EDA行业深度分析
一、 商业模式
1. EDA介绍
EDA全称是电子设计自动化，它是利用计算机辅助设计软件来辅助完成超大规模集成电路芯片的设计、制造、封装、测试整个流程。
三大IC领域：
EDA对应IC设计领域主要分三大类：数字IC、模拟IC和晶圆制造（Foundry）。其中数字IC占了50%以上的市场份额、模拟IC
20%、Foundry和其他一些流程比如OPC总共占30%。
再简单介绍数字芯片和模拟芯片。数字芯片主要处理数字信号，这类芯片特点就是规模可以做得非常大，功能非常全。模拟芯片是对数字芯片进行辅助，作用是充当数字芯片和外界用户之间的借口，比如模拟IC涉及大量用户能够感知到的信号，比如光信号、听的声音，就是把这些连续的信号转化成离散的数字信号，再交给数字IC进行处理。
芯片设计主要流程：
逻辑综合：数字芯片的设计变成类似于C语言的代码，这些代码描述了数字电路的功能，把设计好的数字电路的代码转化为电路图的技术就叫逻辑综合。这个流程的技术难度是比较高的。在综合之前的步骤都叫数字的前端，之后的步骤叫后端。
布局布线：对电路图上的连接关系要用实际的金属进行连线，这会产生图形数据，之后这些数据经过物理验证之后，就会交给Foundry进行制作。
电路图绘制：这个步骤是模拟芯片设计的开头，和数字芯片不一样由写代码开始，模拟芯片是从电路图设计开始，没有综合。电路图完成进行仿真来验证性能，然后也是布局布线。之后布局布线做一些物理验证，再交给Foundry。
仿真：仿真是对设计出来的模拟电路进行仿真，然后得到模拟电路性能的相关数据，是模拟芯片设计的一个环节。这个环节在仿真的速度上是比较容易和直观被客户体验到，同时也不涉及到PDK，所以也是一些国产软件的敲门砖。
IP：随着芯片的制程越来越小，设计成本是指数增加。所以成功非常关键，否则芯片设计公司面临巨大的沉没成本。所以芯片设计公司就会想到重复利用一些已经经过验证，成熟和模块化的设计，这些模块化的设计就是IP。每一块芯片上面平均能够集成的IP数量也在不断增加。比如中央处理器CPU、AI模块、图形处理GPU和内存接口等等。
另外IP是提升EDA厂商营收规模的主要驱动力，Synopsys和Cadence IP市场占有率是全球第二和第三，仅次于ARM。2020年Synopsys的IP收入占比达到33%。但国产EDA目前未有IP产品。
2. EDA壁垒
EDA厂商的壁垒在于与客户形成的生态和技术壁垒。EDA产品开发是需要和Foundry和IC设计公司形成三角关系。第一个角就是，EDA厂商必须依赖Foundry提供的工艺参数的支持，拿到Foundry的PDK，流片费用极高，所以成功率是十分重要。所以EDA厂商需要经过大量的流片测试不断迭代产品保证数据、算法的可靠性，提高流片的成功率。另外，IC设计公司他们会使用先进的工艺，在和Foundry进行先进工艺磨合时，可以拿出复杂度非常高的设计去尝试这些工艺从而发现新的问题，再把这些问题提交给EDA厂商解决。由此，通过三方合作，也有可能会孵化出一些非常优秀、具有颠覆性的EDA产品。
在产品本身来看，整个半导体产业链很长，设计的环节很多，在每个环节使用的EDA工具都不一样，这就要求工具和工具之间要做到非常好的衔接，通常情况下，两家不同公司的工具，多少会有不小的差异，这对使用者来讲，并不友好。比如，在做Debug的时候出了问题，如果工具间衔接不好，就比较难找到问题是出在那个环节了。所以如果选择了一家厂商的工具，客户更倾向会使用覆盖所有环节的工具。
3. 定价模式
EDA主要是软件License的授权，每个license通常是三年起售，不同EDA工具单价差异非常大，而且每个客户之间报价也有差异。如果客户新开一个部门，使用人数增加，采购的数量就会变多。定价主要是看客户的预算，国内厂商定价会贴着海外同行去做。比亚迪为例每年采购EDA预算在150万美元。
IP的盈利模式和EDA类似，主要是license授权，大部分情况下还是基于项目进行收费。一个项目用到几个IP，每个IP都有对应的单价，然后加起来就是这个项目的IP授权费。另外就是版税，按照芯片的出货量和单价按比例去抽成，范围在百分之零点几-2%之间。
4. 国产EDA竞争优势
国产EDA主要在三个维度去进行竞争，服务、价格和点工具。服务是因为国产EDA会主动去接触客户，根据客户的需求进行定制化服务。在价格上，一般会先通过打折，比如5折，先把客户拿下来。并且会给客户一段长时间的免费试用，去让产品和客户进行磨合。国内厂商在点工具会做得比较好，这些点工具通常是不涉及到PDK并且容易让客户感受到体验的提高，比如仿真。通过点工具作为敲门砖拿到客户之后，就会慢慢扩展更多的功能。
5. 行业困境
