復盤巨頭的成功,糅雜未來的趨勢,國產EDA產業能否誕生出全球巨頭?
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。據國際半導體產業協會(SEMI)統計數據,2020年全球EDA市場規模為114.67億美元,同比增長11.63%。EDA行業占整個集成電路行業市場規模的比例雖然較小,但其作為撬動整個集成電路行業的杠桿,支撐并影響著數千億美元的集成電路行業發展。
本文引用地址:http://www.j9360.com/article/202204/433178.htm國內市場方面,根據半導體行業協會統計數據,2020年國內EDA市場規模為93.1億元,同比增長27.7%。2021年以來,國內EDA產業更是迎來高速發展,多家EDA企業發起IPO。
此外,初創公司如雨后春筍般相繼成立,資本進場后一級市場投融資事件頻繁。據不完全統計,僅2021年EDA領域融資事件就超過15起,超12家企業獲資本青睞。
縱觀2021年,除了資本快速進場以及初創企業的蓬勃增長外,EDA相關支持政策的頻繁落地也正在力促EDA行業駛入快車道。2021年可謂開啟了中國EDA元年。
據行業知名機構IBS預測,2030年全球集成電路產業規模將超過1萬億美金,是2020年的2.6倍。EDA行業也將隨之高速增長。
在中國半導體市場蓬勃發展下,國內EDA的需求增長更加迅猛。據SEMI發布的數據,今年第一季度中國大陸EDA銷售額同比暴增99%,然而目前中國本土企業市占率合計不足15%。
當前中國EDA&IP市場規模約為百億人民幣,在半導體產業變革與國產化的大趨勢下,即使不考慮國內外市場的估值水平差異,國內也有望產生市值500億人民幣的行業龍頭。
EDA巨頭是怎樣煉成的?
20世紀60年代,集成電路產業尚在發展早期,規模較小,芯片的集成度不高,芯片設計玩家以大型IDM公司為主,EDA則主要以in-house EDA的形式存在,僅有少量幾家商用EDA公司,例如Applicon、Calma、ComputerVision等,且這些公司的重心還是偏向于機械CAD。
80年代,半導體工藝持續演進,行業蓬勃發展,下游應用與種類也相應大幅增加,由此催生了中小型Fabless芯片設計公司的快速發展。但中小廠商缺乏資源能力開發自己的in-house EDA工具,因此產生了大量對外部商用EDA的需求。
90年代后,集成電路產業進入成熟期,分工模式占主導,in-house EDA模式基本消亡,商用EDA確立主流地位。整個EDA行業經過充分競爭,走出了以Synopsys、Cadence和Mentor Graphics為代表的EDA公司。
此后,這三家企業鞏固自身優勢的同時,也開啟了大規模并購來實現全工具鏈覆蓋,形成了如今Synopsys占據36%,Cadence占據25%,Mentor Graphics占據14%的行業格局,它們也被稱為如今的國際EDA三巨頭。
回顧全球EDA行業60多年的浩浩蕩蕩發展史,可以獲得一些啟示:
第一,技術變革對于EDA行業發展以及公司抓住成功機會有著至關重要的推動作用。
Synopsys的邏輯綜合工具就是最典型的例證。過去,芯片設計工程師都是用單個門來手動設計芯片電路,而Synopsys推出的邏輯綜合工具Design Compiler把芯片設計思路抽象化,將底層細節都歸并到庫和CAE工具中,芯片設計工程師可以使用硬件描述語言編寫代碼來實現芯片功能,功能驗證后再通過邏輯綜合工具將硬件描述語言轉換成邏輯電路圖,最后進入制造環節。這極大地提升了集成電路設計的效率,引發了芯片設計行業的流程變革。
至此,數字邏輯設計(前端)和數字實現(后端)開始涇渭分明。借此機會,Synopsys建立了半導體邏輯設計工具的市場優勢,為其進一步發展奠定了基礎。
第二,EDA公司在創辦之初就應該有布局整體解決方案的意識,并在技術基礎架構上有很強的從點到面的擴展性,以此增加客戶粘性。
