中国EDA前景的几点预判

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2022-11-03 17:48:23 766

EDA（Electronic Design Automation）软件是IC设计和生产的必备工具，处在半导体产业链的最上游。利用EDA工具，IC的电路设计、性能分析、设计出版图的整个过程都可以由计算机自动处理完成。EDA是半导体产业链上规模较小，但又非常重要的板块。

随着大规模集成电路、计算机和电子系统设计技术的不断发展，EDA技术发挥的作用正以惊人的速度上升，它可以使产品的开发周期大大缩短，且性能和价格比得到很大程度的提高。

EDA工具种类繁多，按应用场景，通常可分为数字设计、模拟设计、晶圆制造、封装、服务等五大类。数字设计类工具主要包括RTL编辑、功能仿真、逻辑综合、形式验证等；模拟设计类主要包括版图设计与编辑、电路仿真、版图验证等；晶圆制造类主要包括器件建模、工艺和器件仿真（TCAD）、PDK开发与验证、计算光刻、掩膜版校准、掩膜版合成和良率分析等；封装类主要是面向芯片封装环节的设计、仿真、验证工具。

据ESD统计，数字设计和模拟设计类EDA工具占整体EDA市场的比例最高，2020年市场份额分别达到65.0%和17.1%。

全球市场格局

据ESD统计，2021年全球EDA市场规模为132.75亿美元，同比增长15.77%，2012-2021年均复合增长率为8.19%，与同期全球IC市场7.66%的年均复合增长率相近。近年来，全球EDA市场规模呈现加速增长趋势，2018-2021年同比增速分别为4.49%、5.86%、11.62%、15.77%。

ESD将EDA市场分为SiP、CAE、IC物理设计和验证、PCB & MCM和服务，2021年市场份额分别为38%、31%、19%、9%和3%。2017-2021年间，全球EDA市场产品份额相对稳定，SiP份额略呈上升趋势。

由于具有较高的行业壁垒，全球EDA行业高度集中，国际三巨头（Synopsys、Cadence、西门子EDA）市占率超过77%。这三家厂商具备对于半定制、全定制IC设计全流程的覆盖能力，能够为客户提供整套的IC设计工具，已建立起相当完善的行业生态圈，形成了较高的行业壁垒和用户粘性，已主导全球EDA市场多年。

除了以上三巨头，ANSYS、是德科技也占据了较为突出的市场份额，排在全球前五位。

中国本土EDA厂商较为弱小，目前还难以形成行业影响力，中国市场由以上这些国际大厂把持。

行业壁垒

EDA是典型的技术驱动行业，对研发投入、研发人员、用户协同等都有较高要求，具有较高的行业壁垒，具体包括以下几方面。

技术壁垒：EDA是算法密集型的软件系统，需要强大的数学基础理论支撑，且对算法的要求很高。此外，EDA工具要尽可能准确地重现和拟合现实中的物理和工艺问题，这使得设计工具和制造工艺紧密结合的重要性愈发突出。要想保持竞争力，EDA企业需要高强度、长周期的研发投入，并获得较长时间的技术和专利积累，从而形成了较高的技术壁垒。

人才储备壁垒：EDA软件开发需要计算机、数学、物理、电子电路、制程工艺等多学科和专业的高端人才，对综合技能要求很高。企业的人才储备决定其能否持续发展。行业头部公司都拥有经验丰富、实力雄厚的研发队伍，其知名度、成熟的培训体系也能够持续吸引人才加入，使得研发人员规模行业，从而形成了人才壁垒。2021财年末，Synopsys、Cadence的员工人数分别为16361、9300。

用户协同壁垒：EDA工具的开发和销售依托于制造、设计、EDA厂商三方形成的生态圈，需要产业链上下游的全力支持。国际EDA 企业与全球的IC设计和制造企业保持着长期合作关系，其EDA工具工艺库信息完善，能够随先进工艺演进不断迭代，进一步巩固了竞争优势。行业用户一旦确定了EDA软件供应商，一般在短期内不会更换，因为成本较高。因此，IC设计和制造企业对EDA软件供应商的粘性较强。

发展趋势

基于半导体产业的发展态势，以及行业特点，EDA呈现出以下几点发展趋势。

后摩尔定律时代的产业发展动力

摩尔定律认为IC的晶体管数量每18~24个月增加两倍，然而，近年来，科学家越来越相信基本的物理限制正在使得摩尔定律失效。与此同时，对具有复杂设计的先进电子设备的需求不断增长，以及在提高IC性能的同时减小尺寸的需求，正促使IC制造商增加研发投资并采用EDA工具。因此，与其它行业相比，IC对EDA工具的需求预计会很高。

