中國EDA分析之上海概倫電子
(一) 主要業務、主要產品或服務情況
本文引用地址:http://www.j9360.com/article/202204/433172.htm1. 主營業務情況
公司的主營業務為向客戶提供被全球領先集成電路設計和制造企業長期廣泛驗證和使用的EDA產品及解決方案,主要產品及服務包括制造類EDA工具、設計類EDA工具、半導體器件特性測試儀器和半導體工程服務等。
2. 主要產品或服務情況
(1)公司主要產品及服務布局
圍繞DTCO方法學,公司在器件建模和電路仿真驗證兩大集成電路制造和設計的關鍵環節進行重點突破,自主研發了相關EDA核心技術,可有效支撐7nm/5nm/3nm等先進工藝節點下的大規模復雜集成電路的設計和制造,幫助晶圓廠在工藝開發階段評估優化工藝平臺的可靠性和良率等特性,建立精確的器件模型、PDK和標準單元庫,并通過快速精準的電路仿真幫助集成電路設計企業有效預測芯片的性能和良率,優化電路設計。在此基礎上,根據行業特點和應用需求,打造以DTCO為核心驅動力(4.920, -0.04, -0.81%)的針對工藝開發和制造的制造類EDA全流程、以及針對存儲器和模擬/混合信號等電路設計的設計類EDA全流程。
公司的制造類EDA工具主要用于晶圓廠工藝平臺的器件模型建模、PDK生成以及標準單元庫建立,為集成電路設計階段提供工藝平臺的關鍵信息,作為該階段電路設計、仿真及驗證和物理實現的基礎;公司的設計類EDA工具主要用于設計階段的電路設計、仿真與驗證和物理實現,為集成電路設計流程提供從前端設計到后端實現及驗證的核心EDA工具;公司的半導體器件特性測試儀器是測量半導體器件各類特性的工具,為制造類EDA工具提供高效精準的數據支撐;公司的半導體工程服務為客戶提供專業的建模、測試、PDK、標準單元庫及IP設計等服務,幫助客戶更加快速、有效地使用公司產品,增加客戶粘性,是公司與國際領先集成電路企業互動的重要窗口。上述產品及服務共同為客戶提供覆蓋數據測試、建模建庫、PDK及標準單元庫和IP、電路設計及版圖實現、電路仿真及驗證、可靠性和良率分析、電路優化等流程的EDA解決方案。
(2)公司主要產品及服務具體介紹
① 制造類EDA工具
公司制造類EDA工具主要為器件建模及驗證EDA工具、PDK生成及驗證EDA工具、標準單元庫設計及驗證EDA工具等,用于快速準確地建立半導體器件模型、PDK和標準單元庫,是集成電路制造領域的核心關鍵工具。
公司器件建模及驗證EDA工具能夠用于建立晶體管、電阻、電容、電感等半導體器件的基帶和射頻模型,能夠支持BSIM、HiSIM、PSP等業界絕大多數標準模型和宏模型、Verilog-A等定制化模型。該類EDA工具主要功能包括器件模型的自動建模和優化、模型質量檢測和驗證、不同工藝平臺模型的評估比較等,能夠滿足目前各種先進和成熟工藝節點的半導體器件建模需求。
公司的PDK生成及驗證EDA工具能夠用于快速生成PDK中的核心單元PCell,并驗證PDK的質量和完整性,被用于當前主流工藝平臺PCell的開發和驗證,大幅提高了PCell開發速度以及質量,并降低了技術門檻。
公司的標準單元庫特征提取工具,能夠自動、準確、完備的提取多種單元電路的信號路徑以及功能函數,包括組合邏輯電路、時序邏輯電路,低功耗電路;并且利用內嵌的高精度仿真器提取單元電路的多種特征模型,包括時序、功耗、噪聲、統計等模型;同時利用先進的并行計算架構,實現高吞吐、強容錯的大規模并行計算,提升客戶建庫的效率。
標準單元庫質量驗證工具通過檢測與驗證包括Schematic, Liberty, Layout, Verilog在內的多種電路視圖數據,驗證標準單元庫的精度和質量,可以滿足當前主流工藝平臺標準單元庫開發和驗證的要求。
