EDA(電子設計自動化)是芯片之母，是芯片產業(yè)皇冠上的明珠：EDA軟件工具涵蓋了IC設計、布線、驗證和仿真等所有方面。EDA是集成電路設計必需、也是最重要的軟件工具，EDA產業(yè)是IC設計最上游、最高端的產業(yè)。

　　國內EDA產業(yè)發(fā)展從上世紀八十年代中后期開始，本土EDA企業(yè)有華大九天、芯禾科技、廣立微電子、博達微科技、概倫電子、藍海微科技、奧卡思微電等七家。這些企業(yè)雖然產品不夠齊全、集成度不夠高，但在點工具上取得了一定的成績。其中，華大九天是全球唯一的能夠提供全流程FPD設計解決方案的供應商，獲得了大部分知名面板廠的市場份額。

　　EDA全景概述：IC設計全流程

　　何謂EDA？EDA是電子設計自動化（Electronic Design Automation）的簡稱，是從計算機輔助設計（CAD）、計算機輔助制造（CAM）、計算機輔助測試（CAT）和計算機輔助工程（CAE）概念發(fā)展而來。

　　圖片▲EDA歷史沿革

　　IC產業(yè)鏈：芯片產業(yè)鏈包括設計、制造、封裝、測試、銷售，芯片核心實力重心在芯片設計，而芯片設計離不開芯片設計軟件EDA，EDA可謂是芯片產業(yè)鏈“任督二脈”。

　　芯片設計流程：芯片設計可分為前端和后端，前端主要負責邏輯實現(xiàn)，后端跟工藝緊密結合。

　　▲芯片產業(yè)鏈各流程主要企業(yè)

　　▲芯片設計和生產流程圖

　　EDA是廣義CAD的一種，是細分的行業(yè)軟件。利用EDA工具，電子設計師可以從概念、算法、協(xié)議等開始設計電子系統(tǒng)，完成電子產品從電路設計、性能分析到設計出IC版圖或PCB版圖的整個過程。

　　▲EDA分類

　　國內EDA產業(yè)發(fā)展從上世紀八十年代中后期開始，國產首套EDA熊貓系統(tǒng)于1986年開始研發(fā)并于1993年問世。之后的國內EDA發(fā)展曲折而緩慢，因各種因素影響，國產EDA產業(yè)沒有取得實質成功，但近十年發(fā)展中，華大九天、芯禾科技、廣立微、博達微等幾個企業(yè)從國產EDA陣型中展露生機。

　　EDA是集成電路產業(yè)領域內 “小而精”的環(huán)節(jié)，產值較小但又極其重要。數(shù)據(jù)顯示，2018年整個EDA的市場規(guī)模僅為97.15億美元，2014-2018年復合增長率在6.89%左右，相對于幾千億美金的集成電路產業(yè)來說不值一提，但如果缺少了這個產品，全球所有的芯片設計公司都得停擺。

　　在2017年，IP核的交易已經超越了EDA工具和服務本身，成為EDA產業(yè)交易規(guī)模最大的一部分。

▲2014-2018年全球EDA市場規(guī)模（百萬美元）

　　▲ 2017年與2018年全球EDA市場規(guī)模（百萬美元）

　　EDA三巨頭：Synopsys、Cadence、Mentor Graphics。EDA市場份額占據(jù)前三位的Synopsys、Cadence和被西門子收購的Mentor Graphics。

　　三大EDA企業(yè)占全球市場的份額超過60%。其中，Synopsys是全球最大的EDA企業(yè)，2018年的市場份額已達到32.1%；Cadence僅次于Synopsys，2018年市場占有率為22.0%；Mentor Graphics在被收購之前也能保持超過10%的市場占有率。

　　在2017年中國工業(yè)軟件企業(yè)排行榜中，Synopsys排名35位，Cadence和Mentor Graphics分列第47、48位。

　　▲2014-2018年EDA三巨頭公司收入所占份額

▲EDA三巨頭基本情況

　　Synopsys（新思科技）成立于1986年，由Aart de Geus帶領通用電氣工程師團隊創(chuàng)立，在2008年成為全球排名第一的EDA軟件工具領導廠商，為全球電子市場提供技術先進的集成電路設計與驗證平臺。

