美国限制华为封喉之剑！揭秘芯片制造心脏EDA家当国产路在何方_家当_国内

EDA(电子设计自动化)是芯片之母，是芯片家当皇冠上的明珠：EDA软件工具涵盖了IC设计、布线、验证和仿真等所有方面。
EDA是集成电路设计必需、也是最主要的软件工具，EDA家当是IC设计最上游、最高真个家当。

海内EDA家当发展从上世纪八十年代中后期开始，本土EDA企业有华大九天、芯禾科技、广立微电子、博达微科技、概伦电子、蓝海微科技、奥卡思微电等七家。
这些企业虽然产品不足完好、集成度不足高，但在点工具上取得了一定的成绩。
个中，华大九天是环球唯一的能够供应全流程FPD设计办理方案的供应商，得到了大部分有名面板厂的市场份额。

本期的智能内参，我们推举东兴证券公司的研究报告《电子设计软件EDA专题报告》，详解最新海内外EAD行业现状和海内EDA家当的国产替代趋势。
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本期内参来源：东兴证券

原标题：

《电子设计软件EDA专题报告》

作者： 王健辉 叶盛 陈宇哲

何谓EDA？EDA是电子设计自动化（Electronic Design Automation）的简称，是从打算机赞助设计（CAD）、打算机赞助制造（CAM）、打算机赞助测试（CAT）和打算机赞助工程（CAE）观点发展而来。

▲EDA历史沿革

IC家当链：芯片家当链包括设计、制造、封装、测试、发卖，芯片核心实力重心在芯片设计，而芯片设计离不开芯片设计软件EDA，EDA可谓是芯片家当链“任督二脉”。

芯片设计流程：芯片设计可分为前端和后端，前端紧张卖力逻辑实现，后端跟工艺紧密结合。

▲芯片家当链各流程紧张企业

▲芯片设计和生产流程图

EDA是广义CAD的一种，是细分的行业软件。
利用EDA工具，电子设计师可以从观点、算法、协议等开始设计电子系统，完成电子产品从电路设计、性能剖析到设计出IC版图或PCB版图的全体过程。

▲EDA分类

海内EDA家当发展从上世纪八十年代中后期开始，国产首套EDA熊猫系统于1986年开始研发并于1993年问世。
之后的海内EDA发展弯曲而缓慢，因各种成分影响，国产EDA家当没有取得本色成功，但近十年景长中，华大九天、芯禾科技、广立微、博达微等几个企业从国产EDA阵型中展露活气。

EDA是集成电路家当领域内 “小而精”的环节，产值较小但又极其主要。
数据显示，2018年全体EDA的市场规模仅为97.15亿美元，2014-2018年复合增长率在6.89%旁边，相对付几千亿美金的集成电路家当来说不值一提，但如果短缺了这个产品，环球所有的芯片设计公司都得停摆。

在2017年，IP核的交易已经超越了EDA工具和做事本身，成为EDA家当交易规模最大的一部分。

▲2014-2018年环球EDA市场规模（百万美元）

▲ 2017年与2018年环球EDA市场规模（百万美元）

EDA三巨子：EDA市场份额霸占前三位的Synopsys、Cadence和被西门子收购的Mentor Graphics。

三大EDA企业占环球市场的份额超过60%。
个中，Synopsys是环球最大的EDA企业，2018年的市场份额已达到32.1%；Cadence仅次于Synopsys，2018年市场霸占率为22.0%；Mentor Graphics在被收购之前也能保持超过10%的市场霸占率。
在2017年中国工业软件企业排行榜中，Synopsys排名35位，Cadence和Mentor Graphics分列第47、48位。

▲2014-2018年EDA三巨子公司收入所占份额

▲EDA三巨子基本情形

Synopsys（新思科技）成立于1986年，由Aart de Geus带领通用电气工程师团队创立，在2008年景为环球排名第一的EDA软件工具领导厂商，为环球电子市场供应技能前辈的集成电路设计与验证平台。

Synopsys在EDA行业的市场霸占率约30%，它的逻辑综合工具DC和时序剖析工具PT在环球EDA市场险些一统江山。

▲2010-2019年Synopsys业务收入及增速情形

▲2010-2019年Synopsys净利润及增速情形

Cadence（铿腾电子）是EDA行业发卖排名第二的公司，在1988年由SDA与ECAD两家公司吞并而成，Cadence通过不断扩展、吞并、收购，到1992年已霸占EDA行业龙头地位，但到2008年被Synopsys超越。

