01沒有EDA，就沒有芯片

EDA（Electronic Design Automation，電子設計自動化），是利用計算機輔助完成集成電路芯片的設計、制造、封測的大型工業工具。它是最基礎、最上游的領域，貫穿了集成電路產業鏈的每個環節。

簡單地說，EDA就是芯片設計師的畫筆和畫板，就像操作文檔要用Word，制作圖片要用Photoshop一樣，它能高效設計、控制及管理數十億電路元件在一顆芯片里協同工作。

EDA算法密集，融合了圖形學、計算數學、微電子學、拓撲邏輯學、材料學及人工智能等多學科的算法技術，必須經過長時間技術積累和持續大規模研發投入，才能滿足新工藝的應用需求。


EDA支撐著集成電路設計和制造流程、關鍵環節，圖源丨概倫電子招股書

EDA工具包括硬件和軟件兩部分。軟件是工具的核心，分為仿真工具、設計工具、驗證工具三種類型；硬件是用來加速仿真、驗證速度的服務器和專用工具。



EDA軟件工具的三種類型，制表丨果殼硬科技 資料來源丨新思科技



設計工具、仿真工具、驗證工具在芯片設計流程中位置，資料來源丨IEEE Xplore

EDA非常重要，倘若它出現問題，產業下游的集成電路、電子信息和數字經濟都會崩潰。沒有EDA，就不可能設計和制造當今的芯片。 芯片設計過程極為復雜，要求設計精細度很高，稍有偏差就會導致芯片報廢，項目崩盤；同時，從90nm、65nm進化到3nm/2nm，制造成本攀升，所需設計步驟也越來越多，設計也越來越困難。

EDA能發揮計算機輔助設計（TCAD）、面向制造的設計 （DFM）、硅生命周期管理 （SLM）三大關鍵功用，保證最終產品的良率和性能。一方面，EDA將復雜的芯片設計流程拆分成高級綜合、邏輯綜合、原理圖布局等若干步驟，并配備豐富的工具組件庫和可復用的參考架構；另一方面，EDA能利用仿真、驗證等工具在芯片生產前糾正錯誤。



EDA擁有三個關鍵功用，制表丨果殼硬科技

EDA還與另一個細分市場密切掛鉤——半導體知識產權（半導體IP核）。所謂IP核，就是半成品芯片，提供不同復雜度的預設計電路，分為軟核、硬核、固核三類。鑒于IP核的使用和重復使用都依賴EDA工具，同時EDA和IP核還可以捆綁銷售，通常業界將兩者視為一個市場。雖然EDA巨頭都擁有自己的IP核產品，但隨著市場擴大及IP供應商增加，現在的趨勢是將EDA和IP核獨立出來。



三種類型IP核，資料來源丨方正證券

EDA是跟著集成電路變遷的。經歷了CAD/CAM（計算機輔助設計/計算機輔助制造）、CAE（計算機輔助工程）、ESDA（電子系統設計自動化）到EDA（電子設計自動化）四個階段，階段轉換本質上是芯片描述抽象層級的變化，精度依次提升。

復盤EDA市場發展行徑，與晶圓代工、數字芯片等發展歷史非常類似，都是從玩家稀少到百花齊放，再到優勝劣汰，并購為僅剩1~2家、至多3~4家超大集合體的局面。

1964年~1978年，芯片晶體管密度低，集成度低，企業入局率低， Applicon、Calma和Computervision三家公司主導當時的CAD/CAM市場；

1979年~1992年，CAE成為新貴，相關企業參與率突然急劇上升，轉折點在于ASIC（商用專用集成電路）的出現，讓設計團隊可以接觸到以前為大型系統OEM預留的定制芯片，Daisy Systems、Mentor Graphics和Valid Logic三家公司主導當時的CAE市場；

90年代初，技術一路發展，高級語言描述開始應用，ESDA當道，并開啟了行業并購，Synopsys（新思科技）、Cadence（官方譯名楷登電子）、Mentor（現為Siemens EDA）成為新三巨頭；

2009年~2014年，巨頭以外的EDA相關專利申請逐漸減少，市場壟斷態勢初現，小公司被收購，大公司在競逐中被淘汰；

之后的幾年至今，EDA行業繼續整合，新思科技、楷登電子、西門子EDA收購許多小型初創公司，包括Forte、Jasper、Springsoft、EVE、Nimbic等，國內EDA融資潮起，一些老牌國產品牌開始擠進第二梯隊。

