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2023年，為提升國內芯片企業(yè)在全球范圍的影響力，促進和記錄國內芯片的技術、市場應用進程，芯師爺特別策劃《2023年硬核芯產業(yè)專題報告》。
在《2023年硬核芯產業(yè)專題報告》中，芯師爺對芯片IP、EDA、MCU、智能芯片、存儲芯片、射頻芯片、功率器件、通訊芯片、電源管理芯片、信號鏈芯片、處理器芯片、傳感器等12類芯片產品領域進行調研，通過分析各芯片領域技術概況、市場格局、發(fā)展趨勢、代表企業(yè)、代表產品概述，以及應用方向等，力求展示現階段國內半導體產業(yè)發(fā)展情況。
本篇為系列專題報告之《由點及面加速迸發(fā)，國產EDA如日方升》，內容為2023年國內EDA產業(yè)報告及產品選型參考。以下為報告全文：
EDA行業(yè)概述
1.1、EDA的定義
EDA（ElectronicDesignAutomation，電子設計自動化）是集成電路領域的上游基礎工具，在計算機系統(tǒng)輔助下，完成IC功能設計、綜合驗證、物理設計等流程軟件，貫穿于集成電路設計、制造、封測等環(huán)節(jié)，是集成電路產業(yè)的戰(zhàn)略基礎支柱之一，素有“半導體產業(yè)皇冠上的明珠”之名。
1.2EDA工具分類
EDA產品線繁多，按照集成電路產業(yè)鏈劃分，集成電路EDA工具可以分為制造類EDA工具、設計類EDA工具及封測類EDA工具。
根據EDA工具的應用場景不同，又可以將EDA工具分為數字設計類、模擬設計類、晶圓制造類、封裝類、系統(tǒng)類等五大類。
圖1：EDA工具應用場景,資料來源：公開資料整理
中國EDA市場競爭格局
2.1海外巨頭高度壟斷，國產替代打開EDA新局面
EDA市場規(guī)模相對較小，約為百億美元，但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(guī)模呈現穩(wěn)定上升趨勢。根據SEMI統(tǒng)計，2020年全球EDA市場規(guī)模為114.67億美元，同比增長11.62%。2012-2020年全球EDA市場規(guī)模復合增速為7.28%，呈現較為穩(wěn)定的持續(xù)增長態(tài)勢[1]。
作為典型的技術驅動行業(yè)，EDA對研發(fā)投入、研發(fā)人員、用戶協(xié)同等都有較高要求，具有較強的行業(yè)壁壘：70%以上的市場份額，都被Synopsys（新思科技）、Cadence（楷登電子）、Mentor（明導國際，被西門子收購后更名Siemens EDA）三巨頭壟斷。
TrendForce公布統(tǒng)計數據顯示[2]，2021年Synopsys、Cadence、Siemens EDA分別占據32%、30%和13%的全球市場份額，合計市場份額為75%?？v觀全球EDA軟件市場，預計2020年至2024年市場規(guī)模將從81億美元增長至136億美元，復合年增長率為13.8%。
圖2：2021年全球EDA軟件市場份額,資料來源：TrendForce
2022年，美國宣布對14nm或以下制程的EDA工具出口限制供應，給原本就嚴峻的國產EDA 發(fā)展形勢帶來了更多的不確定性，我國發(fā)展EDA行業(yè)必要且迫切，中國 EDA在封鎖的桎梏中，踏上了跨越鴻溝的路，開始有機會依靠市場機制，來解決卡脖子問題。
國產EDA行業(yè)在需求、供給和政策的三重驅動下，國內EDA企業(yè)如雨后春筍般成立，據統(tǒng)計數量已多達120余家，誕生了以華大九天、概倫電子、廣立微、芯華章等為代表的領先企業(yè)與黑馬企業(yè)，在短短幾年內取得了顯著進步，并且在某些領域已經具備了與國際領先企業(yè)競爭的能力。
