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全球三大巨头寡头垄断,高研发投入打造高壁垒,中国本土EDA企业不断突围
发布日期:2022-03-18 21:41    点击次数:105

(本篇文篇章共1921字,阅读时间约3分钟)

作为集成电路设计与生产不可或缺的支撑,EDA(Electronic Design Automation,电子设计自动化)是利用计算机辅助设计软件,来完成集成电路的功能设计、综合、验证、物理设计(布局、布线、版图等)等流程的设计方式。EDA工具广泛应用于数字设计、模拟设计、晶圆制造、封装、系统五大环节,已经成为芯片设计及生产不可或缺的工具。从产业链角度看:EDA 是芯片制造的最上游产业,是衔接集成电路设计、制造和封测的关键纽带,对行业生产效率、产品技术水平都有重要影响。

集成电路 EDA工具可以分为制造类、设计类(数字和模拟)和封测类EDA工具。集成电路的复杂程度提升推动EDA发展。单个芯片内部的晶体管数量在“摩尔定律”的推动下每18个月翻一倍,如今5nm的芯片可以容纳125亿个晶体管,需要一套高度自动化的设计工具与设计流程来完成电路设计、版图设计、版图验证、性能分析等工作。目前国际上成熟的EDA公司都对各类IC设计流程的各个环节实现了全覆盖。

图1:集成电路设计和制造流程、关键环节及相应 EDA 支撑关系

EDA全球市场和国内市场规模稳定上升

EDA行业占整个集成电路行业市场规模的比例虽然较小,但以百亿美元左右规模体量,支撑和影响着数千亿美元的集成电路行业。受益于先进工艺的技术迭代和众多下游领域需求的驱动,近年来,全球EDA市场规模呈现稳定上升趋势。据相关专业机构统计,2021年全球EDA市场规模为130亿美元左右、中国EDA市场规模为120亿元人民币左右。根据GIA报告,中国EDA市场未来5年复合年增长率预计约为12%。 2021年EDA全球各主要市场收入中,依然是美洲地区最大,其次是亚太地区。亚太地区最主要的市场是中国大陆和中国台湾。

全球三大巨头寡头垄断,高研发投入打造高壁垒

EDA行业市场集中度较高,国际三大EDA巨头Synopsys(新思科技)、Cadence(楷登电子)和Siemens EDA(2016 年收购 Mentor Graphic)垄断。三家公司属于具有显著领先优势的第一梯队,全球市场占比接近80%。中国本土企业华大九天与其他几家企业,凭借部分领域的全流程工具或在局部领域的领先优势,位列全球EDA行业的第二梯队。第三梯队的企业主要聚焦于某些特定领域或用途的点工具,整体规模和产品完整度与前两大梯队的企业存在明显的差距。

图2:全球EDA市场三梯队格局图

国产替代加速,国产EDA厂商迎历史性机遇

1986年我国开始研发自由集成电路计算机辅助设计系统——熊猫系统,1992年美国Cadence公司进入中国大陆市场,1993年首套 EDA“熊猫”系统问世,另两家EDA厂家Synopsys和Mentor 、Graphics也进入中国,1994年至2008年间,受1994年“巴统”解散,美国取消对中国的EDA软件封锁和国内“造不如买,买不如租”的思想影响,国产EDA“熊猫”系统未能被广泛使用。

2008年起,EDA 重新获得了国家的鼓励和支持,被列入《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)》所确定的十六个重大专项之一,中国本土 EDA 企业华大九天、概伦电子、广立微电子、国微集团和芯和半导体等相继成立。而后,特别是2018年以来美国商务部对中兴通讯和华为等公司的限制,常见问题为国内EDA 企业加快研发进度,进一步打开国内市场提供了机遇。

图3:中国EDA失去的二十年

经过十多年的发展,中国本土的EDA企业,从无到有,不断提升水平。目前,华大九天在EDA领域市场份额稳居本土EDA企业首位,份额占比保持在50%以上。华大九天的初始团队部分成员曾参与中国第一款具有自主知识产权的全流程 EDA系统——“熊猫ICCAD系统”的研发工作。公司主要产品包括模拟电路设计全流程EDA工具系统、数字电路设计EDA工具、平板显示电路设计全流程EDA工具系统和晶圆制造 EDA 工具等EDA工具软件,并围绕相关领域提供技术开发服务。

图4:2020年,全球EDA竞争格局和中国国内竞争格局

半导体产业链国产化将推动EDA自主可控

EDA行业通过定期授权模式具备稳定性,长期高强度的技术研发投入形成了极高的技术壁垒。对于国内市场而言,半导体产业链国产化势在必行,EDA自主可控加速推进。随着EDA国际巨头对中国部分芯片设计企业断供,国产化替代势在必行。一旦美国断供 EDA,设计企业会无法使用最新版本的EDA软件和IP进行芯片设计,并且无法获得下游代工厂的生产工艺PDK。因此,EDA软件作为“卡脖子”赛道,在这些年来,也受到了相当的重视,这也是国内企业不断发展的重要因素。

同时,经过十多年的累积,本土EDA企业领域也已积聚了一定量的人才。EDA行业是技术和人才密集型行业,技术要求复杂,产品研发难度大,需要研发人员具备计算机、软件开发、集成电路、物理等多方面的专业知识,行业壁垒高,培养一个EDA 人才大约需要10年的时间。2018年到2020 年,虽然境内外资企业的中国EDA行业人才数量高于本土企业的人才数,但是差距在日渐缩小。国产EDA销售额也在逐步扩大,这显然有助于EDA企业进一步吸纳人才。事实上,随着本土企业的发展,外资企业人才向本土企业流动,早就不是什么新鲜事物。而人才密度的提升,又将会进一步增强本土EDA企业的竞争力。

图5:中国EDA企业增长图和EDA中外资企业人数对比图

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