读懂EDA：想要卖芯片，留下买水钱
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在高度垄断之下，国产EDA究竟有哪些还能走的路？
来源 / 果壳硬科技 （ID：guokr233）
作者 / 付斌 · 编辑 / 李拓
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在高度垄断之下，国产EDA究竟有哪些还能走的路？
来源 / 果壳硬科技 （ID：guokr233）
作者 / 付斌 · 编辑 / 李拓
在淘金热潮中，谁能稳赚不赔？不是淘金者，而是卖水人；在火热的芯片投资热潮中，也少不了这样的“卖水人”——EDA厂商。
EDA赛道热闹异常，先是合见工软获得11亿元人民币的Pre-A轮融资，后是华大九天登陆创业板，首日收盘暴涨129.43%。做EDA凭什么能拿到这么多钱？
关注EDA国产替代，在本文中，你将了解到：EDA的作用和特征，EDA发展历史，EDA技术和应用的变革，国产EDA及背后的思考。
01
没有EDA，就没有芯片
EDA（Electronic Design Automation，电子设计自动化），是利用计算机辅助完成集成电路芯片的设计、制造、封测的大型工业工具。
它是最基础、最上游的领域，贯穿了集成电路产业链的每个环节。
简单地说，EDA就是芯片设计师的画笔和画板，就像操作文档要用Word，制作图片要用Photoshop一样，它能高效设计、控制及管理数十亿电路元件在一颗芯片里协同工作。
EDA算法密集，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多学科的算法技术，必须经过长时间技术积累和持续大规模研发投入，才能满足新工艺的应用需求。
EDA支撑着集成电路设计和制造流程、关键环节
图源丨概伦电子招股书
EDA工具包括硬件和软件两部分。
软件是工具的核心，分为仿真工具、设计工具、验证工具三种类型；
硬件是用来加速仿真、验证速度的服务器和专用工具。
EDA软件工具的三种类型，制表丨果壳硬科技
资料来源丨新思科技
设计工具、仿真工具、验证工具在芯片设计流程中位置
资料来源丨IEEE Xplore
EDA非常重要，倘若它出现问题，产业下游的集成电路、电子信息和数字经济都会崩溃。没有EDA，就不可能设计和制造当今的芯片。
芯片设计过程极为复杂，要求设计精细度很高，稍有偏差就会导致芯片报废，项目崩盘；同时，从90nm、65nm进化到3nm/2nm，制造成本攀升，所需设计步骤也越来越多，设计也越来越困难。
EDA能发挥计算机辅助设计（TCAD）、面向制造的设计 （DFM）、硅生命周期管理 （SLM）三大关键功用，保证最终产品的良率和性能。
一方面，EDA将复杂的芯片设计流程拆分成高级综合、逻辑综合、原理图布局等若干步骤，并配备丰富的工具组件库和可复用的参考架构。
另一方面，EDA能利用仿真、验证等工具在芯片生产前纠正错误。
EDA拥有三个关键功用
制表丨果壳硬科技
EDA还与另一个细分市场密切挂钩——半导体知识产权（半导体IP核）。
所谓IP核，就是半成品芯片，提供不同复杂度的预设计电路，分为软核、硬核、固核三类。
鉴于IP核的使用和重复使用都依赖EDA工具，同时EDA和IP核还可以捆绑销售，通常业界将两者视为一个市场。
虽然EDA巨头都拥有自己的IP核产品，但随着市场扩大及IP供应商增加，现在的趋势是将EDA和IP核独立出来。
三种类型IP核，资料来源丨方正证券
EDA是跟着集成电路变迁的。经历了CAD/CAM（计算机辅助设计/计算机辅助制造）、CAE（计算机辅助工程）、ESDA（电子系统设计自动化）到EDA（电子设计自动化）四个阶段，阶段转换本质上是芯片描述抽象层级的变化，精度依次提升。
复盘EDA市场发展行径，与晶圆代工、数字芯片等发展历史非常类似，都是从玩家稀少到百花齐放，再到优胜劣汰，并购为仅剩1~2家、至多3~4家超大集合体的局面。
