中國EDA前景的幾點預判

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2022-11-03 14:00:56 753

EDA（Electronic Design Automation）軟件是IC設計和生產的必備工具，處在半導體產業鏈的*上游。利用EDA工具，IC的電路設計、性能分析、設計出版圖的整個過程都可以由計算機自動處理完成。EDA是半導體產業鏈上規模較小，但又非常重要的板塊。

隨著大規模集成電路、計算機和電子系統設計技術的不斷發展，EDA技術發揮的作用正以驚人的速度上升，它可以使產品的開發周期大大縮短，且性能和價格比得到很大程度的提高。

EDA工具種類繁多，按應用場景，通常可分為數字設計、模擬設計、晶圓制造、封裝、服務等五大類。數字設計類工具主要包括RTL編輯、功能仿真、邏輯綜合、形式驗證等；模擬設計類主要包括版圖設計與編輯、電路仿真、版圖驗證等；晶圓制造類主要包括器件建模、工藝和器件仿真（TCAD）、PDK開發與驗證、計算光刻、掩膜版校準、掩膜版合成和良率分析等；封裝類主要是面向芯片封裝環節的設計、仿真、驗證工具。

據ESD統計，數字設計和模擬設計類EDA工具占整體EDA市場的比例*高，2020年市場份額分別達到65.0%和17.1%。

全球市場格局

據ESD統計，2021年全球EDA市場規模為132.75億美元，同比增長15.77%，2012-2021年均復合增長率為8.19%，與同期全球IC市場7.66%的年均復合增長率相近。近年來，全球EDA市場規模呈現加速增長趨勢，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物理設計和驗證、PCB & MCM和服務，2021年市場份額分別為38%、31%、19%、9%和3%。2017-2021年間，全球EDA市場產品份額相對穩定，SiP份額略呈上升趨勢。

由于具有較高的行業壁壘，全球EDA行業高度集中，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設計全流程的覆蓋能力，能夠為客戶提供整套的IC設計工具，已建立起相當完善的行業生態圈，形成了較高的行業壁壘和用戶粘性，已主導全球EDA市場多年。

除了以上三巨頭，ANSYS、是德科技也占據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影響力，中國市場由以上這些國際大廠把持。

行業壁壘

EDA是典型的技術驅動行業，對研發投入、研發人員、用戶協同等都有較高要求，具有較高的行業壁壘，具體包括以下幾方面。

技術壁壘：EDA是算法密集型的軟件系統，需要強大的數學基礎理論支撐，且對算法的要求很高。此外，EDA工具要盡可能準確地重現和擬合現實中的物理和工藝問題，這使得設計工具和制造工藝緊密結合的重要性愈發突出。要想保持競爭力，EDA企業需要高強度、長周期的研發投入，并獲得較長時間的技術和專利積累，從而形成了較高的技術壁壘。

人才儲備壁壘：EDA軟件開發需要計算機、數學、物理、電子電路、制程工藝等多學科和專業的高端人才，對綜合技能要求很高。企業的人才儲備決定其能否持續發展。行業頭部公司都擁有經驗豐富、實力雄厚的研發隊伍，其知名度、成熟的培訓體系也能夠持續吸引人才加入，使得研發人員規模*行業，從而形成了人才壁壘。2021財年末，Synopsys、Cadence的員工人數分別為16361、9300。

用戶協同壁壘：EDA工具的開發和銷售依托于制造、設計、EDA廠商三方形成的生態圈，需要產業鏈上下游的全力支持。國際EDA*企業與全球*的IC設計和制造企業保持著長期合作關系，其EDA工具工藝庫信息完善，能夠隨先進工藝演進不斷迭代，進一步鞏固了競爭優勢。行業用戶一旦確定了EDA軟件供應商，一般在短期內不會更換，因為成本較高。因此，IC設計和制造企業對EDA軟件供應商的粘性較強。

發展趨勢

基于半導體產業的發展態勢，以及行業特點，EDA呈現出以下幾點發展趨勢。

后摩爾定律時代的產業發展動力

摩爾定律認為IC的晶體管數量每18~24個月增加兩倍，然而，近年來，科學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，對具有復雜設計的先進電子設備的需求不斷增長，以及在提高IC性能的同時減小尺寸的需求，正促使IC制造商增加研發投資并采用EDA工具。因此，與其它行業相比，IC對EDA工具的需求預計會很高。