　　Synopsys在EDA行業(yè)的市場占有率約30%，它的邏輯綜合工具DC和時序分析工具PT在全球EDA市場幾乎一統(tǒng)江山。

　　▲2010-2019年Synopsys營業(yè)收入及增速情況

　　▲2010-2019年Synopsys凈利潤及增速情況

　　Cadence（鏗騰電子）是EDA行業(yè)銷售排名第二的公司，在1988年由SDA與ECAD兩家公司兼并而成，Cadence通過不斷擴展、兼并、收購，到1992年已占據(jù)EDA行業(yè)龍頭地位，但到2008年被Synopsys超越。

　　Cadence產品涵蓋了電子設計的整個流程，包括系統(tǒng)級設計、功能驗證、集成電路綜合及布局布線、IC物理驗證、模擬混合信號及射頻集成電路設計、全定制集成電路設計、PCCE設計和硬件仿真建模等。全球知名半導體與電子系統(tǒng)公司均將Cadence軟件作為其全球設計的標準。Cadence的Virtuso工具歷經27年不衰，成為業(yè)內傳奇。

　　▲2010-2019年Cadence營業(yè)收入及增速情況

　　▲2010-2019年Cadence凈利潤及增速情況

　　Mentor Graphics（明導國際，2016年被德國西門子收購）1981年成立，90年代遇到經營困境，軟件的研發(fā)嚴重落后于進度，大量長期客戶流失。直到94年公司組織結構大調整后，才重新崛起。

　　Mentor Graphics是一家EDA軟件和硬件公司，也是電路板解決方案的市場領導者，主要提供電子設計自動化先進系統(tǒng)電腦軟件與模擬硬件系統(tǒng)。Mento的工具雖沒有前兩家全面，沒有涵蓋整個芯片設計和生產環(huán)節(jié)，但在有些領域，如PCB（印刷電路板）設計工具等方面有相對獨到之處。

　　EDA公司提供給IC公司的一般都是全套工具，因此EDA集成度高的公司產品更有優(yōu)勢。三巨頭基本都能提供全套的芯片設計EAD解決方案。

　　Synopsys最全面，它的優(yōu)勢在于數(shù)字前端、數(shù)字后端和PT signoff。模擬前端的XA，數(shù)字前端的VCS，后端的sign-off tool，還有口碑極好的PT、DC和ICC功能都很強大。Synopsys有壟斷市場90%的TCAD器件仿真和壟斷50%的DFM工藝仿真，這是其在EDA產業(yè)競爭中的一把利器。

　　Cadence的強項在于模擬或混合信號的定制化電路和版圖設計，功能很強大，PCB相對也較強，但是Signoff的工具偏弱。

　　Mentor Graphic在后端布局布線這塊比較強，在PCB上也很有優(yōu)勢，它的優(yōu)勢是Calibre signoff和DFT，但Mentor Graphic在集成度上難以與前兩家抗衡。

　　此外，除了賣license以外，EDA企業(yè)還可以提供IP授權（硬核和軟核），這個對于很多中小規(guī)模的設計公司是很有吸引力的。授權的IP通常有memory，Serdes和Power management之類的研發(fā)成本或門檻相對較高的硬核。

　　目前Synopsys企業(yè)的IP業(yè)務全球排名第二；Cadence的IP業(yè)務銷售額也在逐年增加；Mentor在IP業(yè)務上和Synopsys與Cadence幾乎沒有競爭力。

　　Synopsys提供的產品與服務主要分為四類：EDA、IP、制造解決方案、專業(yè)服務與其他，其中EDA產品占Synopsys總收入中的一半以上。

　　Synopsys是EDA三大巨頭之首。占據(jù)統(tǒng)治地位的產品為邏輯綜合工具DC(design compiler)，時序分析工具PT(prime time)。

　　Synopsys的EDA和IP客戶通常是半導體和電子系統(tǒng)公司。除此之外，Synopsys還為包括電子、金融服務、媒體、汽車、醫(yī)藥、能源和工業(yè)等不同行業(yè)客戶提供軟件安全解決方案。

　　Intel是Synopsys最大客戶，2016-2018三年公司總營業(yè)額中分別有15.9%、17.9%、15.4%來自Intel。除此之外，公司沒有占總收入份額超過10%的客戶。

