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【兴证计算机】细说工业软件的下一个风口：EDA

兴业计算机团队 · 公众号 · · 2021-11-07 23:16

正文

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周观点：

11月是布局计算机的极佳窗口，关注元宇宙与欧拉生态

11月是布局计算机的极佳窗口。 板块已遍历中小盘、龙头股轮动调整，目前处于低配通道。考虑未来较长时间业绩的确定性，上行势能充分。同时，考虑到近期科技产业趋势边际向好、三季报利空出尽、机构年底持仓博弈、11月中旬北交所开市等因素，11月份有望成为布局计算机的极佳窗口期。

巨头纷纷入局元宇宙，关注华为鸿蒙、AR/VR、区块链、算力设备等产业链。 继上周Facebook宣布更名“Meta”押注元宇宙之后，本周微软在技术盛会围绕企业级元宇宙升级开放多项技术，国内BAT也已纷纷注册元宇宙商标，元宇宙作为科技新方向关注度迅速提升。元宇宙发展需要物联网操作系统、AR、VR、区块链等多项技术，以及算力设备的底层支撑，以及游戏、文创、工业、办公等各类应用场景的挖掘培养，建议持续跟踪行业发展机遇。

OpenEuler Summit下周召开，关注服务器操作系统投资机会。 下周OpenEuler Summit将在北京召开，届时，将迎来欧拉开源社区理事会升级，300+社区伙伴，共建欧拉生态。经过3年左右发展，OpenEuler 相关合作伙伴已经发布多个商业发行版，欧拉操作系统生态进一步壮大，建议关注相关投资机会。

【建议关注】

云计算： 金山办公、广联达、用友网络、浪潮信息

工业互联： 国联股份、中望软件、宝信软件、中控技术

金融科技： 恒生电子、同花顺、宇信科技、中科软

网络安全： 深信服、安恒信息、天融信、启明星辰、奇安信、迪普科技、绿盟科技

人工智能： 中科创达、科大讯飞、道通科技、千方科技、虹软科技、锐明技术

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细说工业软件的下一个风口：EDA

工业软件在政策红利、产业需求的驱动下，近年来正快速发展。在工业软件核心的研发设计环节， EDA（Electronic Design Automation，电子设计自动化）是国内半导体产业上游的关键支柱。 11月4日，在ICCAD2021（计算机辅助设计国际会议）上，华中科大计算机学院人工智能与优化研究所所长吕志鹏带领一支平均年龄在24岁的年轻团队，在CAD Contest布局布线（Routing with Cell Movement Advanced）算法竞赛中夺得全球第一，从侧面验证了国内EDA产业的崛起之势。在资本市场，包括华大九天、概伦电子、思尔芯、广立微等国内EDA重要公司的IPO事项正在推进过程中，将逐渐形成一个重要的细分板块。在本文中，我们就EDA的产业概况、格局、驱动、趋势及相关公司做了深入研究。

2.1、EDA概况：集成电路专用设计软件，产业链上游关键支柱

EDA隶属工业软件研发设计领域。 工业软件按照功能主要分为研发设计、生产控制、运营管理以及嵌入式工业软件。其中，研发设计类软件主要用于提升企业产品研发设计的能力和效率，以EDA、CAX等为代表；生产控制类软件主要用于加强对生产制造过程的管控、改进生产流程，主要包括MES、PLC、SCADA等；运营管理类软件主要用于提升企业运营效率和管理水平，涵盖ERP、CRM、SCM等；嵌入式工业软件主要用于提高智能化水平、装备性能及装备附加值，包含嵌入式操作系统、支撑软件及应用软件等。

EDA（Electronic Design Automation，电子设计自动化）是集成电路产业链上游的关键支柱。 EDA是指利用计算机软件完成大规模集成电路的设计、仿真、验证等流程的软件工具。作为集成电路领域的基础工具，EDA融合了信息处理、微电子、计算机等技术手段，可助力电子工程师实现芯片的电路设计、版图设计、版图验证及性能分析等流程的自动化处理。随着集成电路晶体管规模扩大、技术复杂度提升，EDA已成为集成电路产业链上游的关键支柱，贯穿于集成电路设计、制造、封测等诸多环节。

