中國EDA前景的幾點(diǎn)預(yù)判

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2022-11-03 17:48:23 760

EDA（Electronic Design Automation）軟件是IC設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的必備工具，處在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的最上游。利用EDA工具，IC的電路設(shè)計(jì)、性能分析、設(shè)計(jì)出版圖的整個(gè)過程都可以由計(jì)算機(jī)自動處理完成。EDA是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈上規(guī)模較小，但又非常重要的板塊。

隨著大規(guī)模集成電路、計(jì)算機(jī)和電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)的不斷發(fā)展，EDA技術(shù)發(fā)揮的作用正以驚人的速度上升，它可以使產(chǎn)品的開發(fā)周期大大縮短，且性能和價(jià)格比得到很大程度的提高。

EDA工具種類繁多，按應(yīng)用場景，通常可分為數(shù)字設(shè)計(jì)、模擬設(shè)計(jì)、晶圓制造、封裝、服務(wù)等五大類。數(shù)字設(shè)計(jì)類工具主要包括RTL編輯、功能仿真、邏輯綜合、形式驗(yàn)證等；模擬設(shè)計(jì)類主要包括版圖設(shè)計(jì)與編輯、電路仿真、版圖驗(yàn)證等；晶圓制造類主要包括器件建模、工藝和器件仿真（TCAD）、PDK開發(fā)與驗(yàn)證、計(jì)算光刻、掩膜版校準(zhǔn)、掩膜版合成和良率分析等；封裝類主要是面向芯片封裝環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)、仿真、驗(yàn)證工具。

據(jù)ESD統(tǒng)計(jì)，數(shù)字設(shè)計(jì)和模擬設(shè)計(jì)類EDA工具占整體EDA市場的比例最高，2020年市場份額分別達(dá)到65.0%和17.1%。

全球市場格局

據(jù)ESD統(tǒng)計(jì)，2021年全球EDA市場規(guī)模為132.75億美元，同比增長15.77%，2012-2021年均復(fù)合增長率為8.19%，與同期全球IC市場7.66%的年均復(fù)合增長率相近。近年來，全球EDA市場規(guī)模呈現(xiàn)加速增長趨勢，2018-2021年同比增速分別為4.49%、5.86%、11.62%、15.77%。

ESD將EDA市場分為SiP、CAE、IC物理設(shè)計(jì)和驗(yàn)證、PCB & MCM和服務(wù)，2021年市場份額分別為38%、31%、19%、9%和3%。2017-2021年間，全球EDA市場產(chǎn)品份額相對穩(wěn)定，SiP份額略呈上升趨勢。

由于具有較高的行業(yè)壁壘，全球EDA行業(yè)高度集中，國際三巨頭（Synopsys、Cadence、西門子EDA）市占率超過77%。這三家廠商具備對于半定制、全定制IC設(shè)計(jì)全流程的覆蓋能力，能夠?yàn)榭蛻籼峁┱椎腎C設(shè)計(jì)工具，已建立起相當(dāng)完善的行業(yè)生態(tài)圈，形成了較高的行業(yè)壁壘和用戶粘性，已主導(dǎo)全球EDA市場多年。

除了以上三巨頭，ANSYS、是德科技也占據(jù)了較為突出的市場份額，排在全球前五位。

中國本土EDA廠商較為弱小，目前還難以形成行業(yè)影響力，中國市場由以上這些國際大廠把持。

行業(yè)壁壘

EDA是典型的技術(shù)驅(qū)動行業(yè)，對研發(fā)投入、研發(fā)人員、用戶協(xié)同等都有較高要求，具有較高的行業(yè)壁壘，具體包括以下幾方面。

技術(shù)壁壘：EDA是算法密集型的軟件系統(tǒng)，需要強(qiáng)大的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)理論支撐，且對算法的要求很高。此外，EDA工具要盡可能準(zhǔn)確地重現(xiàn)和擬合現(xiàn)實(shí)中的物理和工藝問題，這使得設(shè)計(jì)工具和制造工藝緊密結(jié)合的重要性愈發(fā)突出。要想保持競爭力，EDA企業(yè)需要高強(qiáng)度、長周期的研發(fā)投入，并獲得較長時(shí)間的技術(shù)和專利積累，從而形成了較高的技術(shù)壁壘。

