半导体系列报告（五）：国产EDA迎来发展春天，但追赶之路依然艰辛

国产EDA迎来发展春天，但追赶之路依然艰辛请务必阅读正文后免责条款计算机行业评级：强于大市（维持）证券研究报告证券分析师半导体系列报告（五）2021年5月31日付强投资咨询资格编号：S1060520070001 FUQIANG021@pingan.com.cn 闫磊投资咨询资格编号：S1060517070006 YANLEI511@pingan.com.cn 投资要点：•EDA是电子设计自动化（Electronic Design Automation）的简称，是芯片设计的基础工具，被称为“芯片之母”。利用EDA工具，电子工程师可以实现芯片的电路设计、性能分析、出版图等过程的计算机自动化处理。目前，EDA已经进入发展的4.0阶段，功能更为强大且效率更高。EDA行业重要性高、基础性强，但市场规模只有百亿美元左右，仅相当于整个芯片行业销售额的2.5%。行业规模小但能量大，EDA支撑的是超过3万亿美元的IT大产业，是整个半导体产业链皇冠上的明珠。美国在全球EDA市场上处于绝对领先的地位，而且正在利用该领域的优势，在IT行业竞争中“拿捏”对手。•EDA行业技术门槛高且严重寡头化，留给新进入者的空间非常有限，但是我国必须进行全力追赶。在全球EDA市场上，新思科技、楷登电子和西门子占据了超过60%的份额，并通过持续高研发、频繁并购的策略，形成了电子设计领域全流程支撑能力，筑起难以逾越的技术和生态高墙。但EDA作为底层关键技术，买不来，通过市场也换不来，因此我国必须通过自主研发去实现突破，尤其是华为遭到国际EDA厂商断供之后，这种迫切性变得更为凸显。值得庆幸的是，虽然在国际大厂的挤压下，曾经长期沉寂低迷的国产EDA市场依然留存着发展的种子，比如华大九天等，而且参与者还在快速增加。这些企业在模拟电路、平板显示等领域还有着较强的技术积累，在数字电路设计点工具上也有一定的竞争力。•国产EDA追赶的环境利好，但发展之路道阻且长。一方面，行业政策、市场环境正在变得利好。国家正在推动“产学研用资”联合进行攻关，实现集中突破的意图明确，困扰行业的资本投入不足、知识产权保护不力和人才短缺等难题将逐步得到解决。另一方面，随着国内数字经济的提升、芯片设计行业的崛起，国产EDA需求将会提升，国产EDA长期有望实现由点到面、由低端到高端的跨越，最终赢得市场信任形成国产化生态。目前，二级市场上，纯正的EDA工具软件企业较为稀缺，相关能力主要集中在中望软件。中望软件在电磁仿真方面有着较为深厚的积累，在天线、高频组件微波器件等相关产品仿真分析具有较强的能力。一级市场上，华大九天、概伦电子等公司也正在接受上市辅导，建议投资者关注其后续进展。重点关注技术和市场风险、国际政治环境变化风险以及市场过度炒作风险。 目录CO N TE N TS寡头竞逐：通过高强度研发和频繁并购，垒就产品和生态高墙现状与趋势：EDA门槛高、市场窄，但国产化必须突破曙光初现：国产EDA发展寒冬已过，但追赶之路道阻且长3投资建议及风险提示 市场急需：EDA等工业软件短板凸显，被“卡脖子”的风险上升•EDA是芯片之母，美国政府曾利用其对我国IT企业进行精准打击。2020年5月，美国政府升级了对华为的制裁，进一步限制华为获得软、硬件的能力，禁售含美国技术的软件。其中，EDA的禁售影响最大，直接限制了华为海思的高端芯片的设计能力。此外，美国还对哈工大、哈工程实施制裁，要求断供设计仿真软件Matlab，对相关机构的研发造成干扰。•拜登政府上台之后，对中国EDA出售的限制可能会更多。近期，一些美国议员开始敦促美国现政府对华限售半导体设备和设计软件EDA。我国作为主要的电子信息制造大国，如果在最底层的设计工具持续受制于人，就很难在国际竞争中立足。资料来源：wind，平安证券研究所美国对我国科技企业制裁和打压情况 国家重视：构建新型举国体制，支持EDA等领域取得突破•美国对中国科技领域的打压，彻底割裂了此前业界笃信的“全球产业链”，根深蒂固的“造不如买”的执念彻底被打破。