头豹：2022年半导体行业研究-EDA革命火种再现-星火终将燎原

研究目的 本报告为半导体系列篇，将对EDA软件的类别、海内外市场格局、中国发展现状、中外技术对比、中外厂商进行梳理，以及对中国国产EDA软件市场规模做出预测。 此研究将会回答的关键问题： 研究区域范围：中国 ①EDA行业特性 研究周期：2022年 ②国内外EDA技术对比 研究对象：中国EDA开发厂商 ③中国发展现状 EDA（ElectronicDesignAutomation，电子设计自动化），是一种在计算机系统辅助下，完成IC功能设计、综合验证、物理设计等流程软件的统称，应用于设计、制造、封装、测试等各个环节。 研究范畴 EDA软件大幅提升芯片设计效率，现今复杂数字芯片内包含数百亿晶体管，其设计过程中需要持续的模拟和验证，在集成电路设计领域EDA已成刚需，缺少EDA工具的帮助，理论上已不可能完成设计工作。 核心价值 全球EDA市场规模突破130亿美元。根据ESDAlliance数据，2021年全球EDA市场规模达到132.75亿美元，同比增长15.77%，预计2022年将达到133.83亿美元。根据Verified Market Research数据，预计2028年全球EDA市场规模有望达到215.6亿美元，2021-2028年CAGR为7.17%。 市场规模 国际三巨头占据绝对主导地位，2020年中国EDA市场约80%由国际三巨头占据；中国EDA供应商目前所占市场份额较小，其中，2020年华大九天占中国EDA市场份额约6% 竞争格局 人工智能、云技术等技术赋能EDA工具。EDA工具保证各阶段、各层次设计过程的准确性，并降低设计成本、缩短设计周期、提高设计效率，是集成电路产业产能性能提升的源头，EDA工具的发展加速了集成电路产业的技术革新。 趋势洞察 名词解释 EDA：Electronic Design Automation的简称，即电子设计自动化，利用计算机辅助，来完成超大规模集成电路芯片的设计、制造、封测的大型工业软件 IC设计/芯片设计：包括电路功能设计、结构设计、电路设计及仿真、版图设计和验证，以及后续处理过程等流程的集成电路设计过程。 工艺制程：集成电路内电路的线宽；线宽越小，工艺制程越先进，精度越高，同等功能的IC体积越小、功耗越小。 摩尔定律：集成电路产业的一种现象，即集成电路设计技术每18个月就更新换代一次，具体来说，是指IC上可容纳的晶体管数目每隔约18个月便会增加一倍，性能也提升一倍。 仿真：使用数学模型来对电子电路的真实行为进行模拟的工程方法。 模拟集成电路：处理连续性模拟信号的集成电路芯片；模拟信号是指用电参数（电流/电压）来模拟其他自然物理量形成的连续性电信号。 数字集成电路：基于数字逻辑设计和运行的，用于处理数字信号（0/1）的集成电路。 SoC：System-on-Chip的简称，即芯片级系统，是在单个芯片上集成CPU、GPU等整个电子系统的产品。 License：软件授权。 单元库：集成电路芯片后端设计过程中的基础部分，包括版图库、符号库、电路逻辑库等，包含了组合逻辑、时序逻辑、功能单元和特殊类型单元。 IP核：可被复用的已实现特定功能的电路模块。 PDK：Process Design Kit，即工艺设计套件，是为集成电路设计而提供的完整工艺文件集合，包含了版图图层、器件仿真模型、版图验证规则、可变参数单元等信息，是沟通设计公司、晶圆制造厂与EDA公司的桥梁。 FPD：FlatPanel Display的简称，被称为平板显示或面板显示。平板显示由控制电路（薄膜晶体管TFT)结合不同显示方式（液晶显示LCD、有机发光显示OLED、微型发光显示Micro LED等）构成，属于集成电路光电器件产品。 SPICE：Simulationprogramwithintegratedcircuitemphasis的简称，即模拟电路仿真器。 