EDA软件行业深度研究：国产EDA的奋起

来源:未来智库发布时间:2021-12-17918浏览

（报告出品方/作者：海通证券/郑宏达）

1. 一颗芯片的诞生：什么是EDA

数字电路和模拟电路

半导体市场按照产品可以分为集成电路和OSD（分立器件、光电器件和传感器）。集成电路分为模拟IC和数字 IC。模拟信号是幅度和相位连续变化的电信号；数字信号自变量是离散的、因变量也是离散的信号。模拟信号分辨率精确，但容易受到噪声干扰，同时通常伴随着信号的衰减。数字信号分辨率低，但其传播和处理现在已变得十分简单。模拟芯片用来产生、放大和处理各种模拟信号，而数字芯片用来产生、放大和处理各种数字信号。

芯片：当代艺术品

芯片（Chip）是集成电路（IC，IntegratedCircuit）的载体。集成电路采用一定的工艺，把一个电路中所需的电阻、电容、电感等无源器件以及二极管和三极管等有源器件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构。而这一切的实现都是基于半导体，半导体材料具备独特的物理特性：导电性能介于导体和绝缘体间，导电性可受控制。常见的半导体材料有硅、锗、砷化等，而硅目前是商业上最具影响力的，在一片硅片上通过氧化、光刻、扩散、外延等半导体制造工艺，将电路元件和其连线实现出来，就形成了芯片。

EDA工具：为什么要用EDA

-芯片设计是一个巨大且复杂的工程，包括数字与模拟电路设计、物理后端设计、封装设计、可测性设计等。在没有诞生EDA工具前，开发者只能以人工画图的方式进行电路设计。以设计一块具有4万个晶体管的集成电路为例，其共有36个输入输出的端口，用来处理16位（也就是16个1、0组成的信号）或者8的信号，还需要考虑各种不同组织的相关标准要求。在原始单元级密度方面，7纳米节点的硅密度在每平方毫米0.9-1.02亿个晶体管之间，5 纳米节点的硅密度在每平方毫米1.3-2.3亿个晶体管之间。

为什么要区分数字电路和模拟

所利用的半导体特性不同：模拟芯片利用的是晶体管的放大作用，数字芯片利用的是晶体的开关作用。所追求的电路设计目标不同：模拟芯片追求卓越的性能；数字芯片追求更小的面积、更低的功耗和更快的速度（比如PC越来越薄、待机时间更长、主频更高不卡顿）。这就导致电路设计方法不同：数字芯片遵循自上而下的设计流程，标准化程度高；模拟电路讲究理论推导和软件仿真相结合，对工程师的水平要求较高，可以自上而下也可以自下而上。电路设计方法和设计目标不同导致EDA软件的差异：我们认为数字EDA讲究“优化”；模拟EDA讲究“高精度”，背后都是数学求解算法的支撑。

数字电路设计流程：后端设计

后端设计是先基于网表，在给定大小的硅片面积内，对电路进行布局（FloorPlan）和绕线(PlaceandRoute)，再对布线的物理版图进行功能和时序上的各种验证 (DesignRuleCheck、LayoutVersusSchematic等)，后端设计也是一个迭代的流程，验证不满足要求则需要重复之前的步骤，最终生成用于芯片生产的 GDS(GeometryDataStandard)版图。

在各个布线层之间的电阻变化程度比大了2到3倍。以宏的形式出现的布线阻挡区域的数量增长了10倍。过孔阻抗可以达到线路阻抗的2至3倍。复杂的时钟广泛存在，并且使得整体互连管理更加不稳定。先进的芯片工艺和设计上的变化也要求在精确时序sign-off与实现过程之间达成紧密的结合。芯片成品率的问题也不再当成设计后续事项来考虑，必须在设计流程中结合进来。

2. EDA三巨头： Synopsys、Cadence、Mentor

EDA三巨头

1. 十年十倍股 2. 通过大规模并购完善产品线：Synopsys历史多达100次并购事件， Mentor于2016年被西门子45亿美元收购。 3. 大力投入研发：近十年费用率 Synopsys在35%左右； Cadence在35-40%之间；Mentor在30%左右。 4. 三巨头均是IC设计全流程覆盖，但是侧重点依然有差异： - Synopsys产品最全面，它的优势在于数字前端、数字后端和PTsignoff。模拟前端的XA，数字前端的VCS，后端的sign-offtool。Synopsys有垄断市场90%的TCAD器件仿真和垄断市场50%的DFM工艺仿真。 - Cadence的强项在于模拟或混合信号的定制化电路和版图设计，功能很强大，PCB相对也较强，但是Signoff的工具偏弱。 - 西门子EDA在后端布局布线较为强势，在PCB上也很有优势，它的优势是Calibresignoff和DFT，但西门子EDA在集成度上难以与前两家抗衡。（报告来源：未来智库）

