产业变迁中的国产EDA:并购、挑战与未来的本土化路径

2024-05-09 14:36:03浏览次数:7281  

引言:

今年年初的大事件无疑是Synopsys(新思科技)带来的,先是1月16日以350亿美元收购Ansys,然后在3月20日又完成了对Intrinsic ID的收购。其他巨头也动作频频,这一系列的事件无疑标志着EDA(Electronic Design Automation,电子设计自动化)行业在市场运作、投融资及并购活动上的活跃。

尽管国际巨头的竞争依然激烈,但国产EDA也经历了几年的迅速成长和市场内卷,如今的国产EDA硕果与争议并存。如今站在半导体产业周期底部的特殊节点,业界是否能对国产EDA的发展道路有更清晰的认识?未来路又在何方?接下来我们将探索这一系列问题。

 

一、EDA行业概述:

  • EDA的定义

什么是EDA?在当今的高科技环境中,没有EDA的帮助,一颗芯片还能顺利诞生吗?

芯片的生产是一个涉及多个复杂步骤的过程,主要包括设计、制造、封装和测试这四个关键环节。在这一系列步骤中,EDA扮演着至关重要的角色,它是一种专门用于辅助集成电路芯片设计和生产全过程的工业软件。

作为集成电路产业链的核心环节,无论是芯片设计公司用于设计的软件,还是晶圆厂用于制造的软件,EDA的功能都是不可或缺的。它不仅是设计厂商实现芯片设计的核心工具,也帮助代工厂提高产品的成品率,从而支撑着庞大的集成电路市场及广泛的电子信息和数字经济市场。

随着技术的不断进步,芯片设计变得越来越复杂,现代集成电路可能包括高达数十亿个半导体器件。在没有EDA软件的帮助下,设计如此复杂的芯片几乎成为不可能任务。因此,EDA不仅与产业链结合日益紧密,还成为推动设计效率和技术创新的关键力量。

  • EDA工具分类

在集成电路的设计和制造领域,电子设计自动化(EDA)工具根据芯片类型的不同展现出其多样性和专业性。集成电路芯片(Integrated Circuit Chip,简称 IC)主要分为数字IC和模拟IC两大类。数字IC处理的是非连续的数字信号,如0和1;模拟IC则负责处理光、声音和温度等连续信号。目前,许多IC是数模混合型,它们结合了模拟和数字电路的特点,通常以数字部分为核心,执行复杂的算法。针对这些不同的电路类型,EDA工具也被细分为三大类:数字芯片设计全流程EDA、模拟及混合电路设计全流程EDA以及集成电路制造类EDA。其中,数字电路设计全流程工具可根据设计流程分为前端和后端两大部分,而前后端又有不同的设计工具和验证工具;模拟及混合电路设计工具则专注于电路设计、仿真验证到物理实现;而集成电路制造类EDA工具则用于开发制造工艺平台和晶圆制造。

来源于公开资料整理

除了上述主要的EDA工具,还有许多专为特定热门应用设计的辅助EDA工具,例如针对汽车应用的功能安全和故障注入功能。每一类EDA工具都是由若干种EDA点工具组合而成,通过这些专门的EDA工具,芯片设计师能够有效应对集成电路设计的复杂性,确保设计的精确实现和高效生产。通过了解这些不同的EDA工具及其应用,我们可以更深入地认识到EDA技术如何细致地支撑集成电路的设计与制造,进而推动整个半导体行业的技术进步和市场发展。

 

二、全球EDA市场竞争格局:

  • 国内EDA的崛起与海外巨头的垄断

在全球EDA市场,海外巨头的高度垄断态势显著。新思科技(Synopsys)、楷登电子(Cadence)和西门子EDA(前身为Mentor Graphics,2016年被西门子收购)三大巨头共占据了2020年全球EDA市场营收的70%左右,这一局面一直持续至今。这三家公司是能提供设计全流程EDA工具解决方案的企业,其技术和市场地位几乎无人能敌。

然而,与国际市场的集中不同,中国的EDA市场虽然规模较小,但增长速度却快于全球平均水平。据中国半导体行业协会预测,到2025年中国的EDA市场规模将达到184.9亿元人民币(约合25亿美元),届时将占全球EDA市场的18.1%。在2021至2025年间,预计年均复合增长率将达到15.64%。这一快速增长部分得益于国内对高级工艺技术的持续投资以及从政府到企业层面的广泛支持。

