发展中的国产EDA

5月25日,在2023中国西部半导体及集成电路产业博览会暨“两链”融合创新发展论坛(CWIC2023)上,北京华大九天科技股份有限公司常务副总经理吕霖以《发展中的国产EDA》为题发表演讲报告,为与会观众分享了EDA产业背景和国产EDA发展状况

如今,数字经济每时每刻正改变每个人的生活,数字经济的规模已经达到数十万亿美元,集成电路产业是其重要基础产业,并拥有超过5500亿美元市场规模,EDA作为集成电路产业的基础支撑,与材料、装备三大支撑产业共占有超过80亿美元规模,达600亿人民币。

吕霖表示,EDA是一个市场不大、危害性极大的产业,从设计、制造到封测贯穿了整个产业链。涉及微电子学、自动控制、计算机图形学、化学、物理学等多学科技术交叉,人才培养上存在困难。

01

EDA产业发展特点

EDA(Electronic Design Automation),也叫电子设计自动化,是指借助计算机软件辅助完成超大规模集成电路芯片设计、制造、封装、仿真、验证等流程的一整套自动化设计方法。随着集成电路的不断发展,芯片设计的复杂程度不断提升,工程师们必须要利用EDA 工具才能完成电路设计、版图设计、性能分析等复杂的IC 分析及设计工作,故而EDA 软件被誉为“芯片之母”。

其产业发展有以下几个特点。

寡头垄断,技术壁垒高:EDA软件本身功能及计算性能需要随芯片制造工艺及制程的升级而提升。全球前十大EDA企业榜单中,除了日本Zuken外,只有华大九天一家中国公司,剩下的基本算是美国的天下。

属于典型的投资周期长、见效慢的基础性产业:EDA属于算法密集型软件系统,需要长期的技术积累,研发周期长、产业化周期长,需要持续不断的资金投入,不断对产品进行迭代升级。吕霖感叹,EDA产业早期并不受投资人待见,若干年中经历融资难、不好发展的窘境,经常是“开发时间3年,客户端验证再3年”。

EDA的发展需要建立产业发展生态圈,需要跟产业界很多上下游公司协同:除高强度的研发投入外,需要建立芯片设计厂商、EDA厂商和芯片制造厂商之间的产业链紧密协作及教育生态系统。不仅需要到晶圆代工厂去合作开发工艺套件(PDK),也需要协同设计端获得宽容机会。

资本市场整合是产业发展的重要手段:纵观国际前三大EDA企业发展路径,均经历过多次技术与市场的整合。

02

全球EDA行业市场情况

2021年全球EDA行业实现总销售额78.2亿美元,同比增长8%。未来,工艺提升和Chiplet发展都将对EDA工具市场继续保持稳定增长带来积极促进作用。

据行业数据统计,全球EDA行业市场超七成的份额由三家公司占据,是典型的寡头市场。2021年Synopsys份额为31%,Cadence为24%,Simens EDA为17%,稳居全球前三。吕霖表示,三巨头的成功绝非偶然,他们主要做法包括:投入高额研发费用、频繁进行兼并收购、政府强力的政策支持。

三家企业均拥有完整且优势明显的全流程EDA工具,且部分流程工具在细分领域拥有很大优势,EDA相关营收每年超过10亿美元。

Synopsys :公司成立于1986年,总部位于美国加州。产品线是三巨头中最为全面的,从前端设计起家,收购 Avanti 进入后端设 计领域,其优势在于数字前端、数字后端和验证测试。

Synopsys发展历程

Cadence :公司于1988年由SDA与ECAD合并成立,总部同样位于美国加州,其优势在于模拟和混合信号的定制化电路和版图设计。

Cadence发展历程

Siemens EDA (原 Mentor Graphics):公司成立于1981年,总部位于美国俄州威尔森维尔,2016 年,西门子以 45 亿美元收购 Mentor Graphics,并入西门子数字化工业软件部门。优势在于物理验证领域优势较为突出,在印制电路板方面也有一定优势。

Siemens EDA 发展历程

三巨头之外,在局部领域具有优势的厂商占据了全球约15%到20%的市场规模,例如Ansys在热分析、压电分析等领域,Keysight的EEsof在电磁仿真、射频综合等领域。

03

国产EDA发展史

吕霖在报告中指出,国产EDA主要经历了以下发展历程。

1979-1986年:I级系统:国产DJS130上的ICCAD软件包,II级系统:KIND系统。

1988-1993:1988年5月11日,启动ICCAD III级系统开发“熊猫系统”,17家单位、118名成员;1993年获得国家科技进步一等奖;1994年被称为中国集成电路设计业“元年”。

1993-2008年中国EDA产业经历了“失落的15年”

