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06-21
芯片之母，EDA？在芯片设计领域，EDA软件是不可或缺的。
EDA被称为IC设计中最上游、最高端的软件产品，涵盖了IC设计、布线、验证和仿真的各个环节。
最初芯片设计还可以用手工计算，但现在一个芯片有几百亿个晶体管，不使用EDA软件很容易出错。
在美国EDA领域，Synopsys、Cadence、Mentor Graphics号称三大巨头，占据全球65%以上市场份额，中国市场90%以上份额。
华为、中兴等芯片厂商都离不开美国的EDA产品。
。
然而美国却步步紧逼华为，几乎断绝了退路。
因此，对于华为以及更多的中国企业来说，发展国内EDA产业就变得尤为重要，但在哪里、如何发展呢？近日，方正证券发布《半导体 EDA 行业研究与投资报告》（以下简称《报告》），分析了EDA行业的新机遇和国内行业的发展特点，并据此提出了国内EDA行业的发展方向。
如需获取本报告全文pdf，请在雷锋网（公众号：雷锋网）回复关键字“报告”进行提取。
文档来源：方正证券 1、国内EDA市场发展概况 EDA是Electronic Design Automation的缩写，源自计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）和计算机- 开发了辅助测试工程（CAE）概念。
芯片产业链包括设计、制造、封装、测试、销售。
芯片的核心力量是芯片设计，而芯片设计离不开芯片设计软件EDA。
EDA可以说是芯片产业链的“两个分支”。
EDA是广义的CAD的一种，也是细分的行业软件。
利用EDA工具，电子设计人员可以从概念、算法、协议等入手设计电子系统，完成电子产品从电路设计、性能分析到设计IC布局或PCB布局的整个过程。
国内EDA产业的发展始于20世纪80年代中后期。
国内第一套EDA Panda系统于2006年开始研发，2017年问世。
国内EDA随后的发展是曲折而缓慢的。
由于各种因素的影响，国内EDA产业并没有取得实质性的成功。
然而，在近十年的发展中，华大九天、信合科技、光利微、博达微等几家从国内EDA组建中成长起来的公司显示出勃勃生机。
目前，全球EDA软件供应商主要有Synopsys、Cadence和Mentor Graphic。
中国市场的EDA销售额95%被上述三家公司瓜分，剩下的5%部分被Ansys等其他国外公司占据，留给华大九天、信合科技等国内EDA公司的份额极小，以及后来在工具完备度上与前三名相比，有明显的差距。
在本土已经取得突破的领域，国内厂商与三普也存在相当大的差距。
比如，在物理验证、综合实力等方面，国内EDA厂商仍“不具备全面支撑产业发展的能力”。
总体来说，离开三浦还是很难的。
大巨头公司的平台。
从根本上来说，主要原因有两点：一是国内EDA工具不完善。
EDA软件必须涵盖IC设计、布线、验证、仿真等各个方面，而国内很多EDA只涉及其中的一部分；二是国产EDA软件与先进技术的结合较差。
毕竟国内制造水平并不强，14nm才刚刚量产。
华为的7nm甚至5nm芯片已经在路上了。
当然，国内EDA在技术先进性方面与国外相比是逊色的。
因此，一旦EDA受制于人，整个芯片软件产业的发展可能会陷入停滞，国产EDA的发展迫在眉睫。
从全球科技产业周期来看，目前正处于5G应用周期的前夜。
物联网、人工智能和虚拟/增强现实领域的新机遇使整个集成电路生产周期各个阶段的半导体企业受益。
具有AI功能的EDA工具还可以帮助客户设计更好的芯片并快速将其推向市场。
中国半导体的崛起给EDA软件的发展带来了新的希望。
截至2020年，中国大陆光晶圆厂数量达到86家。
同时，这里还有全球最大的半导体消费市场，达到60%。
这表明中国的EDA企业正在追求快速增长，以满足巨大的国内需求。