针对EDA这些关键环节，国务院在出台的政策文件中明确指出，要通过构建社会主义市场经济条件下关键核心技术攻关新型举国体制来解决，并利用国家重点研发计划、国家科技重大专项予以扶持。•举国体制作为社会主义国家的一大优势，可以集中“产学研用资”的力量办大事。国家将集成电路设计工具的研发列入“新型举国体制”的重要突破点，足见党中央和国务院对这个领域的重视。高端芯片集成电路设计工具（EDA）集成电路装备和工艺技术集成电路关键材料工业软件基础软件、应用软件等构建社会主义条件下关键核心技术攻关新型举国体制资料来源：中国政府网，平安证券研究所 资本热捧：EDA企业数量快速增加，融资次数更为频密•企业数量快速增长。2020年末，国内EDA企业数量达到28家。从2014年开始，每年都会新增3-5家的EDA企业，市场参与者快速增多。•投、融资两端表现得更为活跃。在2018年之前，行业关注度比较低，市场投、融资都较为平淡。但是，中美贸易战开始之后，行业成为市场关注的重点，资金开始积极进入。2020年就有9家企业完成了15次融资；2021年前两个月已经有6家企业完成了7次融资。投资端看，华为、中芯聚源、兴橙资本在这个市场上出手较为频繁。123468101212111416202428051015202530200120022003200420062009201020112012201320142017201820192020111541570246810121416201020112012201320142015201620172018201920202021融资次数大幅增加注：2021年为前两个月数据。资料来源：芯思想，平安证券研究所我国EDA企业数量（家）国内EDA融资数量（次） 何谓EDA：电子设计自动化工具，是IC产业最上游的子行业•EDA是电子设计自动化（Electronic Design Automation）的简称，是广义计算机辅助设计（CAD）的一种，是芯片设计的基础工具。利用EDA工具，工程师可以实现芯片的电路设计、性能分析、出版图等过程的计算机自动处理完成。•随着超大规模集成电路的持续发展，晶体管密度快速上升，芯片设计难度持续加大，加上工艺变革的加快，电子工程师更加需要利用EDA工具来提升逻辑综合、布局布线、仿真验证的效率，EDA变得越来越重要。资料来源：百度百科，平安证券研究所EDA在芯片设计环节发挥的作用集成电路芯片产业链 EDA工作流程：含输入、综合、适配、仿真和下载等五个步骤设计输入综合或编译适配器件下载图形或HDL编辑适配器编程文件汇编时序分析器仿真下载器分析与综合•原理图•状态图•波形图•HDL文本按照给定的硬件结构组件和约束条件进行编译、转换和综合，形成电路描述网表文件适配器将综合器产生的网表文件配置到目标器件中，产生最终下载模块•系统级仿真•行为级仿真•RTL级仿真•门级时序仿真将适配后产生的下载文件下载到相应的CPLD或者FPGA等可编程逻辑器件中，使其成为具有特定功能的专用芯片12345资料来源：百度百科，平安证券研究所 发展历程：正处4.0阶段，工具功能更强大、自动化水平更高1.0阶段（上世纪70年代）2.0阶段（上世纪80年代）3.0阶段（上世纪90年代）4.0阶段（2000年以来）计算机辅助设计（CAD）阶段计算机辅助工程（CAE）阶段电子系统设计自动化（EDA）阶段现代EDA技术•发展过程：上世纪70年代以前，设计人员依靠手工完成电路图的输入、布局和布线；70年代中期，可编程逻辑技术出现，开发人员尝试实现整个设计工程的自动化，开始运用CAD进行PCB设计。•主要功能：电路仿真、逻辑仿真与测试、MOS时序仿真、PCB版图系统、布线以及规则阵列。•发展过程：随着超大规模集成电路的发展，电子系统变得更为复杂，语言编程开始应用于芯片设计。这个阶段出现了硬件描述语言VHDL和Verilog，为EDA的商业化奠定了基础。•主要功能：测试与验证、仿真（更快、更精确）、硬件描述语言出现、硬件加速、系统级设计（高层次设计）。