2022年EDA行业深度分析报告.pdf

2022年 EDA行 业 深 度 分 析 报 告录 1 ED A用 于 I C 自 动 化 辅 助 设 计,是 集 成 电 路 赋 能 基 石.31.1 EDA是 集 成 电 路 行 业 的 基 石.31.2 EDA应 用 于 集 成 电 路 各 个 环 节.51.3 摩 尔 定 律 推 动 ED A不 断 发 展.82 全 球 ED A行 业 呈 现 寡 头 垄 断 趋 势.112.1 全 球 ED A行 业 市 场 规 模 稳 步 成 长.112.2 EDA 三 巨 头：Synopsys、Cadence.Siemens ED A.122.3 国 际 巨 头 重 视 并 购 扩 张、研 发 投 入、人 才 引 进.173 国 产 ED A工 具 市 占 率 较 低，点 工 具 成 为 未 来 突 破 口.203.1 我 国 ED A工 具 发 展 曲 折 而 缓 慢.203.2 EDA是 卡 硬 件 脖 子 的 技 术.203.3 国 产 ED A工 具 加 速 突 围.224 投 资 建 议.254.1 行 业 投 资 建 议：自 主 可 控 势 在 必 行，国 产 EDA公 司 加 速 突 围.254.2 重 点 公 司：概 伦 电 子、华 大 九 天、广 立 微、芯 愿 景.265 风 险 提 示.43插 图 目 录.44表 格 目 录.451 EDA用 于 IC 自 动 化 辅 助 设 计，是 集 成 电 路 赋 能 基 石 1.1 EDA是 集 成 电 路 行 业 的 基 石 EDA处 于 集 成 电 路 产 业 上 游，为 IC设 计、制 造 等 提 供 自 动 化 辅 肋 设 计 服 努。EDA（电 子 设 计 自 动 化 Electronic design automation）是 指 利 用 计 算 机 辅 助 来 完 成 超 大 规 模 集 成 电 路 芯 片 的 功 能 设 计、综 合、验 证、物 理 设 计（包 括 布 局、布 线、版 图、设 计 规 则 检 查 等）等 流 程 的 软 件 工 具。EDA是 集 成 电 路 产 业 链 最 上 游、最 高 端 的 产 业，驱 动 着 芯 片 设 计、制 造 和 终 端 应 用 的 发 展。利 用 EDA工 具，设 计 师 可 以 从 概 念、算 法、协 议 等 开 始 设 计 电 子 系 统，完 成 电 子 产 品 从 电 路 设 计、性 能 分 析 到 设 计 出 IC版 图 或 PCB版 图 的 整 个 过 程，优 化 芯 片 制 造 工 艺，驱 动 芯 片 产 业 链 下 游 环 节 发 展。图 1:EDA位 于 集 成 电 路 产 业 链 上 游 支 撑 位 上 游 支 撑 中 游 制 造 下 游 应 用!各 类 技 术 服 务：电 路 分 析、布 图；分 析、IP授 权 设 计：规 格 定 制、硬 件 语 言 描 述、仿 制 模 拟 验 证、逻 辑 合 成、电 路 检 测 模 拟 验 证、电 路 布 局 与 环 绕 工 业 产 品：机 器 人、工 控 设 备、汽 车 电 子、生 物 医 疗、航 空 航 天 等 软 件 工 具：EDA生 产：利 用 一 系 列 标 准 的（薄 膜/厚 膜）加 工 工 艺 将 版 图 结 构 转 移 到 晶 圆 上，形 成 立 体 化 电 路 消 费 电 子 产 品：可 穿 戴 设 备、无 人 机、人 工 智 能、智 能 家 居、电 源 等/设 备：光 刻 机、刻 蚀 机、涂 胶 显:影 机、CVD、PVD、离 子 注 入 机、!测 试 机、探 针 台、键 合 机、划 片 帽 封 装：属 后 端 工 艺，对 ic进 行 封 装 保 护、管 脚 引 出，形 成 芯 片 产 品 计 算 机 相 关 产 品：CPU、GPU、存 储、显 示、网 络 设 备 等 l 材 料：硅 片、光 刻 胶、掩 膜 版、I 特 种 电 子 气 体、化 学 试 剂、抛 光!材 料 测 试：贯 穿 IC制 造 的 全 流 程，主 要 包 括 设 计 验 证、过 程 工 艺 控 制 检 验、晶 圆 测 试 及 成 品 测 试 等 通 信 周 边 产 品：卫 星、基 站、手 机、线 缆 等 资 料 来 源：华 大 九 天 招 股 说 明 书，民 生 证 券 研 究 院 EDA杠 杆 效 应 较 大，是 集 成 电 路 产 业 乃 至 全 球 数 字 经 济 的 基 石。