2、芯片产业链 1）芯片设计 集成电路作为半导体产业的核心，由于其技术复杂性，具有高度工业化的产业结构。
随着产业规模的快速扩张和产业竞争的加剧，分工模式进一步细化，原来以IDM为主的模式逐渐转变为Fabless+Foundry+OSAT。
目前市场产业链为IC设计、IC制造和IC封装测试。
核心环节中，IC设计位于产业链上游，IC制造为中游环节，IC封装为下游环节。
芯片设计分为前端设计（又称逻辑设计）和后端设计（又称物理设计）。
两者之间没有严格的界限。
与流程相关的设计就是后端设计。
从设计的角度来看，前端设计的结果是获得芯片的门级网表电路。
1、EDA工具：IC设计最上游的产业。
在IC设计中，逻辑综合的步骤是将正确的HDL代码放入电子设计自动化工具（EDA工具）中，让计算机将HDL代码转换为逻辑电路。
生成电路图。
然后反复判断逻辑门设计是否符合规范并进行修改，直至功能正确。
EDA是芯片设计最上游、最高端的产业，也是国内芯片产业链中最薄弱的环节。
从市值来看，整个EDA软件的全球市场规模还不到100亿美元，但却撬动了1亿美元的半导体产业。
如果没有这个基石，世界上所有的芯片设计公司都会倒闭，半导体金字塔就会倒塌。
根据加州大学Kahng教授计算分析，2018年一个片上系统SoC的设计成本约为1万美元。
如果没有EDA技术的进步，这一成本将上升至77亿美元。
EDA 软件将设计成本降低了三倍。
2、TCAD：集成电路EDA的核心技术，TCAD（Technology Computer Aided Design），代表半体工艺和器件仿真软件。
在整个EDA软件中，TCAD在器件设计和工艺开发中起着至关重要的作用。
它是集成电路设计和制造中不可缺少的重要组成部分，是EDA软件系统的核心底层。
目前，全球TCAD（传统TCAD）仿真工具主要被Synopsys和Silvaco两家美国公司垄断，市场份额合计超过90%。
然而，随着集成电路技术的发展及其先进制造技术逐渐逼近3-5nm技术节点，传统的TCAD将面临巨大的困难和挑战。
主要存在三个难点：当器件达到深纳米尺度甚至原子尺度时，量子效应将发挥重要作用，而传统模型并没有完全包含量子效应。
当器件达到纳米尺度时，通过实验手段获得可靠的参数变得越来越困难和耗时。
许多新型电子器件和电子材料的不断出现，完全超出了传统TCAD方法的应用范围。
Atomistic TCAD是目前世界上最先进、最精确的TCAD工具，从原子尺度进行模拟，用于设计原子尺度的电子器件。
它完美解决了传统TCAD面临的量子效应、实验参数和新器件三大问题。
。
与传统工艺建模技术相比，Atomistic TCAD是一种原子级计算机辅助设计软件，通过对纳米级半导体电子器件进行建模和仿真，无需进行大量实验测量，即可准确获得工艺技术参数。
它可以有效缓解纳米级半导体行业设计和制造中的常见问题，帮助半导体制造商加速半导体工艺开发并提高良率。
此外，Atomistic TCAD可以扩展模拟任何新材料，具有广泛的行业应用。
3、EDA工具的分类 EDA工具分为三个部分：前端（Verilog数字描述、数模混合）；后端（布局和布线布局和布线）；验证（DRC/LVS等）。
具体来说，芯片的前端设计包括芯片规格的制定和详细设计、HDL编码、真实仿真验证、逻辑综合、静态时序分析（SAT）和形式验证；而后端设计包括可测试设计（DFT）、布局规划（FloorPlan）、时钟树综合（CTS）、布线（Place & Route）、寄生参数提取、布局物理验证等。
4.发展历史EDA，如集成电路设计的基本工具，大致经历了以下发展阶段： 2）IP核 1.定义 IP核（Intellectual Property Core）是指在半导体集成电路设计中可以重复使用的核。
