2022年半导体行业-“芯片之母”EDA设计洞察

致同咨询行业洞察 半导体行业 “芯片之母”EDA设计 2022年11月发布 点击下方图标，了解相关详情 EDA行业概览 EDA公司财务概况 EDA行业重要收购 财务关注点 附件 半导体行业1 EDA行业概览 EDA断供之思 国内EDA发展规划EDA软件的基石作用EDA发展历程 EDA产业链概览 EDA全球及国内市场规模 EDA国内市场竞争格局-寡头垄断下的快速增长国内部分EDA公司情况-数字芯片设计类（1/2）国内部分EDA公司情况-数字芯片设计类（2/2）国内部分EDA公司情况-模拟及混合芯片设计类国内部分EDA公司情况-制造及其他（1/2） 国内部分EDA公司情况-制造及其他（2/2） 半导体行业2 EDA断供之思 EDA为电子设计自动化软件，为芯片设计、制造、封测等环节重要的软件工具，自2018年起，美国先后对中兴、华为、乃至整个中国半导体企业进行断供限制，以扼制中国半导体技术发展 美国断供中兴通讯 •2018年4月，美国商务部指控中兴通讯对其“虚假陈述”，禁止美国企业供应EDA工具等关键产品，导致中兴通讯“休克”88天 美国断供华为 •2019年5月，美国商务部将华为及其全球68家子公司全部纳入美国“实体清单”,供应商向华为销售美国技术产品需要申请美国许可，由于许可要遵循默认拒接原则，通过的几率微乎其微 •2019年5月，美国设立“外国直接产品规则”加码制裁华为，华为若使用美国软件或技术设计芯片，即使在美国之外生产，也需要获取许可 •2019年8月，华为不得获取非美国企业用美国软件设计的芯片，意味着华为无法采购使用美国EDA软件设计的芯片 1 2018年 2 2019年 美国断供整个中国 •2022年8月，美国宣布从8月15日开始将金刚石、氮化镓半导体材料、用于GAAFET架构（环绕栅极晶体管）的半导体EDA软件等列为商业管制清单，管控其出口 •2022年8月，美国商务部工业和安全局在8月12日新增的出口管制目录中，已限制针对先进制程3纳米及以下的芯片设计的EDA出口 3 2022年 积极培育嵌入式软件 前瞻布局新兴平台软件 中游 协同攻关应用软件 重点突破工业软件 优化信息技术服务 工业控制软件：聚焦PLC、DCS等工业控制系统，开展联合攻关和适配迁移 电子设计自动化软件【EDA】：突破全流程关键技术，完善先进工艺工具包 设计仿真系统软件：突破三维几何建模、约束求解引擎等关键技术，重点支持三维 CAD、CAE、MBSE等产品研发 开发支撑软件：提升软件开发工具集成性、稳定性，加速测试工具开发 国内EDA发展规划 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》（以下简称《规划》），提出到2025年，规模 数据库：突破全内存高速数据引擎、高可靠数据存储引擎、分布式数据处理与任务调度架构等关键技术 以上企业软件业务收入突破14万亿元，年均增长12%以上。产业结构更加优化，综合实力迈上新台阶。 下游 推动软件产业链升级 上游 聚焦攻坚基础软件 操作系统：加强操作系统总体架构设计和技术路径规划，推动关键技术联合攻关 数据来源：1.工信部；2、人民政协网 EDA软件的基石作用 •受益于半导体市场需求的推动，半导体产品技术迭代速度加快。EDA工具作为集成电路设计与制造环节必不可缺的支撑工具，全球EDA市场销售规模呈现稳定上升的趋势，根据国际半导体产业协会统计，2021年全球EDA市场规模为133亿美元，同比增长16% EDA市场销售规模占半导体销售规模较小，但其以百亿美元左右的销售规模撬动近5000亿美元级别全球半导体市场销售规模 EDA（ElectronicDesignAutomation），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”，已逐渐成为集成电路设计及制造的基础。 全球半导体各版块销售额 行业洞察 单位:亿美元 销售额 销售占比 •根据世界半导体贸易统计组织数据预测，2021年全球半导体销售额达到4694亿美元，同比增长8%，其 类别 FY19 FY20 FY21 FY19 FY20 FY21 中以模拟电路、微处理器、逻辑电路、存储器构成的集成电路销售额为3838亿美元，同比增长8.3%，占 分立器件 239 236 253 6% 5% 5% 半导体销售额82%。2019年-2021年在以5G、物联网、人工智能、云计算、汽车电子等为代表的新兴应 光电器件 416 405 446 10% 9% 10% 用领域需求带动下，全球半导体销售额保持了较高的增长 传感器1351451563%3%3% 集成电路 3,334 3,546 3,838 81% 82% 82% 其中：模拟电路 539 540 586 13% 12% 12% 微处理器 664 677 684 16% 16% 15% 逻辑电路 1,065 1,134 1,215 26% 26% 26% • 存储器 1,064 1,194 1,353 26% 28% 29% 合计 4,123 4,331 4,694 100% 100% 100% 数据来源:1.世界半 6,0005,0004,0003,0002,0001,0000 导体贸易统计组织（WSTS）；2.致同分析 全球EDA与半导体销售规模比较 4,3314,694 4,123 16% 12% 8% 5% 103115133FY19FY20FY21 20%15%10%5%0 销售增长率 单位：亿美元 全球EDA销售规模全球半导体销售规模全球EDA销售规模增速全球半导体销售规模增速 数据来源:1.世界半导体贸易统计组织（WSTS）；2.