　　Cadence將主營業(yè)務分為五類，分別是驗證、數(shù)字設計、模擬、PCB、IP，其中前三項的地位更為重要，占主營業(yè)務收入的份額在75%左右。

　　Cadence為EDA業(yè)界第二廠商，工具集中在模擬電路，PCB電路，F(xiàn)PGA工具。Cadence也有一套完整的ASIC設計工具，但在與Synosys競爭中處下風。但在全定制設計中Virtuso仍然非常強大，Cadence之所以穩(wěn)居第二，決定于其強大的模擬電路設計工具。

　　Mentor公司為業(yè)界第三，雖然排行第三，但體量比前兩家要小不少。

　　Mentor在EDA廠商中始終占有一席之地的原因是其點工具做得非常好，比如Mentor的PCB設計工具，全面而且信號分析準確。比如ASIC流程中的Calibre在版圖LVS，DRC中占有率超出其他兩家，比如DFT工具DFTAdvisor在DFT工具中絕對占據(jù)優(yōu)勢地位。由于Synopys的銷售策略，在DC銷售時免費搭DFT compiler，對DFTAdvisor造成一定的市場沖擊。

　　Mentor平臺并非像前兩家一樣大而全，雖然點工具做的很精致，但在Synopsys、Cadence的競爭壓力下，發(fā)展空間日漸狹小。

　　Cadence 于1992年進入中國市場，是三巨頭中在華布局進行最好的；Synopsys僅次于Cadence，于1995年進入中國市場；Mentor中國總部設立于上海金茂大廈，分別在北京和深圳設有銷售辦公室。

　　EDA三巨頭幾乎在所有細分領域都有產品涉及，而EDA行業(yè)入門門檻高，成本彈性大，對性能依賴性強，其他的EDA公司若想突圍十分困難。

　　Synopsys和Cadence一直重視新技術的開發(fā)，每年投入大比例資金用于研發(fā)，研發(fā)費用是公司最大的營運開支。尤其是Cadence公司，近兩年研發(fā)支出占總營收的比例超過40%。

　　自1986年成立以來，Synopsys通過發(fā)起幾十余項并購交易，不斷尋找那些已經被市場證明成功的產品及其企業(yè)，通過滾動并購操作達到了擴大業(yè)務規(guī)模、進行技術整合的目的。

　　2002年，Synopsys以8.3億美元收購與Cadence結束專利訴訟的Avanti公司，使得Synopsys成為EDA歷史上第一家可以提供頂級前后端完整IC設計方案的領先EDA工具供應商，并在2008年超越Cadence成為全球最大的EDA工具廠商。

　　Mentor Graphics自成立開始，就關注各細分市場的的佼佼者，一步步收購了多家在某些細分領域技術上數(shù)一數(shù)二的中小型EDA公司，從而實現(xiàn)了企業(yè)穩(wěn)步發(fā)展成長的目的。

　　2016年11月14日西門子和Mentor Graphics(明導國際)聯(lián)合發(fā)表聲明，德國西門子將以每股37.25美元的價格收購美國EDA公司Mentor Graphics，總收購價格為45億美元，價溢價21%。在收購Mentor后，西門子將增強在電子系統(tǒng)的設計、測試和仿真領域的軟硬件實力。

　　美國在半導體產業(yè)發(fā)展中發(fā)揮著巨大的作用。目前，集成電路在摩爾定律的驅動下，面臨物理和經濟極限；拐點臨近，電子技術的進步將進入下一創(chuàng)新階段。在這種背景下，美國又一次走在了世界前列，推出了一項為期5年、總值15億美元的電子復興計劃（ERI），用以支持芯片技術的開發(fā)。美國國會也增加了對ERI的投入，每年額外注資1.5億美元。

　　DARPA推出ERI項目扶持芯片發(fā)展：2018年7月23-25日，DARPA為ERI計劃召開了首次年度峰會，在會上，DARPA公布了2017年9月首批啟動的6大項目合作研究團隊，旨在扶持和培養(yǎng)在材料與集成、電路設計和系統(tǒng)架構三方面的創(chuàng)新性研究。

