以全域AI数字孪生加速半导体与电子系统研发

随着全球电子系统高速发展、应用全面普及，软件定义、人工智能赋能、硅基硬件支撑类技术已成为当今半导体行业的核心支柱。行业分析师预测，到 2035 年全球半导体市场规模将达到2 万亿美元。

通过专访西门子 EDA 战略副总裁克雷格・约翰逊，探讨当前半导体行业面临的挑战，以及AI 全域数字孪生如何助力硅基硬件系统的设计研发。

在半导体产业发展与《芯片与科学法案》双重背景下，当下 EDA 行业正发生哪些变化？该法案如何依托技术创新与经济增长，激活美国半导体产业活力？

现代科技产品的运转离不开半导体。在万物互联的电子时代，半导体作为各类系统与设备的核心基础元器件，支撑着人工智能、电动汽车、清洁能源、航空航天及国防等关键领域技术发展。

市场对更小尺寸、更高速度、更高性能芯片的需求持续攀升，同时行业希望通过融入 AI 更快打造智能产品。这正在不断突破电子设计与制造能力的边界，同时兼顾成本优化与可持续发展目标。当前半导体行业深陷多重困境：设计需求日趋复杂、研发资源受限、环保合规监管趋严、供应链扰动频发，进一步压缩了设计周期、加剧了研发挑战。

我们的客户都在寻求方案，希望让芯片研发交付更可控、更可预测，把原本 18–36 个月的开发周期压缩至 12–18 个月。为此，我们正依托AI 赋能软件解决方案，全力缩短芯片与半导体产品的上市周期。

当前各行各业都在向软件定义产品与系统转型，汽车行业便是典型：软件已成为打造产品差异化、满足用户个性化需求的关键。软件定义的理念如何落地到半导体行业？

跨行业的核心趋势，是电子系统与半导体全面走向软件定义设计。系统集成商正依靠软件实现产品差异化价值，典型如汽车领域：自动驾驶、车载信息娱乐、驾驶辅助、语音交互、安全功能，以及驾乘人员个性化体验，全部依赖软件定义实现。

如今汽车原厂必须在复杂的系统之系统架构下，完成各类功能的设计与仿真，以实现最优性能；并从半导体底层开始，借助软件完成产品个性化定制与差异化打造。随着现代算力、人工智能及其他高性能应用快速迭代，先做硬件、再适配软件的传统研发模式已彻底行不通。

软件定义系统正在重塑电子研发格局，硬件架构开始由软件体系决定。从设计最早期阶段开始，软件负载就主导硬件架构选型；通过构建半导体虚拟孪生模型开展仿真试验，才能选出最适配软件运行的最优算力平台。

采用软件定义研发模式，工程团队可通过软件完成整系统配置，包括设计扩容边界、多领域协同设计与全局优化，同时维持集成电路与系统集成各层级的数据链路贯通。对于企业而言，依托 EDA 软件构筑竞争优势，将迎来重大机遇；而传统龙头企业也必须加快节奏转型，在保留原有业务体系的同时适配全新研发节奏。

数字化转型与左移工程理念已是全球竞争格局下的必然选择。企业想要有效管控设计复杂度、交付高端电子系统，就必须布局企业级 AI 应用、搭建高效需求采集与建模体系，并采用软硬件协同设计方法论。

随着单芯片微缩制程逼近物理极限，芯粒集成与3D IC 设计流程的重要性愈发凸显。半导体行业正迎来重大变革，而我们正凭借成熟的软件定义、AI 赋能、硅基落地全套解决方案，攻克行业各类难题。

西门子 EDA 如何赋能AI 驱动的多领域工程设计？

下一代半导体研发投入高昂，但又是刚需 —— 越来越多电子系统与产品高度依赖软件驱动。全球硅基产品与系统需求持续暴涨，集成电路、先进封装以及基于印刷电路板（PCB）系统的设计、制造与落地实现复杂度，正呈指数级上升。

企业必须采用多域工程研发模式，整合软件、机械与电子设计流程，以应对日趋复杂的系统之系统开发难题。

人工智能能够打通各领域壁垒，补齐半导体工程研发短板，在跨域层面统筹调度系统运行、网络互联、电源管理、安全防护、状态监测、模型自学习、功能验证、合规确认与量产测试等全流程能力。在半导体全生命周期内管理跨领域数据，既需要对接大型业务平台，也需要沉淀各领域专属行业洞察。

