中金：EDA“桂冠”何以承其重？

EDA是電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域的“剛需”型生產(chǎn)工具，也是半導(dǎo)體行業(yè)最上游的“桂冠”。而目前中外EDA行業(yè)的發(fā)展水平仍具有巨大的“鴻溝”，這對(duì)于我國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)整體的向上突破也形成了一定的制約，我們認(rèn)為本土EDA產(chǎn)業(yè)未來(lái)的大發(fā)展勢(shì)在必行。在本文中，我們聚焦EDA的技術(shù)本質(zhì)與應(yīng)用場(chǎng)景，剖析全球EDA行業(yè)的發(fā)展歷史與未來(lái)趨勢(shì)，同時(shí)對(duì)于我國(guó)本土EDA廠(chǎng)商未來(lái)的發(fā)展與破局之路也進(jìn)行了探討。

摘要

EDA從何而來(lái)，為何而生? EDA是電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域的研發(fā)類(lèi)工業(yè)軟件，主要應(yīng)用于IC設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)等場(chǎng)景。EDA處于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的最上游，是IC設(shè)計(jì)的“剛需”，全定制IC、半定制IC，從前端到后端設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)均需要EDA工具。EDA是典型的高門(mén)檻專(zhuān)業(yè)軟件，同時(shí)由于IC設(shè)計(jì)的流程較長(zhǎng)，產(chǎn)品線(xiàn)的完整度是頭部廠(chǎng)商核心的壁壘。同時(shí)EDA廠(chǎng)商為客戶(hù)帶來(lái)的價(jià)值也不僅止步于工具，與先進(jìn)工藝的結(jié)合，與Foundry的配合驗(yàn)證，以及專(zhuān)業(yè)化的服務(wù)更是頭部廠(chǎng)商取得差異化競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的“武器”。

EDA行業(yè)發(fā)展到了什么階段?全球來(lái)看，EDA行業(yè)已經(jīng)發(fā)展至成熟期，市場(chǎng)規(guī)模超過(guò)百億美元，且近年來(lái)增速較為平穩(wěn)。市場(chǎng)集中度較高，接近70%的市場(chǎng)被Synopsys、Cadence、Mentor Graphics“三巨頭”所占據(jù)，我們認(rèn)為強(qiáng)大的研發(fā)實(shí)力、與先進(jìn)工藝的結(jié)合、完整的產(chǎn)品線(xiàn)構(gòu)筑起了EDA行業(yè)“三巨頭”的核心競(jìng)爭(zhēng)壁壘?；仡檱?guó)內(nèi)，雖然當(dāng)前中國(guó)EDA行業(yè)尚未迎來(lái)“爆發(fā)”，然而隨著本土IC設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，我們認(rèn)為產(chǎn)業(yè)對(duì)于EDA工具的需求量將持續(xù)上升。但目前90%以上的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)仍被海外“三巨頭”所占據(jù)，本土EDA廠(chǎng)商的競(jìng)爭(zhēng)力仍相對(duì)薄弱。

中國(guó)本土EDA廠(chǎng)商如何破局?從整體上看，本土EDA廠(chǎng)商主要能夠提供的是部分環(huán)節(jié)的點(diǎn)工具，在產(chǎn)品完整度、集成度與整體服務(wù)能力上仍然差距較大。在高端市場(chǎng)，中國(guó)本土頭部Fabless基本完全依賴(lài)于國(guó)外巨頭工具;而在長(zhǎng)尾市場(chǎng)，盜版問(wèn)題影響下留給本土EDA廠(chǎng)商的市場(chǎng)較為有限。相比海外巨頭，本土EDA廠(chǎng)商在向上突破的過(guò)程中，缺人才、缺產(chǎn)品、缺工藝是最為突出的三大難關(guān)，但我們認(rèn)為上面這三大難題并非無(wú)解。從長(zhǎng)期的維度來(lái)看，隨著我國(guó)在全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中扮演的角色愈發(fā)重要，我們相信我國(guó)本土的EDA力量未來(lái)也終將真正站上世界舞臺(tái)。

風(fēng)險(xiǎn)

技術(shù)研發(fā)進(jìn)度不及預(yù)期;研發(fā)投入超預(yù)期;國(guó)際局勢(shì)變化。

正文

EDA從何而來(lái)，為何而生？

EDA：電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域的“剛需”型生產(chǎn)工具

EDA是應(yīng)用于電子領(lǐng)域的研發(fā)設(shè)計(jì)類(lèi)軟件。EDA的涵義為電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化，從功能上看屬于廣義的CAD/CAE軟件在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域的分支，在電子行業(yè)以計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)取代手工版圖設(shè)計(jì)。而EDA也是一個(gè)較為廣泛的概念，應(yīng)用在包括IC設(shè)計(jì)(數(shù)字IC、模擬IC、FPGA)、PCB設(shè)計(jì)、以及其他電子面板設(shè)計(jì)(比如FPD設(shè)計(jì))等場(chǎng)景的設(shè)計(jì)工具均可歸為EDA的范疇，而其中IC設(shè)計(jì)是其中技術(shù)門(mén)檻最高，市場(chǎng)需求最大的領(lǐng)域。