　　隨著IC設計復雜度的提升，新工藝的發(fā)展，EDA行業(yè)有非常大的發(fā)展空間，目前產業(yè)兩大發(fā)展方向：云計算+EDA、人工智能+EDA。目前Cadence領先。

　　云技術的應用主要有三大優(yōu)點：

　　1、 快速部署可提高工程效率并加速項目完成；

　　2、 快速部署可提高工程效率并加速項目完成；

　　3、 快速部署可提高工程效率并加速項目完成；

　　人工智能+EDA ：芯片敏捷設計是未來發(fā)展的一個主要方向，深度學習等算法能夠提高EDA軟件的自主程度，提高IC設計效率，縮短芯片研發(fā)周期。

　　據(jù)Cadence的報告顯示，機器學習在EDA的應用可以分為四個方面：數(shù)據(jù)快速提取模型；布局中的熱點檢測；布局和線路；電路仿真模型。Cadence致力于研究將機器學習應用在Virtuoso平臺上，并參與了ERI中智能設計芯片項目。新思科技也在利用人工智能加速時序驗證。

　　國內EDA產業(yè)

　　國內EDA產業(yè)發(fā)展歷史 ：上世紀八十年代中后期，國內開始投入EDA產業(yè)研發(fā)。1993年國產首套EDA熊貓系統(tǒng)問世。之后的國內EDA發(fā)展曲折而緩慢。

　　多個EDA廠商萌芽，因各種因素影響，國產EDA產業(yè)沒有取得實質性成功。在2008年，國內從事EDA研究領域涌現(xiàn)了華大電子、華天中匯、芯愿景、愛克賽利、圣景微、技業(yè)思、廣立微和訊美等公司。

　　之后十年發(fā)展，華大九天、芯愿景、芯禾科技、廣立微、博達微等幾個企業(yè)從國產EDA陣型中展露生機。

　　國內EDA企業(yè)難以提供全流程產品，但在部分細分領域具有優(yōu)勢，個別點工具功能強大。

　　目前國內EDA企業(yè)面對的第一個短板就是產品不夠全，尤其在數(shù)字電路方面。SOC設計主流程的EDA工具數(shù)量中，來自Synopsys與Cadence公司的占有大部分，尤其是時序和功耗檢查以及定制設計兩步，完全由上述兩家壟斷，國產EDA在許多工具上仍有缺失。

　　傳統(tǒng)EDA公司在數(shù)據(jù)端，收集數(shù)據(jù)測試上通常沒有布局，而本土EDA企業(yè)的優(yōu)勢定位在于：在良率優(yōu)化端，廣立微電子的軟件和測試機；在數(shù)據(jù)端，博達微的快速參數(shù)測試方案；在仿真輸入端，中國公司具有很強的主導性；在仿真端，華大九天和概倫電子實力強勁；在后端，芯禾具有完整的解決方案和競爭力 。

　　雖然在局部形成了突破，但在像物理驗證、綜合實力方面離主流差距還是很大，國內EDA廠商還“沒有能力全面支撐產業(yè)發(fā)展”，總體上還是很難離開三大巨頭公司的平臺。

　　以華大九天為例，單獨評估集成電路產業(yè)所需的EDA工具，華大九天已有的產品線占集成電路所需工具的三分之一左右，另外還有三分之二目前是空白。

　　國內EDA研發(fā)崛起策略 ：1、 目標定位整套EDA工具，國內各廠多樣化合作，在研發(fā)上加大投入，積極擴展待開發(fā)領域，滿足下游設計和制造領域的多樣化需求；

　　2、 在現(xiàn)有從數(shù)據(jù)到模型再到仿真的一個完整閉環(huán),并在機器學習、算法、數(shù)據(jù)挖掘上國內技術和國外并無太大差距的基礎上，可以利用數(shù)據(jù)驅動設計繞開傳統(tǒng)大公司的限制，這是實現(xiàn)本土EDA崛起又一策略。

