EDA和IP行业专题：半导体产业基石，国产替代打破垄断格局

EDA和IP行业专题 半导体产业基石，国产替代打破垄断格局2024年12月25日 EDA软件提高芯片设计效率，驱动芯片精细化发展。EDA工具作为集成电路产业上游核心产业，随着集成电路设计复杂性不断上升，其重要性愈发凸显，不仅使得大规模集成电路得以实现，并且在减少芯片设计偏差、提高流片成功率、节省流片费用方面具有重要意义。据ESDAlliance，2023年全球EDA市场规模达到145.3亿美元，2012-2023年复合年均增长率为7.53%。绝大部分市场空间被海外三巨头（Synopsys、Cadence、SiemensEDA）占据，合计份额接近80%，国产化率不足2%。未来，芯片设计将向更精密、更小尺寸方向演进，EDA将成为产业创新的关键驱动力。 IP模块简化芯片设计过程，赋能半导体产业创新。半导体IP凭借其优秀的性能、合理的成本、较低的功耗逐渐成为集成电路设计产业的核心要素，模块化应用能够大幅减少芯片设计环节中的重复性工作，缩短芯片设计周期，使得芯片的设计成本进一步降低。据IPnest，2023年全球半导体IP市场规模达到70.36亿美元，2016-2023年复合年均增长率为11.92%，主要“玩家”为Synopsys和ARM，两者合计市场份额占比超过六成，相较而言，本土最大IP企业芯原股份的全球市场份额仅为1.9%。未来，伴随着芯片开发速度加快，能效要求提高，IP市场将迎来广阔的发展前景。 在政策扶持和国产替代浪潮下，本土企业发展势头迅猛。我国作为全球最大的电子设备生产基地，为半导体企业提供了良好的生长环境，已涌现大量优质本土企业，虽然与国际巨头仍存在差距，但在各自细分市场具备相当竞争力。在EDA行业中：1）华大九天：能够提供全面模拟电路设计EDA工具系统，并积极探索EDA+IP的组合策略；2）概伦电子：通过半导体器件特性测试系统与EDA软件相结合，能够为客户提供差异化和高价值的以数据驱动的全流程EDA解决方案；3）广立微：国内外少数能够在成品率提升及电性监控领域提供全流程覆盖产品及服务的企业。在IP行业中：1）芯原股份：中国排名第一的半导体IP供应商，拥有自主研发的六大类处理器IP，并不断推动Chiplet技术和项目的研发及产业化进程；2）灿芯股份：积极布局自研高速接口IP及高性能模拟IP，是境内少数具有先进工艺全流程设计能力并有成功芯片定制经验的企业。 投资建议：EDA和IP行业作为集成电路产业链上游核心环节，是撬动集成电路产业发展的关键因素，我们认为应当重视国内在相关领域具有领先地位的企业，建议关注：1）EDA：华大九天、概伦电子、广立微等；2）IP：芯原股份、灿芯股份等。 风险提示：行业增速放缓的风险；市场竞争加剧的风险；宏观经济增长不及预期的风险。 代码简称股价EPS（元）PE（倍）评级 （元）2024E2025E2026E2024E2025E2025E 301269.SH 华大九天 131.03 0.22 0.41 0.61 608 318 213 推荐 688521.SH 芯原股份 52.43 -0.75 0.00 0.35 / 15735 148 推荐 301095.SZ 广立微 56.69 0.49 0.77 1.23 115 74 46 推荐 688206.SH 概伦电子 20.82 -0.12 -0.05 0.06 / / 369 / 688691.SH 灿芯股份 79.98 / / / / / / / 重点公司盈利预测、估值与评级 资料来源：Wind，民生证券研究院预测; （注：股价为2024年12月25日收盘价；未覆盖公司数据采用wind一致预期） 推荐维持评级 分析师方竞 执业证书：S0100521120004 邮箱：fangjing@mszq.com 分析师宋晓东 执业证书：S0100523110001 邮箱：songxiaodong@mszq.com 相关研究 1.