圖3：我國EDA廠商產品布局梳理（部分）,資料來源：企業(yè)官網、公開資料
與國際市場相比，中國EDA市場規(guī)模較小，但增長迅速。根據中國半導體行業(yè)協(xié)會預測[3]，2025年我國EDA市場規(guī)模將達到184.9億元，2020-2025年年均復合增速為14.71%。但由于我國EDA起步較晚，本土EDA產品在性能與技術方面與國際龍頭相比仍存在較大差距，國內市場份額基本為海外廠商所占。
圖4：2021年中國EDA市場企業(yè)份額占比,資料來源：賽迪顧問
可喜的是，海外EDA三大廠商在中國的市場份額合計約為77.7%，已經低于早些年的80%。華大九天的市場份額更是高達5.9%，超越另外兩大國外EDA企業(yè) Ansys、Keysight，位居第四名。根據華大九天披露，其在本土EDA企業(yè)國內市場份額占比保持在50%以上推算，國產EDA在國內的市場份額合計已超過10%。
圖5：2022年中國EDA上市企業(yè)財務數據,資料來源：企業(yè)2022年年度報告
從頭部EDA廠商披露的財報來看[4]，華大九天2022年營業(yè)收入同比增長37.76%，凈利潤同比增長33.17%；概倫電子2022年營業(yè)收入同比增長43.68%，凈利潤同比增長56.92%；廣立微2022年營業(yè)收入同比增長79.48%，凈利潤同比增長104.01%；三家上市企業(yè)均表現出良好的發(fā)展態(tài)勢。
2.2 國產EDA實現突破，支撐高端芯片研發(fā)
圖6：全球EDA廠商最先進制程一覽（部分）,資料來源：公開資料整理
華大九天、概倫電子、廣立微、思爾芯等從海外EDA三巨頭業(yè)務鏈的夾縫中切入市場，再次推動EDA國產化，在先進制程方面也有不俗的表現：作為國內唯一能夠提供模擬電路設計全流程EDA工具的本土企業(yè)，華大九天模擬全流程整體可支持28nm及以上制程設計，其中電路仿真工具可支持5nm，晶體管級電源完整性分析工具可支持14nm；概倫電子的EDA技術可以支撐7nm/5nm/3nm等先進工藝節(jié)點下的大規(guī)模復雜的IC設計和制造，但無法實現EDA全領域的自主可控。
國內EDA資本市場，加速向前
近幾年，國內EDA企業(yè)數量、融資案例數量和金額、產品與技術發(fā)布都呈快速增加態(tài)勢，多家EDA公司紛紛搶灘登陸二級市場，我國EDA行業(yè)正以前所未有的速度駛入發(fā)展的快車道。據芯師爺不完全統(tǒng)計，2022年至2023年10月期間，中國EDA行業(yè)發(fā)生融資事件超20起，融資企業(yè)超16家，融資規(guī)模或超20億元。
圖7：2022至2023國內EDA融資事件一覽，資料來源：公開資料整理
其中初期輪次融資占65%，共17起。投資事件投后估值主要集中于0-15億人民幣，大多數為5億元以下，3家企業(yè)投后估值在15-30億人民幣，僅1家企業(yè)投后估值達70億人民幣。值得注意的是，芯華章和芯瑞微兩家公司在此期間均拿下了多輪融資。
然而，EDA工具和設計流程的研發(fā)投入巨大，需要大量前期基礎研究和迭代優(yōu)化，投資回報周期較長，但國內資本更傾向快速產出和回報的領域，難以持續(xù)提供EDA領域所需的巨額研發(fā)資金投入。
同時，國內缺乏一批專注EDA等電子設計工具領域的風險投資基金，無法形成持續(xù)推動產業(yè)創(chuàng)新的資本力量，這導致國內EDA企業(yè)資金鏈長期處于高度緊張狀態(tài)，嚴重制約了工具和流程優(yōu)化迭代的速度，難以跟上國際先進水平，需進一步拓寬融資渠道，改善資本環(huán)境，為EDA創(chuàng)新發(fā)展提供堅實的資金保障。
