được-tuỳ-chỉnh đặc biệt, theo ghế [seat] với mức giá cao

General Electric
năm 1978 United Telecommunications mua lại Calma, công ty là tiền thân của Sprint hay còn gọi là T-Mobile US
năm 1980 United Telecommunications bán lại Calma cho GE với giá 100 triệu đôla
GE ý định đặt Calma với những công ty làm-CAD khác mới được mua lại, để tạo nên 'nhà máy của tương lai' với dự đoán rằng máy tính sẽ cách mạng hoá cách thức người ta thiết kế vật phẩm
thương vụ sáp nhập đã không xuôi chèo mát mái; GE là tập đoàn lớn trong một ngành công nghiệp ổn định với niềm tin bị thổi phồng vào phong cách quản trị của mình, không hề giống những công ty khởi nghiệp ở thung lung Silicon; nhân tài bắt đầu bỏ đi

Thế hệ hai
thập niên 1980 chính phủ và các công ty lớn đã đầu tư và khám phá những thuật toán và công cụ mới để sản xuất những netlist và bố trí mạch; số lượng mạch trên những IC bắt đầu vượt trội hơn trên những bo mạch chủ, khiến chuyển hướng tập trung của phần mềm CAD
làn sóng thứ hai những công ty CAD đã nổi lên, Daisy Systems, Valid Logic và Mentor Graphics là những cái tên nổi bật nhất, bên cạnh đâu đó 90 công ty khởi nghiệp khác
hầu hết các công ty đã tiền tệ hoá sản phẩm phần mềm với những máy trạm đặt-làm-riêng
cuối thập niên 1980 ràng buộc giữa phần cứng và phần mềm đã trở thành gánh nặng, khi Sun Microsystems và Silicon Graphics trình làng những máy trạm Unix mạnh mẽ với giá phải chăng
Calma, Applicon, Daisy và những công ty EDA đã không dễ tách-nhóm [unbundle] phần mềm khỏi phần cứng; ví dụ Applicon viết phần mềm hoàn toàn bằng Hợp ngữ [assembly] DEC
chỉ những công ty đã tách-nhóm được phần mềm khỏi sản phẩm phần cứng đem chào bán, ví dụ Mentor đã làm được, hoặc bắt đầu lại hoàn toàn chỉ bán phần mềm

ECAD
năm 1982 cựu kỹ sư IC Glen Antle từ Texas Instruments và Data General, cùng hai người nhập cư Đài Loan Paul Huang và Ping Chao đã đồng sáng lập ECAD
Paul Huang và Ping Chao từng làm ở National Semiconductor, sản xuất phần mềm để thực hiện một kiểu kiểm định vật lý cụ thể là "bố cục, so với sơ đồ" [LVS layout versus schematic] kiểm tra bố cục của IC xem có đúng với sơ đồ mạch hay không - đây là một phần của danh mục Quy tắc thiết kế [DRC design rule checking] thực hiện với một thiết kế trước khi gửi nó đến xưởng đúc
Glen Antle tuyển dụng Huang và Chao cho công ty máy tính nhỏ Systems Engineering Labs [SEL] ở Sunnyvale, làm cho một nhóm thiết kế chipset
nhóm đã sử dụng những máy tính nhỏ SEL để thiết kế chip, nên hai người Đài Loan đã viết một gói phần mềm LVS cho nó; máy tính SEL thiếu những nguồn lực như bộ nhớ ảo [virtual] đã buộc hai người phải viết gói LVS hiệu quả và nhanh; và vì LVS chỉ là một phần của một bộ phần mềm DRC, hai người đã phải viết những phần đó nữa
hai người đặt tên bộ phần mềm Dracula [DRC design rule checking] và sau đó SEL dừng nhóm thiết kế chipset
năm 1983 Antle, Huang và Chao mua những quyền cho Dracula từ công ty cũ, và khởi nghiệp ECAD
Dracula sớm nổi bật so với những sản phẩm khác cùng lĩnh vực, chạy được trên nhiều kiểu phần cứng, trong đó có những máy trạm Unix; khách hàng ưa chuộng vì khả năng tương thích này giúp khách hàng nhanh chóng nâng cấp những thiết bị [rig] của mình
nhờ Huang và Chao, Dracula cũng nhanh và hiệu quả; kiểm định luôn là thử thách lớn cho thiết kế chip, càng nhiều mạch càng khó kiểm định
phần mềm DRC nhanh, hiệu quả, lại có thể viết-lại [port] sang phần cứng mới hơn, đã giành được lợi thế trên thị trường; đó là thứ Dracula mang lại

