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中国EDA前景的几点预判

发布时间:2022-11-03作者来源:萨科微浏览:1579


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。


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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。


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[敏感词],2020年市场份额分别达到65.0%和17.1%。



01

全球市场格局


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。


02

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,使得研发人员规模领先行业,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领先企业与全球领先的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。


03

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。



04

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,缺乏全面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[敏感词]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,国家出台了一系列针对EDA产业的扶持政策,以加速行业成长。2008年4月,国家科技重大专项“核心电子器件、高端通用芯片及基础软件产品”实施方案经国务院常务会议审议并原则通过,作为《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》所确定的国家16个科技重大专项之一,EDA 行业获得了鼓励和扶持。近年来,国家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[敏感词]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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