计算机行业深度研究：半导体产业基石，中国EDA迎国产替代机遇

EDA行业支撑半导体发展 EDA行业处于半导体产业链上游，贯穿制造、设计、封测等环节。根据ESD Alliance统计，2021年全球EDA市场规模为132.75亿美元，同比增长15.77%。 受益于半导体产业向中国转移的趋势，中国EDA市场规模实现较快增长。根据中国半导体行业协会预测，2025年中国EDA市场规模将达到184.9亿元，2020-2025年年均复合增速为14.71%。 EDA行业壁垒较高、市场集中度较高 EDA行业主要受技术驱动，具有较高的技术、人才储备、用户协同、资金规模等壁垒，市场集中度较高。根据赛迪顾问统计，2020年Synopsys、Cadence、SiemensEDA在全球EDA市场占有率合计超过77%，在国内EDA市场占有率合计约80%。国产EDA龙头厂商华大九天国内市占率约6%，位于国内第四位。 国产替代迫切，中国EDA行业迎发展机遇 半导体产业向中国转移，设计业、制造业产值快速增长，带动国内EDA市场需求。此外，国际政治经济形势日趋复杂，供应链安全受到重视，政策鼓励国内EDA企业发展。近年来，国内EDA企业融资明显增加，特别是概伦电子、华大九天、广立微等陆续上市，拓宽了融资渠道，加强了研发投入，有望实现快速发展。 投资建议 国内EDA市场增长较快，但国产化率较低，市场主要由国际巨头占据。国内EDA企业迎来国内半导体产业发展、政策支持、自主可控需求增长、融资渠道拓宽等机遇，有望实现快速增长。我们看好EDA行业发展前景，推荐关注具备模拟电路和平板显示电路设计全流程能力的华大九天，深耕DTCO领域的概伦电子，提供成品率提升解决方案的广立微等公司。 风险提示 1、系统性风险；2、技术创新、产品升级不及预期；3、市场竞争加剧。 投资聚焦 研究背景 EDA行业是半导体产业链上游。国内EDA市场受益于全球半导体产业向中国转移的趋势，实现较快增长。在政策支持、自主可控需求增长等因素的推动下，国内EDA企业迎来发展机遇。概伦电子、华大九天、广立微等头部企业上市，有助于其提升研发实力，追赶国际先进水平。我们分析了EDA行业市场规模和竞争格局，并以Synopsys为例对比了中外EDA企业的发展历程、经营指标，认为中国EDA行业将迎来快速发展机遇。 不同于市场的观点 1、市场认为：中国EDA市场增长空间有限。 我们认为：中国EDA市场规模与中国半导体产值比例仍明显低于全球水平，具有较大增长空间。在全球半导体产业向中国转移的背景下，中国半导体设计业、制造业快速发展，有望带动上游EDA市场需求。 2、市场认为：国际巨头市占率领先，国内EDA企业难以突破。 我们认为：EDA工具种类繁多，并持续面对新的技术、需求变化，国际巨头也无法在所有领域实现绝对竞争优势。国内EDA企业专注特定领域，具有本土服务优势，可以实现差异化竞争，以关键点工具实现突破。 核心结论 中国EDA市场迎中国半导体产业发展、政策支持等机遇，有望实现较快增 长； 半导体供应链安全受到重视，国内EDA企业受益于国产替代需求，头部企业上市后，将进一步加大研发投入，提升核心竞争力； 国内EDA企业可通过专注特定领域，突破关键点工具，加速国产替代进程。 1EDA行业概述 1.1EDA行业是半导体产业基石 EDA（Electronic Design Automation，电子设计自动化）是指利用计算机软件完成大规模集成电路的设计、仿真、验证等流程的设计方式，融合了图形学、计算数学、微电子学、拓扑逻辑学、材料学及人工智能等技术，处于集成电路产业链中的最上游，是设计厂商完成芯片设计、代工厂商实现成品率提升的核心基础工具，支撑规模庞大的集成电路市场乃至电子信息、数字经济市场。 图表1：EDA处于集成电路产业链上游支撑层 EDA工具贯穿于集成电路设计、制造、封测等环节。