Cadence产品涵盖了电子设计的全体流程，包括系统级设计、功能验证、集成电路综合及布局布线、IC物理验证、仿照稠浊旗子暗记及射频集成电路设计、全定制集成电路设计、PCCE设计和硬件仿真建模等。
环球有名半导体与电子系统公司均将Cadence软件作为其环球设计的标准。
Cadence的Virtuso工具历经27年不衰，成为业内传奇。

▲2010-2019年Cadence业务收入及增速情形

▲2010-2019年Cadence净利润及增速情形

Mentor Graphics（明导国际，2016年被德国西门子收购）1981年景立，90年代碰着经营困境，软件的研发严重掉队于进度，大量长期客户流失落。
直到94年公司组织构造大调度后，才重新崛起。

Mentor Graphics是一家EDA软件和硬件公司，也是电路板办理方案的市场领导者，紧张供应电子设计自动化前辈系统电脑软件与仿照硬件系统。
Mento的工具虽没有前两家全面，没有涵盖全体芯片设计和生产环节，但在有些领域，如PCB（印刷电路板）设计工具等方面有相对独到之处。

▲2010-2016年Mentor业务收入及增速情形

▲2010-2016年Mentor净利润及增速情形

EDA公司供应给IC公司的一样平常都是全套工具，因此EDA集成度高的公司产品更有上风。
三巨子基本都能供应全套的芯片设计EAD办理方案。

Synopsys最全面，它的上风在于数字前端、数字后端和PT signoff。
仿照前真个XA，数字前真个VCS，后真个sign-off tool，还有口碑极好的PT、DC和ICC功能都很强大。
Synopsys有垄断市场90%的TCAD器件仿真和垄断50%的DFM工艺仿真，这是其在EDA家当竞争中的一把利器。

Cadence的强项在于仿照或稠浊旗子暗记的定制化电路和版图设计，功能很强大，PCB相对也较强，但是Signoff的工具偏弱。

Mentor Graphic在后端布局布线这块比较强，在PCB上也很有上风，它的上风是Calibre signoff和DFT，但Mentor Graphic在集成度上难以与前两家反抗。

此外，除了卖license以外，EDA企业还可以供应IP授权（硬核和软核），这个对付很多中小规模的设计公司是很有吸引力的。
授权的IP常日有memory，Serdes和Power management之类的研发本钱或门槛相对较高的硬核。

目前Synopsys企业的IP业务环球排名第二；

Cadence的IP业务发卖额也在逐年增加；

Mentor在IP业务上和Synopsys与Cadence险些没有竞争力。

▲芯片设计部分流程利用的三巨子工具

Synopsys供应的产品与做事紧张分为四类：EDA、IP、制造办理方案、专业做事与其他，个中EDA产品占Synopsys总收入中的一半以上。

▲Synopsys产品分类

Synopsys是EDA三大巨子之首。
霸占统治地位的产品为逻辑综合工具DC(design compiler)，时序剖析工具PT(prime time)。

Synopsys的EDA和IP客户常日是半导体和电子系统公司。
除此之外，Synopsys还为包括电子、金融做事、媒体、汽车、医药、能源和工业平分歧行业客户供应软件安全办理方案。

Intel是Synopsys最大客户，2016-2018三年公司总业务额等分别有15.9%、17.9%、15.4%来自Intel。
除此之外，公司没有占总收入份额超过10%的客户。

▲2017-2019年Synopsys各种产品或做事营收占比情形

Cadence将主营业务分为五类，分别是验证、数字设计、仿照、PCB、IP，个中前三项的地位更为主要，占主营业务收入的份额在75%旁边。

Cadence为EDA业界第二厂商，工具集中在仿照电路，PCB电路，FPGA工具。
Cadence也有一套完全的ASIC设计工具，但在与Synosys竞争中处下风。
但在全定制设计中Virtuso仍旧非常强大，Cadence之以是稳居第二，决定于其强大的仿照电路设计工具。

▲2018年Cadence各细分领域占业务额的比重

▲Cadence紧张产品

▲Cadence紧张平台

Mentor公司为业界第三，虽然排行第三，但体量比前两家要小不少。

Mentor在EDA厂商中始终霸占一席之地的缘故原由是其点工具做得非常好，比如Mentor的PCB设计工具，全面而且旗子暗记剖析准确。
比如ASIC流程中的Calibre在版图LVS，DRC中霸占率超出其他两家，比如DFT工具DFTAdvisor在DFT工具中绝对霸占上风地位。
由于Synopys的发卖策略，在DC发卖时免费搭DFT compiler，对DFTAdvisor造成一定的市场冲击。