EDA處于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的最上游。IC設(shè)計(jì)是芯片制作流程的前置環(huán)節(jié)，是將集成電路系統(tǒng)、邏輯與性能的設(shè)計(jì)需求轉(zhuǎn)化為具體的物理版圖的過(guò)程，主要包括前端設(shè)計(jì)(規(guī)格制定、詳細(xì)設(shè)計(jì)、HDI編碼、前仿真驗(yàn)證、邏輯綜合、靜態(tài)時(shí)序分析)和后端設(shè)計(jì)(可測(cè)性設(shè)計(jì)、布局規(guī)劃、CTS、布線(xiàn))等多個(gè)環(huán)節(jié)，而這其中的各個(gè)環(huán)節(jié)均需要EDA工具的應(yīng)用，所以EDA也被認(rèn)為是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的基礎(chǔ)之一。

圖表：EDA處于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的最上游

資料來(lái)源：弗若斯特沙利文，中金公司研究部

EDA的應(yīng)用已經(jīng)成為IC設(shè)計(jì)領(lǐng)域的剛需。隨著半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展，IC設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度指數(shù)級(jí)上升，當(dāng)今的IC設(shè)計(jì)公司(Design House)已不可能完全離開(kāi)EDA工具，而單憑手工完成版圖的設(shè)計(jì);同時(shí)EDA的應(yīng)用也能夠幫助IC設(shè)計(jì)人員有效提升設(shè)計(jì)的效率及準(zhǔn)確度，進(jìn)而節(jié)約大量設(shè)計(jì)費(fèi)用(UCSD教授A(yíng)ndrew Kahng認(rèn)為，當(dāng)前消費(fèi)級(jí)SoC在EDA工具的幫助下，設(shè)計(jì)費(fèi)用約為4,000萬(wàn)美元費(fèi)用;而如果不使用EDA工具，其設(shè)計(jì)費(fèi)用將高達(dá)77億美元[1])。

EDA是典型的高門(mén)檻專(zhuān)業(yè)軟件。大部分的EDA軟件都運(yùn)行于LINUX系統(tǒng)而非Windows系統(tǒng)，其原因?yàn)榇蠖鄶?shù)工程及科技軟件原先都是在UNIX平臺(tái)上首先開(kāi)發(fā)和使用的，并且LINUX作為多用戶(hù)分布式系統(tǒng)更加適合于EDA這樣的專(zhuān)業(yè)科技軟件;EDA的價(jià)格也較為高昂，通常整套工具的價(jià)格可高達(dá)數(shù)十萬(wàn)美元，但我們認(rèn)為這與其能夠?yàn)镮C設(shè)計(jì)公司創(chuàng)造的價(jià)值相比已經(jīng)算是“不值一提”。

圖表：典型的EDA工具——Cadence Innovus產(chǎn)品界面

資料來(lái)源：Cadence官網(wǎng)，中金公司研究部

EDA的發(fā)展歷經(jīng)三個(gè)階段，從通用走向?qū)I(yè)，從工具走向平臺(tái)：

?初級(jí)階段(1970-1980年)：以通用CAD輔助電子設(shè)計(jì)。隨著通用的CAD軟件在機(jī)械設(shè)計(jì)等領(lǐng)域投入使用，電子設(shè)計(jì)人員也開(kāi)始嘗試以CAD代替手工制圖，將PCB 設(shè)計(jì)過(guò)程中高重復(fù)性的繁雜勞動(dòng)如布圖布線(xiàn)工作用二維平面圖形編輯與分析的 CAD 工具代替。彼時(shí)的EDA實(shí)際上是機(jī)械CAD的附屬工具，而Applicon、CALMA等CAD廠(chǎng)商是當(dāng)時(shí)EDA行業(yè)的主宰。

?發(fā)展階段(1980-1990年)：專(zhuān)業(yè)EDA工具開(kāi)始出現(xiàn)。半導(dǎo)體設(shè)計(jì)的要求逐漸提高，對(duì)于EDA工具的要求從基礎(chǔ)的CAD設(shè)計(jì)延伸至CAE仿真，電路仿真程序SPICE的推出標(biāo)志著專(zhuān)業(yè)的EDA設(shè)計(jì)工具的誕生，而Mentor Graphics，Daisy等公司也以軟硬件結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)了EDA的初步商業(yè)化;此后Synopsys、Cadence等當(dāng)今的EDA巨頭也相繼登上舞臺(tái)，并以純軟件的方式重塑了行業(yè)的商業(yè)模式。

?成熟階段(1990年至今)：技術(shù)基本成熟，EDA走向平臺(tái)化。高制程芯片的發(fā)展進(jìn)一步加劇了IC至多流程各環(huán)節(jié)的復(fù)雜度以及環(huán)節(jié)內(nèi)部驗(yàn)證的工作量，對(duì)于EDA技術(shù)提出了更高的要求。以高級(jí)語(yǔ)言描述、系統(tǒng)級(jí)仿真和綜合技術(shù)為特征的 EDA 技術(shù)基本成熟，同時(shí)產(chǎn)品形態(tài)上也從最初的點(diǎn)工具，進(jìn)化為全流程工具以及設(shè)計(jì)平臺(tái)，頭部廠(chǎng)商均推出了大規(guī)模、平臺(tái)級(jí)的EDA系統(tǒng)。

