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国产EDA如何突围?

是说芯语 | 孵化器+加速器+连接器 2021/11/26 09:42

本文内容转载自云岫资本

EDA(Electronic Design Automation)是电子设计自动化软件的简称,是集成电路设计上游的高端产业,涵盖了集成电路设计、验证、仿真和签核等所有流程,是集成电路设计必需、也是最重要的软件工具。

2020年,全球EDA&IP市场规模超过114亿美元,而美国6家EDA公司合计占据了全球90%以上的市场空间。特别是Synopsys和Cadence两大巨头,占比高达61%,市值都在五百亿美元左右,高达市场规模的5倍——这是由于EDA行业具有毛利率高、壁垒高、龙头效应明显的特点,市场充分认可其估值。

随着5G、人工智能、物联网、自动驾驶等新兴技术的产业化加速,芯片需求量随之激增。据行业知名机构IBS预测,2030年全球集成电路产业规模将超过1万亿美金,是2020年的2.6倍。EDA行业也将随之高速增长。

在中国半导体市场蓬勃发展下,国内EDA的需求增长更加迅猛。据SEMI发布的数据,今年第一季度中国大陆EDA销售额同比暴增99%,然而目前中国本土企业市占率合计不足15%。

当前中国EDA&IP市场规模约为百亿人民币,在半导体产业变革与国产化的大趋势下,即使不考虑国内外市场的估值水平差异,国内也有望产生市值500亿人民币的行业龙头。

今年,国产EDA迎来第一波上市潮。2021年9月2日,国产EDA厂商华大九天获得首发通过,国微思尔芯、广立微、概伦电子的科创板IPO申请也都陆续获得受理。

中国EDA创业企业还有哪些新机会,未来中国EDA产业将走向何方?我们梳理了EDA行业发展历程和未来EDA新产业需求,探究中国EDA产业的未来。

以史为鉴:EDA巨头是怎样炼成的?

20世纪60年代,集成电路产业尚在发展早期,规模较小,芯片的集成度不高, 芯片设计玩家以大型IDM公司为主,EDA则主要以in-house EDA的形式存在 ,仅有少量几家商用EDA公司,例如Applicon、Calma、ComputerVision等,且这些公司的重心还是偏向于机械CAD。

80年代,半导体工艺持续演进,行业蓬勃发展,下游应用与种类也相应大幅增加,由此 催生了中小型Fabless芯片设计公司的快速发展。 但中小厂商缺乏资源能力开发自己的in-house EDA工具,因此产生了大量对外部商用EDA的需求。

90年代后,集成电路产业进入成熟期,分工模式占主导,in-house EDA模式基本消亡, 商用EDA确立主流地位。 整个EDA行业经过充分竞争,走出了以Synopsys、Cadence和Mentor Graphics为代表的EDA公司。

此后,这三家企业巩固自身优势的同时,也开启了大规模并购来实现全工具链覆盖,形成了如今 Synopsys占据36%,Cadence占据25%,Mentor Graphics占据14% 的行业格局,它们也被称为如今的国际EDA三巨头。

回顾全球EDA行业60多年的浩浩荡荡发展史,可以获得一些启示:

第一, 技术变革对于EDA行业发展以及公司抓住成功机会有着至关重要的推动作用。

Synopsys的逻辑综合工具就是最典型的例证。过去,芯片设计工程师都是用单个门来手动设计芯片电路,而Synopsys推出的逻辑综合工具Design Compiler把芯片设计思路抽象化,将底层细节都归并到库和CAE工具中,芯片设计工程师可以使用硬件描述语言编写代码来实现芯片功能,功能验证后再通过逻辑综合工具将硬件描述语言转换成逻辑电路图,最后进入制造环节。这极大地提升了集成电路设计的效率,引发了芯片设计行业的流程变革。

至此,数字逻辑设计(前端)和数字实现(后端)开始泾渭分明。借此机会,Synopsys建立了半导体逻辑设计工具的市场优势,为其进一步发展奠定了基础。

第二, EDA公司在创办之初就应该有布局整体解决方案的意识,并在技术基础架构上有很强的从点到面的扩展性,以此增加客户粘性。

目前EDA行业三巨头在个别技术领域都拥有完整的EDA解决方案,其中行业排名第一的Synopsys拥有业界最完整的产品线,不但为芯片设计和验证提供工具,还能够提供强大的IP核以及安全方案,建立了完整的芯片设计数字化流程。其他的小公司往往只能在一个细分领域提供有限的服务和工具,难以做大做强。

创业公司若能在各细分技术领域(例如模拟设计、数字实现或数字验证等)提供完整与差异化的解决方案或平台,才有望满足市场需求,突破巨头垄断格局。

第三, EDA公司需要重视自主知识产权。

知识产权布局帮助EDA巨头形成了较高的商业壁垒。 截至2020年,Synopsys拥有4463件专利,占EDA领域专利总数的31.0%,Cadence拥有3119件专利,占比21.6%。可以看出, 公司市场份额与专利市占率成正相关。

EDA创业公司 若采用第三方商业授权或开源授权的技术来研发产品,在政治、法律、商业等方面都存在极大的风险。

开源技术相关的软著和知识产权归其所有地和公司所属,而目前大多数EDA相关的开源软件作者所在国都是美国,存在风险;即使目前开源协议允许闭源商业发布,也不能保证以后开源协议不会修改。