Synopsys

Synopsys是全球领先的EDA解决方案提供商及芯片接口IP供应商，同时也是信息安全和软件质量的领导企业，为全球电子市场提供技术先进的IC设计与验证平台，致力于复杂的片上系统（SoC）的开发。目前，公司是全球排名第一的芯片自动化设计解决方案提供商，全球排名第一的芯片接口IP供应商，同时也是信息安全和软件质量的全球领导者。作为半导体、人工智能、汽车电子及软件安全等产业的核心技术驱动者，公司的技术一直深刻影响着当前全球五大新兴科技创新应用：智能汽车、物联网、人工智能、云计算和信息安全。

公司成立于1986年，20世纪80年代，公司凭借逻辑综合工具，公司取得了良好的效益。营业收入由1987年的13万美元，到1989年的730万美元，2年间增长了55倍之多。自20世纪90 年代开始，公司凭借逻辑综合工具市场一家独大的地位开展了大量的并购，1990-1999年间并购次数高达20次，至今并购次数合计在100次左右。21世纪初，公司掀起了更大规模的并购潮，其中2002年收购的Avanti使Synopsys成为EDA历史上第一家可以提供顶级前后端完整IC设计方案的领先EDA工具供应商，公司坐稳第二的位臵，并在2008年超越Cadence成为全球最大的EDA工具厂商。2012年，公司收购当时全球第四大EDA工具商Magma，该公司在复杂时序约束上有独到优势。早在1995年，公司就已经进入中国市场，并在实现中国本土化上做出了很多努力。截至2020年5月，公司在中国已经有1400多名员工，在9个城市都设有分公司，研发人员已经超过1000人。

Synopsys：业务结构

从细分产品和服务来看，公司业务可分为半导体和系统设计和软件完整性两部分。软件完整性业务为客户提供开发全生命周期的解决方案，将安全性、质量和合规性测试贯穿软件开发的整个流程中，对安全漏洞和缺陷进行及时的检测和修复。

EDA工具对比

相对于另外两家EDA巨头,SynopsysEDA产品最全面，它的优势在于数字前端、数字后端和 PTsignoff。模拟前端的XA，数字前端的VCS，后端的sign-offtool，还有口碑极好的PT、 DC和ICC功能都很强大。Synopsys有垄断市场90%的TCAD器件仿真和垄断市场50%的 DFM工艺仿真,这是其在EDA产业竞争中的一把利器。 Cadence的强项在于模拟或混合信号的定制化电路和版图设计，功能很强大，PCB相对也较强，但是Signoff的工具偏弱。西门子EDA也是在后端布局布线这块比较强，在PCB上也很有优势，它的优势是 Calibresignoff和DFT，但西门子EDA在集成度上难以与前两家抗衡。

Synopsys：优势产品

SynopsysVCS是当前业内最高性能的仿真解决方案。VCS可提供业内最高性能的仿真引擎、约束条件解算器引擎。VCS仿真引擎能够原生地充分利用当前的多核和众核X86处理器，配备最先进的细粒度并行(FGP)技术，通过在运行时间配臵更多芯核，让用户能够轻易地加快频繁调用的长周期测试。此外，全面的VCS解决方案支持原生测试平台(NTB)、广泛的SystemVerilog、验证规划、覆盖率分析和收敛，并与业内实际的调试平台标准Verdi原生整合。VCS 经过独创设计，满足设计人员和验证工程师的需求，帮助他们应对当前SoC的挑战和复杂性。（报告来源：未来智库）

3. 华大九天：立于国产EDA软件之巅，助力中国芯

产品结构：模拟、平板显示全覆盖

公司成立于2009年，为国内领先的EDA工具软件开发服务商，主要产品包括模拟电路设计全流程EDA工具系统、数字电路设计EDA工具、平板显示电路设计全流程EDA工具系统和晶圆制造EDA工具等EDA工具软件，并围绕相关领域提供技术开发服务（测试芯片设计、半导体器件测试分析、器件模型提取等），是我国唯一能够提供模拟电路设计全流程EDA工具系统的本土EDA企业。目前，公司已构建出以上述四大板块为核心的平台化系统，布局全生态体系，从而实现全平台生态替换。