拥有自主知识产权的设计模块，设计公司无需设计芯片的每一个细节。
相反，他们购买成熟可靠的IP解决方案来实现特定功能。
这种类似于搭积木的开发模式，缩短了芯片的开发时间。
提高了芯片的可靠性。
大多数 SoC 制造商都依赖 IP。
SoC芯片的设计过程本质上就是寻找、验证和集成IP核的过程。
IP核已成为SoC设计的基础，深刻影响着SoC设计。
随着需求端的快速变化以及上市时间越来越短，SoC设计公司越来越依赖成熟的IP。
2、类别主要分为3类，即软核、实核、硬核。
3、半导体产业IP竞争格局。
半导体IP行业客户的积累是一个长期的过程，客户粘性强。
原因主要包括以下三点： IP技术护城河的形成，无论硬件、基础软件还是应用软件都需要长期研发投入的积累。
由于IP模块的研发体系与芯片设计公司客户深度耦合，IC设计公司的技术积累全部基于所使用的IP，因此迁移成本较高。
上下游生态网络的建立本身就是IP授权企业的护城河。
这是因为客户在选择芯片设计提供商时极为谨慎，会关注其是否有相应的成功案例。
以上三点决定了IP授权行业往往形成赢家通吃的竞争，新厂商很难在短时间内超越竞争对手。
4、IP设计新技术：自动IP生成 传统的IP设计过程费时费力，而自动IP生成希望将顶层架构设计（针对数字IP）或模块指标（模拟IP）直接映射到IP设计中。
电路。
这样可以大大节省设计时间和成本，同时可以进行更多的设计探索，最终收敛到最优设计。
自动IP生成领域对中国半导体产业具有重要价值，中国与世界先进国家差距并不大。
因此，如果得到足够的支持，它有机会在未来几年内达到世界领先水平。
对于模拟IP的自动生成来说，发展时间并不长，中国和国外还处于同一起跑线。
拥有下一代自动模拟IP生成工具也将有助于巩固中国作为模拟IP设计强国的地位。
3、产业发展特点 1）全球市场结构 全球EDA市场现状：产业规模不断增大，但整体增速较低。
随着EDA行业的发展，相关软件产品逐渐增多，加上全球芯片制造对EDA产品的需求不断增加，EDA行业的市场规模不断增大，但总体增速不高。
据统计，2018年全球EDA行业市场规模为97.04亿美元，同比增长4.30%。
预计年收入1亿美元，同比增长8.25%。
经过不断的市场洗牌，EDA行业已经从上世纪的百家之争，萎缩到如今的三大巨头，成为高度垄断的行业。
2020年一季度数据显示，SIP市场规模约为8.66亿美元，约占行业总收入的33.36%； CAE市场规模约为8.41亿美元，占比约32.38%； PCB&MCM（印刷电路板和多芯片模块）市场规模为2.24亿美元，占比约8.63%。
从地区来看，北美是EDA软件产业发展最好的地区，占全球市场的42.7%；其次是APAC地区（亚太地区），近年来需求增长迅速，占据34.6%的市场份额；最后是占比较小的EMEA地区（欧洲、中东和非洲）和日本地区，分别占据13.3%和9.4%的市场份额。
目前，全球EDA软件供应商主要是国际公司Synopsys、Cadence和Mentor Graphic。
三大EDA公司占据全球60%以上的市场份额。
2017年，Synopsys全球市场份额领先，占比32.10%； Cadence次之，占比22.00%； Mentor Graphic 占比 10.00%。
二、五大产业特点 1、寡头垄断。
国际EDA占国际市场份额60%以上。
在国内市场，寡头垄断现象更为严重。
EDA比例高达95%。
可见EDA行业是寡头垄断的。
。
2、并购频繁。
30年来，EDA国际经历了60余次并购，最终确立了行业寡头垄断地位。
其中，Synopsys的并购案例多达80起，可见EDA行业的发展离不开并购和扩张。
3、产业投资周期长。
EDA行业的产品和服务需要长期的技术积累。
内容涵盖了很多基础科学，是整个工业软件智慧的结晶。
4、要建立产业生态系统，链接上下游产业链，支撑EDA。