目前EDA行業三巨頭在個別技術領域都擁有完整的EDA解決方案,其中行業排名第一的Synopsys擁有業界最完整的產品線,不但為芯片設計和驗證提供工具,還能夠提供強大的IP核以及安全方案,建立了完整的芯片設計數字化流程。其他的小公司往往只能在一個細分領域提供有限的服務和工具,難以做大做強。
創業公司若能在各細分技術領域(例如模擬設計、數字實現或數字驗證等)提供完整與差異化的解決方案或平臺,才有望滿足市場需求,突破巨頭壟斷格局。
第三,EDA公司需要重視自主知識產權。
知識產權布局幫助EDA巨頭形成了較高的商業壁壘。截至2020年,Synopsys擁有4463件專利,占EDA領域專利總數的31.0%,Cadence擁有3119件專利,占比21.6%。可以看出,公司市場份額與專利市占率成正相關。
EDA創業公司若采用第三方商業授權或開源授權的技術來研發產品,在政治、法律、商業等方面都存在極大的風險。
開源技術相關的軟著和知識產權歸其所有地和公司所屬,而目前大多數EDA相關的開源軟件作者所在國都是美國,存在風險;即使目前開源協議允許閉源商業發布,也不能保證以后開源協議不會修改。
如果代碼非自主開發,公司后續的產品擴展、其他工具技術、數據格式的融合會存在局限性和難度,不利于打造高效融合的驗證平臺或流程。
第四,并購對于EDA公司成長壯大起到了至關重要的作用,但EDA行業不能“迷信”并購。
EDA行業是并購活躍的行業,據統計,在過去的30年中,發生在EDA行業的并購近300次,鼎盛時期一年發生過20次左右。其中絕大部分的并購都是EDA巨頭們對中小EDA公司的收購,從而將獲取的產品與技術整合進本身的解決方案,以此獲取或擴大市場份額。
然而,當前中國EDA行業尚未到并購整合階段。
國產EDA“異軍突起”
從短期來看,國際公司壟斷EDA市場的局面還將持續,面對行業巨頭的技術優勢和生態壁壘,對于國產EDA的突圍發展之路,杭州行芯科技有限公司的董事長兼總經理賀青博士談到,在后摩爾時代來臨、技術進步放緩、技術演進路徑不再唯一的科技大背景下,先進工藝、先進封裝、人工智能、云技術等將成為國產EDA的市場突破口。
與EDA行業寡頭相比,本土EDA廠商在產品系統性等方面的布局仍存在較大差距。國產EDA企業想要生存和發展,必須堅持核心技術自主研發,結合市場需求與技術變化,提供幫助客戶解決問題和幫助產業更好發展的EDA產品。在國外幾乎壟斷的大環境下,我們看到國內涌現出了許多優秀的EDA點工具,并且憑借著點工具的優勢,朝著局部解決方案、全流程解決方案方向發展。行芯也正是走在“由點到面”的發展道路上。
行芯是一家具有完全自主知識產權和國際競爭力的EDA企業,致力于從傳統工藝到先進工藝,為行業提供領先的EDA簽核(Signoff)工具鏈和解決方案。據了解,隨著SoC集成的設計復雜程度日益提高,簽核需要探索的空間和范圍呈現指數級的增長,驗證所需要的時間也越來越長。而簽核工具的目標是準確、快速、完備、易調試地完成日益復雜的仿真與分析,讓開發者有信心完成簽核,將設計交付給晶圓廠進行流片。簽核工具由于技術密集性高,知識范圍廣,而且需與晶圓廠緊密配合,一直以來都是行業的關鍵難題。
目前行芯的簽核工具鏈包括全芯片高精度參數提取工具GloryEX、功耗/EM/IR/可靠性分析解決方案GloryBolt以及多物理域耦合分析解決方案PhyBolt,專注于SoC、ASIC、Memory、Custom、AMS 等芯片物理設計的Signoff領域,包括電源完整性、信號完整性、寄生參數提取、功耗、可靠性、靜態時序分析、襯底噪聲、片上多物理域分析、先進工藝設計優化等挑戰,深入拓展軟件算法和芯片設計獨特能力,正以突破性的Signoff技術全面助力客戶實現最佳的功耗、性能和面積(PPA)目標。
賀青博士介紹道,面對后摩爾時代先進工藝帶來的芯片規模持續高增長、三維復雜結構建模、工藝效應、特種工藝、功耗與性能的極致要求等挑戰,行芯首創面向先進工藝設計的建模與分析方法,填補國內EDA領域空白,通過底層架構與算法創新,重構先進工藝建模流程,加速芯片設計簽核收斂。
國產EDA路在何方?
