数字集成电路EDA软件行业发展前景探析

刘星 夏璠

在全球产业链布局深度调整的周期中，增强国内核心领域产业链韧性以及关键技术环节自主能力的意义和重要性不言而喻。鉴于此，本研究聚焦于备受各界关注的数字集成电路EDA软件行业，详细梳理了集成电路产业链各环节与所使用的不同EDA工具软件产品的对应关系，以及全球领先EDA厂商在各工具软件领域的产品布局，解析国内主要EDA厂商的发展现状，探讨现阶段中国数字集成电路EDA行业的挑战与机遇，并对该行业的发展进行展望。

一、數字集成电路EDA软件行业背景

（一）细分领域庞杂，涉及集成电路产业诸多环节

随着集成电路的发展，单个芯片上集成的晶体管数目急剧增加，电子设计自动化（EDA）逐渐发展起来，并成为产业链中至关重要的上游行业。

相比规模较小的模拟集成电路（处理连续信号），数字集成电路（处理离散信号）所涉及的EDA软件更为庞杂，覆盖集成电路全产业链（包括设计、制造、封装和测试）各环节，并以设计环节为主。在数字集成电路的设计环节，又包括前端设计（Verilog代码撰写、功能仿真、可测性分析、代码覆盖率分析、逻辑综合、综合后仿真、静态时序分析、功耗分析等）、后端设计（布局规划、时钟树综合、布线、版图参数提取、静态时序分析）、验证（规则检查、版图寄生参数提取）、布局布线后仿真、形式验证、掩膜综合和数据交付代工厂等众多细分环节。

集成电路产业链各环节与所使用的EDA工具软件产品存在复杂的交叉关系，例如：静态时序分析工具在前端和后端设计都会涉及，但具体软件略有差别；后端设计和验证所使用软件交叉较多，后端设计需要使用验证环节的版图参数提取工具来指导布局布线；功耗分析和形式验证覆盖数字集成电路设计全流程。

（二）行业规模天花板有限，增速稳定，国产软件占比低

根据电子系统设计联盟（ESD Alliance）的行业追踪数据，2019年全球EDA行业市场规模达到102.52亿美元，比2018年增长8.3%。该行业规模涵盖了EDA五大主要细分领域，即计算机辅助工程（CAE），IC物理设计和验证，印制电路板和多芯片模块（PCB & MCM），半导体知识产权（SIP），以及服务。其中，相较于2018年，IC物理设计和验证的市场规模增长达9.53%；印制电路板和多芯片模块细分领域的增长最快，年增速达到15.1%；半导体知识产权（SIP）的增速则为10.1%。

按主要市场区域来看，2019年美国仍是EDA软件最大的市场，占比达到43.38%；其次是亚太地区（APAC，不含日本），占比为1/3，亚太地区的市场规模相较2018年增速最快，达到了13.6%。我国EDA软件市场规模2019年约为5.4亿美元，其中，国产EDA软件占比仅为5%。

（三）行业集中度高，国际巨头地位稳固

EDA行业的市场集中度较高，全球EDA市场的主要厂商包括新思科技（S y n o p s y s）、楷登电子（Cadence）和明导（Mentor Graphics），这三大厂商合计市场份额达64%（该数据尚且没有涉及使用非授权软件的小微用户）。

为了理解全球性的行业龙头企业在数字集成电路EDA软件领域的布局，本研究梳理了该领域全球领先厂商所提供的工具软件产品。研究发现，EDA三大厂商能够提供全流程的工具软件且各有优势。例如，Synopsys在逻辑综合、数字前端设计和后端设计具有较大优势，而Mentor的优势则是可测性设计工具。

除了三大厂商，其他国际领先E D A厂商，如Silvaco、Xilinx和ANSYS等公司，则拥有特定领域全流程工具，分别在半导体工艺和器件仿真软件、静态时序分析和有限元分析软件等局部领域技术领先。

（四） 中国厂商起步晚、规模小、领域分散，产品以点工具为主

相比全球领先的数字集成电路EDA软件企业，中国EDA厂商起步较晚，企业规模也都还比较小。本研究详细梳理了国内主要EDA厂商目前所提供的工具软件产品。梳理结果显示，华大九天和济南概伦目前是国内EDA行业龙头企业。其中，华大九天能够提供全流程的数模混合信号芯片设计系统和液晶面板设计系统。济南概伦电子则主要提供电路仿真器、半导体器件模型、版图物理验证等相关软件。现阶段，华大九天在液晶面板全流程设计系统、概伦电子在半导体器件模型等细分领域已在国际市场中具有一定的影响力。

国内其他EDA厂商主要包括：深圳鸿芯微纳（布局布线工具），苏州芯禾科技，（版图物理验证、版图参数提取和系统级封装设计工具），天津蓝海微科技（布局布线和版图物理验证工具），成都奥卡思（形式验证工具），苏州珂晶达电子（半导体器件仿真相关数值计算工具），上海鸿之微（材料设计与工艺仿真工具），杭州行芯（电压降分析及电磁场分析工具），杭州广力微（高效测试芯片自动设计）。