EDA發展階段及特征，制表

丨果殼硬科技 資料來源丨IEEE Design & Test of Computers

02EDA不是好做的生意

EDA企業怎么賺錢？一般采取授權（License）的模式，即向客戶銷售指定版本的軟件，并收取合同約定期間的授權費。

授權又分為固定期限授權和永久授權兩種形式，可以簡單理解為Office 365和Office 2021的關系。對換代要求低的客戶大多數選擇永久授權，對換代要求較高的客戶選擇固定期限授權。固定期限通常為1~3年，也可以選擇在固定期內多次授權，相當于分期付款。

固定授權是國際更為通行的模式，國際先進大廠均采用此形式，2021年，全行業固定期限內一次授權方式營收占比達55%。這是因為芯片迭代迅速，要面對的物理現象、應用和工藝越來越復雜，這種方式能夠獲得EDA廠商對工具的實時更新、缺陷修復、技術支持及性能方面升級等。



2019年~2021年公司EDA軟件銷售不同授權模式營收占比，圖源丨東吳證券

EDA行業具有明顯的可持續增長空間。2020年全球EDA市場營收115.7億美元，2026年全球EDA市場營收213.6億美元，年復合增長率10.9%。

倒金字塔產業鏈結構，圖源丨華大九天招股書

但EDA也絕對不是一門好做的生意。如今，整個市場分為三級競爭梯隊，國產最高只做到第二梯隊，且份額太小，根據SIA（美國半導體協會）數據，國內EDA/IP占全球市場僅1%。

第一梯隊由新思科技、楷登電子、西門子EDA三家企業組成，處于絕對領先地位，占據全球78%的市場份額，在中國市場三巨頭擁有超過95%的軟件銷量，擁有全流程EDA產品，業務遍布全球，科研實力雄厚；

第二梯隊以美國ANSYS公司、Silvaco、Aldec、華大九天等為代表，擁有特定領域全流程產品，在局部領域技術較為領先；

第三梯隊以Altium、概念工程集團（Concept Engineering）、概倫電子、Down Stream Technologies等為代表，這些企業主要布局點工具，缺少EDA特定領域全流程產品。

全球EDA行業簡要格局，來源丨華大九天招股書

誰處于絕對領先地位，市場規則就由誰制定。但實際上，新思科技、楷登電子、西門子EDA三家公司在市場上的競爭也極為激烈，雖然三家公司整體運營思路相同，但策略也不盡相同。

新思科技在營收、業務等方面無疑是規模最大的EDA相關企業，但單從EDA產品線來看，楷登電子與新思科技持平，甚至在往年更勝新思科技一籌。從戰略上來看，新思科技強化軟件集成型產品發展，通過頻繁并購平均發展旗下各產品線的產品實力。楷登電子實力底蘊扎實，并購動作相對較少也能保持EDA營收穩定增長。



EDA三巨頭基本情況對比，制表丨果殼硬科技 資料來源丨EDP Sciences，《軍民兩用技術與產品》，《中國集成電路》

國內EDA發展曲折緩慢，直到2008年后才開始崛起：早在1981年~1985年，國內便陸續開發ICCAD一級系統和二級系統；1993年，熊貓系統問世；但之后15年里，受“造不如買，買不如租”觀念影響，國內EDA被拉開差距，彼時正值新思科技、楷登電子、西門子EDA上升期；2008年，EDA重新成為重點，華大集團將EDA部門獨立出來，名為華大九天；2010年，概倫電子成立[21]；2021年12月，概倫電子科創板上市；2022年7月，華大九天創業板上市。



國內EDA二級市場情況不完全統計，制表丨果殼硬科技 在國產替代風潮下，近兩年EDA一級市場非常活躍，融資金額一度達到11億元人民幣。



近兩年內國內EDA一級市場情況不完全統計，制表丨果殼硬科技

仍然需要指出的是，國產EDA以點工具為主，工具鏈不完整，三巨頭則覆蓋了產業鏈的各個方面。另外，國產EDA目前尚不能滿足尖端制程的要求，由于EDA處在最上游位置，因此EDA必須比芯片的工藝更先進。



國內外EDA支持工具鏈對比，制表丨果殼硬科技



國內外企業EDA產品支持制程對比，資料來源丨頭豹

03夾縫求生，還能怎么走

在高度壟斷之下，國產EDA究竟有哪些還能走的路？果殼硬科技團隊認為有如下幾點：

投入打在關鍵點上

EDA需要的投入金額驚人。新思科技和楷登電子十年來凈利率大多數年份不超過15%，但卻從未因公司經營狀況不加而降低研發投入強度，研發占比全部高于30%，甚至部分時間研發占比超過40%。對于較小的EDA公司，這個數字可能會更高。 高額投入意味著三家巨頭豎起了專利高墻，專利圍城導致國產處境極為尷尬。近兩年，所有半導體公司都開始建立一系列自己的知識產權，希望與競爭對手保持安全距離，國產也需要自己的專利。

