芯片设计EDA行业研究

芯片设计EDA行业研究1.EDA是“半导体皇冠上的明珠”1.1.

EDA是用于

IC设计生产的工业软件EDA是用来辅助超大规模集成电路设计生产的工业软件。EDA全称是电子设计自

动化（ElectronicDesignAutomation），是指用于辅助完成超大规模集成电路芯片设计、

制造、封装、测试整个流程的计算机软件。随着芯片设计的复杂程度不断提升，基于先

进工艺节点的集成电路规模可达到数十亿个半导体器件，不借助

EDA已经无法完成芯

片设计。EDA与产业链结合愈加紧密，已经成为提高设计效率、加速技术进步的关键推

手。EDA几乎涉及集成电路的各个方面。在设计生产流程方面，EDA被应用在芯片系

统的设计、制造、封装、测试全流程，涉及给芯片设计公司使用的设计类软件和给晶圆

厂使用的晶圆制造软件等。从电子系统层级上看，EDA包括芯片、多芯片模块和印制电

路（PCB）板多个层级。EDA杠杆效应、经济效应显著。根据

ESDAlliance和

WSTS数据，2020

年全球

EDA市场规模仅为

115

亿美元，却撬动着

4404

亿美元市场规模的半导体行业。一旦

EDA这一产业链基础出现问题，整个集成电路产业都会受到重大影响，EDA行业也是

最容易被外国“卡脖子”的关键领域。此外，EDA对于节省芯片设计成本有着举足轻重

的作用。根据加州大学圣迭戈分校

AndrewKahng教授在

2013

年的推测，2011

年设计

一款消费级应用处理器芯片的成本约

4,000

万美元，如果不考虑

1993

年至

2009

年的

EDA技术进步，相关设计成本可能高达

77

亿美元，EDA技术进步让设计效率提升近

200

倍。以新思科技（Synopsys）2021

年

8

月推出的

EDA设计平台

DSO.ai为例，通过

引入人工智能，芯片设计中不需要去完整模拟无数次可能的布局，可以让芯片设计在研

发成本上减半，研发时间甚至也可以从

24

个月减少到

2

周。1.2.

EDA的分类针对不同种类芯片，EDA有不同的工具。集成电路芯片（IntegratedCircuitChip，

简称

IC）从结构上可以分为数字

IC、模拟

IC和数模混合

IC。数字

IC指用于传递、加

工、处理数字信号（0

或

1

的非连续信号）的

IC。模拟

IC指处理连续性的光、声音、

速度、温度等自然模拟信号的

IC。数模混合

IC指同时包含模拟电路部分和数字电路部

分的

IC。数模混合

IC中通常模拟电路是核心，数字电路用来控制模拟电路实现特定的

算法。在

IC设计部分，EDA软件主要有模拟

IC和数字

IC的两大类设计软件。从设计步骤上芯片设计分为前端设计和后端设计。前端设计和后端设计并没有统一

严格的界限，根据具体公司和产品会略有不同。一般来讲用设计的电路实现想法就是前

端设计；将设计的电路制造出来，在工艺上实现想法就是后端设计。这就好比修盖房屋，

建筑设计图就属于前端设计，设计出房子的外部造型和内部结构；建筑施工图属于后端

设计，细化到建筑施工的步骤、方法和材料的用量、选择。从设计维度上芯片设计可以分为五个层级。设计类

EDA工具根据设计方法学的不

同，按照设计层级自上而下，可进一步细分为行为级、系统级、RTL级、门级、晶体管

级

EDA工具。各层级

EDA工具的仿真和验证精度依次提升、速度依次降低，其拟实现

的目标和应用场景也有所不同。例如高层级的系统和行为级仿真和验证主要适用于产品

设计早期的原型验证，评估产品原型的性能和功能；最底层的晶体管级仿真和验证则主

要决定了最终产品的性能和良率。针对于大规模集成电路，设计方法往往从系统和行为

级设计开始，逐层设计、仿真、验证和实现，并输出可以交付制造的晶体管级版图信息。数字芯片和模拟芯片设计流程有很大不同。数字

IC设计主要在抽象级别上完成，

不需要关注门/晶体管级放置和路由的细节，对设计人员经验要求相对较低。模拟

IC设

计通常涉及每个电路的个性化特点，甚至涉及每个晶体管的大小和细节，设计和验证更

为复杂，对设计人员经验要求更高。从设计自动化程度上芯片设计又可以分为全定制、半定制设计，全定制主要用于模

拟芯片，半定制用于数字芯片。全定制设计是指基于晶体管级，所有器件和互连版图都

用手工生成的方法。这种设计的很多工作要由人工完成，不便于直接利用现存电路的成

果，设计周期较长，成本也高。全定制设计多用于模拟

IC和数模混合

IC。半定制设计

是基于门阵列和标准单元的，按用户所需功能，把成熟的、已优化的单元连接起来。半

定制设计成本低、周期短、芯片利用率低，适合于小批量、速度快的生产，多用于数字

IC。正因为数字芯片在抽象级别上完成，且对自动化程度要求更高，因此数字IC类EDA工具的技术门槛更高。1.3.