发展历程

自成立以来，公司一直聚焦于EDA工具的研发工作。2011年，公司发布第一代模拟电路设计全流程EDA工具系统；2014年公司发布平板显示电路设计全流程EDA 工具系统；2018年公司推出晶圆制造工程服务业务并发布异构仿真系统；2020年公司发布新一代模拟电路设计全流程EDA工具系统和工艺模型提取工具，是目前国内规模最大、产品线最完整、综合技术实力最强的EDA工具提供商。

以技术为核心：高研发投入

公司拥有覆盖模拟电路设计、数字电路设计、平板显示电路设计和晶圆制造等多领域EDA产品的研发团队，截至2020年12月31 日，公司研发和技术人员总数322人，占总员工比例达到67.51%。为保持自身的竞争力，公司保持了持续高比例的研发投入。公司2018年度、2019年度、 2020年度研发费用分别为 0.75、1.35、1.83亿元，占营业收入的比例分别为 49.81%、52.50%、 44.22%。

以技术为核心：优秀的管理层

公司已组成以创始人刘伟平为主体的核心技术团队，目前成员共计5人。核心团队成员均具备硕士及以上学历，拥有深厚且与公司业务匹配的资历背景，对公司主要产品的研发具有重要、突出的贡献，目前在公司研发部门担任重要职务。

收入结构

近三年收入占比均在 80%以上。2020年，公司EDA软件销售收入为3.45亿元，同比增长60.47%。技术开发服务在近三年中保持着较快的增速，2020年公司技术开发实现收入0.61亿元，同比增长56.41%。（报告来源：未来智库）

营收快速增长

2018-2020年，公司取得营业收入1.51亿元、2.57亿元和4.15 亿元，2019和2020 年增速分别达到 70.59%和61.26%；归母净利润分别为 0.49亿元、0.57亿元、1.04亿元，2019 年和2020年增速分别达到17.80%和 81.18%。营业收入及利润均保持较高增速。

4. 概伦电子：以器件建模和电路仿真验证切入全流程 EDA

1.简况

概伦电子成立于2010年，公司的主营业务为向客户提供被全球领先集成电路设计和制造企业长期广泛验证和使用的EDA产品及解决方案，主要产品及服务包括制造类EDA工具、设计类EDA工具、半导体器件特性测试仪器和半导体工程服务等。公司的主要客户包括台积电、三星电子、 SK海力士、美光科技、联电、中芯国际等全球领先的集成电路企业。

2.股权结构

公司经历了多次增资和股权转让， LIUZHIHONG（刘志宏）持有公司17.94%的股份，且与共青城峰伦为一致行动人，合计控制公司24.14%股份，为公司的实际控制人。共青城明伦、共青城伟伦、共青城经伦、共青城毅伦、共青城智伦、井冈山兴伦的执行事务合伙人为梅晓东先生，为公司高级管理人员。金秋投资、静远投资、睿橙投资、国兴同赢的执行事务合伙人以及嘉橙投资执行事务合伙人的间接控股股东为陈晓飞先生，为公司董事。

3.主营业务——概览

公司在EDA行业的整体战略是围绕DTCO（设计 -工艺协同优化）方法学, 在器件建模和电路仿真验证两大集成电路制造和设计的关键环节进行重点突破，其技术可有效支撑7nm/5nm/3nm等先进工艺节点下的大规模复杂集成电路的设计和制造，帮助晶圆厂在工艺开发阶段评估优化工艺平台的可靠性和良率等特性，建立精确的器件模型、PDK和标准单元库，并通过快速精准的电路仿真帮助集成电路设计企业有效预测芯片的性能和良率，优化电路设计。

4.财务：营收规模快速增长

2018-2020年公司营业收入分别为0.52、0.65、1.37 亿元，主营业务占比分别为98.49%、98.80%、99.64%，其他业务收入为投资性房地产租赁收入，占比较小。受EDA市场需求与国家政策支持影响，公司营业收入呈快速增长趋势，2019和2020年增速分别为26.06%和109.94%。公司扣非后归母净利润有显著改善，2018-2020年分别为-0.08、0.03、0.21亿元，2019和2020年增速分别为137.32%和615.30%。

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