作為集成電路制造領域的核心關鍵工具,公司的器件建模及驗證EDA工具多年支持臺積電、三星電子、聯電、格芯、中芯國際(43.660, 0.41, 0.95%)等全球領先晶圓代工廠持續進行先進工藝節點的開發,推動摩爾定律不斷向7nm/5nm/3nm演進,在其相關工藝平臺開發過程中占據重要地位。該等工具生成的器件模型庫作為設計與制造的關鍵接口通過上述國際領先的晶圓廠提供給其全球范圍內的設計客戶使用,其全面性、精度和質量已得到業界的長期驗證和廣泛認可。
公司制造類EDA工具各細分產品的特點及應用場景如下:
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注:PDK(Process Design Kit)即工藝設計套件,是晶圓廠與集成電路設計企業的溝通橋梁,包含了器件模型描述文件、設計規則文件、版圖設計和工藝驗證文件、電學規則文件等能夠描述制造工藝能力的信息。集成電路設計企業通過加載晶圓廠提供的特定工藝平臺的PDK,獲取電路設計所需的必要信息和數據,開展設計工作。器件模型和參數化單元(PCell)等基礎單元信息共同組成PDK的核心部分。
② 設計類EDA工具
公司設計類EDA工具主要為電路仿真及驗證EDA工具及即將推向市場的電路設計平臺包括電路設計輸入、版圖設計和物理驗證EDA工具等,用于大規模集成電路的電路設計輸入和版圖設計、電路仿真和驗證,優化電路的性能和良率,是集成電路設計領域的核心關鍵工具。
公司的電路仿真及驗證EDA工具能夠適用于模擬電路、數字電路、存儲器電路及混合信號電路等集成電路,實現晶體管級電路仿真和驗證、芯片良率和可靠性分析、電路優化等功能。公司產品分為高精度中小規模SPICE仿真器、較高精度大規模GigaSPICE仿真器、中高精度超大規模FastSPICE仿真器等類型,能夠滿足用戶在不同精度、速度、容量上的電路仿真、驗證、優化等需求。
作為集成電路設計領域的核心關鍵工具,公司的電路仿真及驗證EDA工具能夠多年支持三星電子、SK海力士、美光科技、長鑫存儲等國內外領先存儲器廠商持續進行先進存儲器芯片的開發,推動DRAM不斷向1x nm(16-19nm)、1y nm(14-16nm),1z nm(12-14nm)等先進工藝節點演進、推動NAND Flash不斷向64L、92L、136L乃至更先進的176L等先進堆棧工藝帶來的更高密度和更高速度的演進。除在存儲器領域獲得國際市場競爭力外,該等工具還被Lattice 、Microchip、ROHM等國內外領先的半導體廠商在量產中采用,對數字、模擬、存儲器等各類集成電路進行晶體管級的高精度電路仿真。
公司設計類EDA工具各細分產品的特點及應用場景如下:
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③ 半導體器件特性測試儀器
半導體器件特性測試是對集成電路器件在不同工作狀態和工作環境下的電流、電壓、電容、電阻、低頻噪聲(1/f噪聲、RTN噪聲)、可靠性等特性進行測量、數據采集和分析,以評估其是否達到設計指標。
公司的半導體器件特性測試儀器能夠支持多種類型的半導體器件,具備精度高、測量速度快和可組建多機并行測試系統等特點,能夠滿足晶圓廠和集成電路設計企業對測試數據多維度和高精度的要求。公司的半導體器件特性測試儀器已獲得全球領先集成電路制造與設計廠商、知名大學及專業研究機構等廣泛采用。
公司半導體器件特性測試儀器各細分產品的特點及應用場景如下:
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④ 半導體工程服務