总体而言，国内EDA厂商从数量上看已经不少，已经可以覆盖从数字后端设计、验证、制造，再到封装测试环节的大多数细分领域，而前端设计工具则鲜有涉及。此外，国内EDA厂商大多仍属于点工具开发，且所对应的细分领域和企业所处地理位置都相对比较分散。

二、中国数字集成电路EDA软件企业发展模式浅析

（一） 国内龙头企业的突围之路

华大九天作为国内EDA行业龙头，其发展一方面得益于国家的长期支持，以牵头单位的身份承接科技部等的科研项目，更重要的是，该企业找到了发展的突破口，即国际三大巨头关注较少的液晶面板EDA领域。以此为切入点，伴随国内液晶面板制造端的发展壮大，华大九天自身得以迅速发展。目前，华大九天在液晶面板EDA领域市场占有率最高，已超过该领域的日本和台湾厂商。

概伦电子则是从器件建模点工具切入，并逐渐发展壮大，且其成立之初便具有全球化视野，在全球范围内吸纳行业资源，积极参与全球市场，促成自身的业务发展壮大。

（二） 国内厂商之间的合作模式

国内不同梯队的EDA厂商之间也通过多种方式开展合作。

1.捆绑销售

国内数字集成电路EDA厂商多提供点工具。在客户需要全流程工具的情况下，就需多个点工具捆绑销售。例如，小厂商的点工具嵌入到大厂商（如华大九天和国微）的全流程工具中。在此模式中，不同梯次的公司实现了客户资源、客户支持能力和技术研发能力的共享，合作方之间则可通过销售分成的方式完成利益分配。

2.定制开发合作

行业龙头企业也会通过定制开发的方式，与一些中小型企业在特定点产品上开展合作。由大型的EDA厂商向小型厂商支付定制开发费，后者完成开发后，双方共享产权和技术，均可使用源代码。对大型EDA厂商来说，一些专攻细分领域的小厂商更具特定研发力量。对小型EDA厂商来说，这一合作模式则可以充实现金流，且合作开发的成果也一定程度有益于后续产品的开发。

3.产业孵化

基于技术上的互补性，先发展起来的EDA厂商为有技术基础的初创企业导入业界资源，同时增强自身产品的竞争力。例如，初创企业超逸达所提供的版图寄生参数提取工具属于天津蓝海微的运行设置工具的上游环节，蓝海微成为超逸达的股东后，向晶圆代工（Foundry）厂商推广超逸达的产品，并为其提供客户支持服务，收取一定的服务分成。

此外，华大九天在南京建设集成电路EDA创新中心，以孵化器的方式汇聚创新团队，而初创团队也能借助龙头企业的平台资源，更好地嵌入产业生态，尽快获得造血能力。

三、中国数字集成电路EDA软件行业面临的挑战与机遇

（一）中国数字集成电路EDA软件行业面临的挑战

1.前端软件开发技术壁垒高，时间门槛高

全球三大数字集成电路EDA厂商的前端工具发展历史久远，可以兼容各种场景，而新软件在完善场景兼容性上具有很高的时间门槛，且前端工具多是全流程成套销售，这使得国内EDA厂商做点工具不具有竞争优势。

2.后端软件开发产业链话语权弱，现有工艺节点与国际巨头差距大

后端设计与工艺紧密相关，除了产品本身的技术提升，还需要与晶圆代工厂配合迭代。晶圆代工厂集中且较为强势，作为产业链上游的设计公司话语权较弱，通常会使用与Foundry厂一致的设计工具，以便于与制造端对接。而晶圆代工厂商通常会对很多工艺信息保密，中小型EDA企业基本难以获得研发人员驻厂学习的机会，使得开发难度较大。目前国产EDA软件可以做到28nm以上工艺节点，与三巨头仍相隔几个工艺代。

3.國内EDA人才比市场更稀缺

集成电路处于高速发展期，芯片设计人才不足，EDA人才则更为稀缺。很多EDA人才毕业后不再从事EDA行业，造成人才流失。同时，EDA行业技术门槛很高，难以从其他领域吸收人才。

4.用户迁移动力不足

虽然国内IC设计公司对EDA软件的需求快速增加，但新成长的小公司迁移到新工具意味着较高的转换成本，因此，切换到国产软件的动力并不足。

（二）数字集成电路EDA软件行业发展机会分析

美国禁运导致海思等无法使用国外EDA工具，其他被列入实体清单的企业和较为敏感的军工部门/研究所也都会考虑使用国产EDA软件，这为国内EDA厂商带来了前所未有的市场机遇。

1.国家层面和行业层面的投入和扶持力度均大幅提升

国家对EDA龙头企业的直接投资、产业扶持基金等，均为EDA企业的进一步发展提供了良好的环境和助力。投资的增多，使得EDA厂商能够以更有竞争力的薪资吸纳人才，也催生了更多的EDA创业企业。

2.发挥本地化客户支持的优势，抓住市场机会

随着集成电路越来越复杂，客户支持愈加重要。新晶圆代工厂可能对工艺建模过程和工具使用方法不熟悉，需要EDA厂商同时提供相关服务。三大EDA公司需额外收取较高费用，而国内EDA公司通常会提供更本地化、更优惠的客户服务。 此外，盗版软件缺少客户支持，国内EDA厂商对小型设计公司具有一定的吸引力。

