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“芯片之母”EDA的国产化之路

2021/8/6 13:18:00 来源: 评论(0)0

芯片EDA国产化之路

作为芯片设计过程中必需的软件工具,EDA(电子设计自动化)一直被视为是“芯片产业皇冠上的明珠”,且是IC设计产业最上游、最高端的环节。

目前全球的EDA市场主要由三家美国大厂占据了接近八成市场份额,虽然三巨头之间的份额每年会略有波动,但寡头垄断的趋势已经基本成型。

相比之下,国内EDA公司起步略晚,但近年间,随着以华为海思、中兴微电子在内的龙头国内半导体设计公司陆续走强,让产业生态之间的共生共进有了土壤,相关EDA公司在近两年来也开始陆续筹备登陆科创板事宜。

根据SEMI电子系统设计联盟发布的数据,中国公司EDA营收的全球占比曾经非常小,目前正在迅速缩小与北美的差距,后者仍然是最大的市场。

客观来说,若仅从公司成立时间计算,如今国内市场份额最高的华大九天在2009年成立,但前述三巨头的成立时间均在1980年代。叠加摩尔定律支撑着几十年间工艺制程的快速迭代进度,这意味着我们国家在此领域依然有较大追赶空间。而进入后摩尔定律时代对新技术路线的探索,则被视为有可能让国内公司有加速追赶的势能。

巨头垄断EDA

EDA之所以重要,是因为不同于传统软件,在设计和使用过程中可以不断修改bug;芯片产品一旦流片制造出来后无法更改,这就需要借助EDA软件。

通过在EDA软件虚拟地进行设计、模拟、仿真等环节,确认无误后,才正式流片。而芯片设计人员往往借助EDA工具会对几十万乃至于数十亿的晶体管进行设计,如此可以减少整体芯片设计和制造的资金及时间成本。

据赛迪智库统计,在我国的EDA工具市场竞争格局来看,新思科技(Synopsys)和楷登电子(Cadence)分别占据30%左右份额,西门子旗下公司近三年间份额大约在15%上下。其中,楷登电子在国内的份额近两年间有1%-3%左右的份额提升,整体市占率略超过新思。

TrenForce集邦咨询分析师姚嘉洋告诉21世纪经济报道记者,新思科技、楷登电子两家公司在这几年的营运策略开始有些不同之处,新思开始强化在Software integrity Product(软件集成型产品)的发展,并且平均发展旗下各产品线的产品实力,因此并购动作频频,同时也能强化营收表现;反观楷登,并购动作相对较少,在EDA相关领域的营收却也呈现稳定成长的态势。

“从这一点大概可以看出,楷登在EDA的产品线实力底蕴较为扎实,渐渐取得客户信赖。”他进一步向记者指出,因此若单以EDA营收表现来看,楷登略胜新思一筹;但以总营收而言,则是新思科技小赢楷登。

姚嘉洋认为,在EDA行业,海外三家巨头公司的经营早已行之有年,整体行业的发展也已经相当成熟,在技术未能有较大突破的情况下,三家份额差距较小,不至于彼此之间出现绝对领先份额的寡头公司。

不过这些头部公司如今的发展也不仅限于EDA行业本身。从产业环节来看,EDA是一个自身规模不高,但是能够撬动庞大下游芯片市场的关键细分行业,因此其毛利率往往极高,大约普遍在90%上下。

也正因为EDA本身不是一个大行业,国际上的前两家巨头新思科技和楷登电子,如今已经发展成为EDA+IP并行的模式。

云岫资本高级经理李俊超告诉21世纪经济报道记者,采取EDA+IP发展模式,是由于EDA公司面向的下游客户都是芯片设计公司或晶圆厂,处在上游的不同环节如EDA或IP公司,若能将不同的能力整合在一起,将带来很强协同效应。

“两个产业环节共同介入,也可以扩大市场空间和销售额。”他续称,不过得以进入新的产业环节也并不是完全由单个公司自生技术积累而来,如新思科技就是通过大量并购IP类公司实现了如今的两条业务并行发展路线。而未来,随着国内EDA公司的进一步发展,若想走类似路径,也可以通过自研和行业整合并行的路线推进。

国产EDA直追

历史资料显示,我们国家在EDA领域的起步时间并不算晚,只是在开放性的市场环境之下,国内培育EDA的土壤并不深厚,才有了一定时间的停滞期。

华大九天招股书大致描述过国内EDA产业的发展历程。20世纪70-80年代,受海外禁运管制影响,中国无法购买到国外EDA工具,因此开始进行自主研发与攻关,并在1988年启动国产EDA工具“熊猫系统”的研发工作。

90年代初,华大九天的初始团队部分成员研发成功了中国历史上第一款具有自主知识产权的EDA工具“熊猫ICCAD系统”。但此后,国外解除了对我国EDA工具的封锁,国外EDA工具大量进入中国,导致缺少政策和市场支持的国内EDA工具研发和应用陷入低谷。