圖表：EDA的發(fā)展歷程，總體上看可分為三個(gè)階段

資料來(lái)源：弗若斯特沙利文，中金公司研究部

EDA持續(xù)發(fā)展的背后是摩爾定律的推動(dòng)，優(yōu)勝劣汰下行業(yè)的集中化趨勢(shì)并不可逆。設(shè)計(jì)是制造的前置環(huán)節(jié)，因此EDA軟件需要隨著芯片制程工藝的進(jìn)步，而進(jìn)行持續(xù)的不斷地更新迭代，為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)不斷提供設(shè)計(jì)下一代芯片的方法和工具，這對(duì)EDA廠(chǎng)商的研發(fā)實(shí)力提出了非常高的要，只有頭部公司能夠持續(xù)跟上行業(yè)的發(fā)展速度。這也導(dǎo)致了經(jīng)過(guò)幾十年的優(yōu)勝劣汰后，如今的EDA行業(yè)已經(jīng)呈現(xiàn)出高集中度的態(tài)勢(shì)，大部分份額均被頭部的三家公司占據(jù)。

應(yīng)用場(chǎng)景：EDA對(duì)IC設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)全流程環(huán)節(jié)的覆蓋

各類(lèi)型的IC設(shè)計(jì)均離不開(kāi)EDA的應(yīng)用。從功能上看，芯片可分為通用IC(CPU、DRAM)和專(zhuān)用IC(ASIC);從結(jié)構(gòu)上看，其又可以分為數(shù)字IC(CPU、GPU、邏輯電路)、模擬IC (運(yùn)算放大器、基準(zhǔn)電壓源等)和數(shù)?；旌螴C。為了滿(mǎn)足不同功能和不同結(jié)構(gòu)IC的設(shè)計(jì)需求，IC設(shè)計(jì)從實(shí)現(xiàn)方法上大致可以主要分為全定制和半定制設(shè)計(jì)：

?全定制IC設(shè)計(jì)：基于晶體管級(jí)，所有器件和互連版圖均按規(guī)定的功能、性能要求，對(duì)電路的結(jié)構(gòu)布局、布線(xiàn)均進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)，通常用來(lái)設(shè)計(jì)模擬電路及數(shù)?；旌想娐?，比較適合大批量生產(chǎn)、要求集成度高、速度快、面積小、功耗低的通用IC或ASIC[2]。全定制IC設(shè)計(jì)更加依賴(lài)于設(shè)計(jì)人員本身對(duì)于電路的理解，EDA工具在其中主要起到輔助的作用。

?半定制IC設(shè)計(jì)：基于門(mén)陣列(gate-array)、標(biāo)準(zhǔn)單元、可編程元器件等一定規(guī)格的功能塊的半定制設(shè)計(jì)，一般用來(lái)設(shè)計(jì)數(shù)字電路，大部分?jǐn)?shù)字大規(guī)模電路都使用半定制流程設(shè)計(jì)(數(shù)字SoC設(shè)計(jì))。半定制設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化程度相對(duì)更高，EDA工具的參與度相對(duì)更高，對(duì)于設(shè)計(jì)人員對(duì)于電路理解的要求相對(duì)更低。

圖表：EDA工具對(duì)全定制和半定制IC設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)均實(shí)現(xiàn)了覆蓋

資料來(lái)源：Elecfans，中金公司研究部

EDA工具對(duì)全定制和半定制IC設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)均實(shí)現(xiàn)了覆蓋。全定制和半定制IC設(shè)計(jì)需要不同類(lèi)型的EDA工具，全定制IC設(shè)計(jì)主要包括電路原理圖設(shè)計(jì)、電路仿真、掩膜設(shè)計(jì)、版圖驗(yàn)證、流片等環(huán)節(jié)。而半定制IC設(shè)計(jì)在流程上更為細(xì)致化、標(biāo)準(zhǔn)化，主要可劃分為前端設(shè)計(jì)(從規(guī)格制定到生成門(mén)級(jí)網(wǎng)表)和后端設(shè)計(jì)(布局布線(xiàn)、版圖生成)。目前針對(duì)全定制和半定制IC設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)均已經(jīng)有成熟的EDA公司，其中半定制IC設(shè)計(jì)相對(duì)而言更為依賴(lài)于EDA，同時(shí)主要采用半定制設(shè)計(jì)的數(shù)字IC在全球半導(dǎo)體市場(chǎng)也占有更高的份額，因此下文中我們主要會(huì)聚焦在半定制數(shù)字IC設(shè)計(jì)領(lǐng)域的EDA應(yīng)用。

半定制數(shù)字IC設(shè)計(jì)中的EDA應(yīng)用詳解

半定制IC設(shè)計(jì)可大致分為前端設(shè)計(jì)和后端設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)：

