验证工具是中国EDA企业的突破赛道

EDA产业概况及其重要性
　　
　　随着集成电路的发展，芯片设计越来越复杂，需要借助EDA工具才能实现电路设计、逻辑综合、设计版图、仿真验证等复杂过程，EDA工具在设计过程中扮演的角色越来越重要。EDA工具并非单指某一款软件，而是一个软件工具集群，根据应用场景的不同，EDA工具的使用主要分为设计、验证和制造三大类，各个工具之间有所重合。
　　
　　EDA软件能够大幅降低芯片设计成本。在摩尔定律的推动下，芯片的复杂程度与日俱增，芯片设计对EDA的依赖越来越高。目前，复杂的SoC芯片之中，包含上亿甚至百亿的晶体管，在设计过程中需要持续的模拟和验证，离开EDA工具几乎无法完成设计工作。美国Andrew.B.Kahng教授统计分析，如果不使用EDA工具，设计一颗系统28nmSOC需要的费用大约是77亿美元；借助EDA工具，这笔费用会下降至4000万美元。如果没有EDA工具，SOC设计费用整整上升200多倍。
　　
　　从市场价值来看，EDA工具在全球虽然仅有110亿美元的产值，却支撑着全球4400亿美元的集成电路市场以及近2万亿美元的电子信息产业，进而影响着近40万亿美元的数字经济。EDA对集成电路产业的杠杆力高达40倍，是整个半导体产业链皇冠上的明珠。2020年，中国集成电路规模已经达到1.66万亿元，而EDA在中国的市场体量不到100亿元，笼统计算可以认为这个杠杆力超过160倍。中国95%的EDA市场份额都集中在美国三家公司手中，尤其是他们也占据全世界70%的EDA产值，使得美国在EDA市场上出于绝对领先优势。我国必须通过自主研发去实现突破，尤其是国内企业频频遭到国际EDA厂商断供之后，这种迫切性变得更为凸显。全球EDA产业发展概况
　　
　　1.全球EDA市场规模
　　
　　EDA在集成电路产业领域内属于“小而精”的产业链环节。数据显示，2020年整个EDA的市场规模仅为114.67亿美元，同比增长11.9%，2014-2020年复合增长率在7.5%左右，相对于4400亿美金的集成电路产业来说仍是很小的规模。

　　
　　　　
　　2020年，全球EDA厂商呈现严重寡头化格局，Synopsys、Cadence和Mentor三大EDA企业占全球市场份额进一步提升至68.2%，较2019年提升2.2个百分点。2020年Synopsys全球市场份额继续领先，占比达到33.4%，Cadence次之，占比为24.2%。
　　
　　2.产品结构和区域结构
　　
　　从细分领域来看，根据电子系统设计联盟（ESD）统计，IP核(SIP)的是EDA产业规模最大的一部分，占据着35.2%的市场份额；其次是CAE，占比为31.9%；物理设计和验证市场占比20.4%；PCB&MCM市场占比9.1%。
　　
　　从区域发展来看，根据电子系统设计联盟（ESD）统计，北美是EDA发展最为成熟的地区，占据着42.6%的市场份额；其次是亚太地区，近年来需求上升较快，占据着35.0%的市场份额，相较2019年提升1.5个百分点；EMEA（欧洲、中东、非洲）地区和日本地区分别占据13.9%和8.5%的市场份额。
　　
　　中国EDA产业发展概况
　　
　　中国EDA市场在全球的份额占比一直较低，2020年中国EDA市场规模约93.1亿元，同比增长27.7%，占全球市场份额的9.4%。虽然中国的EDA市场一直在稳步增长，2015-2020年年均复合增长率11.8%，但是由于市场基数小，市场总量仍然在较低水平。未来随着中国设计业水平的提升，EDA市场将保持高速增长。

　　
　　　　
　　过去十年，中国半导体产业呈现出上升趋势，设计企业数量已经占全球的四分之一，市场活跃度高，为EDA工具提供了足够的发展空间。另外随着国内知识产权意识和保护的提升，EDA市场生态将更加完善，国内市场在全球份额的将快速提升，预计2025年中国市场份额达到18.1%，而2030年市场份额将达到27.5%。