此外,数字IC作为EDA市场的主要构成部分,在全球范围内同样呈现出强劲的增长势头。根据WSTS的数据显示,2020年数字芯片市场规模已达到3055.68亿美元,占整体集成电路市场的84.59%。数字芯片的广泛应用,从智能手机到数据中心,进一步推动了EDA工具的需求增长。

  • 国内有哪些领先企业

在国内市场,经过30多年的艰苦发展,国产EDA得到了半导体行业战略重要性的认可和政府政策的积极支持。一些最早进入的EDA企业,如思尔芯和广立微,已在自身领域深耕超过20年,成为第一批国产EDA企业。2008年,在“核高基”专项政策的影响下,如华大九天、概伦电子、芯和半导体等纷纷成立。以上这些老牌企业如今已成为了国产EDA的中坚力量。2018年“中兴事件”进一步激发了国产EDA企业的兴起,许多新兴企业如雨后春笋般涌现,包括鸿芯微纳、芯华章、合见工软等。目前,国内EDA企业数量已超过120家,它们在各自的领域都取得了显著的进展。

来源于官网及公开资料整理

华大九天、概伦电子和广立微这三家已上市的企业各有所长。华大九天承继了“熊猫系统”的使命,其模拟电路设计EDA全流程是该领域全球领先的解决方案之一;概伦电子在存储器、模拟和混合信号电路设计领域拥有部分国际领先的核心技术;广立微则在国产化替代方面实现了重大突破,打破了集成电路成品率提升领域长期由国外产品垄断的局面。

在数字IC主导的EDA市场中,思尔芯代表了国内EDA在该领域的快速发展。经过20年的深耕发展,如今已从最初的原型验证发展到涵盖架构设计、软件仿真、硬件仿真、原型验证以及数字调试的全流程,实现了EDA全面上云,形成了完善的数字前端EDA解决方案。

此外,部分国产EDA企业在关键技术节点上也实现了全球突破。芯和半导体采用仿真驱动设计,提供覆盖IC、封装到系统的具备完全自主知识产权的全产业链EDA解决方案,支持先进工艺与先进封装,全面支持2.5D/3DIC的Chiplet设计。

同时,鸿芯微纳在4月宣布,其最新自主研发的静态时序签核工具CHIMETIME预计于2024年初成功完成三星5nm EUV工艺的认证。在此之前,鸿芯微纳自主开发的布局布线工具AGUDA和逻辑综合工具ROCSYN已分别在2022年及2023年成功完成三星5nm EUV工艺的认证。

尽管这些国产EDA企业填补了国内市场的空白,并展现出与国际巨头竞争的潜力,但从海外过往经历看来,老牌企业不断并购新兴企业,EDA发展史就是一部并购史。国产EDA的未来,是否也会遵循这样的轨迹呢?

来源于官网及公开资料整理

 

三、全球与国内EDA行业的并购与投融资动态:

  • 近期海外巨头并购频频

在全球范围内,近期EDA市场的并购活动频繁,显示了行业内部的战略重组和技术整合趋势。以2024年新年伊始为例,芯片设计领域的重大事件便是Synopsys以350亿美元的巨资收购了工程仿真软件企业Ansys。此次合并旨在创建一个覆盖从芯片到系统设计的全球领导者,展示了通过并购扩大产品组合和市场占有率的典型策略,同时也反映了双方在技术和市场方面的强大互补性。

随后,在情人节的第二天,也就是2月15日,日本芯片制造商瑞萨电子宣布以91亿澳元收购全球领先的电子设计系统供应商Altium Limited。此举不仅增强了瑞萨在PCB板级EDA工具市场的竞争力,也标志着软硬件融合策略的深化,有望突破依赖单一License授权的营收模式。随后,Cadence也先上了开年“大戏”,在3月5日宣布收购BETA CAE,标志着其正式进军结构分析领域。这些并购案例不仅加速了技术整合,也扩大了参与公司的市场边界和业务范围。3月20日,Synopsys又宣布完成了一轮收购,此次收购对象为Intrinsic ID,用于系统级芯片(SoC)设计中物理不可克隆功能(PUF)IP的领先提供商。