公司半導體工程服務主要是利用自有的EDA工具和測試設備,基于自身服務于全球領先集成電路設計和制造公司多年積累的經驗和能力,為客戶提供完整的Design Enablement服務,服務內容主要包括測試結構設計、半導體器件測試、器件模型建模和驗證、PDK生成和驗證、標準單元庫生成和再定制、IP設計和設計服務等。基于自有EDA工具的技術優勢、專業工程服務團隊和測試環境,公司半導體工程服務能夠覆蓋各類工藝平臺和設計應用需求,并通過SDEP自動化建模平臺減少建模所需時間、通過先進的標準單元庫生成技術和巨量的計算資源減少標準單元庫建立時間,大大縮短工程服務交付周期。該等服務與公司其他各類產品相互配合,可組成更為完善、附加值更高的解決方案,亦可促進客戶對公司其他產品更為高效的使用,從而進一步增加客戶粘性,是公司與國際領先集成電路企業互動的重要窗口。
此外,公司還可為初建的晶圓廠提供知識體系培訓、建模和PDK流程搭建、測試環境設置等服務,協助客戶完成全套初版器件模型和PDK開發,幫助客戶快速通過初期建設階段。客戶順利完成初期階段的建設后,通常有較大意愿采購公司產品,從而為公司產品帶來新的訂單機會。公司半導體工程服務所提供的模型在質量、精度、可靠性、交付周期等方面具備較強的市場認可度,客戶覆蓋了多家國內外知名的集成電路企業。
(二) 主要經營模式
公司的主要經營模式具體如下:
1. 盈利模式
公司主要盈利模式包括:
(1)向客戶授權EDA工具而獲得軟件授權相關收入。EDA工具授權業務分為固定期限授權和永久期限授權,公司的EDA工具授權業務以固定期限授權業務為主,且多為三年期期限授權。
公司對于固定期限授權的EDA 工具,公司在授權期內持續對售出軟件進行版本升級,并向客戶提供技術咨詢。對于固定期限授權業務,公司在授權期內按照直線法確認收入。
對于永久授權的EDA 工具,公司向客戶提供售出版本軟件的永久使用權,并提供一定期間內的版本升級、技術咨詢等后續服務,客戶可在服務期滿后單獨購買后續服務。對于軟件永久使用權銷售以時點法確認收入,對于期間內的版本升級和技術咨詢等服務在約定的服務期限內按照直線法確認收入。
(2)向客戶銷售半導體器件特性測試儀器而獲得產品銷售收入。
(3)向客戶提供半導體工程服務而獲得服務收入。
2. 采購模式
公司采購的主要內容為網絡基礎設施(如網絡帶寬、服務器等)和各類硬件模塊及相關配件等。具體采購流程包括新建采購申請、技術評估、對比詢價、金額審批、協議簽署、需求部門驗收等。公司采購內容市場供應充足,供應商在具備可選性的同時保持相對穩定,能夠滿足公司的特定要求,采購渠道通暢。
3. 研發模式
公司研發團隊根據市場和客戶需求確定產品和技術研發方向,設定目標并開展研發工作,具體流程如下圖:
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4. 服務模式
(1)技術支持服務
公司設有專門的技術服務團隊,在服務期內為客戶提供技術支持服務,有效滿足客戶使用需求,具體模式如下:
對于固定期限授權的EDA工具,公司在授權期內持續對售出軟件進行版本升級,并向客戶提供技術咨詢;對于永久授權的EDA工具,公司向客戶提供售出版本軟件的永久使用權,并提供一定期間內的版本升級、技術咨詢等后續服務,客戶可在服務期滿后單獨購買后續服務。
對于半導體器件特性測試儀器,公司提供一定期限內的軟件版本升級、技術咨詢等后續服務。客戶可在服務期滿后單獨購買后續服務。
(2)半導體工程服務
公司半導體工程服務主要是利用自有的EDA工具和測試設備,基于自身在建模建庫領域多年積累的經驗和能力,為客戶提供器件建模和半導體器件特性測試服務。
5. 營銷模式