在企業(yè)IPO方面，由于國內大部分EDA企業(yè)處于發(fā)展初期，僅概倫電子、華大九天和廣立微3家企業(yè)已完成IPO，補全了EDA上市公司空白。
圖8：國內EDA上市企業(yè)一覽，整理來源：公開資料整理
國內EDA行業(yè)發(fā)展的困境與挑戰(zhàn)
隨著摩爾定律的推進，芯片的集成度越來越高，晶體管數目呈指數級增長。這為EDA軟件開發(fā)帶來了兩方面挑戰(zhàn)：第一，超大規(guī)模集成電路設計的復雜性大幅提高，使EDA軟件面臨巨大的性能壓力。EDA軟件需要處理億量級門電路和復雜的時序約束，對算法優(yōu)化、軟硬件協(xié)同都提出了更高要求。第二，進程技術的迭代也給EDA工具帶來影響，新工藝的物理效應和設計規(guī)范需要EDA軟件進行適配。歷經光刻、化學增強、柵隔絕等技術革新，EDA亟需不斷升級以承受先進工藝的壓力。
因此，摩爾定律所驅動的芯片集成度提升，導致了EDA軟件需處理更大規(guī)模的設計復雜性，并不斷適配新興工藝技術。這成為EDA軟件開發(fā)日益艱巨的根本驅動力，也推動著EDA軟件向更智能、高效的方向發(fā)展。
4.2人才是限制國產EDA發(fā)展的第一要素
《中國集成電路產業(yè)人才發(fā)展報告（2020-2021年版）》顯示[5]，2020年我國直接從事集成電路產業(yè)的人員約54.1萬人，同比增長5.7%。其中，設計業(yè)、制造業(yè)和封裝測試業(yè)的從業(yè)人員規(guī)模分別為19.96萬人、1812萬人和16.02萬人。預計到2023年前后，全行業(yè)人才需求將達到76.65萬人左右，集成電路行業(yè)人才或存在20多萬人的缺口。
芯師爺經調研發(fā)現，我國半導體行業(yè)發(fā)展中的人才局限，主要體現在對專業(yè)能力強和工程經驗豐富的高端芯片人才有著大量需求，其中3年芯片設計研發(fā)工作經驗是起步要求，5年及以上則為性價比最佳選擇，但這類高端人才既稀缺又不易快速培養(yǎng)。在行業(yè)內核心研發(fā)和工程師隊伍中，中青年技術骨干明顯不足，無法獲得持續(xù)人才資源補充。
另外，高端人才流動性高、容易流向薪酬更高的企業(yè)等，難以實現核心人才的長期固定，且培養(yǎng)成本也頗為高昂。行業(yè)人士表示，培養(yǎng)一個EDA人才，從高校課題研究到能夠真正實踐從業(yè)，往往需要十年的時間。由此可見，EDA乃至半導體行業(yè)普遍存在人才供給短板問題，已嚴重制約了行業(yè)技術創(chuàng)新和產業(yè)發(fā)展，必須從根本上完善人才培養(yǎng)機制、建立人才激勵體系，才能為行業(yè)發(fā)展提供堅實的人才保障。
4.3海外EDA用戶粘性強，需打破生態(tài)壁壘
國內EDA企業(yè)與國際先進水平還存在較大差距，不僅體現在無法完全匹配芯片設計的需求，還體現在EDA生態(tài)發(fā)展仍不成熟，制約了國產化進程，需要通過以下多個方面切入，進一步完善頂層設計，推動形成良性競爭的產業(yè)生態(tài)，從而加速用戶使用國產EDA工具的進程。
分工合作：國內任何一家EDA公司都無法覆蓋整個EDA產業(yè)鏈，各自都有自己專注和擅長的領域。不同EDA公司可以根據自身的專長和擅長領域進行分工合作，各司其職，互相補充，形成一個完整的產業(yè)鏈。
行業(yè)標準建設：大部分國內EDA企業(yè)仍在使用基于美國幾大EDA公司定義的行業(yè)標準和行業(yè)基礎，亟需聯(lián)合上下游合作伙伴，共同參與制定行業(yè)標準和規(guī)范，提高產業(yè)鏈的協(xié)同效率和互操作性，促進國產EDA工具的廣泛高效應用。