如果代码非自主开发,公司后续的产品扩展、其他工具技术、数据格式的融合会存在局限性和难度,不利于打造高效融合的验证平台或流程。

第四, 并购对于EDA公司成长壮大起到了至关重要的作用,但EDA行业不能“迷信”并购。

EDA行业是并购活跃的行业,据统计,在过去的30年中,发生在EDA行业的并购近300次,鼎盛时期一年发生过20次左右。其中绝大部分的并购都是EDA巨头们对中小EDA公司的收购,从而将获取的产品与技术整合进本身的解决方案,以此获取或扩大市场份额。

然而, 当前中国EDA行业尚未到并购整合阶段。

首先,有别于三大巨头, 现阶段中国EDA公司缺乏主导市场的产品与技术,也很难买到好的技术。 国产EDA小厂商虽然开始增多,但尚未成熟,业务经验不足,并购这类公司并不能主导产品和市场技术发展,实现真正的突破。

其次, 并购只是补充有限短板的手段, 不能成为公司技术根基的来源,国产EDA创新需要具备完全自主可控的技术架构和核心技术壁垒,否则未来必然会存在技术融合问题,为进一步发展带来巨大阻碍。

最后, 单纯通过资本运作来实现壮大,涉及知识产权、团队、开发流程、理念等多方面的整合,存在很大风险 ,能否通过并购在这个高技术壁垒To B赛道的长期赛跑中脱颖而出是存疑的。

因此,国产EDA厂商目前并不能照葫芦画瓢试图通过并购实现快速发展, 只有努力实现自主创新,在某领域站稳脚跟后,循序渐进地扩张才是“正道”。

以历史为例,Synopsys第一次并购发生于1990年,在此之前,Synopsys已推出颠覆性的逻辑综合工具并在该领域确立了领先地位。

在随后的几年,Synopsys继续通过并购补足短板,在拥有更稳固的产品和客户的基础上,在2001发起了一次大规模的并购,以7.8亿美金收购Avant!,获得了芯片后端布局布线近四成的市场,自此成为提供数字前后端全流程设计工具的EDA公司。

鉴往知来:EDA企业在往何处去?

当下,半导体行业迎来新一轮增长与变革,EDA行业在蓬勃发展之余也在面临新挑战。

首先, 下游设计人才的数量难以满足日益增长的芯片需求量。

据《中国集成电路产业人才白皮书》统计,集成电路产业存在30多万人才缺口, EDA工具需要进一步降低芯片设计门槛,降低行业对芯片设计人员的依赖。

第二, EDA工具需要更快响应新需求。

苹果、亚马逊、阿里等公司为了追求产品差异化以及自主化,纷纷开始走上造芯之路,芯片设计的需求和主导权正在向系统厂商转移。在这样的商业模式转变背景下,产业分工将再次发生变革, 面向系统厂商的EDA工具需要更加高效,使芯片能在短时间内完成差异化定制,帮助厂商快速完成产品迭代。

第三, 产业数字化的高速发展与先进制程对数字EDA工具提出更高要求。

在各领域推进数字化转型的大背景下,为了获得更好性能、更低功耗以及更小面积,数字芯片不断向着5nm、3nm等更先进的制程演进, 对相应的数字EDA也不断提出更高的要求。

另一方面,模拟芯片设计更依赖于人工经验,而数字EDA较模拟EDA工具种类更多,技术壁垒更高,演进的空间更大,且市场规模约为模拟EDA的三倍。因此,挑战之下, 数字EDA工具领域也将涌现更多创新机会。

因此, 下一代EDA应能够大幅降低工具的使用门槛,加快芯片迭代速度,满足未来海量芯片设计需求,同时也支撑芯片行业向more moore、more than moore发展。 换言之,未来的EDA工具将具备三个特征:

一、 智能化:

自动化和智能化的EDA可以将过去的设计经验和数据吸收到软件中, 实现芯片从需求到设计的机器智能理解、智能实现和智能验证, 大幅减少芯片设计、验证、布局布线等工作的人力占比,缓解当前芯片设计人才紧缺的困境。

二、 开放化:

开放和标准化的EDA可以帮助实现工具私有接口和数据互通,建立起更友好的产业链上下游生态圈。 基于开放接口和标准,EDA厂商、用户、第三方可以以系统需求为导向进行高效设计,方便流程自动化和AI智能处理的集成,大大加快国产EDA实现全领域和全流程闭环。

三、 云端弹性化:

互联网云平台提供着近乎无限的计算弹性、存储弹性和访问便捷性, 下一代EDA可以与云平台和云上多样化的硬件结合,充分利用成熟的云端软硬件生态,使得EDA的付费模式、使用模式、使用地点、使用设备都更加灵活 ,降低EDA的使用门槛,进一步扩大用户群体和市场规模。

结语

时代在变化,行业也在不断变革。如果仅仅追随EDA三巨头,停留于做三巨头某一部分产品的国产替代,短期内也许有效,但长远发展堪忧。

随着半导体发展进入后摩尔时代,EDA行业发展也将进入全新阶段, 谁能掌握变革趋势,提出更加符合行业需求的解决方案,谁才能真正打破国外垄断,抓住中国半导体新兴市场的巨大机遇。

近年来,国产EDA呈现出蓬勃发展之势,在各个领域涌现出许多有特色的优秀的国产EDA企业。

EDA行业新一轮的洗牌与更迭,可能就在5-10年内会产生结果,谁能成为中国市值500亿的EDA龙头企业,让我们拭目以待。

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