百亿美元市场国产份额不足两成 芯片设计工具之困何时解开?

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EDA(ElectronicsDesignAutomation),中文叫电子设计自动化,被誉为集成电路的“摇篮”、命门,是芯片设计最重要的软件设计工具。利用EDA工具,工程师将芯片的电路设计、性能分析、设计出IC版图的整个过程交由计算机处理完成。

在这一重要产业,不管是国内还是全球的市场份额主要都由三大巨头Synopsys(新思科技)、Cadence(楷登电子)和Mentor(明导)分食。

“第一名吃肉,第二名喝汤,第三名舔碗,第三名以后啥也没了。”国内EDA企业华大九天董事长刘伟平曾在接受第一财经记者采访时如此形容EDA行业现状。

但自华为受阻后,国产EDA工具进入了发展“快车道”。根据芯思想研究院的统计,2020年中国EDA公司保有数量28家,而在2017年只有16家,3年时间EDA公司保有数量增长了75%。

记者注意到,经过两年多的发展,国产EDA企业在单点上取得了突破,但仍不能像美国巨头那样提供覆盖全部设计流程的平台。但随着下半年几家国产EDA巨头的上市,国产芯片设计工具与国际厂商的差距有望缩小。

百亿美元市场国产企业份额不足两成

经过几十年的发展,EDA软件目前几乎涵盖了从仿真、综合到版图,从模拟到数字再到混合设计等IC设计的多个方面,已成为IC设计中必不可少的基础工具。

根据调研机构ESDAlliance的数据显示,2019年全球EDA软件规模首次超过100亿美元,达到102.7亿美元。2020年1到9月,全球EDA软件市场规模为84.4亿美元,同比增长10.3%,2020全年超过110亿元美元。

但百亿美元的市场国产厂商能够拿到的份额却非常少。

根据2020世界半导体大会EDA发展分论坛上公布的数据显示,2019年我国EDA市场规模约为5.8亿美元(约37亿人民币),仅占全球市场的5.6%。中国EDA厂商总营收不到4.2亿元,只占全球市场份额的0.6%。国内EDA市场超过85%的份额由国际厂商占据。

长期以来,寡头垄断、技术壁垒高,投资周期长,缺乏产业生态以及人才短缺制约着国内EDA企业发展。

国信证券指出,相对国际巨头国产EDA差距有三方面,一是缺少数字芯片设计的核心工具模块,无法支撑数字芯片全流程设计。二是对先进工艺支撑不够,暂未进入先进代工厂的联盟。三是缺乏制造及测试EDA系统,无法支持集成电路封测的应用需求。

国泰君安则在最新研报中表示,对于新进入者来讲,EDA行业具有技术、市场规模、用户、生态“四大壁垒”。由于EDA软件处于整个半导体、微电子产业的最前端,市场规模与集成电路产业的整体规模相比还非常小,海外三大厂商垄断的格局基本形成后,有限的市场空间成为限制新进入者发展的重要因素。

在用户壁垒方面,作为芯片设计环节必不可少的工具软件,芯片设计厂商、工程师对已有成熟软件的依赖、切换到新软件所付出的学习成本都成为下游客户不愿尝试新EDA软件的重要因素。同时,由于芯片设计环节较多、流程复杂,看重厂商提供连续覆盖多环节的EDA“工具包”、“工具链条”的能力,而这往往是只在某一领域实现“点突破”的新进入者的弱势。

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此外,领先的EDA厂商往往通过与IP核厂商、代工厂深化合作,构建互相嵌合的生态结构。通过新EDA、新IP、新制造工艺的互为支持、共同发展,进一步把握芯片的发展方向,杜绝后来者赶超的可能性,构建生态壁垒。

业内人士对记者表示,现在国内的几家领先的 EDA 公司,目前都没办法实现设计平台化,更多的是在点状突破,譬如华大的 ALPS 在电路仿真领域,芯和的 IRIS 在电磁仿真领域,对于设计企业来说,产品大规模换跑道的成本较高。

寡头竞争下的求存与突围

虽然全球EDA市场的格局已趋于稳定,但两年前华为的受制为这一市场带来了机会“窗口”。

两年前,全球三大EDA巨头与华为海思的合作相继中断,虽然华为已经购买了产品当前版本,但三巨头依然暂停了对华为EDA软件更新以及销售新的EDA相关产品。从那时候起,华为旗下投资公司哈勃科技开始了对国产EDA企业的投资,包括了湖北九同方微电子、无锡飞谱电子和上海立芯软件三家国产EDA企业。

而在国际贸易环境不稳定的情况下,也让其他科技企业开始增加对国内EDA企业的关注,并带去了更多订单。

赛迪智库集成电路研究所公布的数据显示,我国2020年EDA全年行业总销售额达到66.2亿元人民币,同比增长20.0%,实现连续增长。而我国自主EDA工具企业2020年总营业收入为9.1亿元人民币,同比增长51.5%。其中在本土市场营业收入达7.6亿元人民币,同比增幅65.0%,占国内市场份额的11.4%

目前,国内大大小小的EDA企业目前已经接近30家,而在过去3年,国产EDA公司保有数量增长了75%。目前处于国产EDA软件一线阵营的主要有华大九天、国微集团、概伦电子、芯和半导体、芯华章等公司,其中,概伦电子、国微思尔芯分别在科创板签署了上市辅导协议,华为九天则已提交了IPO申请。

在华大九天公布的招股说明书中可以看到,2018-2020年,华大九天的主营收入分别为1.4亿元、2.5亿元、4.1亿元,净利润则分别为4851.94万、5715.77万、1.04亿元,处于双增长通道。而研发投入则在三年中从7500万增长到1.8亿元,投入强度不断增加。

无论是从营收还是研发金额来看,国内EDA企业与海外公司的差距仍然巨大。以Synopsys为例,Synopsys 成立于1986 年,总部位于美国硅谷,是全球排名第一的EDA解决方案提供商。2020年的营收达到238亿元,净利润为43亿元,研发投入为83亿元。

前Synopsys内部员工对记者表示,“国产EDA厂商还处于拼图阶段,有各自擅长的领域,但是版图还不够大,对于客户而言还是需要大量购买前三大EDA企业的产品,再配以本土较为成熟的解决方案。”

尤其是对于成熟的电子消费行业,产品通常半年到一年就要更新换代一次,使用国际公司的全流程对于国内芯片设计公司是最高效的,这也是制约国内EDA厂商发展的重要原因。

但从市场价值来看,实现半导体EDA软件与设备的“自主可控”势在必行。

赛迪表示,2020年我国集成电路领域投融资异常火热,大量企业进入集成电路领域,为EDA市场带来众多增量客户。EDA工具作为芯片产品开发的基础,众多增量客户将在今后的一段时间内对我国EDA市场发展起到积极作用。

上述机构预测,2024年,我国EDA工具市场规模有望达到115亿元人民币,2020至2024年的市场规模符合年均增长率近17%,远高于全球平均水平,市场份额占比从2020年的13.3%提升至2024年的16.1%。

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