半导体行业点评：国产DDR5突破，看好DRAM产业链-2024/12/23 2.电子行业动态：豆包出圈，解析字节的AI终端布局-2024/12/18 3.电子行业点评：11月手机补贴落地，12月 iOS18.2将至-2024/12/06 4.AR行业跟踪报告：亿道科技日顺利举办， AI前沿科技亮相-2024/12/05 5.电子行业动态：AI眼镜投资思考-2024/12 /04 目录 1EDA行业：IC产业核心，赋能芯片设计未来3 1.1IC产业驱动核心，加速行业技术革新3 1.2全球市场稳定增长，国内市场增速领先4 1.3海外巨头三足鼎立，本土企业寻求突破4 2IP行业：IC设计基石，引领芯片创新浪潮6 2.1IC设计核心要素，推动创新的关键力量6 2.2全球市场增速放缓，国内市场前景广阔7 2.3海外公司垄断，本土企业力当破局者8 3投资建议10 3.1行业投资建议10 3.2重点公司10 4风险提示18 插图目录19 表格目录19 1EDA行业：IC产业核心，赋能芯片设计未来 1.1IC产业驱动核心，加速行业技术革新 EDA工具位于IC产业链上游，是芯片设计的关键环节。EDA（电子设计自动化软件ElectronicDesignAutomation）指利用计算机辅助设计软件来实现超大规模集成电路的设计过程，包括功能设计、综合、验证、物理布局以及测试等多个环节。作为将芯片转化为智能机器核心的关键起始步骤，EDA软件发挥着至关重要的作用。在EDA软件平台上，设计师通过硬件描述语言或原理图来创建设计文档，随后计算机将自动执行逻辑编译、综合、优化、布局、布线和仿真等步骤，最终生成可供生产使用的图形文件。通过EDA工具，设计师能够从概念、算法、协议等层面着手进行电子系统的设计，并由计算机完成大部分工作，显著增强了设计流程的自动化程度，极大程度上提高了电路设计效率。 图1：IC（集成电路）产业链 资料来源：华大九天招股说明书，民生证券研究院 芯片设计日益复杂，EDA成为降本增效的关键角色。晶体管数量指数级增加使得芯片设计的日益复杂化，特别是系统级芯片的晶体管数量高达百亿级别。EDA工具对于芯片设计的意义愈发凸显，不仅使得大规模集成电路得以实现，并且在减少芯片设计偏差、提高流片成功率、节省流片费用方面也发挥了显著作用。以Synopsys为例，其于2020年推出的DSO.ai的EDA设计平台，借助人工智能技术，使得芯片设计的研发成本降低一半，研发周期更是从原本的24个月缩短至仅 2周，效益提升作用明显。 图2：芯片集成晶体管数量发展趋势 资料来源：SKhynix，民生证券研究院 1.2全球市场稳定增长，国内市场增速领先 伴随着集成电路设计的复杂性不断上升，EDA工具的作用愈加凸显，5G、AI、物联网技术的应用也推动着EDA市场规模持续稳定扩大。据ESDAlliance，2012年全球EDA市场规模为65.4亿美元，2023年则是达到145.3亿美元，复合年均增长率为7.53%，增长相对稳定。据中国半导体行业协会，2022年我国EDA市场规模为115.6亿元，2015-2022年的复合年均增长率为12.24%，高于全球增速水平。未来，随着相关行业政策陆续出台与实施，国产化替代进程加快，我国EDA市场规模有望进一步扩大。 图3：2012-2023年全球EDA市场规模（亿美元）及增 速 图4：2015-2022年中国EDA市场规模（亿元）及增 速 200全球EDA市场规模YOY 20% 150 中国EDA市场规模YOY 30% 150 100 15% 10% 100 20% 505%50 10% 00% 00% 20152016201720182019202020212022 资料来源：SEMI，ESDAlliance，民生证券研究院资料来源：中国半导体行业协会，民生证券研究院 1.3海外巨头三足鼎立，本土企业寻求突破 EDA工具行业主要以技术驱动，经过三十余年的发展，海外三巨头（Synopsys、 Cadence、SiemensEDA）在技术、人才、客户、资金上构建了较高的行业壁垒， 占据全球绝大部分市场份额。