EDA的历史：从

CAD到

EDA第一阶段：计算机辅助设计（CAD）时代。在集成电路应用的早期阶段，集成电路

集成度较低，设计、布线等工作由设计人员手工完成。20

世纪

70

年代中期开始，随着

芯片集成度的提高，设计人员开始尝试将整个设计工程自动化，使用计算机辅助设计

（CAD）进行晶体管级版图设计、PCB布局布线、设计规则检查、门级电路模拟和测试

等流程。第二阶段：计算机辅助工程（CAED）时代。1980

年卡弗尔·米德和琳·康维发表

的论文超大规模集成电路系统导论提出了通过编程语言来进行芯片设计，是电子设

计自动化发展的重要标志。EDA工具也在这个时期开始走向商业化，全球

EDA技术领

导厂商新思科技（Synopsys）、楷登电子（Cadence）、西门子

EDA（2017

年收购的

MentorGraphics）分别于

1986

年、1988

年和

1981

年在美国成立。第三阶段：电子设计自动化（EDA）时代。20

世纪

90

年代以后芯片集成度的不断

提高和可编程逻辑器件的广泛应用给

EDA技术提出了更高的要求，也促进了

EDA设计

工具的普及和发展，出现了以高级语言描述、系统级仿真和综合技术为特征的

EDA技

术。第四阶段：现代

EDA时代。21

世纪以来，EDA工具快速发展，并已贯穿集成电路

设计、制造、封测的全部环节。对于上亿乃至上百亿个晶体管规模的芯片设计，EDA工

具保证了各阶段、各层次设计过程的准确性，降低了设计成本、缩短了设计周期、提高

了设计效率，是集成电路产业产能、性能进步的源头，EDA工具的发展加速了集成电路

产业的技术革新。同时伴随着智能手机、4G/5G、物联网等技术的发展，射频

EDA软件

迎来了发展的黄金阶段。1.4.

EDA的未来：与先进技术结合后摩尔时代技术演进驱动

EDA技术应用延伸拓展。后摩尔时代的集成电路技术演

进方向主要包括延续摩尔定律、扩展摩尔定律以及超越摩尔定律三类，主要发展目标涵

盖了建立在摩尔定律基础上的生产工艺特征尺寸的进一步微缩、以增加系统集成的多重

功能为目标的芯片功能多样化发展，以及通过三维封装、系统级封装等方式实现器件功

能的融合和产品的多样化。其中，面向延续摩尔定律方向，单芯片的集成规模呈现爆发

性增长，为

EDA工具的设计效率提出了更高的要求。面向扩展摩尔定律方向，伴随逻

辑、模拟、存储等功能被叠加到同一芯片，EDA工具需具备对复杂功能设计的更强支撑

能力。面向超越摩尔定律方向，新工艺、新材料、新器件等的应用要求

EDA工具的发

展在仿真、验证等关键环节实现方法学的创新。后摩尔时代系统设计是

EDA技术变化方向。在原有摩尔定律定义下，芯片性能提

升主要来自工艺和架构，但工艺制程提升接近极限，摩尔定律显著放缓。在此背景下，

汽车、人工智能等领域的大型公司都开始定制自己的片上新系统，将其认定为自己差异

化竞争的关键因素。因此，对于

EDA厂商来说，把定位从芯片设计转换到基于软硬件

协同的系统级设计是未来重要发展方向。AI和云技术促使

EDA更加智能化和自动化。AI智能化的目标是从现有的

EDA使

用过程中大幅减少芯片架构探索、设计、布局布线等重复性、低创造性工作的人力占比，

利用

AI算法进行自动架构探索、设计生成和物理设计。随着芯片设计复杂度的提升，

数据量和计算量直线上升，云技术的使用使得

EDA软件能够具有弹性计算、安全储存、

快速更新等功能，从而满足大数据量和计算量下的更高使用要求。平台化和服务化。现有

EDA是“工具和

IP集合包”，未来有望发展为

EDA平台，

EDA平台化将更加方便设计、制造、测试、封装上下游产业链相互沟通，共享资源。同

时

EDA平台有望链接不同的设计、制造等厂商的横向链接，促进生态建设。虽然智能

化不断提升，但仍需要人工支持提供服务，服务平台的构建可以提供专业的咨询和设计

服务以及相关定制服务，从而满足个性化的需求。2.全球EDA市场寡头垄断，国产EDA市场快速增长2.1.

