數字集成電路EDA軟件行業發展前景探析

劉星 夏璠

在全球產業鏈布局深度調整的周期中，增強國內核心領域產業鏈韌性以及關鍵技術環節自主能力的意義和重要性不言而喻。鑒于此，本研究聚焦于備受各界關注的數字集成電路EDA軟件行業，詳細梳理了集成電路產業鏈各環節與所使用的不同EDA工具軟件產品的對應關系，以及全球領先EDA廠商在各工具軟件領域的產品布局，解析國內主要EDA廠商的發展現狀，探討現階段中國數字集成電路EDA行業的挑戰與機遇，并對該行業的發展進行展望。

一、數字集成電路EDA軟件行業背景

（一）細分領域龐雜，涉及集成電路產業諸多環節

隨著集成電路的發展，單個芯片上集成的晶體管數目急劇增加，電子設計自動化（EDA）逐漸發展起來，并成為產業鏈中至關重要的上游行業。

相比規模較小的模擬集成電路（處理連續信號），數字集成電路（處理離散信號）所涉及的EDA軟件更為龐雜，覆蓋集成電路全產業鏈（包括設計、制造、封裝和測試）各環節，并以設計環節為主。在數字集成電路的設計環節，又包括前端設計（Verilog代碼撰寫、功能仿真、可測性分析、代碼覆蓋率分析、邏輯綜合、綜合后仿真、靜態時序分析、功耗分析等）、后端設計（布局規劃、時鐘樹綜合、布線、版圖參數提取、靜態時序分析）、驗證（規則檢查、版圖寄生參數提取）、布局布線后仿真、形式驗證、掩膜綜合和數據交付代工廠等眾多細分環節。

集成電路產業鏈各環節與所使用的EDA工具軟件產品存在復雜的交叉關系，例如：靜態時序分析工具在前端和后端設計都會涉及，但具體軟件略有差別；后端設計和驗證所使用軟件交叉較多，后端設計需要使用驗證環節的版圖參數提取工具來指導布局布線；功耗分析和形式驗證覆蓋數字集成電路設計全流程。

（二）行業規模天花板有限，增速穩定，國產軟件占比低

根據電子系統設計聯盟（ESD Alliance）的行業追蹤數據，2019年全球EDA行業市場規模達到102.52億美元，比2018年增長8.3%。該行業規模涵蓋了EDA五大主要細分領域，即計算機輔助工程（CAE），IC物理設計和驗證，印制電路板和多芯片模塊（PCB & MCM），半導體知識產權（SIP），以及服務。其中，相較于2018年，IC物理設計和驗證的市場規模增長達9.53%；印制電路板和多芯片模塊細分領域的增長最快，年增速達到15.1%；半導體知識產權（SIP）的增速則為10.1%。

按主要市場區域來看，2019年美國仍是EDA軟件最大的市場，占比達到43.38%；其次是亞太地區（APAC，不含日本），占比為1/3，亞太地區的市場規模相較2018年增速最快，達到了13.6%。我國EDA軟件市場規模2019年約為5.4億美元，其中，國產EDA軟件占比僅為5%。

（三）行業集中度高，國際巨頭地位穩固

EDA行業的市場集中度較高，全球EDA市場的主要廠商包括新思科技（S y n o p s y s）、楷登電子（Cadence）和明導（Mentor Graphics），這三大廠商合計市場份額達64%（該數據尚且沒有涉及使用非授權軟件的小微用戶）。

為了理解全球性的行業龍頭企業在數字集成電路EDA軟件領域的布局，本研究梳理了該領域全球領先廠商所提供的工具軟件產品。研究發現，EDA三大廠商能夠提供全流程的工具軟件且各有優勢。例如，Synopsys在邏輯綜合、數字前端設計和后端設計具有較大優勢，而Mentor的優勢則是可測性設計工具。

除了三大廠商，其他國際領先E D A廠商，如Silvaco、Xilinx和ANSYS等公司，則擁有特定領域全流程工具，分別在半導體工藝和器件仿真軟件、靜態時序分析和有限元分析軟件等局部領域技術領先。