AMOLED：主动矩阵有机发光二级管面板，一种具有低功耗、自发光、快响应、大视角、宽色域、可弯折等优势的显示面板类型。 研究报告|2022/10 半导体系列 Chapter 1 行业综述 定义 发展历程意义价值链政策 定义：电子设计自动化（EDA） EDA（Electronic Design Automation，电子设计自动化），是一种在计算机系统辅助下，完成IC功能设计、综合验证、物理设计等流程软件的统称，应用于设计、制造、封装、测试等各个环节 图表：EDA在集成电路中的应用 完整版登录www.leadleo.com 搜索《2022年半导体行业研究：EDA革命火种再现，星火终将燎原》 IDM制造与晶圆代工厂主导工艺平台开发阶段。晶圆厂在完成半导体器件和制造工艺设计后，建立半导体器件模型并通过PDK或单元库建设，即建立IP和标准单元库提供给IC设计公司、半导体IP公司与IDM设计部。 IC设计公司与IDM设计部门主导集成电路设计阶段。设计公司及设计部门通过晶圆厂提供的PDK或IP和标准单元库，基于预期功能进行IC设计，并对设计成果进行电路仿真及验证，若仿真机验证结果符合设计要求，则进行物理实现，若不符合预期，则反复优化设计直至仿真及验证结果符合预期。待物理实现满足晶圆厂指标方可进行集成电路制造阶段。在大规模集成电路设计过程中，由于工艺复杂、集成度高等因素，电路设计、仿真及验证和物理实现环节往往需要反复进行。 晶圆厂根据达标后设计文件进行晶圆制造。若芯片性能不足预期，则需返回工艺开发阶段进行工艺平台的调整和优化，并重新生成器件模型及PDK提供给集成电路设计企业进行设计改进。 发展历程：超大规模集成电路时代，对EDA提出更高要求 超大规模集成电路时代，EDA技术将包括软硬件协同设计、嵌入式设计、数模混合设计、IP、SoC、DSP、MPU、计算机等众多技术门类融合软件，成为推动微电子技术快速发展的重要工具 图表：EDA发展历程，1970-至今 CAD/CAE时代 初期EDA形成 EDA渗入IC设计环节 SoC设计要求更先进EDA 1970s 1980s 1990s 2000-至今 1990年后，EDA技术已经渗透到电子系统与集成电路设计的各个环节，发展迅速。 初期电子CAD系统功能较为简单，自动化、智能化程度都很低 ； 随后其功能大幅度增强，除绘图外把电路功能设计和结构设计通过电气连接网络表结合，自此计算机辅助工程设计（CAE）概念诞生。 随着VLSI和多层PCB设计需求、计算机图形工作站的问世以及PC机的发展，初级具有自动化功能EDA诞生。 以超深亚微米（VDSM）工艺和IP核复用技术为支撑的系统芯片（SoC)技术是国际超大规模集成电路发展趋势。故对微电子和EDA技术要求更加严苛。 形成了区别于传统设计的设计思想和发展，对电子设计和电子产品设计和结构产生根本性变革。 EDA是继CAD之后的新一代电子设计技术，是电子CAD工具和相关技术的总称，一个EDA软件包含数十个CAD工具。 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。 超大规模集成电路的出现和发展电路设计复杂度进一步提高设计工具功能增加。 图纸设计由手绘转变为借助计算机完成，工作人员工作量减少，效率提高。 图表：国产EDA发展阶段，1986-至今 快速发展期2018年-至今 革命火种再现2008～2018年 华为受美国制裁EDA受限，开启国产EDA告诉发展阶段，“国发8号文”将设计工具作为突破重点等。国产EDA龙头企业华大九天、概伦电子及广立微成功上市。 打破封锁1986-1994 EDA被列入国家“核高基”重大科技专项，重新获得了多项政策鼓励和扶持；华大九天成立，承担EDA核高基任务 ；国产EDA再次走向舞台。 国产EDA寒冰期1994～2008 巴统禁运技术封锁下，1993年中国第一款具有自主知识产权EDA工具“熊猫系统”面世。 