全球

EDA市场平稳发展，三大巨头垄断2020

年全球

EDA市场规模为

115

亿美元，已经进入平稳发展期。根据

ESDAlliance数据，2020

年全球

EDA市场规模为

115

亿美元，2010-2020

年

10

年复合增速为

8%。

根据

VerifiedMarketResearch数据，2028

年全球

EDA市场规模有望达到

215.6

亿美元，

2020-2028

年

8

年复合增速为

8.21%。总体来看，全球

EDA市场增速已经较为平稳。数字

IC为

EDA市场主要构成部分。从下游芯片市场情况来看，数字芯片占据大部

分市场份额，根据

WSTS数据，2020

年数字芯片市场规模达到

3055.68

亿美元，占整体

集成电路市场的

84.59%。受下游需求的影响，数字

IC构成了

EDA市场的主要部分，

根据

ESDAlliance数据，2019

年数字全流程

EDA业务规模达到

36.04

亿美元，占总体

市场的

52.8%。全球

EDA企业按照业务水平可以大致分为三个梯队。第一梯队由

Synopsys、

Cadence、SiemensEDA三家国际知名

EDA企业组成。该类企业业务遍布全球，科研实

力雄厚，有全流程

EDA产品，在部分领域处于领先地位，2020

年收入规模达到

10-40

亿美元。第二梯队以

ANSYS、Silvaco、AldecInc.、华大九天等为代表，该类企业拥有

特定领域全流程

EDA产品，在局部领域技术较为领先，2020

年收入规模处于

0.5-5

亿

美元区间。第三梯队以

Altium、ConceptEngineering、概伦电子、广立微、思尔芯、

DownStreamTechnologies等为代表，该类企业在

EDA上的布局主要以点工具为主，缺

少

EDA特定领域全流程产品，2020

年收入规模低于

0.5

亿美元。三大巨头垄断全球

EDA市场。根据

ESDAlliance和前瞻产业研究院数据，新思科

技（Synopsys）、楷登电子（Cadence）与西门子

EDA（2016

年收购的

MentorGraphics）

三大寡头

2020

年全球

EDA市场营收份额占比约为

70%。三大巨头是全球仅有的拥有设

计全流程

EDA工具解决方案的企业，其他企业缺少布局设计全流程工具技术的实力。其中，Synopsys(新思科技，美国)一直致力于复杂芯片系统(SoCs)的开发。Synopsys的逻辑综合工具

DC(designcompiler)和时序分析工具

PT(PrimeTime)在全球

EDA市场认

可度较高。Cadence(楷登电子科技，美国)产品涵盖了电子设计的整个流程。全球知名半

导体与电子系统公司均将

Cadence软件作为其全球设计的标准。MentorGraphics(明导国

际，2016

年被德国西门子收购)工具虽没有前两家全面，但在某些领域，如

PCB（印刷

电路板）设计工具等方面有可圈可点的独到之处。全球

EDA第一厂商

Synopsys（新思科技)。新思科技成立于

1986

年，在

2008

年成

为全球营收排名第一的

EDA软件厂商。2020

年新思科技营收为

36.85

亿美元，归母净利润为

6.63

亿美元，2020

年在全球

EDA市场的营收份额为

32%。新思科技产品线最为

全面，是全球唯一一家覆盖了从硅的生产制造、芯片测试、到设计全流程的

EDA公司，

公司产品优势体现在数字前端、数字后端和验证测试等环节。曾经的霸主

Cadence（楷登电子）。Cadence在

1988

年由

SDA与

ECAD两家公司

兼并而成，Cadence通过一系列收并购，在

1992

年成为

EDA行业营收第一名的霸主，

但在

2008

年被

Synopsys超越，2020

年营收为

26.83

亿美元，归母净利润为

5.91

亿美

元。Cadence的优势在于模拟和混合信号的定制化电路和版图设计。MentorGraphics(明导国际，2016

年被德国西门子收购)。MentorGraphics于

1981

年成立，20

世纪

90

年代遇到经营困境，产品研发落后于行业竞争对手，大量长期客户

流失，难以与其他两家公司竞争，直到

1994

年公司组织结构大调整后，才重新崛起。

MentorGraphics2016

年被西门子收购，不再单独披露相关财务数据，2016

年营收为

12.82

亿美元，归母净利润为

1.55

亿美元。MentorGraphics在物理验证和

PCB领域优势明显。2.2.

中国

EDA市场增长迅速，国产化率极低与国际市场相比，中国

EDA市场规模增速更快。根据赛迪智库数据，2018

年，我

国

EDA市场总销售额为

44.9

亿元，而到

2020

年中国

EDA市场销售额已经达到

66.2

亿

元，2

年复合增速为

21.42%，远高于全球市场营收规模

2018-2020

年

2

年

9%的复合增

速。中国

EDA市场国产化率极低，三大巨头仍然垄断。虽然中国

EDA市场营收规模增

速远高于全球增速，但由于中国

EDA厂商起步较晚，在产品性能与生态协同方面均处

于劣势，国内市场份额大多为国外厂商所占据。根据赛迪智库和前瞻产业研究院数据，

2020

年国际

EDA三大巨头

Synopsys，Cadence和

SiemensEDA在中国合计营收规模市

场份额占比为

78%，国产厂商占比不到

15%，国产化率极低，国产替代空间广阔。2.3.