通過統計三巨頭在EDA關鍵技術專利數量和分布情況來看，發展程度、重點和專長上沒有太大差異，但研究基本集中在“驗證”“仿真”“布線”三個主題上，“時序分析”和“綜合”兩個部分研究還不多，這意味著“時序分析”“綜合”是能拉開技術差距的部分。另外，“驗證”占芯片設計總成本70%以上，是國產EDA正在突破的領域。



三大巨頭關鍵技術專利數量和分布情況，信息來源丨EDP Sciences

發展Chiplet是關鍵點

傳統芯片是將所有器件放在單一裸晶（Die）上，功能越多芯片尺寸越大，Chiplet（小芯片）是將大尺寸多核心分散到多個微小裸芯片上，如不同類型的處理器、模擬組件、存儲器等，再用3D立體堆棧的方式，像搭積木一樣組合在一起。

Chiplet有多重要？AMD、英特爾、英偉達等頭部IC設計企業都推出過基于Chiplet技術的產品，蘋果也準備在下一代高端處理器中采用Chiplet技術。為了讓Chiplet更好發展，Arm、AMD、Meta、英特爾、谷歌云、微軟、高通、三星、日月光和臺積電還發起了UCIe產業聯盟。 實現Chiplet，EDA是關鍵。目前來說，Chiplet的最大問題是如何將部件組合在一起，誰來將這些部件組合在一起，國產EDA可就這些問題進行研究。

做更好用的EDA工具

以軟件為核心的EDA，好用，讓更多人能用才是王道。

近年來，隨著芯片設計基礎數據量和系統運算能力上升，AI（人工智能）和云技術開始深入EDA。這種模式也逐漸被行業認可，用戶的使用習慣也隨之改變。另外，傳統SoC設計需要在RTL級別下使用硬件描述語言進行邏輯、驗證，后來EDA逐漸開始支持C/C++/SystemC，學習晦澀難懂的語言不再是硬性要求。 這種變化得益于設計方法學的進化，最終目的在于提升設計效率、確保設計正確性、提升芯片生產良率、加速設計流程，國產EDA也應當遵循這種模式進行發展。



EDA工具在設計方法學層面的發展方向，資料來源丨華大九天招股書

開源化增強EDA領域研究

近幾年，開源風潮盛行，誕生了開放的硅知識產權生態系統。開源EDA工具能快速引導國產EDA找到方向，同時還能為科學發展創造了全新生態系統。

開源EDA有五大可行性：其一，能夠快速識別最新基準測試結果，從而可以快速確定新的EDA解決方案，推動技術發展；其二，開源工具能夠加速EDA研究，可以在現有開源工具和組件的基礎上以更快的速度實現迭代，降低進入門檻；其三，由于EDA改進可能會被下游工具所掩蓋，完整開源的EDA工具能夠確保改進堅持到最后；其四，具有標準I/O格式交換的開源工具，能夠在開源工具和閉源工業間形成健康的生態系統，加快學術界和工業界知識傳播；其五，開發者社區能夠發現更多后門或漏洞，能夠帶來更值得信賴的設計過程。

各種力量應該擰成一股繩

EDA貫穿芯片整個產業鏈，各個工具也環環相扣。三巨頭均不同程度地采取收購整合方式，實現全流程工具的覆蓋。國內目前僅有華大九天一家公司實現部分設計全流程方案，整體市場仍然呈現碎片化、地理化分散。



EDA工具的兩種突破方案對比，圖源丨華福證券

推進整合并非易事，何況國產EDA仍處在初期，不具備大規模并購條件。因此，國內可采取更為特色化的整合形式，通過行業龍頭牽動行業合作，加之政府扶持，因勢利導，形成合理的互惠模式。具體擁有三種銷售形式：

捆綁銷售：采取多個公司點工具的捆綁式銷售，并讓工具之間產生關聯；

定制開發合作：大型EDA廠商向小型廠商定制開發，后者完成開發后，雙方共享產權和技術，實現合作共贏；

產業孵化：先發展起來的EDA廠商為有技術基礎的初創企業導入業界資源。

另外，人才和團隊、技術和產品、市場和生態、資金與政策、法律與規范、軟件與硬件六大因素對EDA來說缺一不可，但現今EDA領域人才短缺，技術覆蓋不全面，生態建設不完整。這背后需要政府主導、資本市場助力，發揮了產學研集成效應，帶動集成電路發展。 當國內力量都擰成一股繩時，繼而可構建自主的標準化。現如今，EDA所設領域廣泛，體系和功能繁雜，標準化工作涉及的范圍也很廣，國內可進一步推進自己的標準化工作。

當各種資源整合在一起，占領市場必然會水到渠成。

審核編輯：劉清