Mentor平台并非像前两家一样大而全，虽然点工具做的很精细，但在Synopsys、Cadence的竞争压力下，发展空间日渐狭小。

▲四大EDA公司紧张客户情形

Cadence 于1992年进入中国市场，是三巨子中在华布局进行最好的；Synopsys仅次于Cadence，于1995年进入中国市场；Mentor中国总部设立于上海金茂大厦，分别在北京和深圳设有发卖办公室。

EDA三巨子险些在所有细分领域都有产品涉及，而EDA行业入门门槛高，本钱弹性大，对性能依赖性强，其他的EDA公司若想突围十分困难。

▲海内公司所用EDA软件基本情形

Synopsys和Cadence一贯重视新技能的开拓，每年投入大比例资金用于研发，研发用度是公司最大的营运开支。
尤其是Cadence公司，近两年研发支出占总营收的比例超过40%。

▲2010-2019年Synopsys与Cadence研发投入（百万美元）及占业务额的比重

自1986年景立以来，Synopsys通过发起几十余项并购交易，不断探求那些已经被市场证明成功的产品及其企业，通过滚动并购操作达到了扩大业务规模、进行技能整合的目的。

2002年，Synopsys以8.3亿美元收购与Cadence结束专利诉讼的Avanti公司，使得Synopsys成为EDA历史上第一家可以供应顶级前后端完全IC设计方案的领先EDA工具供应商，并在2008年超越Cadence成为环球最大的EDA工具厂商。

▲Synopsys部分主要收购情形

Mentor Graphics自成立开始，就关注各细分市场的的佼佼者，一步步收购了多家在某些细分领域技能上数一数二的中小型EDA公司，从而实现了企业稳步发展发展的目的。

2016年11月14日西门子和Mentor Graphics(明导国际)联合揭橥声明，德国西门子将以每股37.25美元的价格收购美国EDA公司Mentor Graphics，总收购价格为45亿美元，价溢价21%。
在收购Mentor后，西门子将增强在电子系统的设计、测试和仿真领域的软硬件实力。

美国在半导体家当发展中发挥着巨大的浸染。
目前，集成电路在摩尔定律的驱动下，面临物理和经济极限；拐点附近，电子技能的进步将进入下一创新阶段。
在这种背景下，美国又一次走在了天下前列，推出了一项为期5年、总值15亿美元的电子复兴操持（ERI），用以支持芯片技能的开拓。
美国国会也增加了对ERI的投入，每年额外注资1.5亿美元。

DARPA推出ERI项目扶持芯片发展：2018年7月23-25日，DARPA为ERI操持召开了首次年度峰会，在会上，DARPA公布了2017年9月首批启动的6大项目互助研究团队，旨在扶持和培养在材料与集成、电路设计和系统架构三方面的创新性研究。

▲DARPA公布的ERI六大项目

▲ DARPA对Cadence与Synopsys的补助情形

随着IC设计繁芜度的提升，新工艺的发展，EDA行业有非常大的发展空间，目前家当两大发展方向：云打算+EDA、人工智能+EDA。
目前Cadence领先。

云技能的运用紧张有三大优点： 1、 快速支配可提高工程效率并加速项目完成； 2、 快速支配可提高工程效率并加速项目完成； 3、 快速支配可提高工程效率并加速项目完成；

▲ Cadence供应的云做事

人工智能+EDA ： 芯片敏捷设计是未来发展的一个紧张方向，深度学习等算法能够提高EDA软件的自主程度，提高IC设计效率，缩短芯片研发周期。

据Cadence的报告显示，机器学习在EDA的运用可以分为四个方面：数据快速提取模型；布局中的热点检测；布局和线路；电路仿真模型。
Cadence致力于研究将机器学习运用在Virtuoso平台上，并参与了ERI中智能设计芯片项目。
新思科技也在利用人工智能加速时序验证。

▲Virtuoso平台智能框架

海内EDA家当发展历史 ： 上世纪八十年代中后期，海内开始投入EDA家当研发。
1993年国产首套EDA熊猫系统问世。
之后的海内EDA发展弯曲而缓慢。

多个EDA厂商抽芽，因各种成分影响，国产EDA家当没有取得本色性成功。
在2008年，海内从事EDA研究领域呈现了华大电子、华天中汇、芯愿景、爱克赛利、圣景微、技业思、广立微和讯美等公司。