全球EDA发展历经计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工程（CAE）、电子系统设计自动化（EDA）及现代EDA四大阶段。

阶段一：计算机辅助设计（CAD）

1970s年代，芯片复杂度低，设计人员通过手工操作来完成电路图的输入、布局和布线。伴随着可编辑逻辑设计技术的出现，交互图形编辑、晶体管级版图设计、设计规则检查以及门级电路模拟与验证等功能大幅提升了芯片设计的自动化程度，EDA技术进入计算机辅助设计阶段（CAD）。

阶段二：计算机辅助工程（CAE）

1980s年代，EDA技术开始快速发展与完善，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。80年代后期，EDA工具已可以进行设计描述、综合与优化以及设计结果验证。同一时期，Mead, C.和Conway, L.发表《超大规模集成电路系统导论》，首次提出运用编程语言进行芯片设计。这一思想启发了VHDL和Verilog等工具的诞生，从而使得EDA技术的商业化进程加快，正式步入计算机辅助工程阶段（CAE）。

阶段三：电子系统设计自动化（EDA）

1990s年代，随着硬件语言的标准化发展以及集成电路设计方法体系的完善，EDA设计工具开始呈现出百花齐放的局面，全/半定制设计、ASIC设计、标准单元库、可编辑逻辑阵列等设计方法纷纷问世。设计师开始从电路设计转向系统设计，自顶向下的设计方法逐渐成为主流。在这一时期，EDA技术真正实现了设计的自动化，正式进入电子系统设计自动化阶段（EDA）。

阶段四：现代EDA

进入21世纪，EDA技术发展迅速，贯穿包括集成电路设计、制造、封装、测试在内的产业链全流程。此时EDA技术的主要特点为，在仿真验证和设计两个层面支持标准硬件语言的EDA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。

国产EDA先后经历封锁、突破、沉寂、起航、提速等历史阶段。 建国初期，巴黎统筹委员会对我国实行禁运，国外EDA工具无法进入中国，国内市场处于空白状态。1988-1994年，为打破西方封锁，国家开启国产EDA工具“熊猫系统”的联合攻关，并于1992年研发成功。到2008年，伴随着“巴统”封锁的解除，Cadence、Synopsys等技术成熟的海外巨头纷纷进入中国市场，国产厂商进入了长达15年的发展沉寂期。2008-2018年，EDA技术被正式列入国家“核高基”重大科技专项。进入2018年，受地缘政治的影响，国产EDA的政策支持力度再次加大。同时在资本市场的助力下，国产厂商进入发展提速阶段。

2.2、产业格局：龙头护城河深厚，呈现三足鼎立格局

从产业格局来看， EDA 的门槛较高，具有软件技术难度大、产业生态相对封闭、新进入者获客难度大的特点。

特点一：EDA软件技术难度大。 目前芯片单位面积上集成的晶体管数量在持续快速增加，物理和工艺问题日趋复杂，算法也高度密集。因此，芯片设计对软件工具的可靠性和经验积累要求高，任何细微的电气特性错误都会持续放大从而造成流片失败。EDA产业高要求的软件开发对应着高素质的人才需要、高难度的人才培养，从高校课题研究到从业实践的全过程往往需要10年左右的时间。根据Synopsys公司官网，由于EDA工具的复杂性和开发难度，掌握数学、物理、计算机及芯片设计等多行业知识的复合型人才更能备受青睐。

特点二：EDA产业生态的上下游企业深度绑定。 在EDA厂商与芯片设计公司（Fabless）、芯片制造厂商（Foundry）的合作关系中，EDA厂商向Fabless提供用于设计与仿真的EDA软件，而Fabless的新工艺与复杂设计反过来也将促进EDA工具的迭代演进。同时，EDA厂商在为Foundry提供EDA生产软件的同时，需要通过Foundry在工艺设计套件PDK上的支持，方能将设计出的曲线与实际流片曲线进行拟合，并且拟合度越好说明工具越成熟。合作过程中，各方通过紧密协作、反复迭代，最终实现产品量产，整个生态封闭程度高。