并购是成为EDA大厂的主旋律：因为能够覆盖全流程的工具更加具有优势，所以并购成为了EDA大厂的主要竞争手段。两大海外巨头Synopsys和Cadence在发展的历程当中也是经过一系列的并购，去不断扩充自己的产品线。另外，2020年海外EDA公司数多达600多家，为EDA并购成长提供了肥沃土壤。而国内EDA产业仅有几十家，可并购标的较少。
国内人才缺乏：2020年我国EDA行业从业人员数量约为1500人，全球2.5万人，多服务于海外三巨头。以国内最大的华大久天为例，人员规模是500人，而Synopsys从事EDA研发的就有5000人。而培养一个EDA人才大约需要10年左右的时间。
二、 市场情况
2020年EDA全球市场70亿美元，加IP一起110亿美元。中国EDA市场规模7亿美元，过去两年国内行业接近100%增速，从全球7%-8%占比到目前的10%。
EDA软件在国内和全球都是非常垄断领域，排名前三都是美国公司，CR3占到了95%，IP市场格局也是一样，CR4占到了全球的3/4。未来几年头部的国产企业预计每年可以维持30%-50%以上的增长。
主要的驱动因素是过去有一些被特朗普制裁，从而进行国产替代。还有在模拟领域，一些工厂公司可以在28nm做全流程服务，数字领域也可以做出差异化的点工具服务。
三、 各个公司产品特征
Synopsys和Cadence是全球唯二能够提供完整芯片设计所有EDA工具的厂商。Mentor的强项是Foundry要用到的OPC工具、缺陷检查工具以及芯片设计最后需要用到的DRC-LVS工具。
Synopsys是数字前段的领导者，Cadence更擅长数字后端以及模拟类的工具。
第二梯队Ansys主要擅长在芯片设计好以后把它放到电路板上。如果芯片的运行速度比较高，不可避免会遇到一些电磁场效应，Ansys的工具主要是用于PCB板上的电磁的仿真。
华大久天是国内唯一能够提供模拟芯片设计从前段到后端比较完整EDA解决方案。概伦主要是模拟芯片设计所用到的一个比较核心的工具叫仿真器，仿真器是对设计出来的模拟电路进行仿真，然后得到模拟电路性能的相关数据。广立微主要是芯片测试封测环节的应用软件，和Foundry相关的一些成品率分析、测试单元的自动生成方面比较有特点。芯禾科技主要的直接竞争对手是Ansys，以电路板的电磁仿真为主，最早是做高速电路的设计服务工作，慢慢将自己的业务工具化软件化，形成了在高速电路、包括封装领域独具特色的EDA工具。
四、 国产EDA未来行业发展趋势
1. 并购
目前对于国产EDA而言并购还为时过早，除了华大几家已经有成熟的产品，其他公司还没有实质性的产品出来，等到有实际产品，并购额会更加现实一些。并购终究会是EDA发展的一大趋势，一是一家公司的研发能力始终有限，当研发能力已经达到边界时候，为了几下扩大市场份额就不得不求助于并购。二是EDA工具本身市场规模不大，新造的EDA工具需要得到上下游协同支持，整合产业联盟和资源，不搞重复的研发，才能把整个产业做大做强，国家对于国内EDA公司的上市支持不可能是持续性，而是需要重点支持国内EDA市场的集中。
2. EDA、Foundry和IC设计三角关系
过去包括目前一些IC设计公司，都是完全依赖海外的EDA厂商，但美国商务部已经开始限制国内一些IC设计公司对海外EDA工具和Foundry的使用，这也催化了国内IC设计公司开始把产业链合作立足于国内。中芯国际的产线也逐渐可以实现14nm的量产，最终帮助国内的其他IC厂商生产，也就带动了EDA公司的发展。另外，之前华大久天也有一些核心工具但是没有连接成片，这是因为对于全流程工具必须提供给Foundry核心信息，但Foundry主要掌握在美国、台湾手中。而现在国内像中芯国际可以量产14nm、12nm，通过与国内EDA厂商展开合作为研发先进工艺提供了可能。自此，国内的三角关系逐渐释放出红利，推动EDA厂商的发展。
3. 先进技术弯道超车海外巨头
对于国产EDA厂商，比较容易攻克的是数字前端，主要是验证和综合工具，这些是与工艺制程相关性没有那么直接。再次是一些像Sign-off的边缘工具。最难替代的是数字后端布局布线工具，数字后端是要把电路图的元器件进行摆放，要调取工艺库的图形和电路的参数，所以数据后端布局布线的工具是收到工艺制程影响最直接的工具，可能要5-10年。
但是借助一些AI能力其实是可以实现弯道超车的可能。今年5月份Google发布了一篇论文，在EDA行业有非常大的震动。Google把布局布线看成是更大规模的围棋游戏，基于这个假设去尝试了一条非常新的路线，利用深度学习的算法实现了芯片的全自动布局布线。利用AI其实是未来一个趋势，国内AI储备是不差的，国内一些EDA公司可以尝试跟从事AI基础研究的大学和互联网公司进行联合攻克。
攻踪毫：价值称重机
#芯片股全线爆发斯达半导涨停#
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