举例而言，软件与电子平台的可扩展性、灵活性规划，是产品生命周期管理的核心基础。依托软件定义工程，研发团队可在产品全工况运行阶段，实时监测并反向优化实际工作状态。在半导体中嵌入主动监测模块，厂商能够全程追踪性能与可靠性表现，确保产品按设计目标稳定工作，并在整个生命周期内保持功能迭代与可用状态。

数十年来，我们一直在芯片设计与制造领域规模化落地 AI 技术，助力全球客户打造更优质的产品，并提供一整套 AI 赋能软件工具矩阵。

数字孪生如何应用于半导体设计与制造？

企业数字化转型成功的基石，是落地全域数字孪生。它基于物理原理构建流程或产品的数字化映射，是物理实体或待量产实物的虚拟镜像。

西门子是全域数字孪生领域的行业领军者，可整合机械 CAD、CAE、软件代码、物料清单、工艺清单等全跨域模型与数据。这种全域构建方式，能够精准复刻产品及配置的物理形态、功能逻辑与运行行为。

采用全域数字孪生方案的企业，能够在研发阶段大幅减少物理原型机制作需求，通过产品与生产系统的定义、仿真及优化，节省大量时间与研发资源。产品全生命周期中，数字孪生会同步映射物理实体的每一处变更，在虚拟环境与现实生产之间建立闭环反馈，以低成本方式实现产品、产线与供应链流程的持续优化。

依托软件与自动化实现产品、产线的无缝融合后，厂商可基于全域数字孪生完成产品设计、仿真、测试与验证，同步优化产品品质与工艺水准、压缩设计周期。半导体与系统企业获得的价值，远不止视觉还原度与仿真精度；更在于实现跨领域、跨流程、全生命周期前所未有的整合广度与深度。

多数 EDA 厂商仅提供碎片化工具，能力局限于单一功能或单一流程；而全域数字孪生可搭建从设计到量产运维的完整互联生态。

西门子全域数字孪生能够精准复刻产品与工艺流程的物理形态、功能特性及运行机制，贯穿产品全生命周期开展仿真、预测与全局优化。最关键的是，它可将产品全生命周期的真实运行数据回灌至前端设计与生产环节，形成自迭代优化体系—— 这是绝大多数数字软件厂商无法实现的能力。

此外，软件定义数字主线可打通多系统跨流程链路，构建从设计、制造到后续运维全生命周期的连贯数据流。

数字主线能够将零散孤立的数据整合为全域智能资产，依托虚拟世界镜像物理实体，让研发团队以可靠、安全的方式完成性能预测与产品优化。同时实现任务自动化、功能互联互通与流程集成联动，方便工程团队在全产品生命周期内快速调取、共享及管控项目资料。

数字主线可为电子系统、半导体生态等行业提供端到端完整业务流程。搭配全域数字孪生与数字主线，企业将拥有一套实时数字底座，支撑复杂系统之系统的设计优化、验证落地、量产部署与全周期运维。

西门子独家同时提供业界顶尖的产品生命周期管理（PLM）与 EDA 软件、硬件，以及行业专业服务，精准匹配电子系统、半导体客户及合作伙伴的各类复杂研发需求。

西门子 EDA 还在为半导体市场探索哪些前沿软件技术？

电子与半导体厂商正面临市场需求复杂化、供应链扰动加剧、可持续发展合规压力攀升等挑战，而全域数字孪生落地完善度已成为核心竞争壁垒，帮助企业快速将新兴技术融入现有工艺流程。

打通企业全域数据，可让核心决策层随时调用全业务数据流，提升业务透明度，并搭建适配工业 AI 与工业元宇宙落地的完善生态。

工业 AI 能够自动化处理重复性工作、加速产品与工艺评估、降低工具学习门槛。在行业人才老龄化、资深工程师退休、工程人才短缺与技能断层的大背景下，这一价值尤为突出。展望未来制造业，工业元宇宙将融合数字孪生、人工智能与软件定义自动化，打造直观可协作的虚拟设计与研发制造环境。

跨行业经营压力预计持续存在，叠加近期地缘政治与关税因素，全球商贸尤其是电子、半导体行业将持续受影响。厂商面临成本上涨、设计复杂度提升、全球碳中和约束、工程人力紧缺等多重压力，唯有依靠数字化升级与前沿技术落地，才能跟上创新节奏、达成产品上市时效目标。

企业若自上而下推行全域数字化转型理念，依托数字孪生打通全流程、构建透明统一的业务体系，将收获长期稳固的竞争优势。西门子 EDA 提供的全域解决方案，将成为未来工业与科技转型坚实可靠的底层支撑。