?前端設(shè)計(jì)：又稱(chēng)邏輯設(shè)計(jì)，主要和電路邏輯的實(shí)現(xiàn)相關(guān)，使用HDL語(yǔ)言描述電路，并進(jìn)行仿真驗(yàn)證、綜合和時(shí)序分析，最后轉(zhuǎn)換成門(mén)級(jí)網(wǎng)表，包括規(guī)格制定、詳細(xì)設(shè)計(jì)、HDL編碼、邏輯仿真驗(yàn)證、邏輯綜合等環(huán)節(jié)。

?后端設(shè)計(jì)：又稱(chēng)物理設(shè)計(jì)，主要和工藝相結(jié)合，將門(mén)級(jí)網(wǎng)表轉(zhuǎn)換成IC設(shè)計(jì)版圖(gds文件，進(jìn)行驗(yàn)證后輸出以進(jìn)行下一步的IC制造工作，主要包括可測(cè)性測(cè)試、布局規(guī)劃、時(shí)鐘樹(shù)綜合、布局布線(xiàn)、版圖生成、物理仿真驗(yàn)證等環(huán)節(jié)。

半定制數(shù)字IC設(shè)計(jì)的流程較長(zhǎng)，各環(huán)節(jié)均需應(yīng)用專(zhuān)門(mén)的EDA工具。在下面兩張圖表中，我們展示了半定制數(shù)字IC前端設(shè)計(jì)以及后端設(shè)計(jì)的全流程環(huán)節(jié)以及需要使用的主流EDA工具?？傮w上看，數(shù)字IC設(shè)計(jì)具有較長(zhǎng)的環(huán)節(jié)鏈路，IC設(shè)計(jì)公司通常需要配置整套的EDA工具以滿(mǎn)足其使用需求。

圖表：前端設(shè)計(jì)的基本流程，各環(huán)節(jié)主要內(nèi)容以及應(yīng)用的EDA工具

資料來(lái)源：CSDN，中金公司研究部

圖表：后端設(shè)計(jì)的基本流程，各環(huán)節(jié)主要內(nèi)容以及應(yīng)用的EDA工具

資料來(lái)源：CSDN，中金公司研究部

商業(yè)模式：軟件工具為基礎(chǔ)產(chǎn)品，但價(jià)值遠(yuǎn)不止于工具

EDA廠(chǎng)商的商業(yè)模式主要是以EDA軟件授權(quán)結(jié)合IP授權(quán)：

?EDA軟件授權(quán)：EDA廠(chǎng)商會(huì)將自身開(kāi)發(fā)的各類(lèi)工具、軟件包(上面提到的各個(gè)環(huán)節(jié)的工具大多數(shù)都會(huì)被整合在軟件包中形成整體解決方案)，以軟件授權(quán)的方式進(jìn)行售賣(mài)，大部分合約均是以2-3年的期間授權(quán)的模式，小部分合約為永久授權(quán)。下游客戶(hù)方面則以中大型IDM、Fabless企業(yè)為主。

?IP授權(quán)：EDA廠(chǎng)商也會(huì)直接向客戶(hù)提供芯片IP授權(quán)，分為軟IP(RTL編碼功能塊)、固IP(完成邏輯綜合后的門(mén)級(jí)網(wǎng)表)、硬IP(掩膜版圖)。EDA廠(chǎng)商主要提供的是軟IP和固IP，常見(jiàn)的做法是將軟IP集成至EDA軟件中;收費(fèi)方式則包括單次授權(quán)費(fèi)(License)和持續(xù)的版稅費(fèi)(Royalty)兩種。大部分的Fabless/IDM都會(huì)采購(gòu)一些IP核以提升芯片開(kāi)發(fā)的效率。

圖表：典型EDA廠(chǎng)商收入按產(chǎn)品種類(lèi)拆分，Synopsys，F(xiàn)Y2018-FY2020

資料來(lái)源：公司公告，中金公司研究部

圖表：典型EDA廠(chǎng)商收入按產(chǎn)品種類(lèi)拆分，Cadence，F(xiàn)Y2020

資料來(lái)源：公司公告，中金公司研究部

圖表：典型EDA廠(chǎng)商收入按業(yè)務(wù)形態(tài)拆分，Synopsys，F(xiàn)Y2018-FY2020

資料來(lái)源：公司公告，中金公司研究部

圖表：典型EDA廠(chǎng)商收入按業(yè)務(wù)形態(tài)拆分，Cadence，F(xiàn)Y2020

資料來(lái)源：公司公告，中金公司研究部

EDA廠(chǎng)商為客戶(hù)提供的價(jià)值遠(yuǎn)不僅僅是設(shè)計(jì)工具：

其一，結(jié)合先進(jìn)工藝，與Foundry的驗(yàn)證配合。由于EDA最終輸出的版圖都是會(huì)交給Foundry來(lái)進(jìn)行代工，因此EDA工具與先進(jìn)的工藝密不可分(尤其是后端工具)，EDA廠(chǎng)商需要向Fabless客戶(hù)證明通過(guò)自身的產(chǎn)品設(shè)計(jì)出的版圖能夠通過(guò)Foundry的驗(yàn)證，并投入量產(chǎn);而Fabless僅有購(gòu)買(mǎi)那些得到了驗(yàn)證的EDA工具，才能夠具備取得頭部Foundry代工配額的可能性。