IP业务是

EDA新增长极计算机辅助工程（CAE）和

IP为

EDA市场业务主要构成部分。EDA市场业务主

要可以细分为计算机辅助工程（CAE）、IC物理设计及验证、PCB与多芯片模块以及半

导体

IP核等。根据

ESDAlliance数据，从细分领域看，EDA各细分领域营收占比基本

保持稳定，2020

年占据市场规模较大的部分为

CAE与

IP，两者合计占比达到近

67%。

其中

CAE（ComputerAidedEngineering）主要包括电子系统级设计及综合验证、设计输

入、逻辑验证、模拟和混合信号模拟器、形式验证、时序/仿真分析以及测试/测试自动化设计。IP（IntellectualPropertyCore）是芯片设计图中具有独立功能电路模块的成熟设计。

设计师可以把成熟的

IP模块设计应用于多个复杂的芯片的电路设计图中，能避免复杂

和重复的设计工作，缩短设计周期，提高芯片设计的成功率。IP业务从

2010

年开始在

EDA市场营收占比开始不断增长，到

2020

年已经达到

35.22%，成为了营收占比最大的

业务领域。IP已经成为海外

EDA公司的重要收入。Synopsys和

Cadence的

IP收入占总营收

比重逐年增长，尤其是

Synopsys，2020

年，Synopsys的

IP收入占总营收比重已经达到

33%。Synopsys对于

IP业务的布局，更加稳固了其在

EDA市场全球领先的地位。三大

巨头中的

MentorGraphics对于

IP的定位不同，于

2004

年就选择退出

IP市场，也一定

程度上导致了最终被

Siemens收购的结局。3.从美国EDA强盛之路看EDA产业发展规律3.1.

政府支持是基石美国国家科学基金每年提供大量资金支持。美国国家科学基金（NSF）主要负责促

进突破性的发现，据

IEEE数据，美国国家科学基金（NSF）在

1984

年至

2015

年间共

支持了

1190

个与

EDA强相关的研究课题，每年投资额大约在

800

万美元到

1200

万美

元。半导体研究联盟促进企业集中技术创新。除

NSF外，半导体研究联盟（SRC）也为

美国

EDA行业的发展提供了帮助。SRC是世界领先的大学半导体和相关技术研究联盟，

是推动美国半导体共性技术发展的关键性力量。其行业合作伙伴包括应用材料公司

AM、

格罗方德

GLOBALFOUNDRIES、IBM、英特尔公司、美光科技公司、雷神公司、德州

仪器公司和联合技术公司。SRC在整合行业资源、专注于共性的“竞争前”领域起到了

关键作用，各家

EDA企业通过

SRC将研究资金聚集起来集中力量进行产业共性技术创

新。NSF与

SRC相互合作帮助企业渡过初期难关。NSF资助的

EDA研究项目主要为

刚刚起步、较为初期的阶段，在项目技术成熟度逐渐提高后，SRC成为了接棒者，继续

给予支持。EDA是技术密集型行业，前期需要大量的研发投入，商业回报较小，需要像

NSF、SRC这样的政府机构给予支持。美国

DARPA实行

ERI计划为

EDA企业持续赋能。为迎接后摩尔定律的挑战，美

国国防高级研究计划局（DAPRA）于

2017

年启动电子复兴计划（ERI），在随后

2018-

2023

年内投资约

15

亿美元，旨在解决半导体技术的发展瓶颈，2020

年美国两党两院建

议追加

20

亿美元用于

ERI计划。ERI计划主要聚焦于三个重点方向：材料和集成、架

构和设计，其中设计部分可以拆分为

IDEA与

POSH两部分。2018

年

7

月，美国首届

“ERI”峰会召开，会议选出了

ERI第一批入围扶持项目。其中，Cadence获得了

IDEA项目

2410

万美元的补贴，该项目致力于创建一个“无需人工参与”的芯片布局规划生

成器。Synopsys获得了

POSH项目

610

万美元的补贴，该项目旨在用开源的方式，实现

复杂

SoC的低成本设计。注重大学研究，建立大学研究中心网络，为大学提供充足资金支持。2013

年，SRC公布了

STARnet计划，与美国国防部高级研究计划局（DARPA）投资的大学研究中心

网络，跨越

24

个州的

42

所大学，计划在

2013-2018

年向六个大学研究中心投资

1.94

亿

美元，重点研究下一代微电子技术。STARnet计划所研究的技术可能至少在未来

10-15

年内都不会具有商业可行性，但成员们将能够对产生的

IP进行再授权。STARnet计划

是对“焦点中心研究计划(FCRP)”的延续。2008

年，全国共有

5

个

FCRP中心，其中

GSRC和

C2S2

中心与

EDA项目直接相关，来自这两个中心的与

EDA相关的资金估计在

400

万美元到

500

万美元之间。同时在

2018

年

DARPA发布的

ERI第一批资助名单中，IDEA与

POSH计划提供给各入围大学共计约

6000

万美元。3.2.