从 市 场 规 模 来 看 根 据 SEMI的 数 据，2020年 全 球 EDA行 业 市 场 规 模 为 114.67亿 美 元，支 撑 着 年 产 值 几 百 亿 美 元 的 IC设 备 行 业、年 产 值 几 千 亿 美 元 的 IC制 造 行 业、年 产 值 几 万 亿 美 元 的 电 子 产 业、以 及 年 产 值 几 十 万 亿 美 元 的 数 字 经 济。EDA是 这 条 倒 金 字 塔 型 产 业 链 的 基 石，是 集 成 电 路、电 子 信 息、乃 至 全 球 数 字 经 济 的 赋 能 者。图 2:半 导 体 产 业 链 倒 金 字 塔 结 构 资 料 来 源：IC World,民 生 证 券 研 究 院 ED A可 以 降 低 芯 片 设 计 风 险、减 少 试 错 成 本。由 于 芯 片 产 品 一 经 制 造 就 无 法 更 改，其 设 计 的 复 杂 度 和 高 昂 的 制 造 和 研 发 费 用 决 定 了 需 要 通 过 EDA进 行 虚 拟 的 设 计、模 拟 和 仿 真，EDA工 具 在 此 过 程 中 可 用 于：1)降 低 设 计 风 险。芯 片 设 计 本 身 具 有 风 险,需 要 大 量 验 证 流 程 和 工 作，EDA能 够 将 复 杂 物 理 问 题 用 量 化 模 型 高 度 精 确 表 述，在 虚 拟 软 件 中 模 拟 电 路 过 程，再 现 芯 片 开 发 过 程 中 的 各 种 效 应，从 而 发 现 潜 在 设 计 缺 陷 和 风 险；2)减 少 试 错 成 本。EDA能 够 确 保 在 逻 辑 功 能 正 确 的 前 提 下 模 拟 和 分 析 得 出 特 定 半 导 体 工 艺 在 各 种 条 件 下 性 能、功 耗、成 本 等 的 最 优 解，解 决 多 目 标 约 束 问 题，减 少 试 错 成 本；3)验 证 模 型 一 致 性，确 保 多 个 设 计 环 节 中 芯 片 保 持 逻 辑 功 能 一 致。ED A工 具 技 术 的 进 步 和 应 用 一 直 以 来 是 推 动 芯 片 设 计 成 本 保 持 在 合 理 范 围 的 重 要 方 式，根 据 加 州 大 学 圣 迭 戈 分 校 Andrew Kahng教 授 在 2 0 1 3年 的 推 测，2011年 设 计 一 款 消 费 级 应 用 处 理 器 芯 片 的 成 本 约 4000万 美 元，如 果 不 考 虑 1993年 至 2009年 的 EDA技 术 进 步，相 关 设 计 成 本 可 能 高 达 7 7亿 美 元，EDA技 术 进 步 让 设 计 效 率 提 升 近 2 0 0倍。图 3:EDA技 术 进 步 与 芯 片 设 计 成 本 关 系(2023)超 级 计 算 机 级 服 务 器+100%硬 件，+75%软 件 工 作 效 率(2017)异 构(AMP)并 行 处 理 器+100%硬 件，+100%软 件 工 作 效 率(2013)可 重 复 使 用 的 平 台 模 块+200%硬 件，+100%软 件 工 作 效 率(炉 郎 火 山)旺 群 120.0.全 部 软 件 工 程 费 用+ESDA工 具 费 用 注：ESDA：电 子 系 统 开 发 工 具 EDA：集 成 电 路 设 计 工 具 资 料 来 源：赛 迪 研 究 院，民 生 证 券 研 究 院1.2 EDA应 用 于 集 成 电 路 各 个 环 节 ED A工 具 可 分 类 为：I C 设 计 软 件、电 子 电 路 设 计 与 仿 真 工 具、P C B设 计 软 件、P LD设 计 工 具 等。1)I C 设 计 软 件 涵 盖 了 设 计 输 入、逻 辑 综 合、布 局 布 线、物 理 验 证、模 拟 电 路 仿 真 器 等 子 工 具，Synopsys、Cadence、Mentor Graphics为 全 球 主 要 的 IC软 件 供 应 商；2)电 子 电 路 设 计 与 仿 真 工 具 主 要 是 帮 助 设 计 人 员 通 过 模 拟 电 路 设 计 进 行 分 析 和 改 进 优 化，现 有 主 流 工 具 包 括 SPICE、EW B等；3)P CB设 计 软 件 用 于 画 板 级 电 路 图、布 局 布 线 和 仿 真，主 流 软 件 包 括 ProteLCadence P SD等;4)P LD设 计 工 具 是 一 种 由 用 户 根 据 需 要 自 行 构 造 逻 辑 功 能 的 数 字 集 成 电 路，主 要 厂 商 有 ALTERA和 Xilinx.