特点三：新进入者获客难度大。 EDA行业由于产业较为封闭，新进入者将直面巨头的竞争。据WSTS统计，2020年全球IC芯片的产业规模为4403.9亿美元，其中EDA产业约占比2.60%，由于EDA软件的工具属性，行业占比的提升空间有限，市场存量博弈的色彩较强。此外，随着流片成本持续上扬，客户对流片失败的容忍度下降，而龙头企业的软件工具由于经过了市场的持续检验，由于工具问题造成流片失败的概率相对较低，从而带来新进入企业获得客户认可和信任的难度。

美国在全球EDA市场绝对领先。 ESD Alliance统计数据显示，2020年美国市场EDA销售收入接近49亿美元，占全球EDA收入的比重为42.6%，在全球市场中处于绝对领先地位；亚太地区(不含日本)占总收入的比重为35.0%，其中最主要的市场为中国大陆及中国台湾省；欧洲、中东和北非市场收入占总收入比重则为13.9%；最后是日本市场，占比约为8.5%。美国在上游设计工具、核心IP以及制造设备等领域的影响力较大，尤其是在EDA领域，EDA三巨头中有两家为美国公司，美国的增加值占到全球的85%。

“三巨头”主导全球EDA市场，呈现出一定的寡头垄断。 据赛迪顾问统计，经过30余年的行业整合发展，2020年业内前五大厂商占据了85.8%的市场份额。其中，作为目前仅有的具备设计全流程EDA工具解决方案的企业，排名前三的Synopsys、Cadence、Siemens的市占率分别为29.1%、32.0%、16.6%，总计77.7%。Ansys与KeysightEesof则分别占据4.8%、3.3%，位列市场第四、第五。从产品和服务情况看，除了排名前三的企业外，其他企业由于缺少设计全流程工具解决方案的能力，均在各自擅长的领域开发面向特定流程或个别环节的工具产品，分享剩余的市场份额。

海外龙头在国内市场的市占率接近八成，国产厂商的发展机会较大。 结合赛迪智库与前瞻网的统计资料，当前国内EDA市场多被海外龙头占据，2020年前三大厂商Cadence、Siemens、Synopsys的市场份额分别为33.3%、25.6%、17.5%，总计76.4%。本土EDA厂商中，排名前三的华大九天、概伦电子、芯愿景分别占比5.9%、1.4%、0.1%，总计7.4%。伴随国内半导体产业的发展，我国的EDA优势厂商有望加速崛起。

从商业模式来看，目前Synopsys、Cadence等巨头的商业模式主以定期授权和IP授权为主。

License定期授权 ：EDA公司与客户签订授权合同，向客户出售EDA软件的授权租赁服务，授权期一般为3年左右。在License授权模式下，一套授权期为3年的License费用一般为100万美元左右，下游客户需要购买多套License才能满足芯片设计需求，购买门槛较高，主要面向大型企业。

IP授权 ：EDA公司把一组拥有知识产权的电路设计方案集合为一体，构成集成电路的基本单位，然后将这些基本单位以软件IP核构件的形式授权给芯片设计公司。设计工程师可以将多个不同功能的IP像搭积木一样组合起来，用于构建不同功能芯片的基础系统。目前IP核主要包括硬核、软核与固核，价格相对便宜，对中小规模的设计公司具有较大的吸引力。

以Synopsis与Cadence为例，据公司年报披露，2020年Synopsis EDA授权业务的营收占比为57%，IP授权业务占比33%；Cadence EDA软件授权占比86%，IP授权业务占比14%。从营收占比来看，Synopsys、Cadence等巨头的商业模式目前仍以License定期授权为主。

