中國EDA企業(yè)在夾縫中求生存,機遇與挑戰(zhàn)并存

　　中國的EDA企業(yè)正面臨在“夾縫中求生存”的局面，但同時也面著巨大的機遇。

　　近段時間，美國極限打壓華為，全球前三大芯片生產商禁止向華為出售芯片，這讓芯片國產替代勢在必行。

　　芯片產業(yè)鏈包括芯片設計、晶圓制造、封裝、測試等環(huán)節(jié)，芯片設計分為前端設計和后端設計。此前，《每日財報》已經介紹過不少的芯片上下游產業(yè)鏈，這次重點講述EDA 。

　　EDA 是電子設計自動化（Electronic Design Automation）的縮寫，在20世紀 60 年代中期從計算機輔助設計（CAD）、計算機輔助制造（CAM）、計算機輔助測試（CAT）和計算機輔助工程（CAE）的概念發(fā)展而來。

　　EDA主要應用于芯片設計環(huán)節(jié)，位于芯片產業(yè)鏈上游，是依賴性極強的設計工具。很多人并不理解EDA和芯片的結合。實際上，芯片產品只要制造出來就不可更改，所以需要用EDA軟件進行虛擬的設計、模擬、仿真，以便在真實產線上流片生產的時候一次性成功，從而減少設計成本和時間成本。

　　1、小市場，大前途，高難度

　　2019年全球 EDA軟件市場規(guī)模103億美元，同比增長6％，這一數值相對4500億美元的全球半導體市場而言微不足道，EDA軟件在整個半導體產業(yè)鏈中的產值較小，增速和半導體增速相近。

　　盡管市場規(guī)模只有100億美元左右，但EDA軟件卻主宰著全球4000億美元的全球半導體市場，以及 1.7萬億美元的整個電子產業(yè)。毫不夸張的來說，EDA軟件是電子產業(yè)最上游、最高端的產業(yè)，驅動芯片設計、制造、終端應用。換句話說，下游的任何創(chuàng)新都需要EDA軟件的創(chuàng)新支持，從而驅動EDA的創(chuàng)新。

　　除此之外，EDA行業(yè)的難度和壁壘與日俱增。摩爾定律下，IC芯片的復雜程度和集成度不斷提升，IC設計對EDA的要求與依賴也是越來越高，芯片的關鍵尺寸縮小到 65nm、28nm、14nm、7nm，每一代芯片設計的算法都會有50％的代碼需要重新編寫，而到 3nm 納米級的時候，還會出現更多未知的物理現象，這些對 EDA 軟件的要求會越來越高。

　　與此同時，IC芯片從傳統(tǒng)的單一功能的芯片發(fā)展到數字模擬混合電路，SOC，3DIC，IP復用，多功能集成系統(tǒng)等復雜系統(tǒng)芯片，而目前EDA的產品與設計流程都需要做相應的增強和調整。很多新算法還存在與 EDA 軟件不相通的情況，例如AI芯片設計、軟件算法開發(fā)，而這恰恰是EDA未來的大機會，新應用、新算法可將EDA市場規(guī)模擴張兩倍至300億美元。

　　從 EDA 行業(yè)龍頭發(fā)展歷程看，EDA 行業(yè)是厚積薄發(fā)的生意，需要很長的前期積累，Synopsys 和 Cadence 兩大巨頭的研發(fā)費用分別高達35％和40％以上，而且EDA產業(yè)并不能獨立發(fā)展，相關公司需要借助晶圓廠積累的大量測試數據探索物理效應和工藝實施細節(jié)的準確和高精度模型化，這就在無形中增加了壁壘。

　　當代工廠開發(fā)出新工藝，EDA 軟件廠商就需要獲得代工廠新工藝的PDK工具包，基于 PDK 工具包開發(fā)新版本軟件。頂尖 Fabless公司將基于此模型和工具進行芯片設計與試產，并且依托強大和豐富的芯片設計不斷發(fā)現和排除新工藝節(jié)點在模型和制造中的各種量產問題，在此期間，需要晶圓廠、Fabless、EDA 等產業(yè)鏈環(huán)節(jié)的通力合作，反復迭代。