公司目前采取以直銷為主、經銷為輔的銷售模式,不斷加強自身銷售網絡建設,積極通過展會、網絡、行業媒體等渠道對公司及產品進行推廣。對于北美、韓國、中國大陸等業務量較大的地區,公司主要采取直銷模式,對于日本等地區主要采取經銷模式。在面向大學及專業研究機構客戶時,部分半導體器件特性測試儀器的銷售也會采取經銷模式。
公司采取直銷模式的地區多為客戶資源多、市場需求大、業務基礎較好的區域。該等區域內通常國際領先集成電路企業較為集中,為更好地服務客戶,及時響應客戶需求,公司通常配置本地化的銷售和技術支持團隊。基于投入產出比的考慮,公司在日本等地區,通過經銷商的市場和銷售渠道進行推廣和銷售。
6. 生產模式
公司硬件產品低頻噪聲測試儀器系列產品以及半導體參數測試儀器(FS-Pro)生產過程系通過對采購的標準化模塊以及機箱組件進行簡單裝配并嵌入自主研發的軟件產品并進行一系列功能檢測、軟硬件適配集成和調試校準。對于部分供貨周期較長的供應商,公司通常根據銷售預計情況提前安排采購,其余原材料在獲取客戶訂單后開始安排采購,原材料齊備后通過簡單裝配并嵌入軟件產品,并將其適配集成,調試至可使用狀態。
7. 采用目前經營模式的原因、影響經營模式的關鍵因素和影響因素在報告期內的變化情況及未來變化趨勢
公司的主要收入來源于EDA工具授權,該等授權模式是國際EDA行業通行的經營模式。報告期內,公司經營模式及關鍵影響因素均未發生重大變化,在可預見的未來預計也不會發生重大變化。公司將圍繞既定的戰略布局,持續進行技術創新和積累,密切關注行業發展和變化,與客戶和合作伙伴共同探討行業新的技術趨勢,不斷對前沿技術進行探索和實踐,并根據實際需要適當調整和優化現有經營模式。
(三) 所處行業情況
1. 行業的發展階段、基本特點、主要技術門檻
(1)行業發展階段及技術發展思路
公司屬于EDA行業,EDA行業屬于集成電路設計行業,為新一代信息技術領域。根據中國證監會《上市公司行業分類指引》(2012年修訂),公司屬于“信息傳輸、軟件和信息技術服務業”中的“軟件和信息技術服務業”,行業代碼“I65”;根據《國民經濟行業分類》(GB/T 4754-2017),公司隸屬于“軟件和信息技術服務業”下的“集成電路設計”(行業代碼:I6520)。
隨著集成電路行業的技術迭代,先進工藝的復雜程度不斷提高,下游集成電路企業設計和制造高端芯片的成本和風險急劇上升。在此背景下,EDA工具作為集成電路設計與制造環節必不可少的支撐工具,用戶對其重視程度與日俱增,依賴性也隨之增強。同時,集成電路行業的技術迭代較快,眾多新興應用場景的不斷出現和系統復雜性的提升也對EDA工具產生新的需求。EDA行業作為集成電路行業的重要支撐,處在集成電路行業的最前端。經過幾十年的技術積累和發展,EDA工具已基本覆蓋了集成電路設計與制造的全流程,具備的功能十分全面,涉及的技術領域極廣。受益于先進工藝的技術迭代和眾多下游領域需求的強勁驅動力,全球EDA市場規模呈現穩定上升趨勢。EDA行業占整個集成電路行業市場規模的比例雖然相對較小,但其作為撬動整個集成電路行業的杠桿,以一百億美元左右的全球市場規模,支撐和影響著數千億美元的集成電路行業。
面對當今摩爾定律的困境和集成電路行業的發展特點,全球主流EDA技術發展有兩種思路:一是持續和領先集成電路企業合作,堅定的推動工藝節點向前演進和支持不同工藝平臺的創新應用;二是不斷挖掘現有工藝節點的潛能,持續進行流程創新,縮短產品上市時間,提升產品競爭力。
① 與全球領先集成電路企業合作,推動工藝節點的持續演進