一个完整的集成电路设计和制造流程主要包括工艺平台开发、集成电路设计和集成电路制造三个阶段，均需要对应的EDA工具作为支撑，包括用于支撑工艺平台开发和集成电路制造两个阶段的制造类EDA工具以及支撑集成电路设计阶段的设计类EDA工具。 图表2：EDA工具贯穿集成电路设计、制造、封测等环节 图表3：华大九天模拟电路设计全流程EDA工具系统 图表4：支撑数字芯片设计全流程的主要EDA工具 EDA工具分类繁多。按应用场景，EDA工具通常可分为数字设计类、模拟设计类、晶圆制造类、封装类、服务等五大类。数字设计类工具主要包括RTL编辑、功能仿真、逻辑综合、形式验证等工具；模拟设计类工具主要包括版图设计与编辑、电路仿真、版图验证等工具；晶圆制造类工具主要包括器件建模、工艺和器件仿真（TCAD）、PDK开发与验证、计算光刻、掩膜版校准、掩膜版合成和良率分析等。封装类工具主要是面向芯片封装环节的设计、仿真、验证工具。根据ESD数据统计，数字设计类EDA工具和模拟设计类EDA工具占整体EDA市场的比例分列前两位，2020年市场份额分别达到65.0%和17.1%,前者为后者的接近4倍，这与下游数字芯片和模拟芯片市场比例基本一致。 图表5：EDA工具分类 图表6：2020年EDA细分领域市场规模占比 1.2EDA行业发展历程 1.2.1 EDA经历了四个发展阶段 EDA的诞生和发展是伴随着集成电路规模逐步扩大和电子系统日趋复杂，整体看，其发展大致经历了四个阶段： （1）计算机辅助设计（CAD）阶段：20世纪70年代，由于芯片复杂度低，芯片设计人员可以通过手工操作完成电路图的输入、布局和布线。70年代中期，可编程逻辑设计技术的出现使得芯片设计自动化成为可能。随着电路集成度的提升，设计人员开始尝试使用CAD工具进行设计工程自动化来替代手工绘图，实现交互图形编辑、IC版图设计、PCB布局布线、设计规则检查、门级电路模拟和验证等功能。 （2）计算机辅助工程（CAE）阶段：20世纪80年代，EDA技术进入发展和完善阶段，推出的EDA工具以逻辑模拟、定时分析、故障分析、自动布局和布线为核心，重点解决功能检测等问题，利用这些工具，设计师能在产品制作之前预知产品功能和性能。80年代后期，EDA工具已可以进行设计描述、综合与优化和设计结果验证。这一时期EDA商业化逐渐成熟，当前的EDA国际三巨头Siemens EDA的前身Mentor Graphics、Synopsys和Cadence分别于1981年、1986年和1988年成立。 （3）电子系统设计自动化（EDA）阶段：20世纪90年代，随着芯片设计流程的标准化发展以及集成电路设计方法论的完善，以高级语言描述、系统级仿真和综合技术为特点的EDA工具就此出现。此后EDA技术获得了极大的突破发展，真正实现了设计的自动化。 （4）现代EDA时代：2000年前后，EDA在仿真验证和设计两个层面支持标准硬件语言的EDA软件工具功能更加强大，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。目前EDA工具已能对集成电路的设计、制造、封装等环节实现全覆盖，应用于包括模拟电路、数字电路、FPGA、PCB、面板等多个领域的设计工作。 图表7：EDA工具发展历程 1.2.2国内EDA行业起步较晚且发展较为曲折 国内EDA产业起步。1978年秋，“数字系统设计自动化”学术会议于桂林阳朔举行，有67个单位，140多名代表参加了会议，这次会议被誉为“中国EDA事业的开端”，标志着中国EDA事业在学术领域的萌芽。以桂林会议为起点，“六五”期间，我国陆续开发了国产ICCAD一级系统和二级系统。 国产EDA问世。受制于“巴统”禁令的限制，国外EDA无法进入中国，国内的ICCAD工具研发停留在众多一级系统和二级系统。为了摆脱这种受制于人的状态，1986年前后，国家动员了全国17个单位，200多名专家聚集北京集成电路设计中心，开发属于自己的EDA。1993年，我国第一个自主研发的ICCAD系统问世，并被命名为“熊猫系统”。