美国限制华为封喉之剑！揭秘芯片制造心脏EDA产业，国产路在何方？【附下载】| 智东西内参

看点：三大寡头垄断的EDA行业，国内公司若何实现自立可控？ [本文来自：www.11jj.com]

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EDA(电子设计自动化)是芯片之母，是芯片财富皇冠上的明珠：EDA软件对象涵盖了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、也是最首要的软件对象，EDA财富是IC设计最上游、最高端的财富。

国内EDA财富成长从上世纪八十年月中后期起头，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齐全、集成度不足高，但在点对象上取得了必然的成就。个中，华大九天是全球独一的能够供给全流程FPD设计解决方案的供给商，获得了大部门知名面板厂的市场份额。

本期的智能内参，我们介绍东兴证券公司的研究申报《电子设计软件EDA专题申报》，详解最新国表里EAD行业现状和国内EDA财富的国产替代趋势。若是想收藏本文的申报，可以在智器材（公家号：zhidxcom）复原关键词“nc459”获取。

本期内参起原：东兴证券

原问题：

《电子设计软件EDA专题申报》

作者：王健辉   叶盛   陈宇哲

EDA全景概述：IC设计全流程

何谓EDA？EDA是电子设计自动化（Electronic Design Automation）的简称，是从角力机辅助设计（CAD）、角力机辅助制造（CAM）、角力机辅助测试（CAT）和角力机辅助工程（CAE）概念成长而来。

▲EDA历史沿革

IC财富链：芯片财富链包括设计、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可谓是芯片财富链“任督二脉”。

芯片设计流程：芯片设计可分为前端和后端，前端首要负责逻辑实现，后端跟工艺慎密连络。

▲芯片财富链各流程首要企业

▲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。行使EDA对象，电子设计师可以从概念、算法、和谈等起头设计电子系统，完成电子产品从电路设计、机能理会到设计出IC版图或PCB版图的整个过程。

▲EDA分类

国内EDA财富成长从上世纪八十年月中后期起头，国产首套EDA熊猫系统于1986年起头研发并于1993年问世。之后的国内EDA成长弯曲而迟缓，因各类成分影响，国产EDA财富没有取得实质成功，但近十年成长中，华大九天、芯禾科技、广立微、博达微等几个企业从国产EDA阵型中展露生机。

EDA是集成电路财富领域内 “小而精”的环节，产值较小但又极其首要。数据浮现，2018年整个EDA的市场规模仅为97.15亿美元，2014-2018年复合增进率在6.89%摆布，相对于几千亿美金的集成电路财富来说不值一提，但若是穷困了这个产品，全球所有的芯片设计公司都得停摆。

在2017年，IP核的生意已经超越了EDA对象和处事本身，成为EDA财富生意规模最大的一部门。

▲2014-2018年全球EDA市场规模（百万美元）

▲ 2017年与2018年全球EDA市场规模（百万美元）

 EDA三巨头：Synopsys、Cadence、Mentor Graphics

EDA三巨头：EDA市场份额占有前三位的Synopsys、Cadence和被西门子收购的Mentor Graphics。

三大EDA企业占全球市场的份额跨越60%。个中，Synopsys是全球最大的EDA企业，2018年的市场份额已达到32.1%；Cadence仅次于Synopsys，2018年市场占有率为22.0%；Mentor Graphics在被收购之前也能贯穿跨越10%的市场占有率。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三巨头公司收入所占份额

▲EDA三巨头根本景遇

Synopsys（新思科技）成立于1986年，由Aart de Geus率领通用电气工程师团队创立，在2008年成为全球排名第一的EDA软件对象领导厂商，为全球电子市场供给手艺提高的集成电路设计与验证..。