表 1:ED A工 具 分 类 资 料 来 源：Elecfans,民 生 证 券 研 究 院 分 类 功 能 主 要 软 件 主 要 厂 商 IC 设 计 软 件 设 计 输 入、逻 辑 综 合、布 局 布 线、Composer.Viewdraw.VHDL、Synopsys、Cadence、Mentor物 理 验 证、模 拟 电 路 仿 真 器 Verilog HDL Graphics电 子 电 路 设 计 与 仿 真 工 具 帮 助 设 计 人 员 通 过 模 拟 电 路 设 计 进 行 分 析 和 改 进 优 化 SPICE、EWB、Matlab InteracTIve ImageTechnologic LtdPCB设 计 软 件 画 板 级 电 路 图、布 局 布 线 和 仿 真 Protelx OrCAD、Cadence PSD、ViewlogicProtel Technology.CadencePLD设 计 工 具 由 用 户 根 据 需 要 自 行 构 造 逻 辑 功 能 MAX+PLUS n、VertexispLSI2000/5000/8000ALTERA、Xilinx、Lattice根 据 所 设 计 的 集 成 电 路 类 型 不 同，ED A主 要 分 为 数 字 电 路 设 计 的 EDA工 具 和 模 拟 电 路 设 计 的 ED A工 具。另 外，平 板 显 示 电 路 的 设 计 环 节 也 需 要 相 应 的 平 板 显 示 电 路 设 计 ED A工 具 支 撑。集 成 电 路 制 造 环 节 不 仅 需 要 工 艺 中 涉 及 工 艺 开 发、良 率 优 化 的 ED A工 具，也 需 要 模 拟 设 计 和 数 字 设 计 相 关 的 ED A工 具 辅 助，ED A架 起 了 设 计 和 制 造 沟 通 的 桥 梁。图 4:集 成 电 路 设 计 和 制 造 流 程、关 键 环 节 及 相 应 E D A支 撑 关 系 集 成 电 温 制 造-工 艺 平 台 开 发 阶 段 集 成 电 路 设 计 阶 段 集 成 电 路 制 造-晶 元 生 产 阶 段 资 料 来 源：概 伦 电 子 招 股 说 明 书，民 生 证 券 研 究 院(1)数 字 电 路 设 计 传 统 的 数 字 芯 片 设 计 方 法 是 自 底 向 上 的，即 首 先 确 定 构 成 系 统 的 最 底 层 的 电 路 模 块 或 元 件的 结 构 和 功 能，然 后 根 据 主 系 统 的 功 能 要 求，将 它 们 组 合 成 更 大 的 功 能 块，使 它 们 的 结 构 和 功 能 满 足 高 层 系 统 的 要 求。从 绘 制 硅 片 版 图 开 始，由 版 图 级、门 级、R TL级、行 为 级、功 能 级，直 至 系 统 级 的 设 计，自 底 向 上 的 设 计 方 法 导 致 任 何 一 级 出 现 错 误 都 必 须 从 头 开 始。E D A的 出 现 和 快 速 发 展 使 得 自 顶 向 下 的 设 计 方 法 成 为 可 能。自 顶 向 下 的 设 计 方 法 即 先 定 义 系 统 最 高 逻 辑 层 次 的 功 能 模 块，而 后 根 据 顶 层 模 块 的 需 求 来 定 义 子 模 块，然 后 逐 层 继 续 分 解，最 终 达 到 底 层 物 理 设 计.设 计 过 程 包 括 从 自 然 语 言 说 明 到 V H D L的 系 统 行 为 描 述，从 模 块 分 解、RTL模 型 建 立、门 级 电 路 生 成 到 物 理 布 线 实 现 底 层 电 路，抽 象 级 别 由 高 到 低。图 5:数 字 芯 片 设 计 全 流 程 资 料 来 源：EDA技 术 实 用 教 程，民 生 证 券 研 究 院 表 2:数 字 电 路 设 计 基 本 步 骤 基 本 步 骤 具 体 方 法 系 统 定 义 是 进 行 集 成 电 路 设 计 的 最 初 规 划，在 此 阶 段 设 计 人 员 需 要 考 虑 系 统 的 宏 观 功 能。设 计 人 员 可 能 会 使 用 一 些 高 抽 象 级 建 模 语 言 和 工 具 来 完 成 硬 件 的 描 述，例 如 C 语 言、C+、SystemC.SystemVerilog等 事 务 级 建 模 语 言,以 及 Simulink和 MATLAB等 工 具 对 信 号 进 行 建 模。