集成電路制造行業經歷了數十年的快速發展,先進光刻與刻蝕技術等集成電路制造所需的專用技術不斷突破,半導體器件也朝著7nm、5nm、3nm等先進工藝節點不斷演進,晶體管尺寸在不斷逼近物理極限。根據摩爾定律,約每18個月工藝就進行一次迭代。目前業界普遍認為集成電路行業已經進入到后摩爾時代。后摩爾時代先進工藝技術繼續突破的難度激增、設計和制造復雜度和風險的大幅提升均對EDA公司提出了新的挑戰和要求,每一代先進工藝節點的突破,均需由工藝水平最先進的晶圓廠、頂尖EDA團隊和設計經驗豐富的集成電路設計企業三方協力共同推進,才有可能盡早實現。根據Yole報告,最終能夠成功突破20nm、14nm、7nm等工藝節點并且持續向5nm、3nm等更先進工藝研發的晶圓廠數量越來越少,能夠與臺積電、三星電子、英特爾、中芯國際等全球領先企業合作,堅持開發先進工藝節點的EDA團隊和集成電路設計企業數量也寥寥無幾。
根據IEEE發布的國際器件與設備路線圖(IRDS),摩爾定律發展到5nm及以下工藝節點的時候,繼續按照傳統工藝縮小晶體管的尺寸會變得極為困難。未來先進工藝節點的演進將遵循三個方向進行,分別為延續摩爾定律(More Moore)、超越摩爾定律(More than Moore)和新型器件(Beyond CMOS)。為配合上述技術發展趨勢,EDA行業需要同步發展和突破能支撐更先進工藝節點、更復雜的設計和制造及更多樣化的設計應用的EDA工具和流程,EDA工具自身也需要不斷的提高速度、精度、可靠性等技術指標,并利用新型計算、人工智能、云計算等先進技術等進行賦能,綜合提高自動化程度和工作效率。以DARPA和谷歌為代表的機構和企業則在探索通過超高效計算、深度學習、云端開源等技術,推動敏捷設計與EDA全自動設計和自主迭代功能。
② 不斷挖掘工藝潛能,持續進行流程創新
先進工藝節點的開發需要較長時間且難度較高,晶圓廠為加快工藝節點的開發速度,需要與集成電路設計企業更緊密地協同,實現更快速的工藝開發和芯片設計過程迭代;集成電路設計企業需要更早地介入到工藝平臺開發階段中,協助晶圓廠對器件設計和工藝平臺開發進行有針對性的調整和優化。類似DTCO的理念已在國際領先的IDM廠商內部進行了多年的實踐,能夠幫助其在相同工藝節點下達到更高的芯片性能和良率,從而極大地增強盈利能力,成為提高市場競爭力的核心因素。
(2)行業基本特點及主要技術門檻
經歷了30多年工藝節點的不斷演進,芯片功能和性能要求越來越高,集成電路的規模和復雜性日益增加,制造成本攀升,因工藝水平或芯片設計失誤而導致的制造失敗可能性也大幅提升。極高的時間成本和資金投入使得當今集成電路行業對以高性能計算為核心的EDA工具的依賴程度不斷加深,并對EDA工具在功能、性能和精準度等方面提出了更高要求。為滿足上述市場需求,業內領先的EDA公司通常會選擇在其已有流程的基礎上持續對現有工具進行改進或不斷加入新的工具以彌補在面對新工藝、新應用時的局限性。
隨著全球集成電路行業的發展,EDA產品在早期積累的基礎上進一步發展和演進,逐漸形成以部分關鍵工具為主、大量其他工具為輔的設計和制造流程,EDA工具的數量越來越多,形成了一個高度細分、數量繁多的EDA工具集。EDA工具集復雜程度不斷提升,開發難度和市場門檻也越來越高。
由于EDA工具在集成電路行業中所起的關鍵作用,EDA行業具有產品驗證難、市場門檻高的特點,尤其對于國際知名客戶,其對新企業、新產品的驗證和認可門檻較高。因此,EDA行業研發成果要轉化為受到國際主流市場認可的產品,不僅需要持續大量的研發投入以形成在技術上達到先進水平的產品,還需要具備較強的品牌影響力、渠道能力、快速迭代能力等。
2. 公司所處的行業地位分析及其變化情況
基于EDA行業的特點,衡量公司產品或服務市場地位、技術水平及特點的主要標準為國際市場和全球領先集成電路企業認可和量產采用情況。
(1)公司產品或服務的市場地位
公司較早地進行了DTCO方法學探索和實踐,聚焦于EDA流程創新,擇其關鍵環節進行逐個突破,先后成功擁有了具有國際市場競爭力的器件建模及驗證EDA工具和電路仿真及驗證EDA工具。