可見,創新求變正在重塑國產EDA行業新的核心競爭力。但也要清楚,EDA核心技術的突破沒有捷徑可走,對于研發人員的知識背景、研發能力及經驗積累等均提出了更高要求,需要持續吸引各種人才、加強產學研合作和保持高研發投入,長期堅持技術沉淀,通過客戶需求引導,才有可能形成新的突破。
第二,EDA工具需要更快響應新需求。
蘋果、亞馬遜、阿里等公司為了追求產品差異化以及自主化,紛紛開始走上造芯之路,芯片設計的需求和主導權正在向系統廠商轉移。在這樣的商業模式轉變背景下,產業分工將再次發生變革,面向系統廠商的EDA工具需要更加高效,使芯片能在短時間內完成差異化定制,幫助廠商快速完成產品迭代。
第三,產業數字化的高速發展與先進制程對數字EDA工具提出更高要求。
在各領域推進數字化轉型的大背景下,為了獲得更好性能、更低功耗以及更小面積,數字芯片不斷向著5nm、3nm等更先進的制程演進,對相應的數字EDA也不斷提出更高的要求。
另一方面,模擬芯片設計更依賴于人工經驗,而數字EDA較模擬EDA工具種類更多,技術壁壘更高,演進的空間更大,且市場規模約為模擬EDA的三倍。因此,挑戰之下,數字EDA工具領域也將涌現更多創新機會。
因此,下一代EDA應能夠大幅降低工具的使用門檻,加快芯片迭代速度,滿足未來海量芯片設計需求,同時也支撐芯片行業向more moore、more than moore發展。換言之,未來的EDA工具將具備三個特征:
一、智能化:
自動化和智能化的EDA可以將過去的設計經驗和數據吸收到軟件中,實現芯片從需求到設計的機器智能理解、智能實現和智能驗證,大幅減少芯片設計、驗證、布局布線等工作的人力占比,緩解當前芯片設計人才緊缺的困境。
二、開放化:
開放和標準化的EDA可以幫助實現工具私有接口和數據互通,建立起更友好的產業鏈上下游生態圈。基于開放接口和標準,EDA廠商、用戶、第三方可以以系統需求為導向進行高效設計,方便流程自動化和AI智能處理的集成,大大加快國產EDA實現全領域和全流程閉環。
三、云端彈性化:
互聯網云平臺提供著近乎無限的計算彈性、存儲彈性和訪問便捷性,下一代EDA可以與云平臺和云上多樣化的硬件結合,充分利用成熟的云端軟硬件生態,使得EDA的付費模式、使用模式、使用地點、使用設備都更加靈活,降低EDA的使用門檻,進一步擴大用戶群體和市場規模。
國產兩大EDA龍頭企業分析
1、華大九天: 立于國產EDA軟件之巔,助力中國芯
產品結構:模擬、平板顯示全覆蓋
公司成立于2009年,為國內領先的EDA工具軟件開發服務商,主要產品包括模擬 電路設計全流程EDA工具系統、數字電路設計EDA工具、平板顯示電路設計全流 程EDA工具系統和晶圓制造EDA工具等EDA工具軟件,并圍繞相關領域提供技術 開發服務(測試芯片設計、半導體器件測試分析、器件模型提取等),是我國唯 一能夠提供模擬電路設計全流程EDA工具系統的本土EDA企業。目前,公司已構 建出以上述四大板塊為核心的平臺化系統,布局全生態體系,從而實現全平臺生 態替換。
發展歷程
自成立以來,公司一直聚焦于EDA工具的研發工作。2011年,公司發布第一代模 擬電路設計全流程EDA工具系統;2014年公司發布平板顯示電路設計全流程EDA 工具系統;2018年公司推出晶圓制造工程服務業務并發布異構仿真系統;2020年 公司發布新一代模擬電路設計全流程EDA工具系統和工藝模型提取工具,是目前 國內規模最大、產品線最完整、綜合技術實力最強的EDA工具提供商。