（四） 中國廠商起步晚、規模小、領域分散，產品以點工具為主

相比全球領先的數字集成電路EDA軟件企業，中國EDA廠商起步較晚，企業規模也都還比較小。本研究詳細梳理了國內主要EDA廠商目前所提供的工具軟件產品。梳理結果顯示，華大九天和濟南概倫目前是國內EDA行業龍頭企業。其中，華大九天能夠提供全流程的數模混合信號芯片設計系統和液晶面板設計系統。濟南概倫電子則主要提供電路仿真器、半導體器件模型、版圖物理驗證等相關軟件。現階段，華大九天在液晶面板全流程設計系統、概倫電子在半導體器件模型等細分領域已在國際市場中具有一定的影響力。

國內其他EDA廠商主要包括：深圳鴻芯微納（布局布線工具），蘇州芯禾科技，（版圖物理驗證、版圖參數提取和系統級封裝設計工具），天津藍海微科技（布局布線和版圖物理驗證工具），成都奧卡思（形式驗證工具），蘇州珂晶達電子（半導體器件仿真相關數值計算工具），上海鴻之微（材料設計與工藝仿真工具），杭州行芯（電壓降分析及電磁場分析工具），杭州廣力微（高效測試芯片自動設計）。

總體而言，國內EDA廠商從數量上看已經不少，已經可以覆蓋從數字后端設計、驗證、制造，再到封裝測試環節的大多數細分領域，而前端設計工具則鮮有涉及。此外，國內EDA廠商大多仍屬于點工具開發，且所對應的細分領域和企業所處地理位置都相對比較分散。

二、中國數字集成電路EDA軟件企業發展模式淺析

（一） 國內龍頭企業的突圍之路

華大九天作為國內EDA行業龍頭，其發展一方面得益于國家的長期支持，以牽頭單位的身份承接科技部等的科研項目，更重要的是，該企業找到了發展的突破口，即國際三大巨頭關注較少的液晶面板EDA領域。以此為切入點，伴隨國內液晶面板制造端的發展壯大，華大九天自身得以迅速發展。目前，華大九天在液晶面板EDA領域市場占有率最高，已超過該領域的日本和臺灣廠商。

概倫電子則是從器件建模點工具切入，并逐漸發展壯大，且其成立之初便具有全球化視野，在全球范圍內吸納行業資源，積極參與全球市場，促成自身的業務發展壯大。

（二） 國內廠商之間的合作模式

國內不同梯隊的EDA廠商之間也通過多種方式開展合作。

1.捆綁銷售

國內數字集成電路EDA廠商多提供點工具。在客戶需要全流程工具的情況下，就需多個點工具捆綁銷售。例如，小廠商的點工具嵌入到大廠商（如華大九天和國微）的全流程工具中。在此模式中，不同梯次的公司實現了客戶資源、客戶支持能力和技術研發能力的共享，合作方之間則可通過銷售分成的方式完成利益分配。

2.定制開發合作

行業龍頭企業也會通過定制開發的方式，與一些中小型企業在特定點產品上開展合作。由大型的EDA廠商向小型廠商支付定制開發費，后者完成開發后，雙方共享產權和技術，均可使用源代碼。對大型EDA廠商來說，一些專攻細分領域的小廠商更具特定研發力量。對小型EDA廠商來說，這一合作模式則可以充實現金流，且合作開發的成果也一定程度有益于后續產品的開發。

3.產業孵化

基于技術上的互補性，先發展起來的EDA廠商為有技術基礎的初創企業導入業界資源，同時增強自身產品的競爭力。例如，初創企業超逸達所提供的版圖寄生參數提取工具屬于天津藍海微的運行設置工具的上游環節，藍海微成為超逸達的股東后，向晶圓代工（Foundry）廠商推廣超逸達的產品，并為其提供客戶支持服務，收取一定的服務分成。