　　
　　　　
　　EDA验证工具是重要赛道
　　
　　1.EDA工具发展难点
　　
　　我国EDA工具技术上与国际领先企业的差距在短期内难以追赶。
　　
　　首先是技术本身的门槛。EDA工具的门槛是40多年来整个集成电路行业的积累所形成的设计方法学和核心算法“固化”与“演进”，造成工具种类多，流程复杂。EDA国际三巨头都是通过多次收购大量的“点工具公司”逐步补齐自己的产品，形成“工具链”，筑起难以逾越的技术高墙。。
　　
　　其次是市场容量的限制。市场的容量在很大程度上限制了后来的竞争者，EDA市场规模仅有100亿美元左右，目前国际三巨头鼎立的格局长期稳定，留给新进入者的空间非常有限。
　　
　　再次是客户接纳程度周期长。基本上开发一个EDA工具需要6年左右的时间，才能真正做成被市场接受的、能够在市场应用的产品。此外，一颗先进芯片的一次性研发制造成本达到数千万美元甚至数亿美元，IC设计切换到一个全新的、不完整的、客户不熟悉的、还有可能存在着未知风险的EDA软件，风险损失难以接受，因此新工具切入困难更大。
　　
　　除了以上的壁垒以外，EDA软件厂商还通过和IP商、代工厂们形成互相嵌合的生态网。新EDA、新IP、新工艺，互相促进、互为一体滚动发展，进一步杜绝后来者赶超的可能性。
　　
　　2.验证工具的重要性
　　
　　根据应用场景的不同，EDA工具的使用主要分为设计、验证、制造等几大类。芯片设计过程存在引入错误的风险，所以验证贯穿整个设计过程，产生大量的验证流程和工作。
　　
　　随着芯片性能的提高、集成越来越多的SOC、IP，芯片的复杂度也愈发复杂，给芯片验证带来了资金和时间上挑战。当前单个先进工艺芯片设计成本超过4亿美金，允许的容错率极低，验证复杂度也呈现指数级的增长。另外，当芯片、系统和软件环境融合在一起，无数的“应用模式”都需要从安全角度进行充分的验证。
　　
　　目前，芯片开发过程中验证工作的占比越来越高，甚至能占整个工作量的70%以上。根据《TheWilsonReport2020》研究，2007-2020年之间，对IC设计工程师的需求以约3％的复合年增长率增长，而对IC验证工程师的需求以6.8％的复合年增长率增长。
　　
　　3.EDA功验证市场规模及增长
　　
　　逻辑验证是IC设计周期中非常重要的一个方面。必须对设计进行逻辑验证，并在早期阶段消除任何潜在的错误。在项目不同阶段，RTL仿真、硬件仿真和原型验证各有特色，都是数字芯片验证工作不可缺少的工具。
　　
　　逻辑验证已成为SoC集成验证的关键平台，在整个EDA工具的占比也表现出增长趋势。逻辑验证是EDA软件中占比较高的工具，约占整个EDA市场的11%，2020年全球EDA逻辑验证市场规模约12.79亿美元，其中原型验证约2.16亿美元，中国原型市场规模约1.81亿元，约占全球市场的11%。
　　
　　4.原型验证具有发展良机
　　
　　原型验证是逻辑验证的一种，属于前端验证，不受代工厂PDK工艺包的限制，可以独立开发。原型验证是是高性价比的验证手段，可以再“流片前的软硬件协同开发”，在运行速度上比其他仿真方式有碾压式的优势，这对于缩短最终芯片Time-to-Market周期意义重大。原型验证因其优异的性能，灵活可扩展等特性，受到芯片设计公司的广泛青睐、越来越多的应用于软件开发、硬件验证和系统验证中，加速其产品的上市。在软硬件深度定制化、要求芯片到应用的一站式交付的今天，原型平台的重要性进一步提升。
　　
　　各大EDA厂商都在积极推动原型验证工具的发展。Synopsys的HAPS系列是当下业界最受欢迎的原型验证加速平台，在原型验证领域拥有82.08%的市场份额，是绝对的领头羊。Cadence在原型验证领域起步比较晚，2017年尝试推出了第一代FPGA原型验证平台，通常会和Palladium仿真平台联合使用，市场份额较小。SiemensEDA（前MentorGraphic）近期收购了Pro-Design来增强原型验证业务，但市场份额也是较小。对于国内企业来说，思尔芯是一家长期提供快速原型验证解决方案供应商，经过近十年的发展，市场地位已经十分稳固，约占全球8.89%的市场份额，仅次于Synopsys。而思尔芯更是占据了中国市场的52.88%的份额，超过Synopsys的41.39%。国内新成立的芯华章同样聚焦EDA验证工具，其硬件仿真、原型验证等产品也将快速推向市场，抢占一席之地。随着中国半导体产业和EDA行业的发展，行业政策、市场环境正在变得利好，国内原型验证供应商有望快速成长。