其二，專(zhuān)業(yè)的服務(wù)，甚至是技術(shù)上的直接支持。EDA廠(chǎng)商為客戶(hù)提供工具的同時(shí)，也會(huì)向其輸出專(zhuān)業(yè)化的咨詢(xún)、培訓(xùn)服務(wù)，甚至是直接參與到IC的設(shè)計(jì)。同時(shí)由于EDA廠(chǎng)商本身對(duì)于IC設(shè)計(jì)、工藝技術(shù)已經(jīng)積累了較為深刻的理解，因此客戶(hù)對(duì)于廠(chǎng)商所提供的專(zhuān)業(yè)服務(wù)往往具有較大的需求，甚至更希望得到在技術(shù)知識(shí)方面的支持。

頭部EDA廠(chǎng)商在與工藝的結(jié)合和專(zhuān)業(yè)服務(wù)這兩方面優(yōu)勢(shì)明顯。在工藝層面，Synopsys、Cadence等頭部公司通過(guò)在行業(yè)中多年的耕耘，一方面積累了深厚的Fabless/IDM客戶(hù)基礎(chǔ)，另一方面也已經(jīng)與頭部的Foundry建立了深入的合作關(guān)系，對(duì)先進(jìn)工藝具有深入的理解;在服務(wù)層面，這些頭部企業(yè)內(nèi)的員工往往也都是半導(dǎo)體領(lǐng)域的頂尖人才，具備直接向客戶(hù)輸出技術(shù)服務(wù)的能力。我們認(rèn)為頭部的EDA公司不僅在產(chǎn)品工具層面領(lǐng)先，其在工藝和服務(wù)上的壁壘更為穩(wěn)固。

圖表：龍頭EDA廠(chǎng)商不僅具有深厚的Fabless/IDM客戶(hù)基礎(chǔ)，與Foundry同樣合作緊密

資料來(lái)源：各公司公告，各公司官網(wǎng)，中金公司研究部

EDA行業(yè)發(fā)展到了什么階段？

全球EDA行業(yè)已處成熟期，增速平穩(wěn)、龍頭寡占

全球市場(chǎng)規(guī)模超百億美元，增速相對(duì)平穩(wěn)波動(dòng)較小。根據(jù)ESD Alliance的數(shù)據(jù)，2019年全球EDA行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)到105億美元，2015-2019年CAGR為8%;相比于全球半導(dǎo)體行業(yè)整體而言，EDA行業(yè)的增速相對(duì)平穩(wěn)且波動(dòng)性較小，2019年全球EDA行業(yè)的價(jià)值量約相當(dāng)于全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)規(guī)模(市場(chǎng)銷(xiāo)售額)的2.5%。

圖表：全球EDA行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模，2015-2019

資料來(lái)源：ESD Alliance，中金公司研究部

圖表：全球半導(dǎo)體市場(chǎng)銷(xiāo)售額，2015-2019

資料來(lái)源：Gartner，中金公司研究部

全球EDA市場(chǎng)幾乎被“三巨頭”所占據(jù)。2019年，全球EDA行業(yè)的三大龍頭廠(chǎng)商Synopsys、Cadence、Mentor Graphics的市占率之和接近70%，這三家頭部廠(chǎng)商具備對(duì)于半定制、全定制IC設(shè)計(jì)全鏈路的覆蓋能力，有能力為客戶(hù)提供整套的IC設(shè)計(jì)工具;而一些成長(zhǎng)中的企業(yè)則大多以點(diǎn)工具切入特定環(huán)節(jié)，以取得一定的市場(chǎng)份額。

EDA廠(chǎng)商在IP授權(quán)市場(chǎng)的話(huà)語(yǔ)權(quán)也在提升。近年來(lái)EDA巨頭的IP授權(quán)業(yè)務(wù)快速發(fā)展，EDA廠(chǎng)商以軟IP嵌入EDA軟件的銷(xiāo)售方式受到了客戶(hù)的歡迎。2019年，Synopsys、Cadence已經(jīng)成為僅次于A(yíng)RM的全球第二、第三大芯片IP授權(quán)公司。

圖表：全球EDA行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局，2019

資料來(lái)源：ESD Alliance，各公司公告，中金公司研究部

圖表：全球IP授權(quán)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局，2019

資料來(lái)源：IPnest，中金公司研究部

全球EDA行業(yè)當(dāng)前呈現(xiàn)出的供需態(tài)勢(shì)

供給端：龍頭廠(chǎng)商主推整體解決方案，Synopsys、Cadence、Mentor Graphics這三家EDA行業(yè)的龍頭公司對(duì)于全定制、半定制IC設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)基本都有相應(yīng)的EDA工具進(jìn)行覆蓋，其更傾向于將多個(gè)工具“打包”作為整體解決方案向客戶(hù)銷(xiāo)售(“全家桶”模式)。后期之秀以點(diǎn)工具切入市場(chǎng)，成長(zhǎng)中的EDA廠(chǎng)商雖然暫無(wú)覆蓋全設(shè)計(jì)鏈路的能力，但也能夠針對(duì)某些環(huán)節(jié)推出具有特色的點(diǎn)工具產(chǎn)品，切入部分細(xì)分市場(chǎng)。