此外，華大九天在南京建設集成電路EDA創新中心，以孵化器的方式匯聚創新團隊，而初創團隊也能借助龍頭企業的平臺資源，更好地嵌入產業生態，盡快獲得造血能力。

三、中國數字集成電路EDA軟件行業面臨的挑戰與機遇

（一）中國數字集成電路EDA軟件行業面臨的挑戰

1.前端軟件開發技術壁壘高，時間門檻高

全球三大數字集成電路EDA廠商的前端工具發展歷史久遠，可以兼容各種場景，而新軟件在完善場景兼容性上具有很高的時間門檻，且前端工具多是全流程成套銷售，這使得國內EDA廠商做點工具不具有競爭優勢。

2.后端軟件開發產業鏈話語權弱，現有工藝節點與國際巨頭差距大

后端設計與工藝緊密相關，除了產品本身的技術提升，還需要與晶圓代工廠配合迭代。晶圓代工廠集中且較為強勢，作為產業鏈上游的設計公司話語權較弱，通常會使用與Foundry廠一致的設計工具，以便于與制造端對接。而晶圓代工廠商通常會對很多工藝信息保密，中小型EDA企業基本難以獲得研發人員駐廠學習的機會，使得開發難度較大。目前國產EDA軟件可以做到28nm以上工藝節點，與三巨頭仍相隔幾個工藝代。

3.國內EDA人才比市場更稀缺

集成電路處于高速發展期，芯片設計人才不足，EDA人才則更為稀缺。很多EDA人才畢業后不再從事EDA行業，造成人才流失。同時，EDA行業技術門檻很高，難以從其他領域吸收人才。

4.用戶遷移動力不足

雖然國內IC設計公司對EDA軟件的需求快速增加，但新成長的小公司遷移到新工具意味著較高的轉換成本，因此，切換到國產軟件的動力并不足。

（二）數字集成電路EDA軟件行業發展機會分析

美國禁運導致海思等無法使用國外EDA工具，其他被列入實體清單的企業和較為敏感的軍工部門/研究所也都會考慮使用國產EDA軟件，這為國內EDA廠商帶來了前所未有的市場機遇。

1.國家層面和行業層面的投入和扶持力度均大幅提升

國家對EDA龍頭企業的直接投資、產業扶持基金等，均為EDA企業的進一步發展提供了良好的環境和助力。投資的增多，使得EDA廠商能夠以更有競爭力的薪資吸納人才，也催生了更多的EDA創業企業。

2.發揮本地化客戶支持的優勢，抓住市場機會

隨著集成電路越來越復雜，客戶支持愈加重要。新晶圓代工廠可能對工藝建模過程和工具使用方法不熟悉，需要EDA廠商同時提供相關服務。三大EDA公司需額外收取較高費用，而國內EDA公司通常會提供更本地化、更優惠的客戶服務。 此外，盜版軟件缺少客戶支持，國內EDA廠商對小型設計公司具有一定的吸引力。

3.靈活的收費模式，爭取更多市場空間

國內廠商銷售點工具，通常采用收取授權費的模式，這也是行業通行模式，一般以年為單位結算，并考慮線程數。對小型設計公司有時會采取更靈活的銷售策略：先提供軟件，等其具有營收后再收取費用。

目前，國內EDA軟件企業在14nm以上制程面臨更寬松的發展空間。這主要有兩方面原因：（1）EDA工具對先進工藝制程的突破與國內晶圓代工廠的突破密切相關。（2）市場對低端產品有一定的包容性，較為便宜的產品對性能要求相對較低，國內很多設計公司仍在使用28nm工藝，對它們來說使用先進工藝的動力不足。另一方面，軍工產品往往不需要最先進的工藝，更注重安全性和自主可控。在掌握著低端制造能力和終端產品的條件下，針對中低端制程的EDA軟件企業可率先迎來發展機遇。