EDA人才培養(yǎng)和自主EDA應用：高校作為人才培養(yǎng)的基地，需要依托校企聯(lián)合、校地共建的產教融合創(chuàng)新培養(yǎng)模式，引進EDA大學計劃，促進產教融合的EDA人才培養(yǎng)與自主EDA應用，打造EDA產教融合創(chuàng)新平臺。如華大九天通過各類合作方式向至少四百余家高校提供提供軟件產品和課程服務，一年至少有3000名師生在使用華大九天的國產EDA工具。此外還有概倫電子、國微芯、速石科技、嘉立創(chuàng)、芯思維等多家國產EDA企業(yè)聯(lián)合高校展開EDA人才培養(yǎng)工作，借助產學研一體化教學培養(yǎng)專項技術人才。
產業(yè)鏈協(xié)同模式：全產業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展是EDA進步的基礎，一方面，從設計到制造再到封裝測試，每一個環(huán)節(jié)都需要EDA工具支持。另一方面，只有EDA工具與主流芯片設計公司、晶圓制造商、封裝測試公司等保持密切合作，才能及時了解產業(yè)鏈用戶的實際需求，從細節(jié)入手不斷優(yōu)化工具，實現產品性能、功能、質量等方面的提升。其中，EDA、Fabless和Foundry是芯片制造的鐵三角，尤其是Foundry廠商，需要與EDA形成相對比較緊密的匹配度和結合度，從各自擅長的方面解決問題，共同升級迭代，最終推動行業(yè)生態(tài)的建設。
圖9：產業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展，整理來源：公開資料整理
EDA行業(yè)未來發(fā)展展望
在5G和萬物互聯(lián)的新時代，海量的數據需要符合應用場景的算力來實現它的價值。而算法到算力的快速實現是半導體和系統(tǒng)公司實現差異化，提高競爭壁壘重要途徑。AI大模型極度依賴算力，算力芯片復雜度和數量需求急劇上升，變相提升了EDA需求。另一方面，AI技術也可以優(yōu)化EDA工具，進一步提升芯片設計的效率。
據Cadence的報告顯示，機器學習在EDA的應用可以分為四個方面：數據快速提取模型；布局中的熱點檢測；布局和線路；電路仿真模型?；?a class="article-link" target="_blank" href="/tag/%E6%B7%B1%E5%BA%A6%E5%AD%A6%E4%B9%A0/">深度學習等前沿AI技術的EDA工具，能夠實現對龐大設計空間的深度學習和超高維建模，并以此指導芯片設計全流程的智能選擇和優(yōu)化，大幅提高設計效率和質量；另外，AI技術還可用于收集和學習大量的設計經驗數據，實現對設計問題的模式識別及智能診斷，輔助工程師完成設計閉環(huán)；
總體來說，AI為EDA工具提供了實現從“自動化”向“智能化”跨越的可能性，帶來空前的深度升級和顛覆機遇，將大幅推進整個EDA產業(yè)的智能化轉型。
今年，Synopsys宣布推出業(yè)界首個全棧式AI驅動型EDA解決方案Synopsys.ai，涵蓋設計、驗證、測試和模擬電路設計階段，以實現行業(yè)領先的功耗、性能、面積（PPA）目標和良率，并覆蓋從架構設計到制造的整個設計流程。
國內亦不逞相讓，加速布局AI+EDA路線，試圖實現彎道超車。如隼瞻科技則已將AI+EDA引入產品WingStudio當中，通過人工智能技術的深度介入，實現架構探索的自動化，從而“進化”出PPA最優(yōu)的處理器架構；奇捷科技在AI方面也已經開展相關的研究工作，核心的關注點是如何利用AI提高ECO的質量，優(yōu)化邏輯補丁的尺寸等核心算法性能，未來將有基于AI技術的EDA產品推向市場；芯華章成立了國內首家EDA企業(yè)研究院，計劃三年投入超億元開展行業(yè)共性和前沿技術的開發(fā)，已經在AI輔助EDA設計和驗證等多個方向上開展研發(fā)，以推動下一代EDA