需求端：頭部客戶(hù)自主性較強(qiáng)，服務(wù)要求較高。雖然EDA廠(chǎng)商偏向于提供整體的解決方案，但對(duì)于頂尖的Fabless/IDM而言，其會(huì)更偏向于根據(jù)自身的需求而“博采眾長(zhǎng)”，對(duì)于不同的環(huán)節(jié)采購(gòu)最適合自身的EDA工具，而非完全購(gòu)買(mǎi)一家廠(chǎng)商的產(chǎn)品;而這些頭部Fabless/IDM自身也具有較強(qiáng)的IT能力，會(huì)偏向于自主進(jìn)行研發(fā)平臺(tái)的搭建并將點(diǎn)工具進(jìn)行組合，同時(shí)也會(huì)自研一些EDA工具。而中腰部客戶(hù)則對(duì)整體解決方案的接受度更高，同時(shí)對(duì)于EDA廠(chǎng)商直接提供IP授權(quán)的需求量更大。

圖表：當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的主流EDA工具，龍頭廠(chǎng)商基本實(shí)現(xiàn)全流程覆蓋

資料來(lái)源：弗若斯特沙利文，中金公司研究部

全球EDA行業(yè)的“三巨頭”如何鑄就?

“三巨頭”對(duì)EDA行業(yè)的“統(tǒng)治”已持續(xù)了近三十年。Synopsys(SNPS.US)、Cadence(CADE.US)、Mentor Graphics三家公司均起步于上世紀(jì)80年代，Cadence在上世紀(jì)90年代便開(kāi)始領(lǐng)軍EDA行業(yè)，但后由于一些內(nèi)部問(wèn)題，逐步被Synopsys縮小差距;而Synopsys更在2001年完成對(duì)Avanti的收購(gòu)，在2008年正式超越Cadence成為行業(yè)第一;Mentor Graphics在產(chǎn)品深度和營(yíng)收規(guī)模上相比前兩大龍頭均有所差距，后于2016年被西門(mén)子以45億美元的價(jià)格整體收購(gòu)。

從產(chǎn)品和技術(shù)特點(diǎn)來(lái)看，三家公司各有所長(zhǎng)：

?Synopsys：產(chǎn)品全面性領(lǐng)先，Synopsys從前端設(shè)計(jì)起家，后通過(guò)并購(gòu)Avanti擴(kuò)展到后端設(shè)計(jì)，在綜合實(shí)力上較為領(lǐng)先。目前旗下公司的幾款核心工具(VCS、Design Complier、IC Complier)大多都為自研且經(jīng)歷了幾十年的市場(chǎng)考驗(yàn)，在口碑和可靠性上優(yōu)于其他兩家競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。

?Cadence：強(qiáng)項(xiàng)在于后端設(shè)計(jì)，Cadence在的數(shù)字IC后端設(shè)計(jì)領(lǐng)域積淀深厚，同時(shí)在模擬電路和數(shù)?；旌想娐返娜ㄖ圃O(shè)計(jì)領(lǐng)域(Virtuoso平臺(tái))具有優(yōu)勢(shì)。但近年來(lái)公司在產(chǎn)品線(xiàn)的擴(kuò)充方面主要依賴(lài)于外部收購(gòu)，同時(shí)在復(fù)雜時(shí)間序列的收斂等細(xì)分環(huán)節(jié)還存在短板。

?Mentor Graphics：強(qiáng)項(xiàng)在于后端的布局布線(xiàn)，但在產(chǎn)品線(xiàn)的完整性和集成度上相比前兩大巨頭有所差距，有部分細(xì)分環(huán)節(jié)未能進(jìn)行覆蓋;但公司在PCB設(shè)計(jì)領(lǐng)域具有一定的優(yōu)勢(shì)。

圖表：Synopsys/Cadence/Mentor Graphics營(yíng)業(yè)收入對(duì)比，F(xiàn)Y2016-FY2020

資料來(lái)源：各公司公告，中金公司研究部

注：Mentor Graphics于2016年被西門(mén)子收購(gòu)，此后財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)未繼續(xù)披露

EDA行業(yè)“三巨頭”的競(jìng)爭(zhēng)壁壘主要來(lái)自于三個(gè)層面

其一，強(qiáng)大的研發(fā)實(shí)力。三大EDA巨頭均十分重視在研發(fā)端的投入，歷年的研發(fā)費(fèi)用均達(dá)到數(shù)億美元，研發(fā)費(fèi)用率長(zhǎng)年保持在30%以上，甚至超過(guò)40%。以Synopsys為例，其在全球的15,000名員工中，有近7,000人是研發(fā)人員，基本上可以說(shuō)EDA“三巨頭“已經(jīng)匯聚了全球EDA行業(yè)最頂尖的人才。

“三巨頭”對(duì)于教育市場(chǎng)高度重視，通過(guò)產(chǎn)研合作提前鎖定人才。三大龍頭公司均與全世界的頂級(jí)理工科院校建立了深度合作關(guān)系，從源頭上鎖定全球EDA領(lǐng)域的“新鮮血液”。以在中國(guó)為例，Synopsys目前已經(jīng)和國(guó)內(nèi)70多年頂尖高校達(dá)成了合作，Cadence在國(guó)內(nèi)也在積極推進(jìn)“大學(xué)計(jì)劃”，通過(guò)成立聯(lián)合培訓(xùn)中心、研發(fā)中心、實(shí)驗(yàn)室等形式，提前進(jìn)入校園網(wǎng)羅優(yōu)秀的人才。