Synopsys在EDA行业的市场占有率约30%，它的逻辑综合对象DC和时序理会对象PT在全球EDA市场几乎一统江山。

▲2010-2019年Synopsys营业收入及增速景遇

▲2010-2019年Synopsys净利润及增速景遇

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两家公司兼并而成，Cadence经由络续扩展、兼并、收购，到1992年已占有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整个流程，包括系统级设计、功能验证、集成电路综合及构造布线、IC物理验证、模拟同化旗子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。全球知名半导体与电子系统公司均将Cadence软件作为其全球设计的标准。Cadence的Virtuso对象历经27年不衰，成为业内传奇。

▲2010-2019年Cadence营业收入及增速景遇

▲2010-2019年Cadence净利润及增速景遇

Mentor Graphics（明导国际，2016年被德国西门子收购）1981年成立，90年月碰着经营困境，软件的研发严重落伍于进度，大量耐久客户流失。直到94年公司组织组织大调整后，才从新崛起。

Mentor Graphics是一家EDA软件和硬件公司，也是电路板解决方案的市场领导者，首要供给电子设计自动化提高系统电脑软件与模拟硬件系统。Mento的对象虽没有前两家周全，没有涵盖整个芯片设计和生产环节，但在有些领域，如PCB（印刷电路板）设计对象等方面有相对独到之处。

▲2010-2016年Mentor营业收入及增速景遇

▲2010-2016年Mentor净利润及增速景遇

EDA公司供给给IC公司的一般都是全套对象，是以EDA集成度高的公司产品更有优势。三巨头根本都能供给全套的芯片设计EAD解决方案。

Synopsys最周全，它的优势在于数字前端、数字后端和PT signoff。模拟前端的XA，数字前端的VCS，后端的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财富竞争中的一把利器。

Cadence的强项在于模拟或同化旗子的定制化电路和版图设计，功能很强大，PCB相对也较强，然则Signoff的对象偏弱。

Mentor Graphic在后端构造布线这块对照强，在PCB上也很有优势，它的优势是Calibre signoff和DFT，但Mentor Graphic在集成度上难以与前两家抗衡。

此外，除了卖license以外，EDA企业还可以供给IP授权（硬核和软核），这个对于多少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之类的研发成本或门槛相对较高的硬核。

今朝Synopsys企业的IP生意全球排名第二；

Cadence的IP生意发卖额也在逐年增加；

Mentor在IP生意上和Synopsys与Cadence几乎没有竞争力。

▲芯片设计部门流程使用的三巨头对象

Synopsys供给的产品与处事首要分为四类：EDA、IP、制造解决方案、专业处事与其他，个中EDA产品占Synopsys总收入中的一半以上。

▲Synopsys产品分类

Synopsys是EDA三大巨头之首。占有统治地位的产品为逻辑综合对象DC(design compiler)，时序理会对象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、金融处事、媒体、汽车、医药、能源和工业等不合行业客户供给软件安然解决方案。

Intel是Synopsys最大客户，2016-2018三年公司总营业额等分别有15.9%、17.9%、15.4%来自Intel。除此之外，公司没有占总收入份额跨越10%的客户。

▲2017-2019年Synopsys各类产品或处事营收占比景遇

Cadence将主营生意分为五类，拜别是验证、数字设计、模拟、PCB、IP，个中前三项的地位更为首要，占主营生意收入的份额在75%摆布。

Cadence为EDA业界第二厂商，对象集中在模拟电路，PCB电路，FPGA对象。Cadence也有一套完整的ASIC设计对象，但在与Synosys竞争中处下风。但在全定制设计中Virtuso仍然非常强大，Cadence之所以稳居第二，决意于其强大的模拟电路设计对象。

▲2018年Cadence各细分领域占营业额的比重

▲Cadence首要产品

▲Cadence首要..

