EDA，国产芯片最薄弱一环

2022-05-13 16:53

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《孙子兵法》有言，围地则谋，死地则战。

作者｜章涟漪

2021年12月23日，华为冬季旗舰新品发布会上，华为消费者业务BG CEO、华为智能汽车解决方案BU CEO余承东带来HUAWEI P50 Pocket旗舰折叠屏手机，不出意外，依然不支持5G。

由于美国政府制裁原因，华为公司并没有获得5G射频芯片供应。至少截至目前，华为Mate 40仍被认为是华为旗舰手机的5G“绝唱”。

余承东不止一次坦言，“华为此前只做设计不做生产”这一决定错误，华为也在尽力“补洞”。但显然，建立独立自主的芯片产业链，绝非一朝一夕之功。

第一步，工欲善其事，必先利其器，要有设计工具，即：EDA。

综合企查查、天眼查等信息，据不完全统计，截至2022年4月，华为旗下哈勃投资与深圳哈勃累计投资中国半导体企业超过70家，其中包括6家国产EDA企业，分别为：阿卡思微、九同方微电子、无锡飞谱电子和立芯软件、云道智造和青芯意诚。

EDA（Electronic Design Automation，电子设计自动化），是指利用计算机辅助设计（CAD）软件，来完成超大规模集成电路（VLSI）芯片的功能设计、综合、验证、物理设计（包括布局、布线、版图、设计规则检查等）等流程的设计方式。

Δ 集成电路行业倒金字塔结构。资料来源：华大九天招股书

与庞大的芯片设计、制造、应用行业相比，EDA市场规模并不大，2020年全球EDA市场规模仅为72亿美元，但却支撑着数十万亿美元规模的数字经济，素有“芯片之母”称号。

EDA软件行业流传着这么一句话：“谁掌握了EDA的话语权，谁就掌握了集成电路的命门，谁就可以对芯片行业的后来者降维打击。”

显然，话语权不在华为，乃至中国这边。

01、“熊猫EDA”未能如愿

中国不是第一次被EDA难住。

1949年12月，成立仅一个月的“巴黎统筹委员会”宣布将中国管制国家名单。此后很长时间，“巴统”成员国对中国禁运军事武器装备、尖端技术产品和稀有物资等三大类上万种产品，EAD显然位列其中。

一家美国公司的负责人在80年代中期曾自傲地表示，该公司的计算机辅助设计软件，在12年内不可能进入中国。

因此，很长时间，我国无法获取国外最新的EDA软件，IC CAD工具（集成电路计算机辅助设计）研发工作也进入了停摆阶段。

EDA行业的发展和集成电路行业高度关联：集成电路制程提升拉动EDA技术迭代升级，EDA技术升级推动集成电路更新换代，两者形成双向正循环。全球EDA行业发展历经计算机辅助设计（广义CAD）、计算机辅助工程（广义CAE）、电子设计自动化（EDA）三个时代。

Δ 全球EDA行业发展历程。资料来源：Strategy Analytics

在经过一段时间的几乎“空白期”后，1986年7月，电子工业部执行国家的决定，确定在北京、上海、无锡建立3个集成电路设计中心，以北京为重点，先行一步。

不久后，国家又将“七五”期间的IC CAD自主开发人物交给了北京集成电路设计中心（后为中国华大集成电路设计中心，并于2009年独立，创立华大九天）牵头，动员了全国17个单位，超120名专家齐聚北京，后续增至300人，共同开展国产EDA研发。

历经3年，攻关组在1991年对外发布新一代CAD系统的原型版。彼时，华裔专家连永君称，这是中国的国宝，并命名“熊猫系统”。

Δ 以“熊猫”命名，足见珍贵

“熊猫系统”问世，打破了外国对中国的EDA工具封锁。其核心部分由28个设计工具组成，共180万行代码，具有集成电路设计所需要的行为功能级描述、版图编辑、逻辑和电路模拟、测试码生成、自动布局布线和版图验证等功能。

经过“磨合”应用证明后，1993年，熊猫系统获得国家科学技术进步一等奖。

3年开发完成后，攻关组又花了3年进行实用化开发，由原华大副总经理刘伟平带队，并于1995年完成熊猫系统2．2。该版本在当年即有56套系统在国内26家集成电路设计单位应用，共完成集成电路产品设计逾200种，并于同年进入国际市场，在包括美国在内的3个国家拥有5家客户，共20余套系统和工具售出。

此时，西方国家决定：低价、开放。

1994年“巴统”禁令取消，海外EDA三巨头大举进入中国市场，便以技术成熟、价格便宜、免费赠送、多方合作等策略，快速收割市场份额。

最先进入中国的是Cadence（楷登电子）。

1994年2月，Cadence在北京人民大会堂举办了进入中国的开幕式。主席台上一条大红标语通栏写的是：”Cadence Come to China”，宣布这家全球重磅级EDA供应商开始进入中国市场。