系 统 定 义 阶 段,设 计 人 员 还 对 芯 片 预 期 的 工 艺、功 耗、时 脉 频 率、工 作 温 度 等 性 能 指 标 进 行 规 划。目 前 的 集 成 电 路 设 计 常 常 在 寄 存 器 传 输 级 上 进 行,利 用 硬 件 描 述 语 言 来 描 述 数 字 集 成 电 路 的 信 号 储 存 以 及 信 号 在 寄 存 器、存 储 器、组 合 逻 辑 设 备 和 总 线 等 逻 辑 单 元 之 间 传 输 的 情 况。在 设 计 寄 存 器 传 输 级 代 码 时，设,计 人 员 会 将 系 统 定 义 转 换 为 寄 存 器 传 输 级 的 描 述。设 计 人 员 在 这 一 抽 象 层 次 最 常 使 用 的 两 种 硬 件 描 述 语 言 寄 存 器 传 输 级 设 计 是 Verilog.V H D L,二 者 分 别 于 1995年 和 1987年 由 电 气 电 子 工 程 师 学 会（IEEE）标 准 化。正 由 于 有 着 硬 件 描 述 语 言，设 计 人 员 可 以 把 更 多 的 精 力 放 在 功 能 的 实 现 上，这 比 以 往 直 接 设 计 逻 辑 门 级 连 线 的 方 法 学 具 有 更 高 的 效 率。设 计 人 员 完 成 寄 存 器 传 输 级 设 计 之 后，会 利 用 测 试 平 台、断 言 等 方 式 来 进 行 功 能 验 证，检 验 项 目 设 计 是 否 与、人 之 前 的 功 能 定 义 相 符，如 果 有 误，则 需 要 检 测 之 前 设 计 文 件 中 存 在 的 漏 洞。现 代 超 大 规 模 集 成 电 路 的 整 个 设 设 计 验 证 计 过 程 中，验 证 所 需 的 时 间 和 精 力 越 来 越 多，甚 至 都 超 过 了 寄 存 器 传 输 级 设 计 本 身，人 们 专 门 针 对 验 证 开 发 了 新 的 工 具 和 语 言。工 程 师 设 计 的 硬 件 描 述 语 言 代 码 一 般 是 寄 存 器 传 输 级 的，在 进 行 物 理 设 计 之 前，需 要 使 用 逻 辑 综 合 工 具 将 寄 逻 辑 综 合 存 器 传 输 级 代 码 转 换 到 针 对 特 定 工 艺 的 逻 辑 门 级 网 表，并 完 成 逻 辑 化 简。和 人 工 进 行 逻 辑 优 化 需 要 借 助 卡 诺 图 等 类 似，电 子 设 计 自 动 化 工 具 来 完 成 逻 辑 综 合 也 需 要 特 定 的 算 法（如 奎 因-麦 克 拉 斯 基 算 法 等）来 化 简 设等 效 性 检 查 时 序 分 析 物 理 设 计 计 人 员 定 义 的 逻 辑 函 数。逻 辑 综 合 工 具 会 产 生 一 个 优 化 后 的 门 级 网 表，但 是 这 个 网 表 仍 然 是 基 于 硬 件 描 述 语 言 的，这 个 网 表 在 半 导 体 芯 片 中 的 走 线 将 在 物 理 设 计 中 来 完 成。为 了 上 啜 门 级 网 表 和 寄 存 器 传 输 级 的 等 效 性，可 以 通 过 生 成 诸 如 不 二 可 满 足 性、二 元 决 策 图 等 途 径 来 完 成 形 式 等 效 性 检 查(形 本 正 I现 代 集 成 电 路 的 时 钟 频 率 已 经 到 达 了 兆 赫 兹 级 别，而 大 量 模 块 内、模 块 之 间 的 时 序 关 系 极 其 复 杂，13:7-8因 此，除 了 需 要 验 证 电 路 的 逻 辑 功 能，还 需 要 进 行 时 序 分 析，即 对 信 号 在 传 输 路 径 上 的 延 迟 进 行 检 直，判 断 其 是 否 符 合 时 序 收 敛 要 求。逻 辑 综 合 完 成 之 后，通 过 引 入 器 件 制 造 公 司 提 供 的 工 艺 信 息，前 面 完 成 的 设 计 将 进 入 布 图 规 划、布 局、布 线 阶 段，工 程 人 员 需 要 根 据 延 迟、功 耗、面 积 等 方 面 的 约 束 信 息，合 理 设 置 物 理 设 计 工 具 的 参 数，不 断 调 试，以 获 取 最 佳 的 配 置，从 而 决 定 组 件 在 晶 圆 上 的 物 理 位 置。