国际半导体产业协会（SEMI） EDA发展历程 EDA技术是计算机科学、电气工程学、物理学、化学、应用数学等跨领域合作发展的成果。计算机科学与电气工程结合形成了不同层次的电路模型，与物理学、化学结合形成了不同的制造模型，与应用数学结合开发了多种算法，与应用领域结合开发出多种知识产权库（IP） IC版图编辑、PCB布局布线等计算机辅助产品出现，芯片设计自动化成为可能 EDA商业化逐渐成熟，现在的EDA三巨头Mentor、Cadence和Synopsys相继成立 EDA业务模式逐渐脱离软硬集成的模式，单独销售软件成为主流 知识产权（IP）的发展推进了EDA软件的发展 2017-2022年中国人工智能带动行业综合解决方案服务市场规模及预测 •设计工程自动化来替代手工绘图 20世纪70年代中期： 计算机辅助设计（CAD）时代 •主要对设计电路的功能检测问题进行处理 20世纪80年代： 计算机辅助工程（CAED）时代 •真正实现了设计的自动化 20世纪90年代后： 电子系统设计自动化（EDA）时代 •EDA技术在半导体设计、制造、封装领域广 泛应用 现代EDA时代 第一阶段第二阶段第三阶段第四阶段 数据来源：1.东方财富网；2.致同分析 EDA产业链概览 EDA工具作为集成电路产业的上游基础产业之一，其使用贯穿整个集成电路设计和制造流程 硬件设备、操作系统、开发工具及其他辅助性软件 EDA工具 芯片设计晶圆制造封测 EDA工具的使用贯穿整个集成度电路设计和制造流程 后端 数字 EDA提供制造工艺流程服务 EDA提供封装设计平台 Foundry定期更新PDK 前端 模拟 设计芯片结构和验证 输出可供制造的文件 数据来源：1.前瞻产业研究院；2.致同分析 EDA全球及国内市场规模 根据GIA预测数据，2020年至2027年全球EDA市场复合增长率约为8.7%，同期中国EDA市场复合增长率约为11.7%；2021 年EDA全球各主要市场收入中，依然是美洲地区最大，其次是亚太地区；亚太地区最主要的市场是中国大陆和中国台湾 EAD国际及国内市场规模及增长情况 924 688 512 392 416 446 468 115 45 55 66 616 582 557 1,00025 900 80020 单位：人民币亿元 700 60015 500 40010 300 2005 100 0 FY12 FY13 FY14 FY15 FY16 FY17 FY18 FY19 0 FY20FY25E 全球市场规模及预测 国内市场规模及预测全球市场（复合）增长率%-R国内市场（复合）增长率%-R 数据来源:1.《上海概伦电子股份有限公司招股说明书》；2.前瞻产业研究院；3.致同分析 8% 5% 87% 2020年全球市场三大类EDA工具市场规模占比 ■模拟及混合芯片设计EDA ■制造类EDA ■数字芯片设计EDA及其他 数据来源:1.《上海概伦电子股份有限公司招股说明书》；2.前瞻产业研究院；3.致同分析 关注点 •根据概伦电子招股说明书及GIA市场预测： –制造类EDA工具的市场规模将受益于新增晶圆厂的需求持续上升，2021年预计全球制造类EDA工具的市场容量约为6.5亿美元，预计2019-2024 年间将按照10%的增长率增长 –模拟电路EDA将因下游应用领域增加而需求增加，预计2021年模拟电路EDA工具全球市场规模约10亿美元，同时2019-2024年间约以7-9%的复合增长率增长 –20年全球EDA市场规模约114.67亿美元，总体复合增长率8.7%，按照总体规模计算得到数字芯片、模拟及混合芯片以及制造类EDA市场规模预测占比情况，如左图。随着摩尔定律演进，集成电路上可以容纳的晶体管数目在大约每经过18个月到24个月便会增加一倍，芯片设计的复杂度不断上升。先进EDA软件大幅降低了大型系统级芯片（SOC）的设计成本和设计周期，推动了先进制程数字芯片的发展，同时也使以SOC为代表的数字芯片成为先进EDA软件的主要销售领域 EDA国内市场竞争格局-寡头垄断下的快速增长 11.7% 2020-2027国内市场复合增长率 8.21% 2020-2028全球市场复合增长率 我国EDA市场整体由Synopsys、Cadence、SiemensEDA（Mentor在2016年被西门子以45亿美元收购）这三大巨头垄断，2020年这三大巨头市占率达到77.7%；本土EDA厂商华大九天在中国EDA市场市占率排名第四，超过国外另外两大厂商Ansys和Eesof，为5.9%，在国内EDA市场快速增长过程中，国内EDA产品市场国产化率较低 2018-2020年全球EDA工具市场分布数据2018-2020年我国EDA工具市场分布数据 SynopsysCadenceSiemensEDAAnsysKeysightEEsof其它 数据来源:1.赛迪智库；2.前瞻产业研究院；3.国泰君安证券《EDA，半导体行业的“七寸”》；4.致同分析 SynopsysCadenceSiemensEDA其它 国内部分EDA公司情况-数字芯片设计类（1/2） 目前国内EDA产业主要短板之一：产品不齐全；芯片设计应用的全流程覆盖以及关键环节的核心EDA工具是中国EDA行业未来发展的重点，2020年国内已设立约49家EDA企业，从各个领域进行技术突破 国内外厂商EDA产品布局情况 EDA工具的主要大类及细分示意图 功耗时序分析 Synopsys SiemensEDA/Mentor 华大九天 芯华章 贝思科尔 新致华桑 亚科鸿禹 蓝海微 集成电路设计类EDA工具 数字芯片设计全流程EDA 前端设计 架构设计 √ √ √ √ √ HDL语言编码 √ √ √ √ RTL设计 √ √ √ √ √ 逻辑综合 √ √ √ √ 静态时序分析 √ √ √ √ √ 形式验证 √ √ √ √ 原型验证 √ √ √ √ √ √ 硬件加速 √