第二年，另两家EDA厂家Synopsys（新思科技）和Mentor Graphics（现西门子EDA部门）也悄悄进入中国。

凭借更成熟的技术、超低的价格，他们迅速占领中国市场，耗时耗力的“熊猫系统”最终并没有发展起来。2020年，上述“三巨头”在全球市场占比超77％，在中国市场占比近八成。

Δ 国内EDA行业格局。资料来源：赛迪智库

国际EDA公司进入中国，使得国内集成电路设计工具开始与世界接轨，结束了过去依靠半手工半自动化的CDA时代。设计工具的改善，使得我们在设计上不断精细，无论是华为海思，还是后起之秀地平线的芯片设计能力，都可谓不俗。

与此同时，自1994到2008年，国家对国产EDA的支持非常有限。缺少政策和市场支持的国内EDA工具研发和应用陷入低谷，与海外差距逐渐拉大。这也导致了国内集成电路产业对国外EDA工具的重度依赖。

由于工具掌握在别人手中，我们始终处于被动位置。

02、本土EDA发展曙光再现

时间来到2008年，转机初现。

在中芯国际被台积电“折腾地”疲惫不堪的2008年，国家核心电子器件、高端通用芯片及基础软件产品（核高基）重大科技与项目也正式进入实施阶段。当年，EDA重新获得了国家的鼓励和支持，被列入《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006－2020）》所确定的十六个重大专项之一。

随后，2009年华大九天作为“EDA国家队”从华大集团EDA部门独立出来，继承了熊猫系统的核心技术，承担了十一五、十二五“核高基”专项计划，本土EDA行业也重新迎来了发展的曙光。

Δ 国内EDA主要企业

概伦电子、广立微电子、国微思尔芯、芯和半导体、芯华章、芯愿景等EDA领域一批创业型公司涌现，并拿下了一定的市场。

以国内EDA软件的绝对龙头华大九天为例，2020年在中国EDA市占率约6％，居本土企业首位，份额占比在50％以上。但与国际巨头相比，依然很弱势，国内外EDA软件多年累积的技术差距难以在短时间内抹平。

当下全球EDA行业市场集中度较高，共分为三个梯队。

Δ 全球EDA行业竞争格局

第一梯队为楷登电子、新思科技和西门子EDA，上述三家公司具有显著领先优势，全球市场占比约78％。

第二梯队为华大九天、ANSYS等几家企业，凭借部分领域的全流程工具或在局部领域的领先优势，位列第二梯队，全球市场占比约15％。

第三梯队是一些聚焦于某些特定领域或用途的点工具的企业，整体规模和产品完整度与前两大梯队的企业存在明显差距，全球市场占比约7％。

国产EDA公司与“三巨头”有明显差距，很大一部分原因在于：前者目前仍不能实现全工具链覆盖。由于EDA工具链非常长，涉及软件种类，国内大多从某一环节单点切入，部分流程与环节具备较强竞争力。

Δ 我国EDA企业基本是在“点工具”上有所突破。资料来源：东方证券

如：华大九天在模拟IC领域优势明显，概伦电子则在存储器领域储备较深。但对于客户而言，即便是采购国产EDA软件的意愿高涨，但本土厂商仍无法为其提供平台式的产品服务，客户依旧需要购买大量海外“三巨头”的产品，再搭配本土较为成熟的解决方案使用，显然性价比不算高。

而尽管从历史上来看，EDA三巨头的形成不是一蹴而就地，均是通过自研及大量并购同类企业最终形成厚实的技术壁垒。

海外三巨头共发起过200多次收并购，其中Synopsys次数高达80次，为三家中最多。其早在1990年公司就收购了Zycad公司的VHDL仿真业务，并推出了测试综合产品；2002年，公司收购了刚结束与Cadence多年诉讼的Avanti，一举补齐了数字集成电路EDA全流程所需要的团队和技术，成为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，改变了传统上“Synopsys占前端，Cadence占后端”的格局，也为后续公司市场份额超过Cadence打下坚实基础。

但中国并不具备同等条件。2020年海外EDA企业数量为600＋，国内仅22家，且相对技术较弱，国内企业沿循外资EDA巨头通过兼并重组做大的发展路径较为困难。

更深层次的阻碍还在于“生态”。

每一次系统性、革命性的EDA升级换代都是EDA企业和集成电路应用企业上下游合作，在原有的技术基础上开发的新型算法。

国际头部EDA企业与集成电路制造、设计企业具备长期合作基础，其EDA工具工艺库信息完善，能够随先进工艺演进不断迭代，进一步巩固了竞争优势。

Δ EDA产业生态圈。资料来源：中银证券

这意味着市场尾部EDA企业难以获得生产线的最近工艺数据参数，在与工艺紧密相关的工具领域无法进行技术布局。下游用户一旦确定了EDA供应商，短时间更换EDA工具软件的成本较大，因此集成电路制造与设计企业一旦与EDA工具供应商形成稳定的合作关系，不会轻易更换供应商，对合作供应商粘性较强。