•发展过程：硬件语言趋于标准化以及芯片设计技术在不断丰富，EDA设计工具快速普及和发展，这一阶段也是EDA发展的黄金期。设计手段包括全定制设计、半定制设计、ASIC设计、标准单元库、门阵列、可编程逻辑阵列等。•主要功能：实现从系统行为级描述到系统综合、系统仿真与系统测试，真正实现了设计的自动化。•发展过程：EDA软件工具功能更为强大；更大规模的可编程逻辑器件不断推出，系统级、行为级硬件描述语言趋于更加高效和简单。•主要功能：能自动地完成用软件方式描述的电子系统到硬件系统的逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合及优化、布局布线、逻辑仿真，直至完成对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。资料来源：百度百科，平安证券研究所 应用效果：提供优秀的PPA表现，缩短设计周期并降低设计成本•EDA可以提升设计自动化水平和产品性能，缩短设计周期。通过EDA的应用，设计企业可以自主验证设计方案的正确性，对电路特性进行优化设计和模拟测试，大幅度提升工程师的设计效率，满足芯片日益缩短的上市周期要求。同时，通过EDA对设计的持续优化，设计企业可以让所设计的芯片具有更好的PPA（能耗、性能、面积）表现。尤其是在SOC（系统级芯片）设计环节中，EDA在提升PPA方面的作用表现的更为突出。•EDA对成本节省的效果十分明显。据Kahng教授在2011年的测算，当年一颗最先进的SOC，比如5nm的芯片，在使用EDA情况下，设计费用应该在4000万美元左右。但如果没有EDA，即使不考虑时间成本，费用会增长200倍。数据来源：IBS，平安证券研究所770.40.000.000.010.101.0010.00100.00不应用EDA应用EDAx 10000成本大幅节省主要制程芯片开发成本及构成EDA对芯片设计成本的改变（亿美元） •生态锁死：IP厂商、EDA厂商、芯片设计公司及晶圆厂上下游企业深度绑定。尤其是在先进工艺节点上，各方通过紧密合作、反复迭代，最终实现产品量产。龙头EDA厂商也正是利用这种联盟，始终把控着设计工具的尖端市场。•技术难度大：芯片上单位面积上集成的晶体管数量还在高速增加，物理和工艺问题日趋复杂，算法高度密集。因此，对设计工具的可靠性和经验积累要求非常高，任何细微的电气特性的错误都会持续放大造成流片失败。此外，随着流片成本持续上扬，客户对流片失败的容忍度持续下降，一般成熟的工具由于经过了市场的持续检验，不会出现由于工具问题造成流片的失败，相反新进入企业获得市场认可和信任的难度很大。•市场狭窄而且拥挤：虽然支撑着超过3万亿美元的大市场，但自身规模非常小，新进入者在这个市场上，将直接面临着巨头的竞争，被挤出市场或者被收购的风险都很大。行业市场规模大概相当于半导体行业销售规模的2.5%左右，该比重这两年虽然有所提高，但是很难再往上。这和行业的工具属性和议价能力相对较弱有关系。行业特点：生态锁死、技术难度大且进入门槛高如果没有EDA，IT金字塔将全面崩塌IT支出：~3.6万亿美元芯片：~4000亿美元EDA：~100亿美元IT产业链金字塔（2019）79859397102.72114.677.6%9.4%4.3%5.9%11.6%0%2%4%6%8%10%12%14%020406080100120140201520162017201820192020市场规模(亿美元)同比增速2015-2020年全球EDA市场规模3372.84 3346.76 4050.84 4703.44 4130.34 4367.96 2.3%2.5%2.3%2.1%2.5%2.6%2.0%2.1%2.2%2.3%2.4%2.5%2.6%2.7%0500100015002000250030003500400045005000201520161017201820192020IC收入（亿美元）EDA/半导体销售收入2015-2020年EDA与IC行业规模