EDA市場高度分散，AI是重點

汽車、物聯網、人工智能和虛擬/增強現實領域的新機遇使得整個IC生產周期各階段的半導體公司都能受益，收入也有相當大的增長。盡管IC性能顯著提高，但單位銷售價格相對平穩。

此外，將AI引入EDA工具也是至關重要的。AI算法可以幫助客戶設計達到*優化的PPA目標，開發性能更高的終端產品。具備AI特性的EDA工具可以幫助客戶設計出更好的芯片，并快速推向市場。

EDA工具和服務云化

當下，EDA供應商已經開始在線提供他們的工具和軟件。全球互聯網普及率的提高使潛在客戶可以輕松地在線訪問這些工具，并使用它們來設計和制造芯片。這樣，由于降低了TCO和基礎設施成本，公司的資本支出減少了。這也有助于改善SCM，因為經銷商和分銷商的總數大大減少了。

因此，云端軟件和服務是未來的趨勢，它有兩個好處：首先，軟件按照服務的時間長短收費，對客戶來說，可以節省EDA的購買費用；其次，對于EDA供應商來說，提供EDA云服務也能降低軟件盜版的發生概率。

中國的機遇

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、創聯智軟等，這些廠商中，大部分以點工具為主，缺乏*支撐產業發展的能力，存在產品不全、與先進工藝結合不足等問題。因此，本土企業的市占率很低，EDA三巨頭（Synopsys、Cadence、西門子EDA）占據了中國大陸95%以上的市場。

我國IC產業發展迅速，而且國內IC公司起點高，也采用了很多*新的制程工藝，比如16nm、12nm和7nm。新工藝和新芯片應用方向給現有EDA行業和IC設計流程帶來了新的挑戰，也給中小EDA公司帶來了新的機會，比如全芯片并行門級仿真，復雜電路的快速ECO收斂，先進工藝庫的穩定性審查領域，EDA大廠在這些方面尚無成熟的解決方案，而中小EDA公司已經提供了相關解決方案。

近幾年，中國大陸IC設計和制造環節呈現出快速發展態勢，2021年，設計業銷售額為4519億元人民幣，同比增長19.6%，全行業占比為43.21%；2012-2021年，中國IC設計業產值年均復合增長率為24.66%，占比從28.80%提升至43.21%。中國IC設計、制造環節的快速增長，將帶動本土EDA發展。中國半導體行業協會預測，2025年，中國EDA市場規模將達到184.9億元人民幣，占全球市場份額的18.1%，2021-2025年均復合增長率為15.64%。

過去十年，中國大陸半導體產業呈現出上升趨勢，其中，Fabless企業數量大增，2021年已達到2810個，占全球總數的四分之一。如此多的Fabless企業，給EDA工具和服務提供了足夠的發展空間，這也是我國未來幾年不斷發展和壯大國內EDA產業的基礎。

2018年以來，受中美貿易摩擦影響，華為、中興等陸續受到美國制裁，2022年8月，美國商務部工業與安全局（BIS）宣布了對包括設計GAAFET（全柵場效應晶體管）結構IC所必需的EDA軟件等四項技術實施新的出口管制，又對中國本土EDA產業形成了刺激，國產化的重要性再次提升。

為了提升國產EDA軟件的整體水平和市占率，*出臺了一系列針對EDA產業的扶持政策，以加速行業成長。2008年4月，*科技重大專項“核心電子器件、高端通用芯片及基礎軟件產品”實施方案經國務院常務會議審議并原則通過，作為《*中長期科學和技術發展規劃綱要（2006-2020年）》所確定的*16個科技重大專項之一，EDA 行業獲得了鼓勵和扶持。近年來，*陸續出臺了大批鼓勵性、支持性法規和政策，為IC和EDA產業的升級、發展營造了*的政策和制度環境。

目前，EDA行業主流工具有上百種，每一種都具有特定功能。IC設計、制造和封測各環節中不同步驟對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技術仍在不斷發展，下游應用不斷擴展，EDA工具也在隨之不斷創新，即使是國際三巨頭也無法在全部領域實現*競爭優勢。中國本土EDA企業可以通過優先突破關鍵環節核心工具，或通過優先突破部分設計應用全流程解決方案，來提升市場競爭力和份額。