　　國內EDA產業(yè)短板之二：人才短缺、投入不足 。人數(shù)上， 我國約有1500人的EDA軟件開發(fā)工程師，但在本土EDA公司和研究單位工作的工程師只有300人左右，其他大部分都是在三大巨頭工作。而放大到全球，對比于Synopsys 7000多的研發(fā)人員（當中有5000多從事EDA的研發(fā)），這個差距更是明顯。研發(fā)投入上 ， 國產EDA與三巨頭相比也差距明顯。據(jù)半導體行業(yè)觀察資料顯示，本土EDA企業(yè)龍頭華大九天，過去十年間所投研發(fā)資金也只有幾個億，而Synopsys2018近一年的研發(fā)投入約為10.8億美元，Cadence 2018年的研發(fā)投入約為8.7億美元。

　　國內EDA產業(yè)短板之三：市場培育較難，市場拓展周期較長 。目前，EDA市場被三巨頭壟斷，國產EDA生存環(huán)境十分狹小，即使能夠研發(fā)出全套的EDA工具，在短期內也難以與三巨頭企業(yè)的產品抗衡。國產EDA缺乏市場，反作用于EDA的研發(fā)，造成惡性循環(huán)。目前國際環(huán)境存在不確定性，美國對中國高新技術產業(yè)的限制仍在繼續(xù)，這給我國的IC產業(yè)帶來了巨大挑戰(zhàn)，但同時也面臨著新的機遇。國產EDA公司化危為機，市場生態(tài)迎頭趕上，是實現(xiàn)國產化替代、產業(yè)自主可控的重要一步。

　　國內EDA產業(yè)短板之四：缺乏與先進工藝的結合 。EDA是設計和工藝對接的紐帶，而國內EDA廠商與先進工藝結合比較弱。

　　一方面，三大EDA公司有天然優(yōu)勢，在新工藝開發(fā)階段與全球領先的晶圓制造廠進行全方位合作，因此對工藝理解很到位。國內EDA廠商只能在工藝開發(fā)完以后拿到部分數(shù)據(jù)，無法接觸到先進工藝的核心部分，難以針對先進工藝設計、改良EDA軟件，造成與三巨頭的客觀差距。

　　另一方面，國內在PDK方面不足，對國產EDA發(fā)展不利。EDA工具與工藝結合的重要支撐是工藝設計套件（PDK），PDK開發(fā)非常復雜，需要較大投入，目前國內EDA廠商都比較缺乏PDK基礎，這與中國整個半導體生態(tài)不夠成熟直接相關，需要半導體行業(yè)整體的進步。

　　解決與國產EDA與先進工藝方面結合缺失的問題，既需要國內晶圓廠提高自身的制造技術，又需要EDA企業(yè)加強和國際先進晶圓廠的合作。打造本土EDA全方位競爭力，需要產業(yè)鏈各界的共同努力。

　　IC產業(yè)鏈概覽

　　半導體行業(yè)包括集成電路、敏感器件、光電子器件、分立元件等，其中集成電路占比超過80%，集成電路又分為IC設計、晶圓制造及加工、封測三個環(huán)節(jié)，EDA為集成電路的上游支撐行業(yè)。

　　半導體芯片企業(yè)按照運作模式的差別，可分為IDM企業(yè)、IC設計企業(yè)（Fabless）、晶圓制造代工企業(yè)（Foundry）、封裝測試企業(yè)（Package&Testing House）。

　　EDA產業(yè)基礎 ：EDA的發(fā)展需要合適的產業(yè)鏈環(huán)境，要想磨合工藝套件， EDA軟件、IC設計公司和代工廠就必須一起打磨，構成鐵三角關系成為關鍵。

　　2009年前后，IC設計公司和代工廠限制本土EDA發(fā)展 ：1、 中國本土的IC設計公司數(shù)量少且規(guī)模小，根本沒有很好的市場環(huán)境來孕育EDA業(yè)務；2、 IC設計公司對使用國產軟件存在疑慮，頭部數(shù)百家IC設計企業(yè)優(yōu)先考慮國外軟件，而更多的IC設計企業(yè)利潤微薄，幾乎不考慮購買EDA軟件的問題；3、 缺少代工廠的支持。

　　截至2019年，中國有全球頭部的IC設計公司，中國有全球最多的代工廠，2019年中國大陸光晶圓廠達到86座。同時還有全球最大的半導體消費市場，達到了60%。形成良好的制造和消費格局，給予國產EDA軟件足夠重視，三家聯(lián)手，有望破局。