2.0的發(fā)展。
5.2 EDA上云，漸入佳境
隨著云計算時代的到來，轉云成為軟件企業(yè)確定性的發(fā)展趨勢，這種趨勢同樣蔓延到了EDA領域，云平臺的應用模式的變化，也越來越多得到產業(yè)的認可。多家EDA企業(yè)向芯師爺表示，EDA工具上云可以提供靈活彈性的計算資源，提升設計團隊多地點協(xié)作的時效，實現對各類工具的無縫連接，同時降低用戶自身的IT基礎設施運維成本。但也需要注意數據安全、網絡依賴性增加等潛在風險，在獲得云服務優(yōu)勢的同時保持風險意識，制定切實可行的應對策略，使EDA上云發(fā)揮最大效益。
5.3把握EDA+IP雙命脈，提升市場競爭力
隨著芯片復雜度的不斷提升，越來越多的半導體企業(yè)開始意識到，只有IP核與EDA工具形成正向循環(huán)促進，設計效率和質量才能不斷提高，充分發(fā)揮兩者互補協(xié)同作用，對IC設計自動化實現質的飛躍具有重要意義。Synopsys的2021財年報告顯示[6]，其“EDA+IP”的收入占比已達90%左右，其中EDA收入占比為58
%，IP授權收入占比35%。
國內同樣開始有EDA企業(yè)選擇了這種發(fā)展路線，如合見工軟即在EDA新國產多維演進論壇上發(fā)布了多款全新國產自主自研的EDA與IP產品，力求在數字芯片全流程EDA工具與設計IP、系統(tǒng)級領域達到多維演進、廣泛布局；隼瞻科技充分利用自身豐富的半導體IP資源和強大的EDA設計工具，向客戶提供基于DSA專用處理器子系統(tǒng)的芯片定制設計服務，在行業(yè)下行周期迎來逆勢增長，預計今年將實現數千萬的營收；專注打造數字IC前端仿真EDA工具鏈的九霄智能同樣表示，將在未來逐漸形成以EDA工具授權、芯片IP授權、設計服務相輔相成的業(yè)務模式。
5.4加快收購兼并步伐，完善產品線
回望全球EDA頭部廠商的發(fā)展歷程，不難發(fā)現Synopsys、Cadence、Mentor三巨頭的產品線完善離不開對多家EDA點工具公司的收購：Synopsys進行了近百次收購，Cadence在五十年間完成了超過70次收購，Mentor自身更是被西門子以45億美元收購后更名為Simens
EDA，前后進行了近50次收購。
無獨有偶，國內EDA企業(yè)的發(fā)展同樣離不開收并購，借助政府部門和監(jiān)管機構對頭部企業(yè)的重點扶持，通過對合適點工具EDA企業(yè)的直接并購整合以及間接股權投資，加速推動打造EDA全流程工具鏈。
以概倫電子為例，先后完成了對博達微、Entasys和芯智聯(lián)科技的收購整合，并直接投資了伴芯科技，還通過對外合作設立專項產業(yè)投資平臺，先后投資了啟芯軟件、新語軟件、東方晶源、泛利科技、鴻之微、上海思爾芯等數家EDA產業(yè)鏈相關企業(yè)。
中國EDA企業(yè)產品選型推薦
芯易薈（上海）芯片科技有限公司
芯易薈（ChipEasy）立足于中國，是一家提供全球領先的新一代專用處理器設計工具的科技公司。作為芯片設計行業(yè)的賦能者，自主研發(fā)專用處理器設計與驗證自動化的前瞻性技術，提供處理器開發(fā)的一站式平臺。針對豐富的應用場景，自動產生最佳匹配的軟硬件協(xié)同方案。為中國乃至全球范圍日益增長的芯片設計需求提供新型設計方法學、工具軟件和最佳實踐。
FARMStudio專用處理器生成工具