  • 国内企业投融资&并购理性收敛

国内EDA行业的投融资与并购活动呈现出与国际市场活跃并购不同的态势。尽管近年来国内EDA企业数量和融资案例快速增加,但随着行业的成熟,投融资活动逐渐显示出理性收敛的趋势。

据不完全统计,2022年至2024年3月期间,国内EDA行业发生超过20起投融资与并购事件,涉及超过16家企业,突显出行业的热度和资本的关注。例如:

2022年9月,芯华章宣布收购瞬曜电子,并进行核心技术整合,将其超大规模软件仿真技术融入芯华章智V验证平台,丰富其系统级验证产品组合。同年10月,华大九天以1000万美元现金收购芯達科技100%股权,后者从事存储器/IP特征化提取工具的开发。紧接着12月26日,思尔芯并购国微晶锐,并将其硬件仿真整合进数字EDA全流程布局中。

同样值得注意的是,2023年5月,概伦电子收购福州芯智联科技有限公司100%股权,弥补公司产品在板级和封装级设计的空白。同年9月,广立微收购亿瑞芯62%的股权,后者主营业务是以集成电路可测试性设计(DFT)技术服务及产品开发。

2024年3月26日,亚科鸿禹完成了第二轮融资,由聚焦硬科技赛道、允泰资本等共同投资,华大九天跟投。仅成立4年的合见工软在数年间也已完成对几家EDA初创公司的投资和合并,已收购全资子公司包含:上海华桑电子,云枢创新软件,北京诺芮集成电路。

在这种趋势下,新兴企业通过接受老牌企业的收购或战略投资,虽然能获得更多的资源和支持,但能否与其他老牌企业抗衡取决于其自身实力和策略。一些新兴企业可能具有独特的技术、创新的产品或服务,以及灵活的市场适应能力,使它们能够在竞争激烈的市场中脱颖而出,并与行业巨头一较高下。然而,对于规模较小或市场地位尚未稳固的企业来说,面对行业巨头的竞争压力,可能会面临较大挑战,是否难逃被收购的命运也未可知。

尽管如此,这种并购活动预计将持续进行,为行业带来更多的创新和发展机会。通过整合资源、技术和人才,行业内的企业能够更好地应对市场挑战,推动行业的进步与发展。这种整合有助于创造更具竞争力的产品和服务,为行业带来更多的可能性和机遇。

集微咨询(JW Insights)也在近期发布的《全球EDA/IP行业市场研究报告》指出,从市场角度来看,5G、AI、智能汽车等领域的大规模商用落地,带来了先进高算力芯片的需求飙升,支持芯片设计的EDA工具市场规模会随之稳步增长;另外,随着科技封锁和制裁的一步步收紧,中国EDA国产化的势能也会加快,国内EDA行业规模预计会加速成长,同时由于EDA行业的特殊性,头部企业的投融资并购同样有望加速。

然而,进入2023年后,随着半导体行业整体进入低谷期。作为半导体行业上游的一环,EDA行业也受影响,经历了投融资活跃度的下降。这一变化反映出市场对EDA行业发展的长期看法趋于审慎,强调了在高速发展后对稳健经营和技术深耕的需求。这种市场环境下,行业内部可能会见证更多注重质量而非数量的投资,以及在并购方面更为精准的战略选择。

 

四、未来展望:EDA行业的AI革新、云计算整合与IP协同

  • AI革新

AI 智能化的目标是从现有的 EDA 使用过程中大幅减少芯片架构探索、设计、布局布线等重复性、低创造性工作的人力占比,利用 AI 算法进行自动架构探索、设计生成和物理设计。在EDA行业的未来发展中,AI技术的融入标志着一个重要的转折点。

例如,今年Synopsys推出的业界首个全栈式AI驱动型EDA解决方案Synopsys.ai,覆盖设计、验证、测试和模拟电路设计阶段。该解决方案通过自动化架构探索和物理设计,显著提高了芯片设计的效率和良率,标志着AI技术在推动EDA工具发展中的突破性进展。

国内企业也不甘落后,在AI应用于EDA领域方面展现出显著的进步。思尔芯在2022年推出的首款国产企业级硬件仿真系统——芯神鼎OmniArk,便采用了AI驱动的智能编译引擎,极大地优化了编译效率和布线成功率。这种智能化的工具应用不仅减少了设计的人力需求,还提高了整个设计过程的自动化和效率。