　　1、IDM模式

　　早期的集成電路以IDM模式為主，也稱為垂直集成模式 。特點 ：集芯片設計、芯片制造、芯片封裝和測試等多個產業(yè)鏈環(huán)節(jié)于一身，目前全球半導體前20大廠商中大部分為IDM廠商，包括三星、TI、英特爾等公司。

　　優(yōu)點 ：垂直集成模式相比于垂直分工模式來說，設計、制造等環(huán)節(jié)能夠協(xié)同優(yōu)化，有助于充分發(fā)掘技術潛力，盡可能地擴大產能、降低成本，有條件率先實驗并推行新的半導體技術。

　　缺點 ：IDM對企業(yè)要求更大：公司規(guī)模龐大重資產，管理成本、運營費用較高，風險更大；公司需要不斷的提升工藝制程技術，研發(fā)投入高，中國本土IDM公司相對國外IDM巨頭處于起步階段。

　　2、Fabless模式

　　隨著集成電路制程節(jié)點的縮小，制造技術難度成倍增加，能跟隨工藝發(fā)展的制造廠商越來越少，F(xiàn)abless模式應運而生。Fabless模式下，IC設計企業(yè)只負責芯片的電路設計與銷售，將生產、測試、封裝等環(huán)節(jié)外包，主要企業(yè)包括聯(lián)發(fā)科、博通等。

　　優(yōu)點 ：Fabless模式大大降低了IC行業(yè)的進入門檻，初始投資規(guī)模小，創(chuàng)業(yè)難度相對較低，充分體現(xiàn)了專業(yè)化分工的優(yōu)勢，因此被大部分集成電路設計企業(yè)采用，目前國內IC設計公司大多數(shù)都采用了Fabless模式。由于Fabless公司有相對輕資產的發(fā)展屬性，中國本土Fabless公司相對本土IDM公司已經發(fā)展到具有一定技術和市場領先性。

　　缺點 ：Fabless與IDM相比無法實現(xiàn)工藝協(xié)同優(yōu)化，難以完成指標嚴苛的設計 ；與Foundry相比需要承擔各種市場風險，一旦失誤可能市場損失嚴重。

　　3、Foundry模式

　　Foundry模式專注代工生產，只負責制造、封裝或測試的其中一個環(huán)節(jié)，不負責芯片設計，可以同時為多家設計公司提供服務。晶圓制造及加工是芯片制造的核心工藝，此處的設備投資非常龐大，能占到全部設備投資的70%以上。封測就是封裝+測試，目的是把做好的集成電路放到保護殼中，防止損壞、腐蝕。

　　優(yōu)點 ：Foundry模式不承擔由于市場調研不準、產品設計缺陷等決策風險，能夠發(fā)揮規(guī)模優(yōu)勢。缺點 ：投資規(guī)模較大，維持生產線正常運作費用較高；需要持續(xù)投入維持工藝水平，一旦落后追趕難度較大?，F(xiàn)狀 ：雖然是重資產類型公司，但是由于芯片產業(yè)鏈不可獲取的實現(xiàn)環(huán)節(jié)，因此，國內近年在此領域也是通過各種形式加大投入建設力度，已經涌現(xiàn)出具有一定競爭力的本土廠商。

　　EDA是IC硏發(fā)的拳頭，更是信息產業(yè)重要的“工業(yè)軟件”，我國雖然EDA的研發(fā) 起步不晚，但如今國內EDA市場仍然被國外三大廠家所壟斷。半導體技術發(fā)展至今，工藝越來越復雜、分工越來越細化，EDA軟件早已不是一個單純的軟件，而是包含多種“點工具”的軟件工具鏈。

　　如今，三大巨頭廠商的EDA軟件幾乎覆蓋了半導體產業(yè)需要用到的所有工具，軟件也并沒有與主流技術脫節(jié)，想取而代之十分困難。

　　此外，EDA軟件制作門檻極高。因為EDA軟件有著極其龐雜的分類，不像我們常用的辦公軟件，輕易就能實現(xiàn)“復制”，就如同“WPS”與 “Office” 一樣。

　　而從當下來看，發(fā)展國內的EDA產業(yè)，不能直接和國外三大產商競爭全流程EDA工具進行競爭，只能另辟蹊徑。

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