SDA
kỹ sư Jim Solomon là nhân viên cũ của National Semiconductor, đã sáng lập Solomon Design Automation [SDA]
Solomon là nhà thiết kế chip analog, bấy giờ tập trung vào lập trình, viết những mô hình máy tính để kiểm tra những thiết kế mạch analog
sau khi đối thoại với nhiều giáo sư Berkeley, Solomon bắt đầu vận động National Semiconductor đầu tư vào tự động hoá thiết kế
giám đốc điều hành Charlie Sporck của National Semiconductor không muốn, nhưng khuyến khích Solomon tự khởi nghiệp, thậm chí đã tài trợ hạt giống; những khách hàng như GE, Harris và Ericsson cũng giúp
SDA vất vả nhiều năm trước khi chào bán được một sản phẩm, nhưng mọi người kiên nhẫn với công ty nhờ nỗ lực kiên định của SDA và hai điều nữa: một là SDA chỉ làm phần mềm, quyết định bị ảnh hưởng bởi sự đắm chìm trong cộng đồng phần mềm Berkeley với sự nổi lên của Unix và ngôn ngữ lập trình C
khả năng viết-lại của SDA đã nổi bật so với những nhà cung cấp CAD bán giải pháp tăng-tốc-phần-cứng [hardware accelebrated]
hai là sản phẩm của SDA tiện; ý tưởng có một kiến trúc 'khung' thiết kế, cho phép các nhà thiết kế chip móc nối những công cụ phần mềm, từ các nhà cung cấp khác, vào trong một giao diện và cơ sở dữ liệu; sau đó có thế sử dụng phần mềm SDA để bố trí mạch và nối dây

Synopsys
thương vụ GE mua lại Calma không suôn sẻ, bị cạnh tranh bởi linh kiện bán dẫn Nhật Bản và những máy trạm của Sun
năm 1985 là năm tồi tệ nhất ngành linh kiện bán dẫn, GE và giám đốc điều hành Jack Welch quyết định rút lui, tức là sẽ sa thải lớn
nhân viên Art De Geus người Hà Lan và các đồng sự đã phát triển công cụ tự động hoá SOCRATES giúp tổng hợp một số kiểu mạch nhất định; nhập một chức năng logic cấp cao, và chỉ mất 20 phút sau, công cụ SOCRATES trả lại một netlist
De Geus tìm đến ban quản trị GE xin tách-ra [spin off] một start-up và được GE đồng ý, kèm thêm tài trợ hạt giống; De Geus gọi vốn phần còn lại của 4.7 triệu đôla quỹ vốn ban đầu, từ các công ty khác trong ngành và các quỹ đầu tư mạo hiểm
năm 1986 De Geus khởi nghiệp Optimal Solutions ở Bắc Carolina
năm 1987 Optimal Solutions dời đến Mountain View và đổi tên thành Synopsys viết tắt cho những hệ thống tổng hợp và tối ưu [synthesis và optimization systems]
ứng dụng sát thủ của Synopsys là tổng hợp logic, cho phép nhà thiết kế sẽ thiết kế mạch, chỉ cần viết ra một trừu tượng cấp-cao của cái mà những mạch đó được mong đợi sẽ thực hiện
năm 1987 Synopsys là công ty đầu tiên thương mại hoá 'tổng hợp logic' với việc trình làng SOCRATES
De Geus đã có chuyến thăm nổi tiếng đến Sun Microsystems và đồng sáng lập Andy Bechtolsheim, họ ở cùng một phức hợp văn phòng; Sun chạy một phiên bản trình diễn thử [demo] so sánh thiết kế mạch của phần mềm, với của con người; kết quả cho thấy phần mềm có thể tạo ra thiết kế nhỏ hơn 30% và nhanh hơn 30%, và làm được chỉ trong vài phút
Sun trở thành một trong những khách sộp đầu tiên của Synopsys, nhờ đó giúp tài trợ tiến bộ công nghệ
De Geus đã nói rằng Synopsys đã giúp biến 'thiết kế có máy tính hỗ trợ' [CAD] trở thành "tự động hoá thiết kế điện tử" [EDA]