四、中國數字集成電路EDA軟件行業發展前景展望

（一） 高端工藝和中低端工藝各有發展空間

現階段，除了最領先的工藝制程，在14nm以上的常規和中低制程節點上，并不存在使用現有三大EDA廠商軟件的限制，因此，這些領域的國產軟件發展的緊迫性并不強，用戶端遷移動力也并不足。換言之，數字集成電路EDA軟件在高端工藝領域和中低端工藝領域的發展契機并不相同。

對于國內EDA行業龍頭型企業而言，他們需要與中芯國際等晶圓代工廠合作，在先進制程上開發軟件，以滿足海思等對高端先進工藝的迫切需求。

對于國內中小型EDA企業，一方面可以根據自身在特定領域的技術優勢，通過合作共贏的模式，積極參與到龍頭企業在高端工藝的技術攻堅戰當中；另一方面，可與其他晶圓代工廠商，特別是新建產能合作開發中低端工藝，從低端入手也相對更容易，之后在低端工藝基礎上開發高端工藝工具。

（二） 跟隨設計和工藝發展趨勢，在點工具和細分領域尋找發展機會

盡管EDA是高度壟斷的產業，但仍有一些市場份額會被小公司占據，中國EDA廠商在特定細分領域和點工具還是有生存和發展的空間。一方面，國內工具流程尚不完整，若能做好特定點工具，并與上下游工具良好銜接，則有望以嵌入的方式獲得良好應用。另一方面，隨著設計和工藝的演進，會有一些新的需求出現，例如先進工藝所需要的檢查工具，面向這些新需求的點工具未來能夠作為單點工具嵌入新工藝流程中。

此外，由于我國多數EDA廠商起步都比較晚，基礎較薄弱，所以，在發展過程中更需要有側重點的配置資源，不宜全面鋪開。中小型企業從點工具和細分領域切入，是符合自身技術實力基礎、服從于行業競爭格局的切實選擇。

（三）行業龍頭牽動創新孵化，風險投資助力機制活化

對于中小型集成電路EDA企業而言，其業務的發展，或是需要密切跟進工藝制程升級過程中產生的新需求，或是需要將自身擅長的點工具與行業龍頭進行捆綁銷售，無論哪種情形，中小型EDA企業都需要緊密嵌入集成電路的產業生態中。

對集成電路EDA行業龍頭而言，在補全工具軟件，以及與晶圓代工廠商合作攻堅的過程中，都需要廣泛調用內外部的研發能力和創新資源。

因此，由行業龍頭牽動的創新孵化，更有利于形成系統性的創新成果，也為后續的行業并購整合做了必要的鋪墊。從這個意義上講，在集成電路EDA軟件領域，單純的財務型投資操作空間有限。但是，風險投資的模式可以較好的克服對創新資源激勵不足的問題，因此，行業龍頭與風險投資機構有機合作，將更有助于集成電路EDA行業的發展。

（四） 鼓勵行業整合，優化資源配置，促進行業升級

現有的EDA國際巨頭，均不同程度地采取了收購整合的方式，實現了對全流程工具的覆蓋，技術實力的夯實，以及規模的迅速提升。國內EDA行業并購整合的邏輯，一方面是借鑒國外領先的EDA公司發展歷程，另一方面，也是由于在EDA行業中，代碼和人才同樣重要，僅有一樣是不行的，所以整體的收購和整合也是切實可行的辦法。

對于中小型EDA企業而言，一方面要借助自身獨特的技術優勢、本地化的客戶服務、靈活的收費方式等迅速拓展國內存量市場，抓住行業發展的機遇；另一方面，更要以開發的心態和創新的模式，參與到產業生態中，使得企業、個體等不同層面的資源能夠在產業中流轉，最終促進整體產業的升級和發展。

雖然集成電路EDA行業還有很大的進一步整合的空間，但推動起來并非易事。EDA企業地理分布分散，一些技術實力較高的中小型EDA企業背后或有科研院所的成果轉化和長期支持，或有地方政府的扶持；而上述助力，如不妥善引導，也可能成為行業進一步整合的阻力。此外，在以行業龍頭為牽動方的行業整合中，合理互惠的機制模式也至關重要。

作者單位：清華大學全球私募股權研究院