人才儲備壁壘：EDA軟件開發(fā)需要計(jì)算機(jī)、數(shù)學(xué)、物理、電子電路、制程工藝等多學(xué)科和專業(yè)的高端人才，對綜合技能要求很高。企業(yè)的人才儲備決定其能否持續(xù)發(fā)展。行業(yè)頭部公司都擁有經(jīng)驗(yàn)豐富、實(shí)力雄厚的研發(fā)隊(duì)伍，其知名度、成熟的培訓(xùn)體系也能夠持續(xù)吸引人才加入，使得研發(fā)人員規(guī)模*行業(yè)，從而形成了人才壁壘。2021財(cái)年末，Synopsys、Cadence的員工人數(shù)分別為16361、9300。

用戶協(xié)同壁壘：EDA工具的開發(fā)和銷售依托于制造、設(shè)計(jì)、EDA廠商三方形成的生態(tài)圈，需要產(chǎn)業(yè)鏈上下游的全力支持。國際EDA*企業(yè)與全球*的IC設(shè)計(jì)和制造企業(yè)保持著長期合作關(guān)系，其EDA工具工藝庫信息完善，能夠隨先進(jìn)工藝演進(jìn)不斷迭代，進(jìn)一步鞏固了競爭優(yōu)勢。行業(yè)用戶一旦確定了EDA軟件供應(yīng)商，一般在短期內(nèi)不會更換，因?yàn)槌杀据^高。因此，IC設(shè)計(jì)和制造企業(yè)對EDA軟件供應(yīng)商的粘性較強(qiáng)。

發(fā)展趨勢

基于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展態(tài)勢，以及行業(yè)特點(diǎn)，EDA呈現(xiàn)出以下幾點(diǎn)發(fā)展趨勢。

后摩爾定律時(shí)代的產(chǎn)業(yè)發(fā)展動力

摩爾定律認(rèn)為IC的晶體管數(shù)量每18~24個(gè)月增加兩倍，然而，近年來，科學(xué)家越來越相信基本的物理限制正在使得摩爾定律失效。與此同時(shí)，對具有復(fù)雜設(shè)計(jì)的先進(jìn)電子設(shè)備的需求不斷增長，以及在提高IC性能的同時(shí)減小尺寸的需求，正促使IC制造商增加研發(fā)投資并采用EDA工具。因此，與其它行業(yè)相比，IC對EDA工具的需求預(yù)計(jì)會很高。

EDA市場高度分散，AI是重點(diǎn)

汽車、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能和虛擬/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域的新機(jī)遇使得整個(gè)IC生產(chǎn)周期各階段的半導(dǎo)體公司都能受益，收入也有相當(dāng)大的增長。盡管IC性能顯著提高，但單位銷售價(jià)格相對平穩(wěn)。

此外，將AI引入EDA工具也是至關(guān)重要的。AI算法可以幫助客戶設(shè)計(jì)達(dá)到最優(yōu)化的PPA目標(biāo)，開發(fā)性能更高的終端產(chǎn)品。具備AI特性的EDA工具可以幫助客戶設(shè)計(jì)出更好的芯片，并快速推向市場。

EDA工具和服務(wù)云化

當(dāng)下，EDA供應(yīng)商已經(jīng)開始在線提供他們的工具和軟件。全球互聯(lián)網(wǎng)普及率的提高使?jié)撛诳蛻艨梢暂p松地在線訪問這些工具，并使用它們來設(shè)計(jì)和制造芯片。這樣，由于降低了TCO和基礎(chǔ)設(shè)施成本，公司的資本支出減少了。這也有助于改善SCM，因?yàn)榻?jīng)銷商和分銷商的總數(shù)大大減少了。

因此，云端軟件和服務(wù)是未來的趨勢，它有兩個(gè)好處：首先，軟件按照服務(wù)的時(shí)間長短收費(fèi)，對客戶來說，可以節(jié)省EDA的購買費(fèi)用；其次，對于EDA供應(yīng)商來說，提供EDA云服務(wù)也能降低軟件盜版的發(fā)生概率。

中國的機(jī)遇

中國本土的EDA廠商有：華大九天、芯禾科技、廣立微、九同方微、概倫電子、創(chuàng)聯(lián)智軟等，這些廠商中，大部分以點(diǎn)工具為主，缺乏*支撐產(chǎn)業(yè)發(fā)展的能力，存在產(chǎn)品不全、與先進(jìn)工藝結(jié)合不足等問題。因此，本土企業(yè)的市占率很低，EDA三巨頭（Synopsys、Cadence、西門子EDA）占據(jù)了中國大陸95%以上的市場。