公司器件建模及驗證EDA工具已經取得較高市場地位,被全球大部分領先的晶圓廠所采用和驗證,主要客戶包括臺積電、三星電子、聯電、格芯、中芯國際等;電路仿真和驗證EDA工具已經進入全球領先集成電路企業,主要客戶包括三星電子、SK海力士、美光科技、長鑫存儲等,市場地位不斷提升。
(2)公司技術水平及特點
公司器件建模及驗證EDA工具在國際市場具有技術領先性,產品具有較高的精準度和可靠性,能夠支持7nm/5nm/3nm等先進工藝節點和FinFET、FD-SOI等各類半導體工藝路線,并在中低工作頻率下工藝平臺的器件建模時具有較強的競爭優勢,在針對基帶芯片和存儲器芯片的器件建模市場具有較高的市場占有率。該等工具生成的器件模型通過上述國際領先的晶圓廠提供給其全球范圍內的集成電路設計方客戶使用,其全面性、精度和質量已得到業界的長期驗證和廣泛認可。
公司電路仿真及驗證EDA工具擁有技術領先性和國際競爭力,產品針對特定的芯片設計領域具有較好的仿真精度和可靠性、較高的仿真速度和效率,能夠支持7nm/5nm/3nm等先進工藝節點和FinFET、FD-SOI等各類半導體工藝路線,對數字、模擬、存儲器等各類集成電路進行晶體管級的高精度快速電路仿真,并在國際及國內市場大規模及超大規模存儲器電路的仿真市場有一定的市場份額,已被國際領先的半導體廠商大規模采用。
(3)公司取得的科技成果與產業深度融合的具體情況
十余年來,公司一直堅持以前瞻性的戰略定位和布局為指導,以市場競爭力為導向,持續進行技術開拓創新和產品研發升級,已完成從技術到產品的成功轉化,目前已成長為全球知名的EDA企業。截至報告期末,公司圍繞核心技術,已在全球范圍內擁有發明專利24項、軟件著作權68項,并儲備了豐富的技術秘密。
公司在集成電路設計和制造兩個環節中起到紐帶和橋梁的作用,推動集成電路設計和制造的深度聯動,加快工藝開發和芯片設計進程,提高集成電路產品的良率和性能,增強集成電路產品的市場競爭力,實現了科技成果與集成電路行業的深度融合。
公司主要客戶遍及全球領先的晶圓代工廠、存儲器廠商和國內外知名集成電路企業。公司主要產品和服務在上述企業設計和制造的過程中使用,其設計或制造出的集成電路產品被廣泛應用于數據處理、汽車電子、消費電子、物聯網、工業、計算機及周邊等產業中,實現科技成果與廣泛下游終端應用的深度融合。
3. 報告期內新技術、新產業、新業態、新模式的發展情況和未來發展趨勢
(1)新技術、新產業、新業態、新模式的發展情況
① 全球集成電路行業產能不斷集中,頭部效應明顯
集成電路制造行業經歷了數十年的快速發展,先進光刻與刻蝕技術等集成電路制造所需的專用技術不斷突破,半導體器件也朝著7nm、5nm、3nm等先進工藝節點不斷演進。而另一方面,集成電路制造正在逼近物理定律的極限,導致先進工藝技術繼續突破的難度激增,技術研發和設備投入等資本支出顯著加大。
集成電路制造行業集中度的不斷提高,使得全球集成電路制造的產能逐漸向擁有先進工藝水平的頭部廠商聚集,頭部效應明顯,也使得頭部廠商的各項資本支出更為龐大。
② 全球集成電路行業向中國大陸轉移,中國大陸晶圓產能快速擴張
目前中國大陸已經成為半導體產品最大的消費市場,且其需求持續旺盛。根據IBS統計,預計到2030年中國將消費全球60%左右的半導體產品。強勁的市場需求促使全球產能逐漸轉移到中國大陸,擴大了中國大陸集成電路整體產業規模。
近十年,中國大陸晶圓產能快速擴張,自2010年超過歐洲起,全球排名持續攀升,并在2019年超過北美。預計2019年至2024年期間,中國仍將保持年均最高的產能增長率,到2022年有望超過韓國,躍升為全球第二。
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