Cadence
từ lâu, sáng lập và giám đốc của ECAD và SDA biết nhau, cùng làm ở National Semiconductor; sản phẩm của họ cũng bổ sung [complement] lẫn nhau, thực ra có thể bắt đầu chỉ là một công ty; nhưng Paul Huang đã xong Dracula và muốn chào bán, khi sản phẩm của SDA chưa xong
tháng 6 năm 1987 ECAD đạt doanh thu 23 triệu đôla và lợi nhuận 3.2 triệu đôla và tổ chức phát hành lần đầu ra công chúng [IPO initial public offering] suôn sẻ và gọi được 11 triệu đôla vốn
thứ hai ngày 19 tháng 10 năm 1987 SDA bấy giờ doanh thu 18 triệu đôla và cũng tổ chức IPO nhưng trúng ngày thứ hai đen tối, khi thị trường chứng khoán toàn cầu giảm điểm sốc trong lịch sử, khi chứng kiến chỉ số Dow Jones giảm 22.61%, tương đương 508 điểm xuống 1738.74; chỉ số S&P 500 giảm 20.4%, xuống 57.64 điểm xuống 225.06; hai năm sau, chỉ số Dow Jones mới lấy lại được khoản lỗ này
tháng 12 năm 1987 những chủ ngân hàng của ECAD tìm đến SDA đề nghị sáp nhập, giá cổ phiếu ECAD lúc IPO ở mức 10-12 đôla đã sập xuống còn 3 đôla; đây là cơ hội cho SDA phát hành ra công chúng và củng cố ECAD để cạnh tranh; hai công ty cũng càng lúc càng lấn sang sản phẩm của nhau, cụ thể trong kiểm định vật lý
tháng 2 năm 1988 công bố và đến tháng 5 ra quyết định, đồng sáng lập Paul Antle của ECAD được làm giám đốc điều hành của công ty sau sáp nhập Cadence Design; sớm sau đó, Paul Antle gia nhập hội đồng quản trị, nhường chức giám đốc điều hành cho Joe Costello là COO kiêm chủ tịch của SDA
9 năm sau, Cadence đạt doanh thu 1 tỷ đôla thường niên

Thị trường tăng trưởng
năm 1987 TSMC khởi nghiệp và theo đó mở rộng thị trường cho phần mềm EDA; các công ty thiết kế không-xưởng [fabless] có thể làm sản phẩm mà không cần đầu tư nhiều triệu đôla xây dựng xưởng đúc; công cụ EDA là cần thiết để đưa sản phẩm chip ra thị trường, không cần kiểm-tra-lại [re-spin] và làm-lại [re-do] đắt đỏ
một nhóm 3 người cũng đủ sản xuất một chip VLSI đặt-làm-riêng có hàng chục vạn bóng bán dẫn, chỉ trong vài tháng; tức là chỉ mất một phần tư thời gian đáng lẽ sẽ mất nếu không có công cụ EDA
những năm đầu, Synopsys và Cadence có bổ sung nhau; nhà thiết kế có thể sử dụng những công cụ tổng hợp netlist của Synopsys, sau đó đưa netlist ấy vào bố trí và những công cụ kiểm định vật lý của Cadence
đến đầu thập niên 1990 Synopsys không có đối thủ ở những công đoạn thiết kế luận lý [front end] biến ngôn ngữ RTL vào những netlist
Cadence thống trị những công đoạn thiết kế vật lý [back end] là bố cục, kiểm định và mô phỏng