之后十年景长，华大九天、芯愿景、芯禾科技、广立微、博达微等几个企业从国产EDA阵型中展露活气。

▲我国EDA企业成立韶光

海内EDA企业难以供应全流程产品，但在部分细分领域具有上风，个别点工具功能强大。

▲我国EDA企业产品情形

目前海内EDA企业面对的第一个短板便是产品不足全，尤其在数字电路方面。
SOC设计主流程的EDA工具数量中，来自Synopsys与Cadence公司的霸占大部分，尤其是时序和功耗检讨以及定制设计两步，完备由上述两家垄断，国产EDA在许多工具上仍有缺失落。

▲SOC设计主流程的EDA工具数量

传统EDA公司在数据端，网络数据测试上常日没有布局，而本土EDA企业的上风定位在于： 在良率优化端，广立微电子的软件和测试机； 在数据端，博达微的快速参数测试方案； 在仿真输入端，中国公司具有很强的主导性；在仿真端，华大九天和概伦电子实力强劲；在后端，芯禾具有完全的办理方案和竞争力 。

虽然在局部形成了打破，但在像物理验证、综合实力方面离主流差距还是很大，海内EDA厂商还“没有能力全面支撑家当发展”，总体上还是很难离开三大巨子公司的平台。

以华大九天为例，单独评估集成电路家当所需的EDA工具，华大九天已有的产品线占集成电路所需工具的三分之一旁边，其余还有三分之二目前是空缺。

海内EDA研发崛起策略 ：1、 目标定位整套EDA工具，海内各厂多样化互助，在研发上加大投入，积极扩展待开拓领域，知足下贱设计和制造领域的多样化需求； 2、 在现有从数据到模型再到仿真的一个完全闭环,并在机器学习、算法、数据挖掘上海内技能和国外并无太大差距的根本上，可以利用数据驱动设计绕开传统大公司的限定，这是实现本土EDA崛起又一策略。

▲本土EDA企业的定位与策略

海内EDA家当短板之二：人才短缺、投入不敷 。
人数上， 我国约有1500人的EDA软件开拓工程师，但在本土EDA公司和研究单位事情的工程师只有300人旁边，其他大部分都是在三大巨子事情。
而放大到环球，比拟于Synopsys 7000多的研发职员（当中有5000多从事EDA的研发），这个差距更是明显。
研发投入上 ， 国产EDA与三巨子比较也差距明显。
据半导体行业不雅观察资料显示，本土EDA企业龙头华大九天，过去十年间所投研发资金也只有几个亿，而Synopsys2018近一年的研发投入约为10.8亿美元，Cadence 2018年的研发投入约为8.7亿美元。

海内EDA家当短板之三：市场造就较难，市场拓展周期较长 。
目前，EDA市场被三巨子垄断，国产EDA生存环境十分狭小，纵然能够研发出全套的EDA工具，在短期内也难以与三巨子企业的产品反抗。
国产EDA缺少市场，反浸染于EDA的研发，造成恶性循环。
目前国际环境存在不愿定性，美国对中国高新技能家当的限定仍在连续，这给我国的IC家当带来了巨大寻衅，但同时也面临着新的机遇。
国产EDA公司化危为机，市场生态奋起直追，是实现国产化替代、家当自主可控的主要一步。

海内EDA家当短板之四：缺少与前辈工艺的结合 。
EDA是设计和工艺对接的纽带，而海内EDA厂商与前辈工艺结合比较弱。

一方面，三大EDA公司有天然上风，在新工艺开拓阶段与环球领先的晶圆制造厂进行全方位互助，因此对工艺理解很到位。
海内EDA厂商只能在工艺开拓完往后拿到部分数据，无法打仗到前辈工艺的核心部分，难以针对前辈工艺设计、改良EDA软件，造成与三巨子的客不雅观差距。

另一方面，海内涵PDK方面不敷，对国产EDA发展不利。
EDA工具与工艺结合的主要支撑是工艺设计套件（PDK），PDK开拓非常繁芜，须要较大投入，目前海内EDA厂商都比较缺少PDK根本，这与中国全体半导体生态不足成熟直接干系，须要半导体行业整体的进步。

办理与国产EDA与前辈工艺方面结合缺失落的问题，既须要海内晶圆厂提高自身的制造技能，又须要EDA企业加强和国际前辈晶圆厂的互助。
打造本土EDA全方位竞争力，须要家当链各界的共同努力。

半导体行业包括集成电路、敏感器件、光电子器件、分立元件等，个中集成电路占比超过80%，集成电路又分为IC设计、晶圆制造及加工、封测三个环节，EDA为集成电路的上游支撑行业。

半导体芯片企业按照运作模式的差别，可分为IDM企业、IC设计企业（Fabless）、晶圆制造代工企业（Foundry）、封装测试企业（Package&Testing House）。