　　需要注意的是，破解版軟件的思路在目前的EDA 軟件領域已經行不通，在90nm以上，用破解版軟件尚可，因為 90nm以上的工藝基本定性，改變小。而90nm以下的先進工藝，隨著應用的增多，各種測試反饋，會不斷調整晶體管器件模型、設計規(guī)則、不斷優(yōu)化迭代讓良率達到最高。

　　最頻繁的時候一個月就要更新一次工藝庫，而只要工藝庫更新，EDA 軟件就要跟著更新，更新一次 EDA 軟件就要收費一次，且每次購買的有效使用時長在3年左右。所以，從收費模式看，EDA 軟件工廠的收入隨著代工廠工藝更新而增加，越先進的工藝，更新越頻繁，EDA 軟件廠越受益。

　　2、本土企業(yè)在夾縫中尋求突破

　　縱觀全球產業(yè)格局，大部分EDA 軟件市場被美國的Synopsys、Cadence、Mentor Graphics等三大企業(yè)占據。其中Synopsys占據約32.1％的市場份額，Cadence占據22％的市場份額，西門子旗下的Mentor Graphics占據10％的市場份額，三大EDA軟件廠商全球市場份額超過64％，在中國的市場份額更是超過95％，二線廠商Ansys、華大九天和Sivaco等合計市占率達到15％左右。

　　Cadence是最早一家進入中國市場的EDA供應商，在Cadence進入中國的第二年。另外兩家EDA廠家Synopsys和Mentor Graphics也悄悄進入中國。在九十年代，中國的集成電路設計EDA市場基本被這三家瓜分，只是在設計工具的不同領域各領風騷而已，國產軟件熊貓只占有極小的一部份領地。

　　我國EDA 軟件研發(fā)始于20世紀八十年代，1986年我國自有的集成電路計算機輔助設計系統(tǒng)-熊貓系統(tǒng)開始研發(fā)，熊貓系統(tǒng)于1993年研發(fā)成功。目前國內 EDA軟件公司主要有華大九天、芯愿景、芯禾科技、廣立微電子、博達微電子、藍海微科技、奧卡思微電、概倫電子等。

　　相對國際巨頭，國產EDA差距有三方面：首先是缺少數字芯片設計的核心工具模塊，無法支撐數字芯片全流程設計；其次是對先進工藝支撐不夠，暫未進入先進代工廠的聯盟，最后是缺乏制造及測試EDA系統(tǒng)，無法支持集成電路封測的應用需求?？傮w來看，國內EDA企業(yè)難以提供全流程產品，但在部分細分領域具有優(yōu)勢，個別點工具功能強大。

　　本土公司中重點介紹一下華大九天和芯愿景。華大九天專注于提供專業(yè)的EDA軟件、IP產品及相關解決方案，是國內規(guī)模最大、技術最強的EDA企業(yè)，是大規(guī)模集成電路CAD國家工程研究中心依托單位，承擔著國產EDA軟件研發(fā)與推廣的重任，尤其是在FPD領域，華大九天更是成為全球唯一的能夠提供全流程FPD設計解決方案的供應商，在這一領域具備優(yōu)勢。

　　芯愿景目前有三項業(yè)務：IC分析服務、IC設計服務及EDA軟件授權三大板塊，目前已成功實現7nm FinFET芯片的工藝分析和電路分析，在半導體工藝節(jié)點方面服務能力范圍為350nm-7nm。但從收入結構和成本結構看，芯愿景并不是一家主營EDA軟件的公司，2019年EDA的收入占比只有3％。

　　中國的EDA企業(yè)正面臨在“夾縫中求生存”的局面，但同時也面臨著巨大的機遇，隨著半導體制造中心向中國大陸轉移，EDA產業(yè)的重心也會向中國轉移。

　　實際上，研發(fā)不足是導致目前本土EDA企業(yè)相對落后的根本，數據顯示，龍頭企業(yè)華大九天在過去十年間所投入的研發(fā)資金也只有幾個億，而Synopsys一年的研發(fā)投入就超10億美元，Cadence 2018年的研發(fā)投入約為8.7億美元，本土企業(yè)要想追趕必須要加大研發(fā)投入。