2.3、多因素驱动，国产 EDA 厂商有望迎黄金时代

利好政策持续出台，加大产业引导力度。 在地缘政治的影响下，集成电路及基础工业软件发展支持政策密集出台。2019年8月，发改委修订发布《产业结构调整指导目录（2019年本）》，明确了“鼓励类”、“限制类”、“淘汰类”的具体内容，并将EDA、MES等工业软件划入“鼓励类”信息产业。2020年8月，国务院发布《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》（下称《若干政策》），旨在从财税、投融资、研究开发、进出口等八大方面支持国产软件和集成电路的全面发展，并鼓励全球范围内的深度合作。

进入2021年，政策释放更为密集。 2月，科技部印发《国家重点研发计划“工业软件”重点专项2021年度项目申报指南建议》，提出将工业软件列为科技部国家重点研发计划首批重点专项。3月，国家发改委发布《关于加快推动制造服务业高质量发展的意见》，提出要加快发展工业软件、工业互联网，力争到2025年，制造服务业在提升制造业质量效益、创新能力等方面的作用显著增强。4月，工信部、发改委等部门联合公告，明确了《若干政策》所称集成电路设计企业的具体范围，EDA厂商在考虑之列。7 月，工信部、科技部、财政部等六部门联合发布《加快培育发展制造业优质企业的指导意见》，提出大力推动自主可控工业软件推广应用，提高企业软件化水平。

国产EDA厂商加速追赶，已具备多项自主核心技术。 近年来，为提升EDA产品的竞争力，国内各大厂商均十分重视EDA技术的研发工作，持续保持高比例的研发投入。发展至今，国产EDA工具已取得多项核心技术突破，涌现出华大九天、概伦电子、芯愿景、广立微电子等一系列具备竞争能力的本土EDA厂商。以华大九天为例，公司自成立以来，便始终聚焦于EDA领域的技术开发和业务拓展，积累了丰富的产品和技术经验，目前已覆盖模拟电路设计、数字电路设计、平板显示电路设计和晶圆制造等细分领域。

中国EDA市场快速增长，大有可为。 全球市场，据ESD Alliance统计，2020年全球EDA的市场规模为114.7亿美元，同比增长11.6%。国内市场，根据赛迪智库的统计数据，2020年中国EDA软件的市场规模为66.2亿元，同比增长19.9%，增速高于全球。

对标全球，中国EDA市场仍有较大增长潜力。 结合WSTS、ESD Alliance及中国半导体行业协会的统计资料，2018-2020年全球EDA在集成电路市场的占比分别为2.07%、2.49%、2.60%，中国占比分别为0.69.%、0.73%、0.75%。对标全球市场，中国EDA市场仍有较大增长潜力。作为集成电路产业链的上游关键支柱，随着政策支持的不断加码、芯片设计对EDA软件需求的持续释放及EDA技术的日益成熟，中国EDA在集成电路产业的市场占比有望进一步提升。

2.4、产业趋势：技术要求明显提升，AI、云加速融合

芯片行业迈入后摩尔时代。 1975年英特尔公司创始人戈登摩尔首次提出摩尔定律，并预言每两年半导体芯片上集成的晶体管和电子数量将增长一倍。发展至今，半导体工艺制造的制程进步使得芯片的集成能力大幅提高，常用的集成电路每单位面积通常可集成数十亿晶体管。然而，近年来芯片行业开始面临制程进步放缓、设计与制造成本大幅攀升、多样的数据和计算需求持续涌现等各种挑战，摩尔定律的驱动力正不断减弱，行业整体已迈入后摩尔时代。

后摩尔时代将对EDA技术提出更高要求。 赛迪顾问指出，后摩尔时代的集成电路技术演进方向主要包括延续摩尔定律（More Moore）、扩展摩尔定律（More than Moore）以及超越摩尔定律（Beyond Moore）三类，发展目标涵盖了生产工艺特征尺寸的进一步微缩、芯片功能多样化发展以及器件功能的融合和产品的多样化。其中，面向延续摩尔定律方向（More Moore），单芯片的集成规模呈现爆发性增长，因而对EDA工具的设计效率提出更高要求；面向扩展摩尔定律方向（More than Moore），伴随逻辑、模拟、存储、射频等功能被叠加到同一芯片，即异构集成，EDA工具需具备对更强复杂功能设计的支撑能力；面向超越摩尔定律（Beyond Moore）方向，新工艺、新材料、新器件等的应用要求EDA工具的发展在仿真、验证等关键环节实现方法学的创新。