人才、技术和生态是

EDA行业的核心竞争要素人才是

EDA发展的核心。EDA软件涉及半导体、数学、芯片设计三方面知识，需

要掌握这三方面知识的复合人才。根据新思科技中国区副总经理陈志昌先生所言，培养

一个

EDA人才不容易，从高校课题研究到能够真正实践从业，往往需要十年的时间。

根据第

23

届中国集成电路制造年会披露数据，全球

EDA行业从业人数仅有

4

万人左

右，因此

EDA人才培养体系十分重要。以新思科技为例，新思科技注重人才培养，其人才培养战略包括新思科技大学课程

体系、新思科技大学计划以及积极参与国家人才战略等方面。新思科技开发了一套集成

电路设计全套教程，包括

131

门本科及研究生课程、24

门训练课程、37

门讲座及实验，

适用于集成电路相关专业的大学本科和硕士研究生。从EDA人才培养成果上看，仅2019-

2020

年这一年时间内，已有

30000

人参与到了新思科技人才项目当中，20

所国内高校

与新思科技建立了人才培养相关合作。持续研发是

EDA发展的动力。EDA软件是算法密集型的大型工业软件系统，EDA开发需要涉及到计算机、物理、数学等多方面知识。芯片设计更迭速度不断加快，EDA软件公司需要不断加大研发投入，确保自己技术领先。同时，EDA巨头们正是凭借大量

的知识产权保持领先地位。全球三大巨头垄断的格局在

2000

年后就较为稳定，2010-2020

年三大巨头营收年复合增速都接近

10%，但仍然保持着

30%-40%的研发费用率，个别年

份超过

40%。2020

年，Synopsys和

Cadence的研发费用分别高达

13

亿和

10

亿美元，

几乎是

2020

年中国

EDA市场销售规模的两倍。产业链协同是

EDA发展的保障。芯片设计的先进工艺是由晶圆厂、设计公司和

EDA软件厂商共同推进的成果。晶圆厂从材料、化学、工艺过程等制造步骤来寻求工艺突破；

EDA公司借助晶圆厂的测试数据和工艺细节文件来改进

EDA软件；芯片设计公司使用

新的

EDA模型进行设计、试生产，反馈到晶圆厂和

EDA公司改善制造工艺和软件模

型。晶圆厂、EDA软件公司、设计公司相辅相成，互相合作，共同推进技术进步。其中，PDK（ProcessDesignKit）是沟通

IC设计公司、代工厂与

EDA厂商的桥梁。

具体来说，PDK是一组描述半导体工艺细节的文件，供芯片设计

EDA工具使用。客户

会在投产前使用晶圆厂的

PDK，确保晶圆厂能够基于客户的设计生产芯片，保证芯片的

预期功能和性能。PDK包含了反映制造工艺基本的元素：晶体管、接触孔、互连线等，

包括设计规则文件、电学规则文件、版图层次定义文件、SPICE仿真模型、器件版图和

期间定制参数。完善的产业链使得客户的

PDK可以给予

EDA厂商充分反馈，使厂商根

据

PDK改进产品以满足客户需求。获得更全、更新的

PDK也往往成为头部

EDA厂商

的比较优势。3.3.