EDA市场高度分散，AI是重点

汽车、物联网、人工智能和虚拟/增强现实领域的新机遇使得整个IC生产周期各阶段的半导体公司都能受益，收入也有相当大的增长。尽管IC性能显着提高，但单位销售价格相对平稳。

此外，将AI引入EDA工具也是至关重要的。AI算法可以帮助客户设计达到最优化的PPA目标，开发性能更高的终端产品。具备AI特性的EDA工具可以帮助客户设计出更好的芯片，并快速推向市场。

EDA工具和服务云化

当下，EDA供应商已经开始在线提供他们的工具和软件。全球互联网普及率的提高使潜在客户可以轻松地在线访问这些工具，并使用它们来设计和制造芯片。这样，由于降低了TCO和基础设施成本，公司的资本支出减少了。这也有助于改善SCM，因为经销商和分销商的总数大大减少了。

因此，云端软件和服务是未来的趋势，它有两个好处：首先，软件按照服务的时间长短收费，对客户来说，可以节省EDA的购买费用；其次，对于EDA供应商来说，提供EDA云服务也能降低软件盗版的发生概率。

中国的机遇

中国本土的EDA厂商有：华大九天、芯禾科技、广立微、九同方微、概伦电子、创联智软等，这些厂商中，大部分以点工具为主，缺乏支撑产业发展的能力，存在产品不全、与先进工艺结合不足等问题。因此，本土企业的市占率很低，EDA三巨头（Synopsys、Cadence、西门子EDA）占据了中国大陆95%以上的市场。

我国IC产业发展迅速，而且国内IC公司起点高，也采用了很多最新的制程工艺，比如16nm、12nm和7nm。新工艺和新芯片应用方向给现有EDA行业和IC设计流程带来了新的挑战，也给中小EDA公司带来了新的机会，比如全芯片并行门级仿真，复杂电路的快速ECO收敛，先进工艺库的稳定性审查领域，EDA大厂在这些方面尚无成熟的解决方案，而中小EDA公司已经提供了相关解决方案。

近几年，中国大陆IC设计和制造环节呈现出快速发展态势，2021年，设计业销售额为4519亿元人民币，同比增长19.6%，全行业占比为43.21%；2012-2021年，中国IC设计业产值年均复合增长率为24.66%，占比从28.80%提升至43.21%。中国IC设计、制造环节的快速增长，将带动本土EDA发展。中国半导体行业协会预测，2025年，中国EDA市场规模将达到184.9亿元人民币，占全球市场份额的18.1%，2021-2025年均复合增长率为15.64%。

过去十年，中国大陆半导体产业呈现出上升趋势，其中，Fabless企业数量大增，2021年已达到2810个，占全球总数的四分之一。如此多的Fabless企业，给EDA工具和服务提供了足够的发展空间，这也是我国未来几年不断发展和壮大国内EDA产业的基础。

2018年以来，受中美贸易摩擦影响，华为、中兴等陆续受到美国制裁，2022年8月，美国商务部工业与安全局（BIS）宣布了对包括设计GAAFET（全栅场效应晶体管）结构IC所必需的EDA软件等四项技术实施新的出口管制，又对中国本土EDA产业形成了刺激，国产化的重要性再次提升。

为了提升国产EDA软件的整体水平和市占率，出台了一系列针对EDA产业的扶持政策，以加速行业成长。2008年4月，科技重大专项“核心电子器件、高端通用芯片及基础软件产品”实施方案经常务会议审议并原则通过，作为《中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》所确定的 16个科技重大专项之一，EDA 行业获得了鼓励和扶持。近年来，陆续出台了大批鼓励性、支持性法规和政策，为IC和EDA产业的升级、发展营造了良好的政策和制度环境。

目前，EDA行业主流工具有上百种，每一种都具有特定功能。IC设计、制造和封测各环节中不同步骤对EDA工具的功能需求不同，需要使用不同种类工具来满足使用者的要求。此外，IC技术仍在不断发展，下游应用不断扩展，EDA工具也在随之不断创新，即使是国际三巨头也无法在全部领域实现竞争优势。中国本土EDA企业可以通过优先突破关键环节核心工具，或通过优先突破部分设计应用全流程解决方案，来提升市场竞争力和份额。

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