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厂商中始终占有一席之地的原因是其点对象做得非常好，比如Mentor的PCB设计对象，周全而且旗子理会准确。比如ASIC流程中的Calibre在版图LVS，DRC中占有率超出其他两家，比如DFT对象DFTAdvisor在DFT对象中绝对占有优势地位。因为Synopys的发卖策略，在DC发卖时免费搭DFT compiler，对DFTAdvisor造成必然的市场冲击。

Mentor..并非像前两家一样大而全，虽然点对象做的很细腻，但在Synopsys、Cadence的竞争压力下，成漫空间日渐狭小。

▲四大EDA公司首要客户景遇

Cadence 于1992年进入中国市场，是三巨头中在华构造进行最好的；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，拜别在北京和深圳设有发卖办公室。

EDA三巨头几乎在所有细分领域都有产品涉及，而EDA行业入门门槛高，成本弹性大，对机能依靠性强，其他的EDA公司若想突围十分困难。

▲国内公司所用EDA软件根本景遇

Synopsys和Cadence一贯正视新手艺的斥地，每年投入大比例资金用于研发，研发费用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跨越40%。

▲2010-2019年Synopsys与Cadence研发投入（百万美元）及占营业额的比重

自1986年成立以来，Synopsys经由提议几十余项并购生意，络续寻找那些已经被市场证实成功的产品及其企业，经由滚动并购把握达到了扩大生意规模、进行手艺整合的目的。

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给顶级前后端完整IC设计方案的领先EDA对象供给商，并在2008年超越Cadence成为全球最大的EDA对象厂商。

▲Synopsys部门首要收购景遇

Mentor Graphics自成立起头，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手艺上数一数二的中小型EDA公司，从而实现了企业稳步成长成长的目的。

2016年11月14日西门子和Mentor Graphics(明导国际)连系揭橥声明，德国西门子将以每股37.25美元的代价收购美国EDA公司Mentor Graphics，总收购代价为45亿美元，价溢价21%。在收购Mentor后，西门子将增加在电子系统的设计、测试和仿真领域的软硬件实力。

美国在半导体财富成长中施展着伟大的浸染。今朝，集成电路在摩尔定律的驱动下，面临物理和经济极限；拐点临近，电子手艺的提高将进入下一立异阶段。在这种背景下，美国又一次走在了世界前列，推出了一项为期5年、总值15亿美元的电子回答规划（ERI），用以撑持芯片手艺的斥地。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项目扶持芯片成长：2018年7月23-25日，DARPA为ERI规划召开了首次年度峰会，在会上，DARPA发布了2017年9月首批启动的6大项目合作研究团队，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立异性研究。

▲DARPA发布的ERI六大项目

▲ DARPA对Cadence与Synopsys的津贴景遇

跟着IC设计复杂度的提升，新工艺的成长，EDA行业有非常大的成漫空间，今朝财富两大成长倾向：云角力+EDA、人工智能+EDA。今朝Cadence领先。

云手艺的应用首要有三大优点：1、 快速安置可提高工程效率并加速项目完成；2、 快速安置可提高工程效率并加速项目完成；3、 快速安置可提高工程效率并加速项目完成；

▲ Cadence供给的云处事

人工智能+EDA ：芯片敏捷设计是未来成长的一个首要倾向，深度进修等算法能够提高EDA软件的自立水平，提高IC设计效率，缩短芯片研发周期。

据Cadence的申报浮现，机械进修在EDA的应用可以分为四个方面：数据快速提取模型；构造中的热点检测；构造和线路；电路仿真模型。Cadence致力于研究将机械进修应用在Virtuoso..上，并介入了ERI中智能设计芯片项目。新思科技也内行使人工智能加速时序验证。

▲Virtuoso..智能框架

 国内EDA财富

国内EDA财富成长历史 ：上世纪八十年月中后期，国内起头投入EDA财富研发。1993年国产首套EDA熊猫系统问世。之后的国内EDA成长弯曲而迟缓。

多个EDA厂商萌芽，因各类成分影响，国产EDA财富没有取得实质性成功。在2008年，国内从事EDA研究领域涌现了华大电子、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。