并购是

EDA厂商扩张的重要手段并购是

EDA企业成长的最佳选择。全球三大巨头的成长史就是一部并购史，其中

全球

EDA巨头

Synopsys自

1986

年成立至

2021

年

4

月，共完成

112

起收并购案。并购

在

EDA行业如此兴盛的原因有：1）行业小细分领域繁多。根据

ESDAlliance和

WSTS数据，2020

年全球

EDA行业市场规模只有

115

亿美元，相比于下游半导体行业

4404

亿

美元的市场规模，是一个“小行业”，但由于

EDA软件要服务于芯片设计生产的整个产

业链，EDA的技术流程很长，需要种类繁多的点工具相互配合形成工具链，同时，客户

希望

EDA厂商能够提供整体解决方案。2）技术更新迭代速度快。在摩尔定律的驱动下，

芯片更新换代速度很快，新技术不断涌现，作为上游设计软件的

EDA厂商每年也要投

入大量的研发资金来适应技术的革新上，但还是会有很多创业公司创造出全新的点工具。

行业小细分领域繁多，客户又希望

EDA厂商提供完整解决方案，于是

EDA厂商在不断想办法补全自己产业链。但技术的快速迭代，行业内不断有小公司带着创新点工具出现，

行业小导致自研技术去取代这些公司成本较高，并购是最佳选择。Cadence通过并购成为一代霸主。Cadence于

1989

年收购

Verilog是其最为重要的

一次并购，通过这次并购

Cadence成功解决了复杂度带来的芯片性能验证问题，也标志

着

EDA从设计领域，拓展进入了软件模拟和硬件仿真领域，设计与仿真能够通过使用

同一家公司的不同套软件来完成。2001

年

Cadence收购

SiliconPerspective，将

IC布局

工具和

SI分析工具收入囊中，为下一代布局布线做技术储备；2002

年收购

Simplex，补

足寄生参数提取和分析方面的能力；同年收购

IBM硬件仿真业务，真正占领硬件仿真

高地。Synopsys通过并购超越

Cadence，铸就全球

EDA龙头地位。纵观

Synopsys的发展

历史，不仅通过大量的并购完善了公司业务，实现了全流程覆盖，同时也通过数次关键

并购从而直接在与剩余两大巨头的竞争中脱颖而出，成为全球

EDA龙头。根据芯思想

数据，2002

年，Synopsys以

8.3

亿美元收购与

Cadence结束专利诉讼的

Avanti，从而成

为

EDA历史上第一家可以提供顶级前后端完整

IC设计方案的领先

EDA工具商。这场

收购改变了传统上“Synopsys占前端，Cadence占后端”的格局，让

Synopsys在进入到

后摩尔定律时代之前完成基石技术的布局。4.国产EDA星星之火可以燎原4.1.

从中外对比看国产

EDA现状海外

EDA产品矩阵更全。从

EDA产品矩阵的完整度来看，根据我们测算，EDA工

具链大约有

40

个细分领域，国内厂商尚未如国际三大家一样实现

EDA全流程、全细分

领域的覆盖。截至

2021

年

12

月，国产

EDA龙头华大九天，也仅能够实现模拟芯片设

计和平板设计全流程覆盖，覆盖率约为

40%，其他国产

EDA厂商产品多为点工具，尚

不能为客户提供特定领域全流程产品服务。海外

EDA产品支持的工艺更先进。从

EDA产品的技术先进性看，国际三大巨头产

品能支持的最先进工艺已经达到

2nm，而国内厂商仅有部分产品支持较先进的工艺制程。

如华大九天的模拟设计全流程工具中，仅有一款电路仿真工具支持

5nm制程，其余仅支

持

28nm制程，思尔芯的

EDA产品仅支持

10nm制程。IP已经成为海外

EDA公司的重要收入，但国产

EDA公司尚未大规模布局。EDA三巨头中的

Synopsys和

Cadence同样也是

IP市场的巨头，Synopsys和

CadenceIP市场

营收规模占有率为全球第二和第三，仅次于

ARM。相比之下，国产

EDA厂商大多还在

研制

EDA工具，未布局

IP产品。随着集成电路产业的不断发展，IP的作用会愈发显著，

国内外的

EDA公司在

IP的发展上已经产生了较大差距。海外

EDA产品先发优势明显，客户粘性较高。从

20

世纪

70

年代，软件被用于辅

助芯片设计算起，国外

EDA产业已经发展近

50

年，先发优势明显，技术、生态和客户

使用习惯均较为完善。另外，2021

年先进制程芯片流片费用已经高达数亿元人民币，

EDA工具选择关乎流片的成功率，客户更换

EDA工具带来的风险极高，当客户使用国

产

EDA跑出数据与国际巨头

EDA工具不一致时，甚至需要国产厂商对结果进行解释。国内

EDA专业人才数量匮乏，且多数任职于外资

EDA企业。根据赛迪智库数据，

2020

年中国

EDA行业从业人员数量约为

4400

人，其中本土

EDA企业总人数约2000

人。虽然相比

2018

年的

700

人有了大幅度的增长，但是相比于海外还是存

在较大差距。根据第

23

届中国集成电路制造年会披露数据，全球

EDA行业从业

人数在

4

万人左右，而截至

2021

年

12

月，仅

Synopsys员工数量就达到了

1.5

万

人以上。中国

EDA储备人才培养体系不够完善。海外

EDA培养体系较为成熟，2015

年，

美国

SRC公布了

STARnet计划，计划在五年内向六个大学研究中心投资

1.94

亿美元，

其中多个项目直接与

EDA相关。Synopsys进入中国以来，已经与清华大学、东南大学、

华中科技大学等知名高校合作，为其提供软件支持，成立合作交流中心。中国目前仅有

少数院校拥有

EDA方向的研究和人才培养计划，国产

EDA公司与高校的合作也是刚刚

开始，人才培养体系还不够完善。海外半导体产业链协同更加紧密。EDA软件不是独立发展的，EDA需要与芯片设

计厂商和晶圆制造厂共同协作，打磨产品，推进技术的进步。海外半导体产业链齐全，

有英伟达、英特尔和

AMD等头部芯片设计厂商，也有三星、台积电、格罗方德等大型

晶圆制造厂。合作伙伴们本身都是细分赛道的龙头企业，在产业链中扮演关键角色，强

强协同下更能提升

EDA产品的竞争力。海外

EDA并购土壤肥沃。EDA三大巨头主要通过并购补全自身产业链，并购需要

的不仅仅是资金，还有可供并购的优质标的群体。根据

crunchbase数据，2020

年，海

外共有

600

多家（美国

200

多家），这为巨头并购提供了丰沃的土壤，相比之下国内仅

有几十家

EDA国产企业，一定程度上也制约了国内

EDA产业的发展。4.2.