AI赋能EDA，助力行业降本增效。 在过去单独使用EDA工具的传统方式中，芯片架构的探索、设计、验证、布局布线等流程都会耗费大量的人力与时间。引入AI技术后，具备AI特性的EDA工具可以大幅提高设计效率，缩短芯片设计周期，实现自适应学习。借助AI算法，EDA工具可以帮助客户实现最优化的功耗、性能及面积最优，设计出性能更高的芯片产品。此外，AI技术与EDA的融合也可通过促进AI芯片快速发展反作用于AI技术的进步，进而形成良性循环。

目前主要有AI Inside与AI Outside两大方向。 AI技术与EDA工具的融合探索最早可追溯到上世纪80年代，但是由于运算能力不强、AI性能不理想以及芯片设计的数据需求量较小等因素的限制，二者的融合应用进展缓慢。近年来随着芯片设计基础数据量的不断增加、系统运算能力的快速提升，AI在EDA领域的应用探索取得了突破式进展，目前融合应用主要包括AI Inside与AI Outside两大方向。其中，AI Inside侧重于如何设计出能够减少人工干预、实现自主学习的EDA工具，进而助力芯片的高效设计，释放生产力；AI Outside则更加关注如何在EDA工具中高效应用AI算法以赋能芯片设计，推动EDA工具的智能化发展。

AI与EDA的融合应用已成为全球趋势。 政府方面，2017年美国国防部高级研究计划局提出“电子复兴计划（ERI）”，其中的电子设备智能设计项目（IDEA）描绘了AI技术赋能EDA工具发展目标与发展方向。企业方面，2020年Cadence发布了基于机器学习引擎的数字全流程工具，该工具支持全流程集成，吞吐量最高提升3倍，PPA最高可提升20%。此外，Synopsys于2020年推出业界首个用于芯片设计的自主人工智能应用程序DSO.AI，该程序能够在芯片设计的巨大求解空间里搜索优化目标，大规模扩展对芯片设计流程选项的探索，帮助芯片设计团队以专家级水平完成操作。

EDA上云趋势日益明确。 在2011年，Synopsys提出了EDA公有云。然而，受技术条件、安全性能、算力需求等因素的限制，进展较慢。近两年，EDA上云进入实质性发展阶段。一方面，云计算的技术条件已逐渐走向成熟，安全性能明显提升，芯片设计企业的上云顾虑变小。另一方面，伴随着高性能计算、物联网等新应用的持续涌现以及芯片技术和功能复杂度不断提升，IC 设计公司的计算资源需求、EDA 峰值性能需求、研发成本也都有大幅提高，上云大势所趋。

EDA技术走向云端有望为芯片设计带来诸多效益 ，具体包括：降低企业在服务器配置和维护方面的费用，让企业根据实际需求灵活地使用计算资源；推动芯片设计工作摆脱物理环境制约，特别是在新冠疫情带来的居家办公需求下，EDA云平台可以发挥重要作用；助力EDA技术在教育领域的推广和应用，支持设计人才培养等相关工作；有效避免芯片设计企业因流程管理、计算资源不足带来的研发风险，保障企业研发生产效率等。

多方玩家积极布局EDA上云。 借助自身的云技术优势，微软推出了本地基础设施与公有云结合的混合部署模式，合作伙伴包括Mentor Graphics、台积电、AMD、ARM等知名厂商。以Mentor为例，合作过程中，Mentor的AMS使用了微软云Azure专门针对HPC开发的虚拟机类型HC44rs，每个核心有8GB的内存来调用，7nm芯片的物理验证周期缩短了2.5倍，IC设计时间大幅减少。此外，三星Foundry也与Synopsys积极展开合作，共同推出三星SAFE云设计平台。客户可通过SAFE云设计平台获得Synopsys设计和验证产品的授权，并在安全的环境中将这些产品与三星Foundry的工艺技术合并使用。