圖表：EDA行業(yè)“三巨頭”研發(fā)費(fèi)用對(duì)比，F(xiàn)Y2014-FY2020

資料來(lái)源：各公司公告，中金公司研究部

圖表：EDA行業(yè)“三巨頭”研發(fā)費(fèi)用率對(duì)比，F(xiàn)Y2014-FY2020

資料來(lái)源：各公司公告，中金公司研究部

其二，與先進(jìn)工藝的結(jié)合。在上文中我們已經(jīng)強(qiáng)調(diào)，與工藝的結(jié)合是EDA廠(chǎng)商的核心價(jià)值之一。EDA公司需要基于Foundry的先進(jìn)制程芯片工藝來(lái)進(jìn)行新一代設(shè)計(jì)工具的研發(fā)，同時(shí)也需要取得Foundry的工藝技術(shù)認(rèn)證，以“證明”自身產(chǎn)品的可用性?！叭揞^”與臺(tái)積電、三星等頭部Foundry均建立了深度合作關(guān)系，能夠在第一時(shí)間推出支持最先進(jìn)工藝的工具并取得認(rèn)證。

“三巨頭”在對(duì)先進(jìn)制程工藝的支持上已取得明顯優(yōu)勢(shì)。頭部廠(chǎng)商通過(guò)與Foundry建立深度的合作關(guān)系，能夠在早期便參與到Foundry工藝的研發(fā)過(guò)程中，進(jìn)而能自然地在支持7nm/5nm/3nm的新一代EDA工具的研發(fā)上占得先機(jī)。以Synopsys為例，其在臺(tái)積電7nm工藝開(kāi)發(fā)的早期就已進(jìn)行參與，提早推動(dòng)基于臺(tái)積電新工藝的EDA/IP的開(kāi)發(fā)，因此能夠在臺(tái)積電的7nm工藝設(shè)計(jì)完成后的幾周內(nèi)便推出基于該工藝的EDA工具。相比之下，其余中小EDA企業(yè)大多難以與具有先進(jìn)制程工藝的頭部Foundry建立直接合作，在高端EDA市場(chǎng)基本不具有競(jìng)爭(zhēng)力。

圖表：Synopsys提前參與臺(tái)積電7nm工藝的開(kāi)發(fā)，在工藝完成后數(shù)周就能夠推出基于該工藝的EDA工具

資料來(lái)源：芯智訊，中金公司研究部

其三，完備的產(chǎn)品線(xiàn)。“三巨頭”的產(chǎn)品基本上實(shí)現(xiàn)了對(duì)全定制、半定制IC設(shè)計(jì)的全流程覆蓋，尤其是Synopsys和Cadence，在多個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的工具上均處于行業(yè)領(lǐng)先，其所提供的“全家桶”型工具包產(chǎn)品也已占據(jù)了相當(dāng)可觀(guān)的市場(chǎng)份額(尤其在中腰部市場(chǎng))。而以提供點(diǎn)工具為主的中小廠(chǎng)商則更多地是在“夾縫中求生存”。

“三巨頭”通過(guò)持續(xù)的收并購(gòu)補(bǔ)齊產(chǎn)品矩陣。IC設(shè)計(jì)的流程復(fù)雜、環(huán)節(jié)眾多，針對(duì)不同環(huán)節(jié)的EDA工具在技術(shù)方向上均有一定的差異，即使如Synopsys、Cadence這樣的龍頭廠(chǎng)商也難以單憑自身的研發(fā)力量覆蓋全部工具的開(kāi)發(fā)工作?；仡櫰浒l(fā)展歷史，EDA行業(yè)的龍頭廠(chǎng)商均是通過(guò)持續(xù)的收并購(gòu)?fù)卣寡a(bǔ)強(qiáng)自身的產(chǎn)品線(xiàn)，形成完整的EDA工具包與技術(shù)平臺(tái)。

圖表：Synopsys與Cadence的收并購(gòu)版圖

資料來(lái)源：AnySilcon，中金公司研究部

中國(guó)有望成為全球EDA行業(yè)的又一極

中國(guó)EDA行業(yè)尚未迎來(lái)“爆發(fā)”。根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，2019年中國(guó)EDA行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模為5.4億美元，2016-2019年CAGR為7.9%，在全球EDA市場(chǎng)中占比較小，且增速也基本處于同一水平，市場(chǎng)潛力仍有較大的釋放空間。

本土IC設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，對(duì)EDA工具的需求量將持續(xù)上升。根據(jù)中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù)，2019年我國(guó)IC設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)銷(xiāo)售規(guī)模已經(jīng)突破3,000億元，全國(guó)的IC設(shè)計(jì)企業(yè)數(shù)量已達(dá)到1,780家。即使在國(guó)際局勢(shì)的變化下，華為海思等頭部Fabless受到一定的沖擊，但我們認(rèn)為中國(guó)本土IC設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)整體仍處于快速發(fā)展階段，本土Fabless對(duì)于EDA的需求將持續(xù)提升。