3.灵活的收费模式，争取更多市场空间

国内厂商销售点工具，通常采用收取授权费的模式，这也是行业通行模式，一般以年为单位结算，并考虑线程数。对小型设计公司有时会采取更灵活的销售策略：先提供软件，等其具有营收后再收取费用。

目前，国内EDA软件企业在14nm以上制程面临更宽松的发展空间。这主要有两方面原因：（1）EDA工具对先进工艺制程的突破与国内晶圆代工厂的突破密切相关。（2）市场对低端产品有一定的包容性，较为便宜的产品对性能要求相对较低，国内很多设计公司仍在使用28nm工艺，对它们来说使用先进工艺的动力不足。另一方面，军工产品往往不需要最先进的工艺，更注重安全性和自主可控。在掌握着低端制造能力和终端产品的条件下，针对中低端制程的EDA软件企业可率先迎来发展机遇。

四、中国数字集成电路EDA软件行业发展前景展望

（一） 高端工艺和中低端工艺各有发展空间

现阶段，除了最领先的工艺制程，在14nm以上的常规和中低制程节点上，并不存在使用现有三大EDA厂商软件的限制，因此，这些领域的国产软件发展的紧迫性并不强，用户端迁移动力也并不足。换言之，数字集成电路EDA软件在高端工艺领域和中低端工艺领域的发展契机并不相同。

对于国内EDA行业龙头型企业而言，他们需要与中芯国际等晶圆代工厂合作，在先进制程上开发软件，以满足海思等对高端先进工艺的迫切需求。

对于国内中小型EDA企业，一方面可以根据自身在特定领域的技术优势，通过合作共赢的模式，积极参与到龙头企业在高端工艺的技术攻坚战当中；另一方面，可与其他晶圆代工厂商，特别是新建产能合作开发中低端工艺，从低端入手也相对更容易，之后在低端工艺基础上开发高端工艺工具。

（二） 跟随设计和工艺发展趋势，在点工具和细分领域寻找发展机会

尽管EDA是高度垄断的产业，但仍有一些市场份额会被小公司占据，中国EDA厂商在特定细分领域和点工具还是有生存和发展的空间。一方面，国内工具流程尚不完整，若能做好特定点工具，并与上下游工具良好衔接，则有望以嵌入的方式获得良好应用。另一方面，随着设计和工艺的演进，会有一些新的需求出现，例如先进工艺所需要的检查工具，面向这些新需求的点工具未来能够作为单点工具嵌入新工艺流程中。

此外，由于我国多数EDA厂商起步都比较晚，基础较薄弱，所以，在发展过程中更需要有侧重点的配置资源，不宜全面铺开。中小型企业从点工具和细分领域切入，是符合自身技术实力基础、服从于行业竞争格局的切实选择。

（三）行业龙头牵动创新孵化，风险投资助力机制活化

对于中小型集成电路EDA企业而言，其业务的发展，或是需要密切跟进工艺制程升级过程中产生的新需求，或是需要将自身擅长的点工具与行业龙头进行捆绑销售，无论哪种情形，中小型EDA企业都需要紧密嵌入集成电路的产业生态中。

对集成电路EDA行业龙头而言，在补全工具软件，以及与晶圆代工厂商合作攻坚的过程中，都需要广泛调用内外部的研发能力和创新资源。

因此，由行业龙头牵动的创新孵化，更有利于形成系统性的创新成果，也为后续的行业并购整合做了必要的铺垫。从这个意义上讲，在集成电路EDA软件领域，单纯的财务型投资操作空间有限。但是，风险投资的模式可以较好的克服对创新资源激励不足的问题，因此，行业龙头与风险投资机构有机合作，将更有助于集成电路EDA行业的发展。

（四） 鼓励行业整合，优化资源配置，促进行业升级

现有的EDA国际巨头，均不同程度地采取了收购整合的方式，实现了对全流程工具的覆蓋，技术实力的夯实，以及规模的迅速提升。国内EDA行业并购整合的逻辑，一方面是借鉴国外领先的EDA公司发展历程，另一方面，也是由于在EDA行业中，代码和人才同样重要，仅有一样是不行的，所以整体的收购和整合也是切实可行的办法。

对于中小型EDA企业而言，一方面要借助自身独特的技术优势、本地化的客户服务、灵活的收费方式等迅速拓展国内存量市场，抓住行业发展的机遇；另一方面，更要以开发的心态和创新的模式，参与到产业生态中，使得企业、个体等不同层面的资源能够在产业中流转，最终促进整体产业的升级和发展。

虽然集成电路EDA行业还有很大的进一步整合的空间，但推动起来并非易事。EDA企业地理分布分散，一些技术实力较高的中小型EDA企业背后或有科研院所的成果转化和长期支持，或有地方政府的扶持；而上述助力，如不妥善引导，也可能成为行业进一步整合的阻力。此外，在以行业龙头为牵动方的行业整合中，合理互惠的机制模式也至关重要。

作者单位：清华大学全球私募股权研究院