我國IC產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，而且國內(nèi)IC公司起點(diǎn)高，也采用了很多最新的制程工藝，比如16nm、12nm和7nm。新工藝和新芯片應(yīng)用方向給現(xiàn)有EDA行業(yè)和IC設(shè)計(jì)流程帶來了新的挑戰(zhàn)，也給中小EDA公司帶來了新的機(jī)會，比如全芯片并行門級仿真，復(fù)雜電路的快速ECO收斂，先進(jìn)工藝庫的穩(wěn)定性審查領(lǐng)域，EDA大廠在這些方面尚無成熟的解決方案，而中小EDA公司已經(jīng)提供了相關(guān)解決方案。

近幾年，中國大陸IC設(shè)計(jì)和制造環(huán)節(jié)呈現(xiàn)出快速發(fā)展態(tài)勢，2021年，設(shè)計(jì)業(yè)銷售額為4519億元人民幣，同比增長19.6%，全行業(yè)占比為43.21%；2012-2021年，中國IC設(shè)計(jì)業(yè)產(chǎn)值年均復(fù)合增長率為24.66%，占比從28.80%提升至43.21%。中國IC設(shè)計(jì)、制造環(huán)節(jié)的快速增長，將帶動本土EDA發(fā)展。中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會預(yù)測，2025年，中國EDA市場規(guī)模將達(dá)到184.9億元人民幣，占全球市場份額的18.1%，2021-2025年均復(fù)合增長率為15.64%。

過去十年，中國大陸半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出上升趨勢，其中，F(xiàn)abless企業(yè)數(shù)量大增，2021年已達(dá)到2810個(gè)，占全球總數(shù)的四分之一。如此多的Fabless企業(yè)，給EDA工具和服務(wù)提供了足夠的發(fā)展空間，這也是我國未來幾年不斷發(fā)展和壯大國內(nèi)EDA產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)。

2018年以來，受中美貿(mào)易摩擦影響，華為、中興等陸續(xù)受到美國制裁，2022年8月，美國商務(wù)部工業(yè)與安全局（BIS）宣布了對包括設(shè)計(jì)GAAFET（全柵場效應(yīng)晶體管）結(jié)構(gòu)IC所必需的EDA軟件等四項(xiàng)技術(shù)實(shí)施新的出口管制，又對中國本土EDA產(chǎn)業(yè)形成了刺激，國產(chǎn)化的重要性再次提升。

為了提升國產(chǎn)EDA軟件的整體水平和市占率，*出臺了一系列針對EDA產(chǎn)業(yè)的扶持政策，以加速行業(yè)成長。2008年4月，*科技重大專項(xiàng)“核心電子器件、高端通用芯片及基礎(chǔ)軟件產(chǎn)品”實(shí)施方案經(jīng)*常務(wù)會議審議并原則通過，作為《*中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）》所確定的*16個(gè)科技重大專項(xiàng)之一，EDA 行業(yè)獲得了鼓勵(lì)和扶持。近年來，*陸續(xù)出臺了大批鼓勵(lì)性、支持性法規(guī)和政策，為IC和EDA產(chǎn)業(yè)的升級、發(fā)展?fàn)I造了*的政策和制度環(huán)境。

目前，EDA行業(yè)主流工具有上百種，每一種都具有特定功能。IC設(shè)計(jì)、制造和封測各環(huán)節(jié)中不同步驟對EDA工具的功能需求不同，需要使用不同種類工具來滿足使用者的要求。此外，IC技術(shù)仍在不斷發(fā)展，下游應(yīng)用不斷擴(kuò)展，EDA工具也在隨之不斷創(chuàng)新，即使是國際三巨頭也無法在全部領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)*競爭優(yōu)勢。中國本土EDA企業(yè)可以通過優(yōu)先突破關(guān)鍵環(huán)節(jié)核心工具，或通過優(yōu)先突破部分設(shè)計(jì)應(yīng)用全流程解決方案，來提升市場競爭力和份額。

*免責(zé)聲明：本文由原作者創(chuàng)作。文章內(nèi)容系其個(gè)人觀點(diǎn)，芯潮IC轉(zhuǎn)載僅為分享與討論，不代表薩科微對該觀點(diǎn)贊同或支持，如果有任何異議，請聯(lián)系我們。

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