  • 云计算整合

随着芯片设计复杂度的提升,数据量和计算量直线上升,云技术的使用使得 EDA 软件能够具有弹性计算、安全储存、快速更新等功能,从而满足大数据量和计算量下的更高使用要求。云平台的引入,如概伦电子与阿里云的合作,为EDA工具提供了弹性计算、安全存储和快速更新等关键功能,满足了处理大数据和复杂计算的需求。2024年初,思尔芯也与腾讯云的合作进一步证明了云计算在优化EDA服务中的潜力,通过创建高性能、低成本的设计和仿真平台,加快了芯片研发和上市周期。

  • 平台化与IP协同

另一个关键趋势是EDA与IP的融合发展。现代EDA已不仅仅是一套工具的集合,而是逐渐演变为集成了IP资源的平台,这不仅便于设计流程的执行,还促进了行业资源的共享和横向连接。尽管智能化水平在不断提升,但仍需人工支持来提供服务,服务平台的构建可以提供专业的咨询、设计服务以及相关定制服务,以满足客户的个性化需求。

国际巨头在EDA和IP的布局已有深厚的历史。Synopsys自1992年起进入IP领域,起因也是为了客户的需要。尽管该业务曾长时间亏损,如今已崛起为全球第二大IP厂商,仅次于Arm。今年3月,Synopsys通过收购Intrinsic ID,进一步扩展了其半导体IP产品线。在国内,EDA领域也见证了合作的新生态,今年初思尔芯与芯动科技、奇异摩尔等合作,共同打造了一个国产的EDA+IP共赢新生态。

以上这些发展不仅提高了EDA工具的性能和应用范围,也为整个芯片设计行业带来了更高的发展潜力和市场竞争力。未来,随着技术的进一步发展和行业需求的不断变化,我们可以预见EDA行业将继续朝着智能化、网络化和平台化的方向快速发展。

 

五、中国EDA企业的竞争力分析:全流程覆盖与市场机遇

  • 工具链覆盖情况

在中国EDA行业,工具链的全面覆盖是衡量企业竞争力的关键指标之一。EDA工具的全流程覆盖相比于单一的点工具,提供了更大的一致性和便利性,这不仅改善了客户的使用体验,也增加了EDA厂商的盈利能力。具体来说,使用全流程工具的客户可以避免在设计流程中频繁切换不同软件的麻烦,减少了由于工具间兼容性问题导致的工作中断,从而显著提升设计效率和降低操作成本。这种模式下的客户粘性较高,对厂商而言具有长期的战略意义。

然而,尽管全流程工具的优势明显,中国的EDA企业在这方面还存在一定的发展空间。目前,国内许多EDA企业仍主要提供点工具产品,全链条工具的开发相对滞后。在模拟IC设计全流程工具供应能力方面,华大九天是少数几家拥有全流程工具的企业之一。而在高端数字芯片设计的关键领域,思尔芯已具备数字前端EDA全流程的能力,而国微芯则是少数专注于数字后端及制造端的本土EDA企业。还有一些逻辑综合和布局布线等基础工具领域,鸿芯微纳等公司正在积极攻坚。

在全球EDA三巨头——Synopsys、Cadence、Siemens EDA——已经稳固了全流程工具的市场地位的背景下,国内企业如能加速全流程工具的补齐和产品拓展,将有可能在未来成为行业内的新巨头。这不仅需要企业在技术开发上的持续投入,也需要政策和市场环境的有力支持,以促进国内EDA行业的整体竞争力提升。

这些发展趋势和挑战预示着中国EDA行业的未来将是充满机遇和挑战的双刃剑。在全球半导体行业竞争日益激烈的今天,如何快速有效地把握市场机遇,完善工具链的全流程覆盖,将是国内EDA企业需要面对和解决的关键问题。

  • 代表公司及产品推荐:

思尔芯:

2003年成立于加州圣何塞,2004年于上海建立总部,是业内最早开发原型验证工具的企业。早在2020年原型验证方案就已占全球市场份额的8.88%,全球排名第二。卓越的市场表现,夯实了行业龙头的地位。2018年之前一直聚焦验证领域。后通过强化核心技术和外部并购,全面布局了包括架构设计、软件仿真、硬件仿真、原型验证、数字调试、以及EDA云在内的各类数字EDA工具,如今已经形成完善的数字前端EDA解决方案。