它填补了我国在EDA领域的空白，打破了外国对中国的EDA工具封锁，获得国家科学技术进步一等奖。 国内EDA产业发展遭遇挫折。冷战结束后，1994年“巴统”禁令取消，海外EDA三巨头大举进入中国市场，以技术成熟、价格便宜、免费赠送、多方合作等策略，快速获取市场份额。此外，在我国积极推动WTO全球化的背景下，国内EDA产业缺少政策和市场支持，国产EDA工具研发和应用陷入低谷。 国内EDA产业迎来重大发展机遇。2008年4月，国家科技重大专项“核心电子器件、高端通用芯片及基础软件产品”实施方案经国务院常务会议审议并原则通过。 作为《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》所确定的国家十六个科技重大专项之一，EDA行业重新获得了鼓励和扶持。2008年以来，国内EDA领域涌现了华大九天、概伦电子、广立微电子、国微集团和芯和半导体等公司，开始进入市场的主流视野。2018年以来，受中美贸易摩擦影响，国内高新技术企业如华为、中兴等陆续受到美国制裁，半导体供应链安全受到高度重视，自主可控需求增长。国家出台了一系列针对EDA产业的扶持政策，以加速行业成长，国内EDA产业迎来重大发展机遇。 图表8：国内EDA产业发展历程 1.3全球EDA市场超百亿美元，中国市场实现较快增长 EDA是集成电路产业链中的上游，贯穿于集成电路设计、制造、封测等环节，支撑数千亿美元集成电路产业、万亿美元电子信息产业和数十万亿美元的数字经济。 图表9：电子信息产业结构 全球集成电路市场广阔。根据世界半导体贸易统计协会（WSTS）统计，2021年全球集成电路行业市场规模为4630亿美元，同比增长28.18%；2012-2021年年均复合增速为7.66%。WSTS预计2022年全球集成电路行业市场规模将达到5473亿美元，同比增长18.21%。 图表10：全球集成电路行业市场规模情况 中国集成电路市场实现较快增长。根据中国半导体行业协会（CSIA）统计，2021年中国集成电路行业市场规模为10458亿元，同比增长18.20%；2012-2021年年均复合增速为19.16%，明显超过同期全球集成电路市场的7.66%年均复合增速。 图表11：中国集成电路行业市场规模情况 全球EDA市场伴随集成电路产业发展。EDA作为集成电路产业链中的上游，与下游景气度相关。根据ESD Alliance统计，2021年全球EDA市场规模为132.75亿美元，同比增长15.77%；2012-2021年年均复合增速为8.19%，与同期全球集成电路市场的7.66%年均复合增速相近。在近年来全球集成电路产业基本保持稳定向好的发展态势下，全球EDA市场规模呈加速增长趋势，2018-2021年同比增速分别为4.49%、5.86%、11.62%、15.77%。 图表12：全球EDA市场规模情况 全球EDA市场产品构成相对稳定。ESD Alliance将全球EDA市场按产品分为SIP、CAE、IC物理设计和验证、PCB & MCM和服务，2021年市场份额分别为38%、31%、19%、9%和3%。2017-2021年间，全球EDA市场产品份额相对稳定，SIP份额略呈上升趋势。 图表13：全球EDA市场规模（按产品，亿美元） 图表14：全球EDA市场产品构成情况 亚太地区（除日本）EDA市场份额提高。ESD Alliance将全球EDA市场按地域划分为美洲、亚太地区（除日本）、欧洲中东和非洲、日本，2021年市场份额分别为43%、36%、14%、7%。2017-2021年间，全球EDA市场中亚太地区（除日本）份额呈上升趋势。 图表15：全球EDA市场规模（按地域，亿美元） 图表16：全球EDA市场地域构成情况 中国EDA市场实现较快增长，但低于同期中国集成电路市场规模增速。根据中国半导体行业协会统计，2020年中国EDA市场规模为93.1亿元，同比增长27.71%； 2015-2020年年均复合增速为12.57%，低于