EDA国产化势在必行中美科技脱钩，趋势愈演愈烈。美国不仅绕开世界贸易组织，直接对正在崛起的中

国施加额外贸易关税，而且在科技领域也针对“中国制造

2025”等采取一系列限制措施，

华为、中兴通讯等均位列制裁名单。2019

年

5

月

16

日，美国商务部宣布将华为及

70

家

关联企业列入所谓的“实体清单”。如果没有美国政府的批准，华为将无法向美国企业购买元器件。受此影响，多家国外供应商开始对华为实行“断供”。美国对中国的压力已经

由经贸领域全面上升到科技领域，高新技术成为双方争夺的焦点。EDA作为“半导体皇

冠上的明珠”，必然受到美国限制，华为目前已经停止了与国际三大巨头的合作，自主研

发

EDA已经势在必行。华为四度落子国产

EDA企业，重要程度可见一斑。自

2020

年

12

月以来，华为旗

下哈勃投资已经投资了四家国产

EDA公司，包括射频全流程工具提供商九同方微电子、

专注于工业设计和仿真的无锡飞谱电子、专注于逻辑综合和物理设计的立芯软件及专注

于数字前端形式验证的阿卡思微，均为在各细分点工具领域领先的国内

EDA厂商。4.3.

三十年发展，EDA国产之火点亮国产

EDA历经三十余年艰难发展，迎来政策和资本支持。EDA的国产之路起于

20

世纪

80

年代，20

世纪

90

年代初，中国历史上第一款具有自主知识产权的

EDA工具“熊

猫”诞生，并获得多个国际大奖。但随后国外

EDA厂商进入中国，在“造不如买”思

潮下，国产

EDA产业陷入了十几年的沉寂。直到

2008

年国家“核高基”项目将

EDA列

入其中，国产

EDA产业才重新焕发生机。同时，中兴、华为事件使人们意识到关键基

础技术的重要性，资本市场也开始关注

EDA行业。根据芯思想研究院数据，2020

年

EDA行业融资次数已经达到

16

次，远超

2010

年的

1

次。国产

EDA行业逐渐壮大，星火已现燎原之势。在国家政策与资本双重支持下，国

产

EDA厂商数目不断增加。根据芯思想研究院数据，2020

年国内已有约

49

家

EDA企业，比如华大九天、芯华章、芯愿景、广立微、概伦电子、思尔芯等，截至

2021

年

12

月

30

日，国内已有

4

家企业申请

IPO，其中，概伦电子已经上市。这些国产

EDA厂商

从各个细分领域进行技术突破，其中华大九天已经可以提供模拟芯片设计全流程的

EDA产品。根据赛迪智库数据，2018-2020

年中国

EDA市场营收国产化份额逐步由

6%提升

至

11%，国产化步伐逐步加快，星星之火已现燎原之势。5.四家典型国产EDA公司引领EDA国产化浪潮5.1.

华大九天：国产

EDA之巅，唯一国家队传承自“熊猫”，国产

EDA龙头。公司创始人参与设计中国第一款具有自主知识产

权的

EDA工具“熊猫

ICCAD系统”，技术功底扎实，行业经验丰富。公司成立于

2009

年，主要从事

EDA工具软件的开发、销售及相关服务。主要产品有模拟电路设计全流

程

EDA工具系统、数字电路设计

EDA工具、平板显示电路设计全流程

EDA工具系统

和晶圆制造

EDA工具等。根据赛迪智库数据，2020

年华大九天营收占中国

EDA市场

约

6%的份额，占国产

EDA市场营收份额超过

50%，居本土

EDA企业首位。营收规模国内最大，高度重视技术研发。华大九天

2020

年营收

4.15

亿元，同比增

长

61%，为国产

EDA厂商中规模最大的公司。2020

年归母净利润为

1.04

亿元，同比增

长

81%。EDA行业为技术密集型行业，华大九天高度重视技术研发，2018-2020

年研发

费用率维持在

40%以上，2020

年公司研发人员占比高达

67%。截至

2021

年

6

月

30

日，

公司已拥有已授权专利

145

项和已登记软件著作权

51

项。唯一国家队，中国电子给予华大九天强产业链支持。华大九天第一大股东中国电子

信息产业集团有限公司（简称：中国电子，CEC）是中央直接管理的国有重要骨干企业。

CEC成功突破高端通用芯片、操作系统等关键核心技术，构建了兼容移动生态、与国际

主流架构比肩的安全先进绿色的“PKS”自主计算体系。根据

CEC官网数据，截至

2020

年底，中国电子拥有

26

家二级企业、15

家上市公司、18

余万员工，实现全年营业收入

2479.2

亿元。CEC旗下半导体企业众多，如飞腾、成都华微电子、澜起科技、中国振华

等，为华大九天产品的技术迭代和生态建设甚至是收购兼并提供了强有力的产业链支持。

第二大股东大基金一期二期对半导体产业链从原材料到封装测试进行了全面投资，能够

为华大九天的产品提供全产业链支持。5.2.