资 料 来 源：Wikipedia,民 生 证 券 研 究 院(2)模 拟 电 路 设 计 模 拟 芯 片 主 要 包 括 电 源 管 理 芯 片 和 信 号 链 芯 片，模 拟 芯 片 设 计 流 程 主 要 包 括 行 结 构 设 计、版 图 设 计、功 能 和 物 理 验 证，这 一 流 程 包 括 原 理 图 编 辑、电 路 仿 真、版 图 编 辑、物 理 验 证、寄 生 参 数 提 取、可 靠 性 分 析 等 环 节。在 模 拟 电 路 设 计 的 各 个 环 节 均 需 要 用 到 EDA工 具，包 括 原 理 图 编 辑 工 具、版 图 编 辑 工 具、电 路 仿 真 工 具、物 理 验 证 工 具、寄 生 参 数 提 取 工 具 和 可 靠 性 分 析 工 具 等。图 6:模 拟 芯 片 设 计 流 程 原 理 图 编 辑 电 路 仿 真 版 图 编 辑 物 理 验 证 寄 生 参 数 提 取 版 图 后 仿 真 及 分 析:原 理 图 包 含 抽 象 化 的 器 件 符 号 及 连 线，这 些 符 号 表 示 晶 体 管、电 阻、:电 容 等:用 电 路 仿 真 工 具 模 拟 电 路 的 功 能、性 能 等，根 据 仿 真 结 果 不 断 优 化 电；I路 设 计 I:包 括 版 图 的 布 局 和 布 线，通 过 版 图 设 计 工 具 将 每 个 器 件 放 置 合 适 位；:置，并 用 图 形 将 各 个 器 件 进 行 正 确 的 连 接 I!确 保 版 图 与 原 理 图 一 致 并 且 符 合 晶 圆 制 造 的 要 求 I:对 版 图 进 行 寄 生 参 数 提 取，产 生 包 含 寄 生 参 数 的 后 仿 真 电 路 I!对 版 图 进 行 寄 生 参 数 提 取，产 生 包 含 寄 生 参 数 的 后 仿 真 电 路 资 料 来 源：华 大 九 天 招 股 说 明 书，民 生 证 券 研 究 院(3)平 板 显 示 电 路 设 计 平 板 显 示 设 计 EDA面 向 面 板 厂 商，FPD设 计 流 程 包 括 电 路 原 理 图 设 计、布 图 设 计、电 路 仿 真、电 路 布 图 寄 生 参 数 提 取、电 路 设 计 验 证 等，类 似 于 模 拟 集 成 电 路 的 设 计 流 程，但 也 有 其 独 特 的 设 计 流 程 和 设 计 方 法。与 集 成 电 路 设 计 类 似，EDA也 是 平 板 显 示 电 路 设 计 的 基 石。图 7:平 板 显 示 电 路 设 计 流 程 资 料 来 源：与 非 网，民 生 证 券 研 究 院(4)晶 圆 制 造 E D A不 仅 应 用 于 芯 片 设 计 环 节，也 广 泛 应 用 于 晶 圆 制 造，是 连 接 集 成 电 路 设 计 和 制 造 两 个 环 节 的 桥 梁 和 纽 带。在 工 艺 平 台 开 发 阶 段，晶 圆 厂 完 成 半 导 体 器 件 和 制 造 工 艺 的 设 计 后，需 要 借 助 EDA工 具 建 立 器 件 模 型、生 成 PD K以 及 IP和 标 准 单 元 库，此 外 晶 圆 制 造 过 程 中 光 刻 计 算、良 率 提 升 也 需 要 借 助 EDA大 数 据 软 件 工 具。晶 圆 制 造 EDA工 具 包 括 器 件 模 型 提 取 工 具、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 工 具。表 3:晶 圆 制 造 主 要 EDA工 具 晶 圆 制 造 EDA工 具 具 体 描 述 器 件 模 型 提 取 工 具 器 件 模 型 是 工 艺 器 件 功 能 与 性 能 的 数 学 表 征，它 利 用 数 学 方 程、等 效 电 路 及 工 艺 数 据 拟 合 等 方 法 对 器 件 电 流 电 压 关 系 等 进 行 精 确 描 述，是 电 路 仿 真 的 重 要 基 础。存 储 器 编 译 器 开 发 工 具 存 储 器 编 译 器 是 晶 圆 制 造 厂 为 客 户 提 供 的 重 要 基 础 IP之 一，用 来 生 成 不 同 容 量 的 存 储 器 及 相 关 数 据 文 件。单 元 库 特 征 化 提 取 工 具 通 过 电 路 仿 真 的 方 式 提 取 标 准 单 元 的 时 序、功 耗 等 特 征 值，建 立 标 准 单 元 逻 辑 信 息 模 型 文 件 的 过 程 称 之 为 标 准 单 元 库 的 特 征 化 提 取。