作为半导体行业的第一环节，它是制造与设计之间的纽带。
EDA与工艺设计密切相关。
它不仅需要遵循流程，还需要用户的信任来验证。
因此，必须获得产业链上下游的支持，建立产业生态系统，才能更好地发展。
5、人才需求旺盛。
EDA行业所需的人才主要是工具软件开发人才、具有工艺和器件背景的工程师、熟悉IC设计工艺的工程师、数学和专业人才、应用和技术支持和销售人才。
就业前景相对不同。
狭窄的。
4、国内EDA的路在何方？ 1）发展困难 中国EDA产业一路走来屡屡遭遇阻碍。
刚成立时就遭遇了“巴统”禁运，禁止向中国出售先进的电子CAD软件。
虽然中国随后生产出了ICCAD的第一个版本——Panda系统，但立即迎来了国外EDA公司抢占市场的激烈竞争，中国的EDA行业陷入了长久的沉寂。
2019年，国家重大“核高新”科技专项正式进入实施阶段，EDA领域也迎来了新一轮国家支持。
微弱的产业火力催生了华大九天、芯视通、光利微、信合科技、桂伦电子等一批优质企业。
1、外资巨头垄断 从全球市场来看，2019年，以华大基因、光利微、信合科技为首的10余家中国EDA企业销售额约为3.5亿元，仅占中国EDA市场的0.8%全球市场份额。
从国内市场来看，2018年我国EDA软件市场份额约为5亿美元，中国EDA企业占比仅5%左右，竞争力较弱，而国际三巨头Synopsys、Cadence、Mentor占95%。
其中的%。
行业的高度垄断导致国内企业（华为、联想等）在使用EDA软件时不得不依赖国外厂商。
2.需要长期的技术积累和资金投入。
EDA企业的发展离不开长期的技术积累和高额的研发资金投入。
国内EDA企业与国外领先企业相比仍存在较大发展差距。
3、国内EDA人才需求严重不足。
国内从事EDA研发人员约2人，其中约2人在国际EDA公司中国研发中心工作。
真正为国家的EDA做研发的人只有2人左右。
4、EDA产业上下游的支持。
EDA是连接设计和制造的关键部分。
国际三平与全球领先晶圆厂长期合作。
代工厂找不到与新的EDA厂商合作的理由。
因此，EDA软件无法为IC设计公司提供足够的工艺信息，因此IC设计公司没有必要购买EDA。
软件。
5、行业并购 过去十五年来，EDA行业从自由竞争走向了寡头垄断。
由于中国EDA企业信奉“做不如买”的理念，在激烈的竞争中错过了以战告终的机会。
2）发展机遇：2018年我国EDA软件市场规模约为5亿美元，仅占全球市场的5.15%左右。
2016年中国EDA市场增长迅速，增长率达11.63%。
随后两年增速有所下降，分别为4.17%和8%。
由于国内替代重要性的认识，预计2020年EDA市场规模将迎来新一轮增长。
近十年来，中国大陆半身产业呈现上升趋势。
它正在与其他地区的半导体行业竞争。
其中，中国大陆的竞争主力是Fabless公司，而中国大陆的Fabless公司已经占到了全球的四分之一。
这为 EDA 工具和服务提供了充足的发展空间。
这也是未来几年我国国内EDA产业不断发展壮大的基础。
建议与我国顶尖芯片设计公司、晶圆代工公司密切合作，着力攻克先进技术，实现早期突破。
另外，IP的重要性需要国内EDA公司严格监管。
提供IP相关的服务和工具是可以考虑的发展方向之一。
国内EDA的机会在于以点工具为突破口，逐步由点向面发展。
20多年前，中国在EDA软件上走了一条捷径——直接使用国外的EDA工具。
然而惨痛的现实告诉我们，我们必须把错过的教训补回来。
现在我国已经开始在一定程度上支持EDA工具的开发，并对一些EDA企业提供必要的资金支持。
政府投资，加上庞大的国内市场，意味着它们有发展和改善环境的潜力。
EDA未来的发展必须脚踏实地、一步一个脚印地去做。
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