Cadence trỗi dậy
từ năm 1989 đến 1994 Cadence mua lại 5 công ty, tìm những sản phẩm bổ sung cho danh mục hiện hữu
Cadence cũng tìm mua những công cụ cấp-hệ-thống giúp các nhà thiết kế làm bo mạch chủ, hay thậm chí toàn bộ những sản phẩm điện tử
ví dụ năm 1989 Cadence mua lại Tangent Systems đã bổ sung một sản phẩm đặt-và-nối [place-and-route] tiên tiến vào phần mềm bố cục của công ty
cũng năm 1989 Cadence cố gắng mua lại Synopsys cùng với công ty tự động hoá thiết kế điện tử Gateway Design Automation, doanh nghiệp chào bán ngôn ngữ miêu tả phần cứng Verilog và một trình mô phỏng cho nó
Synopsys đã mua giấy phép Verilog cho sản phẩm của riêng mình
giám đốc điều hành Costello đã gặp tiến sĩ Harvey Jones là giám đốc điều hành của Synopsys và giám đốc điều hành Prabhu Goel của Gateway ở một bàn chơi craps ở Las Vegas để đề nghị thương vụ sáp nhập 3 bên, sau rốt Gateway đồng ý
tiến sĩ Harvey Jones nói rằng Synopsys có tầm nhìn khác, cho nên muốn giữ độc lập
sau này, lịch sử qua lời kể, Costello mỉm cười nhớ lại: "chúng tôi thuyết phục được một. Nếu chúng tôi thuyết phục được cả hai, kết thúc của trò chơi sẽ đã xảy ra ngay khi ấy [trong] tất cả tự động hoá thiết kế trong tất cả lịch sử"
bên cạnh mua bán sáp nhập, Cadence có động lực tăng trưởng khác: quốc tế; Cadence tích cực bán vào thị trường Nhật Bản, ngay từ sản phẩm SDA
năm 1989 Cadence phục vụ 9 trong số 10 công ty linh kiện bán dẫn Nhật Bản hàng đầu

Trừu tượng tăng
thập niên 1990 luật Moore tăng tốc, số lượng bóng bán dẫn bắt đầu bùng nổ; diễn biến đã thay đổi mục đích của phần mềm EDA, từ việc tăng năng suất thiết kế, sang giúp các nhà thiết kế quản lý những phức tạp mới
để xử lý sự phức tạp ấy, một cách là ra mắt thêm những trừu tượng; mới đầu, các nhà thiết kế vẽ và sắp đặt từng cổng; giờ, nhà thiết kế chỉ cần miêu tả cách thức mạch cần hành xử, bằng cách viết những ngôn ngữ miêu tả phần cứng cấp-cap như Verilog, nay là chuẩn công khai
trừu tượng tăng đã cần tiến trình thiết kế linh kiện bán dẫn được tích hợp chặt chẽ hơn; luật Moore ép những bước rời rạc với nhau, vì thế cũng ép ngành công nghiệp đến những thương vụ hợp nhất

Hợp nhất
năm 1992 Synopsys phát hành ra công chúng, vẫn thống trị thị trường phần mềm tổng hợp
giữa thập niên 1990 thị trường đã trưởng thành, nhiều đối thủ cạnh tranh đã hướng đến mảng kinh doanh này
tấn công là cách phòng thủ tốt nhất, Synopsys bắt đầu mua lại các công ty khởi nghiệp để mở rộng danh mục sản phẩm chào bán và tận dụng những xu thế sản phẩm mới, ví dụ hệ-thống-trên-chip
từ năm 1994 đến 1995 Synopsys có 5 thương vụ mua lại
từ năm 1989 đến 2006 Cadence và Synopsys mỗi công ty đã làm những thương vụ mua bán sáp nhập lên đến 3 tỷ đôla
năm 2017 Mentor Graphics là công ty duy nhất còn hoạt động của thế hệ hai, được Siemens mua lại và bị đổi tên thành Siemens EDA

Kết
giữa thập niên 2000 nhà quan sát Joe Costello bắt đầu phàn nàn về sự trì trệ của ngành EDA
Jerry Yang và Dave Filo đã nghiên cứu EDA trước khi bỏ đi sáng lập Yahoo
cuối năm 2016 sang năm 2017 sau hơn thập kỷ nhợt nhạt của giá cổ phiếu hai công ty nhị quyền bán, có lúc chỉ đáng giá hoà vốn những thương vụ sáp nhập, giá cổ phiếu Cadence và Synopsys mới khởi sắc; không rõ tại sao, có lẽ sự xuất hiện của đóng gói tiên tiến, hay hồi sinh khả năng thu nhỏ nhờ EUV, hay địa chính trị?