单 元 库/IP质 量 验 证 工 具 对 单 元 库 和 IP进 行 较 全 面 的 质 量 检 查 和 性 能 分 析,保 证 单 元 库 和 IP的 正 确 性、一 致 性 以 及 和 设 计 需 求 之 间 的 适 配 性，确 保 集 成 之 后 的 功 能 和 性 能 指 标 符 合 设 计 预 期。资 料 来 源：华 大 九 天 官 网，民 生 证 券 研 究 院 1.3摩 尔 定 律 推 动 ED A不 断 发 展 在 EDA出 现 以 前，由 于 当 时 的 集 成 电 路 复 杂 度 远 不 及 现 在，设 计 人 员 必 须 手 工 完 成 集 成 电 路 的 设 计、布 线 等 工 作。随 着 半 导 体 行 业 的 发 展，集 成 电 路 的 复 杂 程 度 呈 几 何 式 上 升。一 方 面，根 据 摩 尔 定 律，集 成 电 路 上 可 容 纳 的 晶 体 管 数 目 约 每 隔 18-24个 月 便 会 增 加 一 倍，设 计 人 员 必 须 使 用 ED A工 具 设 计 几 十 万 到 数 十 亿 晶 体 管 的 复 杂 集 成 电 路，以 减 少 设 计 偏 差、提 高 流 片 成 功 率 及 节 省流 片 费 用。另 一 方 面，集 成 电 路 工 艺 制 程 不 断 微 缩，晶 圆 制 造、封 测 EDA工 具 亦 在 不 断 向 新 材 料、新 工 艺 方 向 演 进。图 8:摩 尔 定 律 表 示 集 成 电 路 晶 体 管 数 量 增 长 趋 势 T ra n s is to r c o u n tso.ooo.ooaooo10,000,000,0005.000.000.0001.000.000,000soo.ooaooooo100aooo50,000,00010.000.0005.000,0001.000.000500,000100.000saoooIO O O O，*,$.000.i.oooF F F*0 产/卡 谷/S F F 6 S 0/产/百 武 武 产 资 料 来 源：Wikipedia,民 生 证 券 研 究 院 EDA技 术 经 历 了 智 能 化 程 度 不 断 提 高 的 三 个 发 展 阶 段:1)早 期 CA D阶 段。设 计 人 员 早 期 依 靠 手 工 完 成 电 路 图 的 输 入、布 局 和 布 线。2 0世 纪 7 0年 代 起，中 小 规 模 集 成 电 路 开 始 出 现，由 于 传 统 的 手 工 制 图 方 式 效 率 低、花 费 大、周 期 长，设 计 人 员 开 始 借 助 于 计 算 机 完 成 电 路 图、P C B的 设 计，将 设 计 过 程 中 高 重 复 性 的 繁 杂 劳 动，如 布 图 布 线 工 作 用 CAD(Computer Assist Design)工 具 代 替，主 要 功 能 是 交 互 图 形 编 辑，设 计 规 则 检 杳,解 决 晶 体 管 级 版 图 设 计、PCB布 局 布 线、门 级 电 路 模 拟 测 试 等。2)EDA发 展 阶 段。20世 纪 80年 代 是 EDA技 术 的 发 展 和 完 善 阶 段，即 进 入 到 CAR ComputerAssist Engineering Design)阶 段。由 于 集 成 电 路 规 模 的 逐 步 扩 大 和 电 子 系 统 的 日 趋 复 杂，人 们 进 一 步 开 发 设 计 软 件，将 各 个 CAD工 具 集 成 为 系 统，从 而 加 强 了 电 路 功 能 设 计 和 结 构 设 计，该 时 期 的 EDA技 术 已 经 延 伸 到 半 导 体 芯 片 的 设 汁，生 产 出 可 编 程 的 半 导 体 芯 片。3)EDA成 熟 阶 段。2 0世 纪 90年 代 以 后 半 导 体 技 术 持 续 飞 速 发 展，单 个 芯 片 上 可 集 成 的 晶 体 管 数 量 达 到 上 亿 个，这 给 EDA技 术 提 出 了 更 高 的 要 求，出 现 了 以 高 级 语 言 描 述、系 统 级 仿 真 和 综 合 技 术 为 特 征 的 EDA技 术。同 时 也 促 进 了 EDA技 术 的 大 发 展，各 公 司 相 继 开 发 出 大 规 模 的 EDA软 件 系 统。图 10：EDA发 展 历 程 赢 吊 示 电 赢 次 蠡 电 诞 百 输 入、布 局 和 布 线 已 经 无 法 满 足 设 计 精 度 和 效 率 的 需 求。