自2008年起,国家层面对EDA行业的发展愈发重视,才有了此后国内EDA公司陆续涌现,并步入市场。也是基于此前的技术积累,华大九天成为目前国内规模最大、产品线最完整的EDA研发企业。

从财报可以看到国内EDA公司发展尚存在一定差异。华大九天招股书显示,公司在2018-2020年间,营业收入由1.51亿元增长到4.15亿元,年均复合增长率65.86%。这些年间,公司有超过95%的收入都来自提供EDA工具软件销售与相关服务。

概伦电子招股书则显示,2018-2020年间,公司营收分别为5194.86万元、6548.66万元及13748.32万元。公司坦言,经营规模较小在一定程度上限制了公司所能支撑的研发、销售、收购兼并等活动投入总额。从收入构成来看,制造类EDA工具收入占比从58%缩减到43%,设计类EDA工具收入贡献则是在25%-29%之间波动。

此前决定终止上市的芯愿景,其披露的招股书显示,公司在2017-2019年间,收入占比最高的业务来自“IC分析服务”,大约贡献收入的80%上下;来自EDA软件授权的收入贡献大约在3%-6%之间。公司在这三年间的整体收入大约从7000万元提升到1.55亿元。

可见,在现阶段,能够通过EDA业务实现较大业务成长依然有一定难度,但国内不少公司无疑已经迎来了新的转折点。

国产生态崛起

如前所述,今年第一季度来自中国市场的EDA收入快速上升,意味着国内生态正联合推动产业间带来更多发展助力。

李俊超向21世纪经济报道记者表示,今年一季度来自中国市场的EDA营收出现高增速,一定程度是源于国内此前该项指标的基数较低。此前在亚太地区内,日本、韩国和中国台湾地区对EDA的采购量更大。但随着近几年间,越来越多系统级公司开始参与自研芯片,国内对于先进制程芯片的需求量和研发体量都越来越大,那么对于EDA软件的采购量也就自然大大增加。

“如此将形成一种良性循环。”他指出,目前EDA公司在亚太地区的营收占比中,中国市场比重大约在10%左右,随着在芯片设计市场的快速崛起,未来中国市场在亚太区的需求量占比有望达到40%-50%。

国内EDA软件厂商目前的发展的确也存在不平衡的现象。李俊超向21世纪经济报道记者表示,客观来说,国内EDA软件公司目前多聚焦在对芯片制程工艺迭代要求不是很高的模拟芯片领域,相关公司已经在该领域的一些细分环节占据一定地位。

但在数字芯片领域的EDA软件,国内在前端和后端环节都相对缺乏部署。由于这需要与顶尖芯片设计公司和晶圆厂联合调校,此前国内缺乏成熟的共生环境,但如今国内的产业基础已经搭建起来。

“所以这时候对国内EDA公司的发展带来很好的契机。”李俊超补充道,用于模拟芯片和数字芯片的EDA软件差异,主要体现在流程环节复杂程度、工艺调校难易程度方面。具体来说,模拟芯片所需EDA流程较少;而数字芯片在每个环节都需要用到EDA软件,需求量更大,且工作量和设计难度也较高。

“难点在于通过EDA软件进行芯片设计过程中,需要大量现有的数据与EDA工具进行匹配并调校。国内目前在模拟芯片领域的先进工艺数据储备量还有上升空间,而由于模拟芯片工艺迭代时间较慢,会相对容易追赶国际巨头的步伐。”他分析道。

具体到国内EDA公司对于芯片不同流程的分布情况,李俊超告诉21世纪经济报道记者,目前国内EDA公司在芯片制造端的能力积累相对较多,而由于芯片设计的EDA软件门槛较高,因此还需发展时间。

“目前在数字芯片设计方面,还需要结合国内多家EDA软件公司的能力一起串联起来完成,但模拟芯片方面已经可以仅采用国内头部公司的软件就能设计完全流程。”他指出,整体来说,目前国内在EDA软件方面,还需要不断加深研发实力,走到一定的成熟阶段后,会带来更好的协同效应,届时产业间方能考虑彼此之间能力整合的话题。“比如新思科技,也是在发展成熟后,通过收并购的方式串联起了更丰富的EDA软件环节,成为了如今巨头。”

尤其是进入后摩尔定律时代,李俊超认为,这对中国公司来说,将是一个弯道超车的机会。“倘若持续在摩尔定律下迭代发展,就会一直存在代际差异的问题。”他指出,但在超越摩尔定律的理论之下,Chiplet、3D封装等新技术路线出现,对于全球范围来说,都还是一个新课题,大家可以说算是在接近的起跑线上。

 

责任编辑:第一时间
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