▲IC家当链

▲ 2004-2018我国集成电路发卖额情形

EDA家当根本 ： EDA的发展须要得当的家当链环境，要想磨合工艺套件， EDA软件、IC设计公司和代工厂就必须一起打磨，构成铁三角关系成为关键。

2009年前后，IC设计公司和代工厂限定本土EDA发展 ：1、 中国本土的IC设计公司数量少且规模小，根本没有很好的市场环境来孕育EDA业务；2、 IC设计公司对利用国产软件存在疑虑，头部数百家IC设计企业优先考虑国外软件，而更多的IC设计企业利润微薄，险些不考虑购买EDA软件的问题；3、 短缺代工厂的支持。

截至2019年，中国有环球头部的IC设计公司，中国有环球最多的代工厂，2019年中国大陆光晶圆厂达到86座。
同时还有环球最大的半导体消费市场，达到了60%。
形成良好的制造和消费格局，给予国产EDA软件足够重视，三家联手，有望破局。

▲EDA软件、IC设计公司和代工厂铁三角关系

早期的集成电路以IDM模式为主，也称为垂直集成模式 。
特点 ： 集芯片设计、芯片制造、芯片封装和测试等多个家当链环节于一身，目前环球半导体前20大厂商中大部分为IDM厂商，包括三星、TI、英特尔等公司。
优点 ： 垂直集成模式比较于垂直分工模式来说，设计、制造等环节能够协同优化，有助于充分发掘技能潜力，尽可能地扩大产能、降落本钱，有条件率先实验并实行新的半导体技能。
缺陷 ： IDM对企业哀求更大：公司规模弘大重资产，管理本钱、运营用度较高，风险更大；公司须要不断的提升工艺制程技能，研发投入高，中国本土IDM公司相对国外IDM巨子处于起步阶段。

▲部分本土IDM上市公司2019年经营情形（单位：亿元）

随着集成电路制程节点的缩小，制造技能难度成倍增加，能跟随工艺发展的制造厂商越来越少，Fabless模式应运而生。
Fabless模式下，IC设计企业只卖力芯片的电路设计与发卖，将生产、测试、封装等环节外包，紧张企业包括联发科、博通等。

优点 ： Fabless模式大大降落了IC行业的进入门槛，初始投资规模小，创业难度相对较低，充分表示了专业化分工的上风，因此被大部分集成电路设计企业采取，目前海内IC设计公司大多数都采取了Fabless模式。
由于Fabless公司有相对轻资产的发展属性，中国本土Fabless公司相对本土IDM公司已经发展到具有一定技能和市场领先性。

缺陷 ： Fabless与IDM比较无法实现工艺协同优化，难以完成指标严苛的设计 ； 与Foundry比较须要承担各种市场风险，一旦失落误可能市场丢失严重。

▲本土Fabless上市公司2019年经营情形（单位：亿元）

▲本土Fabless上市公司2019年经营情形（单位：亿元）

Foundry模式专注代工生产，只卖力制造、封装或测试的个中一个环节，不卖力芯片设计，可以同时为多家设计公司供应做事。
晶圆制造及加工是芯片制造的核心工艺，此处的设备投资非常弘大，能占到全部设备投资的70%以上。
封测便是封装+测试，目的是把做好的集成电路放到保护壳中，防止破坏、堕落。

优点 ： Foundry模式不承担由于市场调研不准、产品设计毛病等决策风险，能够发挥规模上风。
缺陷 ： 投资规模较大，坚持生产线正常运作用度较高；须要持续投入坚持工艺水平，一旦掉队追赶难度较大。
现状 ： 虽然是重资产类型公司，但是由于芯片家当链不可获取的实现环节，因此，海内近年在此领域也是通过各种形式加大投入培植力度，已经呈现出具有一定竞争力的本土厂商。

智东西认为， EDA是IC硏发的拳头，更是信息家当主要的“工业软件”，我国虽然EDA的研发 起步不晚，但如今海内EDA市场仍旧被国外三大厂家所垄断。
半导体技能发展至今，工艺越来越繁芜、分工越来越细化，EDA软件早已不是一个纯挚的软件，而是包含多种“点工具”的软件工具链。
如今，三大巨子厂商的EDA软件险些覆盖了半导体家当须要用到的所有工具，软件也并没有与主流技能脱节，想取而代之十分困难。
此外，EDA软件制作门槛极高。
由于EDA软件有着极其繁杂的分类，不像我们常用的办公软件，轻易就能实现“复制”，就犹如“WPS”与 “Office” 一样。
而从当下来看，发展海内的EDA家当，不能直接和国外三大产商竞争全流程EDA工具进行竞争，只能另辟路子。

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