设；计 师 开 始 郃 踩 用 CAD(Computer Assist D e sign)工 具 各 整 个 设 计 工 程 自 动 化，不 再 仅 仅 满 足 于 完 成 光 刻 掩 模 版 的 出 图。确 着 翡 髓 羸 丽 逅 嬴 礴 璃 罐 劄 丽 而 Verilog出 现 并 被 应 用，EDA技 术 得 到 发 展 和 完 善，进 入!CAE(Computer Assist Engineering D e sign)阶 段。并 且 这 一 阶 段 的 EDA技 术 延 伸 到 半 导 体 芯 片 的 设 计，生 产 出 可 编 程 半 导 体 芯 片，为 EDA的 商 业 化 打 下 良 好 撤 出。!随 着 硬 件 语 言 的 柿 隹 俯 口 颗 电 路 蝴 方 法 的 不 断 发 展，EDA设 讨 工 具 被 普 及 和 发 展。设 计 师 开 始 从 电 路 设 计 转 向 系 统 设 计，EDA工 具 真 正 实 现 了 设 计 的 自 动 化。这 一 阶 段 EDA；技 术 特 征 是 高 级 语 言 描 述、系 统 级 仿 真 和 综 合 技 术.资 料 来 源：半 导 体 行 业 观 察，民 生 证 券 研 究 院2 全 球 EDA行 业 呈 现 寡 头 垄 断 趋 势 2.1全 球 EDA行 业 市 场 规 模 稳 步 成 长 全 球 EDA市 场 规 模 稳 步 增 长。近 年 来，随 着 半 导 体 集 成 电 路 技 术 的 迅 速 发 展，全 球 芯 片 设 计、制 造 中 对 ED A工 具 需 求 加 大，ED A市 场 规 模 逐 年 递 增。根 据 SEM I的 数 据，2020年 全 球 EDA市 场 规 模 为 114.67亿 美 元。同 比 增 速 为 11.62%,2012-2020年 复 合 增 速 为 7.28%。虽 然 相 对 于 千 亿 美 元 以 上 规 模 的 集 成 电 路 产 业，EDA市 场 规 模 相 对 较 小，但 EDA是 整 个 集 成 电 路 产 业 的 根 基。图 11：全 球 EDA行 业 市 场 规 模 全 球 EDA行 业 市 场 规 模（亿 美 元，左 轴）yoy（右 轴）140 15%120jlirfflWl；2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020资 料 来 源：概 伦 电 子 招 股 说 明 书，民 生 证 券 研 究 院 C R 3占 据 全 球 EDA市 场 77.7%份 额，行 业 垄 断 特 征 明 显。经 过 3 0余 年 的 发 展 整 合，全 球 EDA行 业 呈 现 较 为 明 显 的 寡 头 垄 断 特 征，根 据 赛 迪 智 库 数 据，2020年 行 业 前 三 大 巨 头 新 思 科 技（Synopsys 铿 腾 电 子（Cadence）与 西 门 子 EDA（原 Mentor Graphics）占 据 全 球 约 77.7%的 市 场 份 额。我 国 自 主 ED A软 件 虽 然 发 展 较 早，但 由 于 受 到 西 方 禁 运、特 定 时 期 没 有 受 到 足 够 的 支 持 等 因 素，发 展 历 程 曲 折 而 缓 慢，国 产 EDA厂 商 市 场 占 比 仍 然 较 小。图 12:全 球 EDA市 场 竞 争 格 局 资 料 来 源：ESD Alliance,民 生 证 券 研 究 院技 术 壁 垒、研 发 周 期 和 资 金 壁 垒 是 形 成 高 垄 断 的 主 因。1）技 术 壁 垒：根 据 摩 尔 定 律，半 导 体 行 业 更 新 迭 代 迅 速，ED A工 具 也 需 要 不 断 更 新 升 级 以 跟 上 产 业 发 展。且 ED A软 件 和 工 艺 绑 定，工 艺 每 更 新 一 次 ED A就 要 同 步 更 新，因 此 要 求 进 入 者 需 拥 有 先 进 的 技 术 设 备、大 批 具 有 专 业 知 识 的 研 发 人 员、并 积 累 丰 富 的 研 发 经 验。新 进 入 者 面 临 高 昂 的 进 入 成 本 和 技 术 壁 垒。