目前已被超过600家全球芯片设计企业所使用,客户遍及中国、美国、日本、韩国等,其中不乏英特尔、三星、索尼、瑞昱、黑芝麻、开芯院等知名企业,是久经市场验证和认可的成熟产品。并参与了我国 EDA 团体标准的制定,承担了多项国家及地方重大科研项目,获评为国家级专精特新“小巨人”企业。

广立微:

成立于2003年,作为国内 EDA 行业三大上市公司之一,广立微是领先的集成电路EDA软件与晶圆级电性测试设备供应商,公司专注于芯片成品率提升和电性测试快速监控技术,是国内外多家大型集成电路制造与设计企业的重要合作伙伴。公司提供EDA软件、电路IP、WAT电性测试设备以及与芯片成品率提升技术相结合的整套解决方案,在集成电路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,成功案例覆盖多个集成电路工艺节点。

2024年3月,广立微推出T4000 Max 半导体参数测试机,配置100pin,支持多通道并行测试,可更好地服务有多测试项、高测试效率需求的客户。T4000 Max(100pin)丰富了广立微典型测试产品矩阵,进一步扩展公司高速高端测试机品类。

华大九天:

成立于2009年,作为国内 EDA 行业的龙头,华大九天目前已经拥有数十种 EDA 工具的产品阵列,主要产品包括模拟电路设计全流程EDA工具系统、存储电路设计全流程EDA工具系统、射频电路设计全流程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工具和先进封装设计EDA工具等软件,并围绕相关领域提供技术开发服务。产品和服务主要应用于集成电路设计、制造及封装领域。最大的优势是国内唯一能提供模拟全流程 EDA 系统及射频 EDA 工具。

概伦电子:

成立于 2010 年是国内第一家上市的 EDA 公司。基于 DTCO(设计-工艺协同优化)方法学,概伦电子目前拥有数项国际领先的 EDA 关键技术,为 100 多家全球领先的集成电路企业服务。根据其2023年年度报告显示,其64.34%的收入来自境内市场。

公司产品及服务品类丰富,在存储器&模拟/混合信号设计领域,提供定制类电路设计 EDA 全流程;针对工艺开发、制造和良率提升环节,提供模型/PDK/标准单元库;在半导体器件测试领域,提供器件电学性能/可靠性/噪声测试系统;一站式工程服务,包括 IP 设计与开发服务,标准单元库设计与特征化,SPICE 建模与 PDK 开发,以及测试结构设计与测试服务。

芯和半导体:

成立于2010年,是一家从事EDA软件工具研发的高新技术企业,以仿真驱动设计,提供覆盖IC、封装到系统的具备完全自主知识产权的全产业链 EDA 解决方案,支持先进工艺与先进封装,致力于赋能和加速新一代高速高频智能电子产品的设计,已在5G、智能手机、物联网、人工智能和数据中心等领域得到广泛应用。

在2023年6月的IMS国际微波研讨会上,芯和半导体正式宣布通过其大规模生产验证的IPD开发平台,芯和集成无源器件(IPD)出货量已突破20亿颗,广泛应用于射频前端模组。

 

六、写在最后:

随着全球EDA行业的重大并购和不断的市场整合,国际巨头的步伐未减,而国产EDA的地位也日益重要。尽管面临诸多挑战,包括技术的本土化、市场的接受度以及与国际巨头的竞争,国产EDA厂商必须不断创新和强化核心技术,以巩固和扩大国内外市场份额。

未来,国产EDA需要更深层次的产业合作和政策支持,以及持续的技术研发投入。只有这样,才能在全球半导体设计工具市场中占据一席之地,真正实现从跟随到领先的转变。对国产EDA来说,现在是筑基与飞跃的关键时期,每一步都可能决定整个产业的命运。希望在不久的将来,我们能见证国产EDA在全球舞台上的卓越表现。

 

七、参考来源:

上海市集成电路行业协会:《EDA科普手册》

上海市集成电路行业协会:《2023年上海集成电路产业发展研究报告》

集微咨询:《全球EDA/IP行业市场研究报告》

半导体综研:《国产EDA厂商产品统计再更新,供应商数量已经达到29家了》

倪光南:《大力发展工业软件》

芯东西:《芯和半导体苏周祥:全面支持2.5D/3DIC的Chiplet设计》

界面新闻:《新思科技完成收购Intrinsic ID》


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