概伦电子：国产

DTCO引领者十年一剑，“DTCO”产品技术世界领先。概伦电子是提供大规模高精度集成电路仿

真、高端半导体器件建模、半导体参数测试解决方案的厂商，致力于推动先进工艺开发

和高端芯片设计的深度联动。公司成立于

2010

年，创始人曾任

Cadence全球副总裁。

历经

2010-2020

年，公司实现了

DTCO（设计工艺协同优化）真正落地的从数据到仿真

的创新

EDA解决方案，得到了业界的认可。公司于

2019

年底并购北京博达微科技，增

强了业务实力，为公司持续进行并购提供了范本。概伦电子深耕器件建模及电路仿真领域。公司在器件建模和电路仿真验证两大集成

电路制造和设计的关键环节进行重点突破，自主研发了相关

EDA核心技术，可有效支

撑

7nm/5nm/3nm等先进工艺节点下的大规模复杂集成电路的设计和制造，帮助晶圆厂

在工艺开发阶段评估优化工艺平台的可靠性和良率等特性，建立精确的器件模型、PDK和标准单元库，并通过快速精准的电路仿真帮助集成电路设计企业有效预测芯片的性能

和良率，优化电路设计。IPO募资致力于打造存储

EDA全流程工具。公司自成立起就致力于

DTCO方法学

的践行，存储器芯片领域企业对性能和良率指标及产品上市时间的要求极高，是公司推

广

DTCO落地的理想场景。截至

2021

年

12

月，公司已在存储器芯片领域取得国际大客

户（如三星、SK海力士、美光科技等）认可。公司

IPO募资拟投入

3.5

亿元继续研究开

发存储器芯片全流程设计平台及其相关

EDA工具，进一步扩大公司在该领域的优势。营业收入快速增长，制造类

EDA工具营收占比最大。概伦电子

2020

年营收

1.37

亿元，同比增长

110%。公司营收类型分为

EDA工具授权、半导体器件特性测试仪器销

售以及半导体工程服务。EDA工具授权主要包括制造类

EDA工具及设计类

EDA工具，

其中

2020

年制造类

EDA工具收入占比达

43%，设计类

EDA工具占比

26%。半导体器

件特性测试仪器占比逐年增长，2020

年占比

18%，已成为第三大业务。2020

年归母净

利润为

0.29

亿元，扣非净利润于

2019

年扭亏为盈，2020

年扣非净利润为

0.21

亿元，同

比增长

91.6%。概伦电子长期注重研发投入，扣除股份支付影响后

2018-2020

年研发费

用率维持在

36%以上，2020

年公司研发人员占比达到

54%。存储芯片

EDA器件建模及电路仿真领域达到国际一流水平，积累大量知名客户。

概伦电子在器件建模和电路仿真两大集成电路制造和设计的关键环节掌握了具备国际

市场竞争力、自主可控的

EDA核心技术，形成了核心关键工具，能够支持

7nm/5nm/3nm等先进工艺节点和

FinFET、FD-SOI等各类半导体工艺路线，构建了较高的技术壁垒。

公司国际竞争力的提升使其在全球范围内已形成较为稳固的市场地位，得到全球领先晶

圆厂的广泛使用，包括台积电、三星电子、联电、格芯、中芯国际等全球前十大晶圆代

工厂中的九家。5.3.

广立微：成品率提升领域全流程覆盖，独特的制造类

EDA中坚力量国内领先的集成电路

EDA软件与晶圆级电性测试设备供应商。广立微于

2003

年

成立于杭州，创始人曾任

PDFSolutions高级工程师，XilinxINC.资深主任工程师。公司

专注于芯片成品率提升和电性测试快速监控技术，主要提供

EDA软件、电路

IP、WAT测试设备以及与芯片成品率提升技术相结合的全流程解决方案，公司先进的解决方案已

成功应用于

180nm～4nm工艺技术节点。营收增速较快，软件技术开发与软件工具授权为主要收入来源。广立微

2020

年营

收

1.24

亿元，同比增长

87.30%。公司营收类型分为软件工具授权、软件技术开发、测

试机及配件以及测试服务。2018-2020

年软件工具授权与软件技术开发收入占比保持在

73%以上。2020

年测试机及配件业务占比

25%，超过软件工具授权成为第二大业务。

2020

年归母净利润为

0.50

亿元，同比增长

161.96%。广立微研发费