FARMStudio是一款以C語言描述，基于RISC-V基礎指令集的專用處理器生成工具。針對密集計算和復雜數據處理的應用場景，賦能工程師自由探索計算架構，優(yōu)化PPA，快速收斂至最佳設計。該工具可廣泛應用于定制針對視覺、AI、通信、音頻、DPU、工業(yè)控制等領域的處理器解決方案，助力芯片設計公司高效自研IP。內嵌面向豐富應用場景的DSA設計范式，便于客戶快速集成、優(yōu)化和驗證DSA處理器，突破傳統(tǒng)IP能效上限，并以更低的成本適應算法與產品的持續(xù)迭代。
浙江九霄智能科技有限公司
九霄智能是一家專注于數字IC前端EDA工具研發(fā)和數字IC先進研發(fā)流程推廣的軟件企業(yè)，做極致的芯片EDA軟件——UltraEDA！近期，九霄智能以數字IC仿真驗證工具為核心，陸續(xù)發(fā)布了多款數字IC前端EDA工具產品，基本可覆蓋數字芯片前端設計驗證所需的工具。九霄智能將持續(xù)完善和提升國產數字EDA工具軟件，為客戶企業(yè)提供完整的EDA工具軟件平臺，并以此為依托，構建和推廣完整高效的芯片研發(fā)流程。
數字IC仿真驗證工具--UltraEDA Sim
數字IC仿真驗證工具主要對數字芯片的設計進行仿真驗證，其使用貫穿于數字芯片設計驗證的整個過程，是數字前端設計驗證最核心的EDA工具。九霄智能數字IC仿真驗證工具支持SystemVerilog和UVM方法學，支持以Constrain、Assertion和Coverage為基礎的驗證流程。具有全自主知識產權，對標國際巨頭產品，功能性能可實現國產替代。
奇捷科技（深圳）有限公司
奇捷科技成立于2013年，是一家專注于開發(fā)電子設計自動化（EDA）工業(yè)軟件的高科技公司。一直以來，公司從“為功能性ECO創(chuàng)建顛覆性算法”出發(fā)，秉承“客戶信賴、技術領先、服務至上”的品牌理念，旨在應用Functional ECO的技術為ASIC設計業(yè)界提供突破性的設計流程。公司集結了國內外學術與產業(yè)精英，目前在深圳、上海、北京、香港均有研發(fā)中心，研發(fā)成果卓著。EasylogicECO歷經數千次測試，能快速有效地幫助設計團隊在最短時間內完成ECO任務，縮短產品開發(fā)周期，節(jié)省成本。商業(yè)客戶遍布中國大陸、中國臺灣、美國和韓國等多個地區(qū)。
EasylogicECO
EasylogicECO使用了獨創(chuàng)的全自動算法可以快速生成最小最優(yōu)化的補丁邏輯，除了可以滿足RTL的邏輯功能改動外，同時還可以兼顧其他設計要求，如支持掃描鏈拼接更新、保持低功耗設計約束、生成補丁考慮物理實現時的時鐘樹和布線延遲等。
ECO成功的關鍵就是盡可能地保留當前的設計網表，使其改動最小。因此，能夠在電路中定位出最準確的修改信號、做出最小的改動，就是EasylogicECO遵循的原則。
資料來源
[1]調研機構SEMI.org
[2]TrendForce，New US EDA Software Ban May Affect China's Advanced IC Design
[3]調研機構賽迪顧問
[4]華大九天、概倫電子、廣立微，2022年年度報告
[5]中國集成電路產業(yè)人才發(fā)展報告（2020-2021年版）
[6]Synopsys，2021財年報告
注：以上資料及數據截至2023年10月。因篇幅限制，本報告“代表企業(yè)及產品選型參考”中僅展示由所列舉企業(yè)提供的官方資料。
如有更多該領域未提及的企業(yè)和芯片產品可供市場選型，請將貴司簡介及聯(lián)系方式發(fā)至郵箱：news@gsi24.com。收到企業(yè)資料后，我們將在后續(xù)更新的系列報告中展示該領域更多“代表企業(yè)及產品選型參考”。
報告作者：吳澄悅（Valencia.Wu）
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