1994 年,美国取消对中国的EDA限制,国内企业均使用外购EDA软件,使国产 EDA 软件技术发展停滞。海外EDA三巨头大举进入中国市场,便以技术成熟、价格便宜、免费赠送、多方合作等策略,快速收割市场份额。

国际EDA的巨头Cadence公司,便立即到北京参加了1994年亚洲电子设计自动化及测试研讨展览会,不久之后就在人民大会堂宣布成立北京办事处。1995年Synopsys公司在中国大饭店宣布成立北京办事处。在办事处成立之前,北京集成电路设计中心、华晶半导体公司、电子部54所、清华大学、复旦大学等均已采用了Synopsys的产品和技术。

客户端秉着“做不如买,买不如租”的理念,国产EDA企业变得“无论怎么努力都无法获得市场机会”,熊猫系统团队连自己也不再有信心了,甚至怀疑自己到了玄学的程度---“熊猫”名字取得不好,它虽然是国宝,但是濒危,因此就改为九天。(注:1993年华大电子成功研发了中国历史上第一款自主知识产权的EDA工具“熊猫 ICCAD 系统”。)

内忧外患之下,从1994至2008年,整整十五年的时间,国产EDA发展曲折而缓慢。

2008-2020年:重大专项支持。2008年起,EDA重新获得了国家的鼓励和支持,被列入《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)》所确定的十六个重大专项之一。

2021年至今:国产EDA迎来重大发展机遇。国产EDA从过去几家,已经发展到现在的70多家。但是,从市场上获得的EDA回报事实非常少,一开始实行国产系统开发是因为美国对中国的禁售,而在中国研发出熊猫系统并推出市场后,美国又放开对中国的销售。

2008年后,华大九天的EDA部门被独立出来,专注于EDA软件的研发。华大九天承载了熊猫系统的技术,在液晶领域这一还未被巨头们重视地方找到了突破口。

如今,华大九天作为国内规模最大、产品线最完整、综合技术实力最强的EDA龙头企业,目前具有728个员工,其中研发人数76%,研发硕博比66%,2022年实现近7.98亿元营业收入,净利润1.86亿元。

已成型EDA产品十几种,涵盖模拟电路、数字电路、射频电路、晶圆制造、先进封装等6大方向,服务商业客户已超过600家,包罗了所有国内十强设计企业及国际十强设计企业中的多家,国内主要晶圆代工厂、国内平板显示企业及系统厂商等。

04

延伸:国产EDA行业机会与挑战

近年来,EDA国内市场规模实现连续增长,涌现出一大批重要EDA企业,随着国内集成电路行业的不断发展,产业链配套需求对国产EDA的需求不断加大。

中国EDA市场规模,数据来源:CSIA

机会1:国内半导体产业链发展势头迅猛

根据中国半导体产业协会,中国集成电路设计销售额2021年达5047.93亿元,同比增长19%。另外,根据中国半导体行业协会集成电路设计分会(ICCAD)数据显示,2015年中国芯片设计公司数量仅为736家,2021年已增长至2,810家,CAGR达25.02%。如今,国内集成电路设计占比不断提升,2021年集成电路设计占比达43%,给EDA带来了旺盛需求。

机会 2:国产替代空间大

2021年,我国EDA工具国产化率不足15%,仍处于低位,但成长迅速。国产EDA厂商的优势在于国产替代带来的业绩确定性,业绩将随产品性能提升而稳定兑现。当前我国国产EDA工具全流程覆盖的供应商较少,但总体覆盖面积较广,芯片设计、模拟仿真、布局布线、原型验证等领域均有涉及。

机会 3:自主可控政策持续出台

工信部2021 年11 月30 日发布《“十四五”软件和信息技术服务业发展规划》),提出到2025 年,规模以上企业软件业务收入突破14 万亿元,年均增长12% 以上。地方政府也紧跟国家战略,大力推出地方财政优惠。如上海给出了“不高于1亿元”的政策优惠,给EDA企业的融资和落地提供了良好的经济基础。

机遇与挑战并存。当前国际形势下,逆全球化的潜在风险不断增加。美国对中国高新技术产业的限制逐步加深,给我国的集成电路产业带来了巨大挑战。不过,目前国内已孕育了一批包括华大九天、概伦电子、广立微等在内的优质EDA企业。国内公司开始形成国产EDA的版图,各公司凭借各自优势,带动国产EDA行业不断发展。

最后,吕霖呼吁,让我们国产EDA厂商携起手来,与制造厂商、材料厂商、设备厂商共同努力,为中国的半导体产业撑起一片蓝天。

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更新时间:2024-08-26

标签:熊猫   集成电路   中国   芯片   优势   产业   国内   系统   企业   公司

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