之后十年成长，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阵型中展露生机。

▲我国EDA企业成立时间

国内EDA企业难以供给全流程产品，但在部门细分领域具有优势，个别点对象功能强大。

▲我国EDA企业产品景遇

今朝国内EDA企业面临的第一个短板就是产品不足全，尤其在数字电路方面。SOC设计主流程的EDA对象数量中，来自Synopsys与Cadence公司的占有大部门，尤其是时序和功耗搜检以及定制设计两步，完全由上述两家垄断，国产EDA在好多对象上仍出缺失。

▲SOC设计主流程的EDA对象数量

传统EDA公司在数据端，收集数据测试上常日没有构造，而本土EDA企业的优势定位在于：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，芯禾具有完整的解决方案和竞争力 。

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照样很大，国内EDA厂商还“没有能力周全撑持财富成长”，总体上照样很难离开三大巨头公司的..。

以华大九天为例，零丁评估集成电路财富所需的EDA对象，华大九天已有的产品线占集成电路所需对象的三分之一摆布，此外还有三分之二今朝是空白。

国内EDA研发崛起策略 ：1、 方针定位整套EDA对象，国内各厂多样化合作，在研发上加大投入，积极扩展待斥地领域，知足鄙俗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整闭环,并在机械进修、算法、数据挖掘上国内手艺和国外并无太大差距的底细上，可以行使数据驱动设计绕开传统大公司的限制，这是实现本土EDA崛起又一策略。

▲本土EDA企业的定位与策略

国内EDA财富短板之二：人才欠缺、投入不足 。人数上， 我国约有1500人的EDA软件斥地工程师，但在本土EDA公司和研究单元单子工作的工程师只有300人摆布，其他大部门都是在三大巨头工作。而放大到全球，对比于Synopsys 7000多的研发人员（傍边有5000多从事EDA的研发），这个差距更是光鲜。研发投入上 ， 国产EDA与三巨头对比也差距光鲜。据半导体行业视察资料浮现，本土EDA企业龙头华大九天，以前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。

国内EDA财富短板之三：市场培育较难，市场拓展周期较长 。今朝，EDA市场被三巨头垄断，国产EDA生存情形十分狭小，即使能够研发出全套的EDA对象，在短期内也难以与三巨头企业的产品抗衡。国产EDA缺乏市场，反浸染于EDA的研发，造成恶性轮回。今朝国际情形存在不确定性，美国对中国高新手艺财富的限制仍在持续，这给我国的IC财富带来了伟大挑战，但同时也面临着新的时机。国产EDA公司化危为机，市场生态迎头赶上，是实现国产化替代、财富自立可控的首要一步。

国内EDA财富短板之四：缺乏与提高工艺的连络 。 EDA是设计和工艺对接的纽带，而国内EDA厂商与提高工艺连络对照弱。

一方面，三大EDA公司有天然优势，在新工艺斥地阶段与全球领先的晶圆制造厂进行全方位合作，是以对工艺懂得很到位。国内EDA厂商只能在工艺斥地完往后拿到部门数据，无法接触到提高工艺的核心部门，难以针对提高工艺设计、改良EDA软件，造成与三巨头的客观差距。

另一方面，国内涵PDK方面不足，对国产EDA成长晦气。EDA对象与工艺连络的首要撑持是工艺设计套件（PDK），PDK斥地非常复杂，需要较大投入，今朝国内EDA厂商都对照缺乏PDK底细，这与中国整个半导体生态不足成熟直接相关，需要半导体行业整体的提高。

解决与国产EDA与提高工艺方面连络缺失的问题，既需要国内晶圆厂提高自身的制造手艺，又需要EDA企业增加和国际提高晶圆厂的合作。打造本土EDA全方位竞争力，需要财富链各界的共同努力。

 IC财富链概览

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，个中集成电路占比跨越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为集成电路的上游撑持行业。

半导体芯片企业按照运作模式的分歧，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财富链

▲ 2004-2018我国集成电路发卖额景遇

EDA财富底细 ：EDA的成长需要合适的财富链情形，要想磨合工艺套件， EDA软件、IC设计公司和代工场就必需一路打磨，构成铁三角关系成为关键。

2009年前后，IC设计公司和代工场限制本土EDA成长 ：1、 中国本土的IC设计公司数量少且规模小，根基没有很好的市场情形来发生EDA生意；2、 IC设计公司对使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，几乎不考虑购置EDA软件的问题；3、 穷困代工场的撑持。