2）客 户 认 证 要 求 高、周 期 长：芯 片 设 计 和 制 造 企 业 倾 向 于 平 台 化 的 ED A采 购，行 业 巨 头 Synopsys和 Cadence通 过 多 年 的 战 略 并 购 从 技 术 层 面 覆 盖 了 全 平 台，囊 括 前 端 设 计、前 端 仿 真 四 佥 证、后 端 设 计、后 端 仿 真/验 证、流 片 等，实 现 全 流 程 覆 盖。因 此 目 前 绝 大 多 数 芯 片 公 司 采 购 的 都 是 基 于 Synopsys和 Cadence的 P D K工 具 包。3）奥 金 壁 垒：ED A软 件 的 持 续 开 发 迭 代 需 要 大 量 的 资 金 投 入，吸 引 大 量 的 人 才。此 外，业 内 企 业 在 发 展 壮 大 的 过 程 中 彳 主 往 采 取 兼 并 收 购 的 方 式，具 有 很 高 的 资 金 壁 垒。图 13:全 球 ED A市 场 特 征 EDA行 业 资 料 来 源：华 大 九 天 招 股 说 明 书，民 生 证 券 研 究 院 2.2 EDA 三 巨 头:Synopsys、Cadence、Siemens EDASynopsys（新 思 科 技）:成 立 于 1986年 1 2月，总 部 位 于 美 国 加 利 福 尼 州 山 景 城。该 公 司 是 全 球 领 先 的 ED A解 决 方 案 提 供 商 及 芯 片 接 口 IP供 应 商，也 是 信 息 安 全 和 软 件 质 量 的 领 导 企 业，为 全 球 电 子 市 场 提 供 技 术 先 进 的 I C 设 计 与 验 证 平 台，致 力 于 复 杂 的 片 上 系 统（S o C）的 开 发。Synopsys完 整、集 成 化 的 产 品 组 合 覆 盖 了 系 统 级 设 计、IP、设 计 实 现、验 证、制 造、光 学 设 计、软 件 开 发 测 试 和 现 场 可 编 程 门 阵 列（FPG+B3A）等 解 决 方 案，可 帮 助 设 计 人 员 解 决 所 面 临 的 各 种 关 键 挑 战，如 功 耗 和 良 率 管 理、系 统 到 芯 片 验 证 和 实 现 时 间 等。这 些 技 术 领 先 的 解 决 方 案 可 帮 助 Synopsys的 客 户 建 立 竞 争 优 势，既 可 以 使 最 好 的 产 品 快 速 地 上 市，同 时 降 低 开 发 成 本 和 缩 短 开 发 时 间.Cadence（铿 腾 电 子）：总 部 位 于 美 国 加 州 圣 何 塞。Cadence是 发 展 电 子 设 计 自 动 化、软 件、硬 件 和 硅 智 产 的 公 司。客 户 可 使 用 其 产 品 和 服 务 用 于 设 计 和 开 发 复 杂 的 集 成 电 路 和 电 子 系 统。公 司依 托 其 产 品 和 技 术 为 平 台 设 定 了 四 个 项 目：功 能 验 证、数 字 集 成 电 路 的 设 计 和 实 现、定 制 集 成 电 路 的 设 计 和 验 证、系 统 互 联 设 计。公 司 的 解 决 方 案 旨 在 帮 助 客 户 缩 短 将 IC或 电 子 设 备 打 入 市 场 的 时 间，并 减 少 他 们 的 设 计、开 发 和 制 造 成 本。公 司 供 应 的 产 品 包 括 EDA软 件，仿 真 硬 件 以 及 验 证 IP和 设 计 IP 两 大 类 知 识 产 权。Mentor Gr叩 hies（现 Siemens EDA）:成 立 于 1981年 4 月，总 部 位 于 美 国 俄 州 威 尔 森 维 尔。公 司 是 全 球 EDA的 领 导 厂 商 之 一，也 是 电 路 板 解 决 方 案 的 市 场 领 导 者，主 要 提 供 电 子 设 计 自 动 化 先 进 系 统 电 脑 软 件 与 模 拟 硬 件 系 统，用 于 自 动 设 计、分 析 及 测 试 电 子 系 统 与 零 组 件 的 电 子 硬 体 与 嵌 入 式 系 统 软 体。该 公 司 向 全 球 销 售 其 产 品，主 要 面 向 军 工 及 航 空、通 讯、电 脑、消 费 电 子、半 导 体、网 络、多 媒 体 及 运 输 行 业 的 公 司。2016年 Mentor Graphics被 西 门 子 收 购。表 4:全 球 三 大 EDA公 司 情 况 资 料 娴：Wind,Wikipedia,蟠 截 至 2021瞭 报,Mentor Graphics数 据 截 至 2017年,民 生 证 券 研 究 院 公 司 Synopsys Cadence Mentor Graphics成