中國(guó)EDA市場(chǎng)主要被“三巨頭”占據(jù)，本土廠(chǎng)商差距較大。上世紀(jì)90年代海外EDA行業(yè)的“三巨頭”入華，三家企業(yè)均對(duì)中國(guó)市場(chǎng)高度重視并持續(xù)投入，在數(shù)年內(nèi)就基本占據(jù)了大部分的市場(chǎng)份額。時(shí)至今日，90%以上的中國(guó)EDA市場(chǎng)被“三巨頭”所占據(jù)，本土EDA廠(chǎng)商僅能夠在部分細(xì)分領(lǐng)域取得一定的市場(chǎng)份額。

圖表：中國(guó)EDA行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模，2016-2019

資料來(lái)源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院，中金公司研究部

圖表：中國(guó)IC設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)銷(xiāo)售規(guī)模，2012-2019

資料來(lái)源：中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)，中金公司研究部

中國(guó)本土EDA廠(chǎng)商的崛起具有必要性和必然性。過(guò)去數(shù)年國(guó)際局勢(shì)發(fā)生了較大的變化，EDA已經(jīng)成為了制約我國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的難題之一，我國(guó)政府也在過(guò)去數(shù)年陸續(xù)出臺(tái)相關(guān)政策，鼓勵(lì)本土EDA行業(yè)的發(fā)展。而從另一種角度看，海外EDA龍頭的“停供”實(shí)際上也為本土EDA產(chǎn)業(yè)的發(fā)展騰出了空間，華為海思等頭部Fabless近年來(lái)也在加大對(duì)于本土EDA廠(chǎng)商的支持力度。從長(zhǎng)期的視角來(lái)看，我們對(duì)于中國(guó)本土EDA行業(yè)的發(fā)展較為樂(lè)觀(guān)。

圖表：我國(guó)政府近年來(lái)出臺(tái)EDA產(chǎn)業(yè)相關(guān)政策梳理

資料來(lái)源：中國(guó)政府網(wǎng)，中金公司研究部

中國(guó)本土EDA廠(chǎng)商如何破局？

中國(guó)本土EDA行業(yè)的“家底”盤(pán)點(diǎn)

中國(guó)本土EDA行業(yè)曾有著輝煌的過(guò)去。中國(guó)本土EDA行業(yè)起步于上世紀(jì)90年代， 1993年中國(guó)第一個(gè)自研EDA系統(tǒng)“熊貓”面世，國(guó)內(nèi)單位踴躍使用，短時(shí)間內(nèi)熊貓EDA便在近20家設(shè)計(jì)公司投入使用，完成近200個(gè)芯片品種，當(dāng)時(shí)中國(guó)與世界領(lǐng)先水平的差距并沒(méi)有那么大;但之后數(shù)年，海外EDA巨頭陸續(xù)入華，并憑借更為完善的產(chǎn)品，更為成熟的商業(yè)策略迅速擠占本土EDA廠(chǎng)商的生存空間，“熊貓”EDA也被迫出海“求生”，中外EDA產(chǎn)業(yè)的差距也逐步被拉開(kāi)。

中國(guó)本土EDA行業(yè)目前有哪些主要力量?總體上看，目前中國(guó)EDA行業(yè)主要有兩股主要力量：一股是主要由中國(guó)本土培養(yǎng)的EDA人才組建的企業(yè)，華大九天是其中的代表，其繼承了“熊貓”EDA的衣缽，也是本土EDA廠(chǎng)商的旗幟;另一股則主要是由在Cadence、Synopsys工作過(guò)的“海歸”人才建立的公司，包括概倫電子、芯禾科技、博達(dá)微、芯華章等。

中國(guó)本土EDA廠(chǎng)商目前尚不能滿(mǎn)足本土IC設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)的需求。整體上看，本土EDA廠(chǎng)商目前僅能提供部分環(huán)節(jié)的點(diǎn)工具，且多是在全定制IC設(shè)計(jì)領(lǐng)域，在數(shù)字IC設(shè)計(jì)領(lǐng)域的多個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)缺少相應(yīng)工具產(chǎn)品;雖然在部分點(diǎn)工具上國(guó)產(chǎn)廠(chǎng)商已取得了一些突破，但在產(chǎn)品完整度、集成度與整體服務(wù)能力上仍然差距較大。目前在高端市場(chǎng)，中國(guó)本土頭部Fabless基本完全依賴(lài)于國(guó)外巨頭的EDA工具;而在長(zhǎng)尾市場(chǎng)，企業(yè)使用盜版EDA工具的情況仍然普遍存在，留給本土EDA廠(chǎng)商的市場(chǎng)較為有限，因此部分本土EDA公司的收入反而大多來(lái)自于海外市場(chǎng)。

圖表：中國(guó)本土EDA廠(chǎng)商概覽

資料來(lái)源：中國(guó)本土EDA廠(chǎng)商概覽

本文選編自“中金點(diǎn)睛”，作者： 于鐘海 , 王之昊;智通財(cái)經(jīng)編輯：李均柃