巴统禁运解除，三大巨头进入中国，国产EDA遇冷。 意义：芯片之母，撬动数十万亿美元市场 EDA软件大幅提高芯片设计效率，现今复杂数字芯片内包含数百亿晶体管，其设计过程中需要持续的模拟和验证，在集成电路设计领域EDA已成刚需，缺少EDA工具的帮助，理论上已不可能完成设计工作 图表：EDA在集成电路产业链中处于上游支撑层 EDA属于集成电路产业链上游支撑层中的软件供应商。EDA相关细分领域是集成电路设计业，乃至整个集成电路产业的核心环节之一。除了集成电路设计环节，EDA工具软件还应用于集成电路制造、封装和测试等环节。 图表：EDA软件的杠杆效应 撬动40万亿美元市场，杠杆效应达40倍。根据赛迪顾问数据，2020年全球EDA产值约为110亿美元，但对全球集成电路（4,400亿美元）与电子信息产业（20,000亿美元）起着举足轻重的作用。从EDA对集成电路的影响而言，杠杆效应高达40倍； 完整版登录www.leadleo.com 中国2020年集成电路市场规模已经达到1.66万亿元，相较目前中国EDA市场，其杠杆效应超过160倍。 搜索《2022年半导体行业研究：EDA革命火种再现，星火终将燎原》 降低流片成本200倍。使用全球最先进EDA产品设计 5nm 芯片，流片成本近4,000万美元，若无EDA软件，成本将高达77亿美元。 价值链：数字全流程价值量占半壁江山 EDA软件内数字全流程软件价值量占比最高，达53.41%，其中主要以逻辑仿真为主；模拟全流程软件、封测全流程软件紧随其后，占比分别达18.41%与14.20%；支持与服务、晶圆制造占比分别为6.89%、6.26%。 图表：EDA软件价值链 完整版登录www.leadleo.com 搜索《2022年半导体行业研究：EDA革命火种再现，星火终将燎原》 数字全流程中，逻辑仿真与物理布局布线价值量较高。在数字全流程中逻辑仿真与物理布局布线价值量占比分别为17.38%、11.30%。逻辑综合、高层次设计/综合、SI/PI等环节EDA软件价值占比均低于5%。 模拟全流程中，版图验证、电路仿真环境及版图输入工具价值量较高。在模拟全流程中版图验证、电路仿真环境及版图输入工具价值量占比分别为5.08%、3.87%及3.68%。寄生参数提取工具、领域仿真等软件价值量占比均低于3%。 晶圆制造中，光学临近效应校正价值量最高。在晶圆制造中光学临近效应校正价值量占比为4.03%。 政策：政府全产业链政策支持面对美国恶意竞争 近年来随着美国在半导体领域恶意竞争，中国半导体国产替代势在必行；为加速半导体国产替代进程，政府不断出台半导体相关政策，从软件、材料、设备和税收等方面加大政策支持力度，加速国产替代进程 图表：美国对中国半导体限制及中国半导体行业相关政策 研究报告|2022/10 半导体系列 Chapter 2 产业链 上游中游下游 上游：操作系统被国际巨头垄断，硬件设备充分竞争 EDA行业上游由硬件设备、操作系统、开发工具及辅助型软件组成，中国操作系统市场长期被国际巨头垄断，微软独占85.82%；中国硬件设备市场处于充分竞争阶段、本土产品矩阵成熟，对EDA厂商议价能力较弱 图表：EDA上游详解 完整版登录www.leadleo.com 搜索《2022年半导体行业研究：EDA革命火种再现，星火终将燎原》 图表：中国桌面操作系统市场竞争格局，2022年3月[单位：%] 图表：中国企业级区块链服务器市场竞争格局，2021年[单位：%] 中游：三巨头全领域覆盖，中国点工具百花齐放 图表：EDA中游详解 完整版登录www.leadleo.com 搜索《2022年半导体行业研究：EDA革命火种再现，星火终将燎原》 下游：台积电稳坐代工龙头，封测环节中国竞争较强 EDA行业下游主要由芯片设计、制造及封测等企业构成，中国在晶圆制造与封测领域较为领先，但在芯片设计领域明显落后于国际厂商，主要源于EDA软件