据集微咨询，2022年三巨头全球EDA市场份额合计占比接近80%，且这个数字自2018年以来并未发生明显变化，剩余市场空间也被Ansys、Keysight、Altium等海外公司占领，我国公司在全球市场份额占比不足2%。国内方面，受制于行业壁垒，相关市场依旧被三巨头主导，但是在政策的鼓励下，我国EDA公司发展势头迅猛，2022年华大九天在我国EDA市场份额为7%，在国内市场排名第4，概伦电子和广立微也较全球市场份额有大幅增加。 图5：2022年全球EDA市场格局图6：2022年我国EDA市场格局 17% 2% 2% 8% Cadence 4% 5% 30% SynopsysCadenceSiemensEDAAnsys 3% 5% 7% 29% SynopsysSiemensEDA华大九天AnsysKeysight 15% 29% Keysight其他 16% 28% 概伦电子广立微其他 资料来源：集微咨询，民生证券研究院资料来源：集微咨询，民生证券研究院 2IP行业：IC设计基石，引领芯片创新浪潮 2.1IC设计核心要素，推动创新的关键力量 半导体IP（知识产权IntellectualProperty）是指具备特定功能、预先设计验证、可重复使用的集成电路模块。根据功能的不同，半导体IP可分为处理器IP、接口IP、其他物理IP和其他数字IP，还可以根据交付形式的不同分为IP软核、IP固核和IP硬核。作为IC产业链的最上游，半导体IP凭借其优秀的性能、合理的成本、较低的功耗逐渐成为集成电路设计产业的核心要素。设计公司通过购买成熟可靠的IP方案便可实现某项功能，大大降低了芯片设计的难度和成本，使得公司能够更加专注于自身优势领域，推动创新进程。 图7：半导体IP分类 资料来源：新汉科技，民生证券研究院 随着超大规模集成电路设计和生产技术的不断进步，集成电路的设计复杂性也在逐渐增加，单纯依靠EDA工具已经难以满足企业快速推出产品的需求。采用EDA+IP的形式进行设计的Soc已经成为行业主流，IP模块的应用大幅减少了芯片设计环节中的重复性工作，缩短了芯片设计周期，并使得芯片的设计成本进一步降低。同时，IP模块往往在特定功能上进行了应用场景的深度优化，性能方面表现优异，可确保Soc性能达到最佳状态。随着制程技术的不断进步，线宽的缩小带动了芯片上晶体管数量的显著增长，进而使得单个芯片能够集成的IP核数量大幅上升。 图8：不同工艺节点下的芯片所集成的硬件IP的数量（平均值） 数字IP数模混合IP 250 200 150 100 50 0 180nm130nm90nm65nm45nm28nm16nm10nm7nm5nm 资料来源：芯原股份招股说明书，IBS，民生证券研究院 2.2全球市场增速放缓，国内市场前景广阔 全球半导体IP市场规模稳定增长。据IPnest，2019-2022年全球半导体IP市场规模增长迅速，复合年均增长率达到19.16%，截至2023年，全球半导体IP市场规模达到70.36亿美元，增速有所放缓，2016-2023年复合年均增长率为11.92%。未来，随着AI技术在汽车、消费电子、工业等领域得到广泛应用，尤其是芯粒（Chiplet）技术的诞生和使用，使得在芯片设计中实现IP模块的重用成为可能，为IP市场规模增长提供动力。 国内半导体IP市场规模增长动力强劲。据中商情报网，2023年我国半导体IP市场规模达到142.8亿元，2019-2023年复合年均增长率达到21.14%，主要原因在于：1）国内半导体市场增长快。据Statista，2023年我国半导体市场规模达到1795亿美元，预计2027年达到2380亿美元，2016-2027年复合年均增长率达到6.23%，我国作为全球最大的电子设备生产基地，同样也是集成电路器件最大