1964年~1978年，芯片晶体管密度低，集成度低，企业入局率低， Applicon、Calma和Computervision三家公司主导当时的CAD/CAM市场；
1979年~1992年，CAE成为新贵，相关企业参与率突然急剧上升，转折点在于ASIC（商用专用集成电路）的出现，让设计团队可以接触到以前为大型系统OEM预留的定制芯片，Daisy Systems、Mentor Graphics和Valid Logic三家公司主导当时的CAE市场。
90年代初，技术一路发展，高级语言描述开始应用，ESDA当道，并开启了行业并购，Synopsys（新思科技）、Cadence（官方译名楷登电子）、Mentor（现为Siemens EDA）成为新三巨头。
2009年~2014年，巨头以外的EDA相关专利申请逐渐减少，市场垄断态势初现，小公司被收购，大公司在竞逐中被淘汰。
之后的几年至今，EDA行业继续整合，新思科技、楷登电子、西门子EDA收购许多小型初创公司，包括Forte、Jasper、Springsoft、EVE、Nimbic等，国内EDA融资潮起，一些老牌国产品牌开始挤进第二梯队。
EDA发展阶段及特征，制表丨果壳硬科技
资料来源丨IEEE Design & Test of Computers
02
EDA不是好做的生意
EDA企业怎么赚钱？一般采取授权（License）的模式，即向客户销售指定版本的软件，并收取合同约定期间的授权费。
授权又分为固定期限授权和永久授权两种形式，可以简单理解为Office 365和Office 2021的关系。
对换代要求低的客户大多数选择永久授权，对换代要求较高的客户选择固定期限授权。固定期限通常为1~3年，也可以选择在固定期内多次授权，相当于分期付款。
固定授权是国际更为通行的模式，国际先进大厂均采用此形式，2021年，全行业固定期限内一次授权方式营收占比达55%。
这是因为芯片迭代迅速，要面对的物理现象、应用和工艺越来越复杂，这种方式能够获得EDA厂商对工具的实时更新、缺陷修复、技术支持及性能方面升级等。
2019年~2021年公司EDA软件销售不同授权模式营收占比
图源丨东吴证券
EDA行业具有明显的可持续增长空间。2020年全球EDA市场营收115.7亿美元，2026年全球EDA市场营收213.6亿美元，年复合增长率10.9%。
倒金字塔产业链结构，图源丨华大九天招股书
但EDA也绝对不是一门好做的生意。如今，整个市场分为三级竞争梯队，国产最高只做到第二梯队，且份额太小，根据SIA（美国半导体协会）数据，国内EDA/IP占全球市场仅1%。
第一梯队由新思科技、楷登电子、西门子EDA三家企业组成，处于绝对领先地位，占据全球78%的市场份额，在中国市场三巨头拥有超过95%的软件销量，拥有全流程EDA产品，业务遍布全球，科研实力雄厚；
第二梯队以美国ANSYS公司、Silvaco、Aldec、华大九天等为代表，拥有特定领域全流程产品，在局部领域技术较为领先；
第三梯队以Altium、概念工程集团（Concept Engineering）、概伦电子、Down Stream Technologies等为代表，这些企业主要布局点工具，缺少EDA特定领域全流程产品。
03
夹缝求生，还能怎么走
投入打在关键点上
发展Chiplet是关键点
做更好用的EDA工具
开源化增强EDA领域研究
各种力量应该拧成一股绳
捆绑销售：采取多个公司点工具的捆绑式销售，并让工具之间产生关联；
定制开发合作：大型EDA厂商向小型厂商定制开发，后者完成开发后，双方共享产权和技术，实现合作共赢；
产业孵化：先发展起来的EDA厂商为有技术基础的初创企业导入业界资源。
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