显然，海外三巨头与头部Foundry长期捆绑，始终处于工艺的领先地位。而国产厂商缺乏与头部Foundry的合作，导致其EDA工具对先进工艺的支持不够，这也是国产EDA工具在高端芯片领域几乎没有份额。即便是华大九天，其大多数工具仍无法支持28nm以下的制程。

与此同时，海外EDA巨头还拥有丰富的IP（Intellectual Property core，知识产权核或知识产权模块）库。可以理解为，IP就是把部分设计流程固化，当Fabless使用EDA工具进行IC设计时，可以直接把所需功能的IP模块拿来使用，不必再重复设计，这可以极大地优化芯片设计公司的重复劳动率并提升设计灵活度。

当前，主流SoC异构芯片均是基于不同功能的IP进行组合设计。相比于国内EDA企业，海外EDA巨头拥有大量IP核产权，这使得客户面临较高的切换成本，公司与下游客户的关系更加稳固，从而构建具有深度护城河的生态圈。

Δ 2021年全球IP授权市场格局

国外企业多采用“EDA工具全家桶＋IP授权”模式，打造丰富、完整的IC设计生态。根据IPnest数据显示，2021年全球半导体IP市场中，除了ARM等专业半导体IP供应商外，Synopsys、Cadence这两大EDA巨头位列全球半导体IP市场的第二、三名，市占率分别为19．7％、5．8％。

此外，国产EDA行业还面临缺钱、缺人等问题。

一方面，人才匮乏。EDA开发工程师是一项综合性岗位，要同时理解数学、芯片设计、半导体器件和工艺，一般来说，培养一名EDA研发人才，从高校课题研究到从业实践的全过程往往需要10年左右时间。据赛迪智库的数据显示，2020年我国EDA行业仅有4400余名人才，其中一半以就职于外企。而Synopsys一家公司全球拥有近1．2万名EDA研发人员，华大九天的这一数字为300余名。

另一方面，资金不足。EDA行业资金消耗巨大，需要长期的资金投入。还是以Synopsys和华大九天对比，前者2018年至2020年三年累计研发投入为228 亿元人民币，是华大九天近60倍。

显然，无论从哪方面来看。目前中国EDA公司还无法与国际巨头抗争。

03、国产EDA迎来最好的时间点

随着2019年到来，中美科技摩擦加剧，美国对我国国内高科技企业的制裁力度不断加大，数次提高对国内部分高科技企业的限制级别，尤其在集成电路和EDA工具领域体现的较为明显。

以华为为例，2019年EDA三巨头终止了与华为海思的合作，为国产芯片的发展蒙上了一层阴影。国内集成电路设计及制造企业开始寻求实现EDA工具软件的进口替代。

这对于国内EDA厂商而言，这或许是化危为机的重要时刻。

与此同时，政策、资金、人才、技术都在向好发展。

Δ 我国在EDA软件领域相关政策支持

政策方面，由于EDA基础研究难度高、周期长，前期投入回报较小，需要政策支持。实际上，美国EDA产业发展也离不开补贴。美国NSF、SRC和国防部等政府机构自20世纪80年以来每年投入千万美元级资金支持EDA发展。

我国近年来也发布了一系列政策、补贴支持。去年11月，《“十四五”软件和信息技术服务业发展规划》明确提出重点突破工业软件，其中EDA软件被列出。

资金方面，随着国家政策对EDA领域的持续扶持，行业也开始受到资本市场认可。自2019年起，我国EDA初创企业的融资环境显著改善，且不乏高瓴资本、红衫资本、深创投、英特尔投资、国家大基金、中芯聚源等知名投资机构身影。据不完全统计，2021年，国内EDA赛道融资事件超15起，融资企业超12家，融资规模或超20亿元。远超2020年的超5起融资事件、超13亿元规模。其中单次融资额最高超4亿元

与此同时，头部企业也在积极寻求上市，截至2021年12月30日，国内已有概伦电子（已上市）、华大九天、广立微与国微思尔芯4家EDA企业申请IPO。

多样化的融资渠道有利于EDA软件公司的长期发展。此外，充沛的资金优势也有助于企业通过外延并购、股权投资等方式快速拓宽业务边界，加快打造EDA软件的平台型公司，以实现芯片设计全流程覆盖。