2.5、国内EDA产业链重点公司梳理

目前，国内EDA产业链的重点公司包括：华大九天、概伦电子、思尔芯、广立微、芯愿景。

华大九天

公司2009年成立以来，长期聚焦于EDA工具的开发、销售及相关服务业务。产品主要包括模拟电路设计全流程EDA工具系统、数字电路设计EDA工具、平板显示电路设计全流程EDA工具系统、晶圆制造EDA工具等EDA软件，并围绕相关领域提供包含晶圆制造工程服务在内的各类技术开发服务。公司曾多次承担“核心电子器件、高端通用芯片及基础软件产品”等国家重大科技专项；至2020年末，共拥有已授权发明专利144项，软件著作权50项。据招股说明书披露，2020年公司实现营业收入4.15亿元，同比增长61.26%；归母净利润1.04亿元，同比增长81.18%；扣非净利润0.40亿元，同比增长216.13%。

概伦电子

公司成立于2010年，是一家提供大规模高精度集成电路仿真、高端半导体器件建模、半导体参数测试解决方案的厂商。公司致力打造存储器设计全流程EDA，实现DTCO（设计工艺协同优化）真正落地的从数据到仿真的创新EDA解决方案。目前共有四条产品线，包括制造类EDA工具、设计类EDA工具、半导体器件特性测试仪器和半导体工程服务。公司在上海、济南、北京、硅谷和首尔设有办公地点，销售网络遍布全球，客户群体覆盖了众多国际知名的集成电路设计与制造公司。据招股说明书披露，2020年公司实现营业收入1.38亿元，同比增长109.94%；归母净利润0.29亿元，同比增长103.31%；扣非净利润0.21亿元，同比增长615.30%。

思尔芯

公司2004年成立，长期专注于集成电路EDA领域。业务聚焦于数字芯片的前端验证，为国内外客户提供原型验证系统和验证云服务等解决方案，服务于人工智能、超级计算、图像处理、数据存储、信号处理等数字电路设计功能的实现，广泛应用于物联网、云计算、5G通信、智慧医疗、汽车电子等终端领域。公司具备数字集成电路EDA工具能力。据招股说明书披露，2020年公司实现营业收入1.33亿元，同比增长85.45%；归母净利润0.10亿元，同比增长202.58%；扣非净利润0.10亿元，同比增长245.49%。

广立微

广立微成立于2003年，是集成电路EDA软件与晶圆级电性测试设备供应商，长期专注于芯片成品率提升和电性测试快速监控技术，与国内外多家大型集成电路制造与设计企业具有合作关系。公司提供EDA软件、电路IP、WAT测试设备以及与芯片成品率提升技术相结合的全流程解决方案，在集成电路从设计到量产的整个产品周期内实现芯片性能、成品率、稳定性的提升。据招股说明书披露，2020年公司实现营业收入1.24亿元，同比增长87.30%；归母净利润0.50亿元，同比增长158.01%；扣非净利润0.38亿元，同比增长144.94%。

芯愿景

公司创建于2002年，主营业务为依托自主研发的电子设计自动化软件（EDA），向全球客户提供集成电路分析和集成电路设计服务，目前已建立集成电路分析、集成电路设计及EDA软件授权三大业务板块。累计研发了4套集成电路分析EDA软件和3套集成电路设计EDA软件，覆盖了集成电路工艺分析、电路分析和知识产权分析鉴定、数字电路设计、模拟电路设计和设计验证等环节。累计发放授权认证超过40000个，EDA软件用户群包括国内外芯片设计公司、研究所、高校和知识产权服务机构等。据招股说明书披露，2019年公司实现营业收入1.60亿元，同比增长41.29%；归母净利润0.76亿元，同比增长81.30%；扣非净利润0.74亿元，同比增长57.77%。

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