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1、 EDA是芯片产业皇冠上的明珠 .............................................................................................................................. 5 1.1、 EDA用于大规模集成电路设计 ........................................................................................................................ 5 1.2、 EDA在芯片设计中地位重要 ........................................................................................................................... 5 1.3、 EDA软件壁垒高企 .......................................................................................................................................... 6 2、 海外三大EDA软件厂商占据全球主要市场 ........................................................................................................... 7 3、 国内EDA厂商开始崭露头角 ................................................................................................................................. 9 4、 行业评级及投资策略 ............................................................................................................................................ 10 5、 风险提示 .............................................................................................................................................................. 10
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图表目录
图1：EDA发展历程 ..................................................................................................................................................... 5 图2：芯片产业链及芯片设计流程 ................................................................................................................................ 6 图3：全球EDA软件行业市场规模 .............................................................................................................................. 7 图4：全球EDA软件行业竞争格局（2018年） ........................................................................................................... 7 图5：中国EDA软件行业市场规模（亿美元） ............................................................................................................ 9 图6：中国EDA软件行业竞争格局（2018年） ........................................................................................................... 9 图7：华大九天EDA相关产品 .................................................................................................................................... 10 图8：芯愿景主要业务 ................................................................................................................................................. 11 表1：三大EDA软件厂商对比 ...................................................................................................................................... 8 表2：芯片设计部分流程使用的三大EDA厂商工具 ..................................................................................................... 9 表3：国内EDA厂商介绍 ........................................................................................................................................... 10
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1、 EDA是芯片产业皇冠上的明珠
1.1、 EDA用于大规模集成电路设计
EDA工具软件主要用于超大规模集成电路设计。EDA是电子设计自动化（Electronic Design Automation）的缩写，在20世纪60年代中期从计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）和计算机辅助工程（CAE）的概念发展而来。EDA技术就是以计算机为工具，设计者在EDA软件平台上，用硬件描述语言VHDL完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。利用EDA工具，电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统，完成从电路设计、性能分析到设出IC版图或PCB版图的整个过程。
图1：EDA发展历程
资料来源：e-works、国海证券研究所
EDA工具可以分为电子电路设计与仿真工具、PCB设计软件、IC设计软件、PLB设计工具等。电子电路设计与仿真工具主要是对已经设计好的电路进行模拟，设计师再通过分析改进优化电路设计，主要工具有SPICE/PSPICE、EWB、Matlab等；PCB设计软件用于画板级电路图，以及布局布线和仿真，主要工具有Protel、ORCAD、PowerPCB；IC设计软件中包含了设计输入、设计仿真、逻辑综合、布局和布线、物理验证、模拟电路仿真器等一系列子工具，Cadence、Mentor Graphics、Synopsys为全球主要的IC软件供应商；PLB设计工具用于根据需要自行构造逻辑功能，主要厂商有ALTERA、Xilinx、Lattice。
1.2、 EDA在芯片设计中地位重要
EDA软件位于芯片产业链上游。芯片产业链包括芯片设计、晶圆制造、封装、测试等环节。芯片设计分为前端设计和后端设计，前端设计（也称逻辑设计）和
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后端设计（也称物理设计）并没有统一严格的界限，一般通过前端设计得到了芯片的门级网表电路，后端设计主要涉及与工艺有关的设计。EDA主要应用与芯片设计环节，位于芯片产业链上游，是依赖性极强的设计工具。
图2：芯片产业链及芯片设计流程
资料来源：搜狐、国海证券研究所
EDA在芯片设计中的作用十分重要。芯片设计环节繁多、精细且复杂，EDA工具在其中承载了极为重要作用，包括但不限于：1）将复杂物理问题用数学模型高度精确化表述，在虚拟软件中重现芯片制造过程中的各种物理效应和问题；2）在确保逻辑功能正确的前提下，利用数学工具解决多目标多约束的最优化问题，求得特定半导体工艺条件下，性能、功耗、面积、电气特性、成本等的最优解；3）验证模型一致性问题，确保芯片在多个设计环节的迭代中逻辑功能一致。芯片设计对EDA软件依赖极强，要求不断提高。摩尔定律下IC芯片的复杂程度和集成度与日俱增，IC设计对EDA的要求与依赖也是越来越高。IC芯片从传统的单一功能的芯片（存储器、逻辑、RF、I/O）发展到数字模拟混合电路，SOC，3DIC，IP复用，多功能集成系统等复杂系统芯片，而目前EDA的产品与设计流程都需要做相应的增强和调整。另外，设计的规模日益增长也对EDA工具的仿真容量和速度精度都提出了更为苛刻的要求，有一些EDA厂商开始把目光投向云计算，以期获得更快的运行速度。人工智能的技术也将被更多地引入EDA工具中，来实现EDA自动设计流程中的“工具智能化”。
1.3、 EDA软件壁垒高企
EDA软件需要与晶圆厂、Fabless等产业链环节协同推进。新器件结构的发明不断带来晶体管电学和物理特性的变革，摩尔定律的演进伴随着众多不可预知的物理问题逐渐浮现。处于新制程和新工艺推进一线的晶圆厂从材料、化学、工艺过程控制等各种制造细节来创新、调试和求证。EDA公司借助晶圆厂积累的大量测试数据探索物理效应和工艺实施细节的准确和高精度模型化。顶尖Fabless
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公司将基于此模型和工具进行芯片设计与试产，并且依托强大和丰富的芯片设计不断发现和排除新工艺节点在模型和制造中的各种量产问题。在此期间，需要晶圆厂、Fabless、EDA等产业链环节的通力合作，反复迭代，以将达到商用和量产要求的工艺节点推向市场。
EDA需要强大的数学基础理论支撑，算法要求高。EDA工具要尽可能高精度的在软件中重新和拟合现实中的物理和工艺问题，以期望在芯片设计阶段将其纳入考虑范围之内，以系统性的方法来应对和纠正，最终保证芯片设计仿真结果同流片结果一致。同时，EDA工具需要对数千种情境进行快速设计探索，以求得性能、功耗、面积、成本等芯片物理指标和经济指标的平衡。随着集成电路制造工艺进入7nm以下，数字芯片中标准单元数量已经达到亿数量级，EDA算法已经成为典型的数据密集型计算的典型代表，需要强大的数学基础理论支撑，且对算法的要求高。
EDA处于多学科交叉领域，需要大量综合性人才。EDA算法问题起点和终点是半导体工艺等物理问题，解决工具是数学问题，应用对象是芯片设计实现具体问题，从事EDA工具开发需要工程师同时理解数学、芯片设计、半导体器件和工艺，综合技能要求高。
2、 海外三大EDA软件厂商占据全球主要市场
全球EDA行业约百亿美元规模，海外三巨头份市场份额达64%。相比于万亿以上规模的集成电路产业来讲，EDA软件行业规模较小，但其位置与作用十分重要，是整个集成电路产业的根基。根据ESD Alliance数据，2019年全球EDA软件市场规模为105亿美元，同比增长8.3%。全球大部分EDA软件市场被美国三大企业占据，2018年Synopsys占据32.1%市场份额，Cadence占据22%市场份额，西门子旗下的Mentor Graphics占据10%市场份额，三大EDA软件厂商全球市场份额超过64%，在中国的市场份额更是超过95%。
图3：全球EDA软件行业市场规模
图4：全球EDA软件行业竞争格局（2018年）
资料来源：ESD Aliance、国海证券研究所 资料来源：ESD Aliance、国海证券研究所
Synopsys（新思科技）：Synopsys成立于1986年，2002年并购Avant公司后，
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