以技術為核心:高研發投入
公司擁有覆蓋模擬電路設 計、數字電路設計、平板 顯示電路設計和晶圓制造 等多領域EDA產品的研發 團隊,截至2020年12月31 日,公司研發和技術人員 總數322人,占總員工比例 達到67.51%。為保持自身 的競爭力,公司保持了持 續高比例的研發投入。公 司2018年度、2019年度、 2020年度研發費用分別為 0.75、1.35、1.83億元,占 營業收入的比例分別為 49.81%、52.50%、 44.22%。
以技術為核心:優秀的管理層
公司已組成以創始人劉偉平為主體的核心技術團隊,目前成員共計5人。核心團隊 成員均具備碩士及以上學歷,擁有深厚且與公司業務匹配的資歷背景,對公司主 要產品的研發具有重要、突出的貢獻,目前在公司研發部門擔任重要職務。
收入結構
近三年收入占比均在 80%以上。2020年,公司EDA軟件銷售收入為3.45億元,同比增長60.47%。技術 開發服務在近三年中保持著較快的增速,2020年公司技術開發實現收入0.61億 元,同比增長56.41%。(報告來源:未來智庫)
營收快速增長
2018-2020年,公司 取得營業收入1.51億 元、2.57億元和4.15 億元,2019和2020 年增速分別達到 70.59%和61.26%; 歸母凈利潤分別為 0.49億元、0.57億 元、1.04億元,2019 年和2020年增速分別 達到17.80%和 81.18%。營業收入 及利潤均保持較高增 速。
2. 概倫電子: 以器件建模和電路仿真驗證切入全流程 EDA
1.簡況
概倫電子成立于2010年,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。公司的主要客戶包括臺積電、三星電子、 SK海力士、美光科技、聯電、中芯國際等全球領先的集成電路企業。
2.股權結構
公司經歷了多次增資和股權轉讓, LIUZHIHONG(劉志宏)持有公司17.94%的股份,且與共青城峰倫為一 致行動人,合計控制公司24.14%股份,為公司的實際控制人。共青城明 倫、共青城偉倫、共青城經倫、共青城毅倫、共青城智倫、井岡山興倫的 執行事務合伙人為梅曉東先生,為公司高級管理人員。金秋投資、靜遠投 資、睿橙投資、國興同贏的執行事務合伙人以及嘉橙投資執行事務合伙人 的間接控股股東為陳曉飛先生,為公司董事。
3.主營業務——概覽
公司在EDA行業的整體 戰略是圍繞DTCO(設計 -工藝協同優化)方法學, 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,其技術可有 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。
4.財務:營收規模快速增長
2018-2020年公司營業收入分別為0.52、0.65、1.37 億元,主營業務占比分別為98.49%、98.80%、99.64%,其他業務收入為投資性房 地產租賃收入,占比較小。受EDA市場需求與國家政策支持影響,公司營業收入呈 快速增長趨勢,2019和2020年增速分別為26.06%和109.94%。公司扣非后歸母凈 利潤有顯著改善,2018-2020年分別為-0.08、0.03、0.21億元,2019和2020年增 速分別為137.32%和615.30%。
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