截止2019年，中国有全球头部的IC设计公司，中国有全球最多的代工场，2019年中国大陆光晶圆厂达到86座。同时还有全球最大的半导体消费市场，达到了60%。形成精巧的制造和消费式子，给予国产EDA软件充足正视，三家联手，有望破局。

▲EDA软件、IC设计公司和代工场铁三角关系

1、IDM模式

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财富链环节于一身，今朝全球半导体前20大厂商中大部门为IDM厂商，包括三星、TI、英特尔等公司。优点 ：垂直集成模式对比于垂直分工模式来说，设计、制造等环节能够协同优化，有助于充实挖掘手艺潜力，尽或许地扩大产能、降低成本，有前提率先实验并履行新的半导体手艺。瑕玷 ：IDM对企业要求更大：公司规模远大重资产，治理成本、运营费用较高，风险更大；公司需要络续的提升工艺制程手艺，研发投入高，中国本土IDM公司相对国外IDM巨头处于起步阶段。

▲部门本土IDM上市公司2019年经营景遇（单元单子：亿元）

2、Fabless模式

跟着集成电路制程节点的缩小，制造手艺难度成倍增加，能跟随工艺成长的制造厂商越来越少，Fabless模式应运而生。Fabless模式下，IC设计企业只负责芯片的电路设计与发卖，将生产、测试、封装等环节外包，首要企业包括联发科、博通等。

优点 ：Fabless模式大大降低了IC行业的进入门槛，初始投资规模小，创业难度相对较低，充实施展了专业化分工的优势，是以被大部门集成电路设计企业采用，今朝国内IC设计公司大多数都采用了Fabless模式。因为Fabless公司有相对轻资产的成长属性，中国本土Fabless公司相对本土IDM公司已经成长到具有必然手艺和市场领先性。

瑕玷 ：Fabless与IDM对比无法实现工艺协同优化，难以完成指标严苛的设计 ；与Foundry对比需要承担各类市场风险，一旦失误或许市场损失严重。

▲本土Fabless上市公司2019年经营景遇（单元单子：亿元）

▲本土Fabless上市公司2019年经营景遇（单元单子：亿元）

3、Foundry模式

Foundry模式专注代工生产，只负责制造、封装或测试的个中一个环节，不负责芯片设计，可以同时为多家设计公司供给处事。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远大，能占到悉数设备投资的70%以上。封测就是封装+测试，目的是把做好的集成电路放到珍爱壳中，防止损坏、侵蚀。

优点 ：Foundry模式不承担因为市场调研不准、产品设计缺陷等抉择风险，能够施展规模优势。瑕玷 ：投资规模较大，维持生产线正常运作费用较高；需要持续投入维持工艺水平，一旦落伍追赶难度较大。现状 ：虽然是重资产类型公司，然则因为芯片财富链弗成获取的实现环节，是以，国内近年在此领域也是经由各类形式加大投入培植力度，已经涌现出具有必然竞争力的本土厂商。

智器材认为， EDA是IC硏发的拳头，更是信息财富首要的“工业软件”，我国虽然EDA的研发 起步不晚，但如今国内EDA市场仍然被国外三大厂家所垄断。半导体手艺成长至今，工艺越来越复杂、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“点对象”的软件对象链。如今，三大巨头厂商的EDA软件几乎笼盖了半导体财富需要用到的所有对象，软件也并没有与主流手艺脱节，想取而代之十分困难。此外，EDA软件建造门槛极高。因为EDA软件有着极其零乱的分类，不像我们常用的办公软件，随意就能实现“复制”，就如同“WPS”与 “Office” 一样。 而从当下来看，成长国内的EDA财富，不克直接和国外三大产商竞争全流程EDA对象进行竞争，只能另辟路线。

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