芯片設計之母！打破美國三巨頭壟斷的EDA國產化之路

天是紅河岸 下載

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文/張毅

EDA是什么？EDA是芯片之母，是芯片設計中最上游、最高端的產業。TMT產業發展焦點的5G芯片、AI芯片，也是著眼于芯片設計，而芯片設計則離不開設計軟件EDA，EDA可以說是芯片產業鏈中的"任督二脈"。

斷供的EDA工具

芯片禁令下，華為芯片"斷供"危機引發不少國人的關注，尤其是去年五月，美國商務部對華為芯片產業的限制全面升級，涵蓋芯片設計的上游軟件、芯片制造的上游設備以及當前最主要的有臺積電代工生產的7nm的芯片制造，進而對華為芯片產業鏈所有環節進行了一次定點式精準打擊。

而在芯片設計環節，首當其沖的就是上游EDA軟件，雖然華為可以設計芯片，但是IC設計的高端軟件EDA工具仍然基本上由Cadence、Synopsys、Mentor三家美國公司壟斷，而在中國市場，這三家EDA軟件公司更是占據了95%的市場份額。

美國這三大EDA廠商與華為的合作已經先后終止。這意味著，華為自那以后再沒有獲得新工具和新升級服務，但是可以繼續使用華為已經購買和獲得授權的EDA工具。也就是說，目前華為海思還可以采用老版本EDA做IC設計。

眾所周知，華為芯片模式屬于Fabless（無晶圓制造設計）類別，該類芯片企業只負責芯片的電路設計與銷售，其他的生產、測試、封裝等環節都是外包的。

這樣的芯片企業處于芯片供應鏈中游，對產業上下游需求較大，比如上游的EDA軟件、下游的芯片制程等方面。

圖/華為官方微博

短期看，華為擁有這幾家龍頭EDA廠商的長期軟件授權，大量設計足以在本地軟件上完成，當長期看，更新暫停面臨的挑戰是在開始一項全新的設計時，上億的晶體管不可能重新畫，需要在線download庫。

從這里看，也就不難理解，隨著美國芯片禁令的升級，網上會有一個說法，那就是美國一旦禁止了EDA軟件，就真正卡住了華為芯片的命門！

芯片設計之母

如果把芯片制造比作建造一座大廈的話，IC設計就是大廈的設計圖紙，EDA軟件就是這張圖紙的設計工具，只不過EDA軟件比建筑設計軟件的復雜度要高出N個數量級。

EDA是電子設計自動化（Electronics Design Automation）的簡稱，是在電子CAD技術基礎上發展起來的計算機輔助設計軟件系統，融合了應用電子技術、計算機技術、信息處理及智能化技術的最新成果，進行電子產品的自動設計。

利用EDA工具，電子設計師可以從概念、算法、協議等開始設計電子系統，并可以將電子產品從電路設計、性能分析到設計出IC版圖或PCB版圖的整個過程，在計算機上自動處理完成。EDA技術可以廣泛應用于電子、通信、航空航天、機械等多個領域。

圖/概倫電子IPO招股說明書

隨著芯片工藝要求的提升，制造難度越加復雜，一塊芯片的設計需要經過大量的精密且精確的計算。而人工設計耗時耗力準確性不高的特點逐漸顯現出來，EDA電子設計自動化便應運而生，它可以輔助設計者進行物理設計和功能設計，大量節約人力與時間成本，提高設計效率。

EDA工具的發展創新能很好地平抑芯片設計成本，提高芯片設計效率。EDA 工具的技術進步和應用推廣，能夠推動芯片設計成本保持在合理范圍。據UCSD教授Andrew的推測，2011 年一款消費級應用處理器芯片的設計成本約 4000 萬美元，如果不考慮 1993-2009 年 EDA 技術進步，相關設計成本可能高達 77 億美元，EDA 讓設計成本降低近 200 倍。同時，可重復使用的平臺模塊、異構并行處理器的應用、基于先進封裝集成技術的芯粒技術等驅動設計效率不斷提升，縮短設計周期，減少設計偏差，提高流片成功率。

圖/華大九天IPO招股說明書，賽迪智庫

然而，雖然EDA 是集成電路產業甚至是數字經濟的上游關鍵技術支撐，但它在整個集成電路生態中屬于"小而強"的存在。

圖/華大九天IPO招股說明書

2020 年全球 EDA 市場規模雖僅超過 70 億美元，卻支撐起 4000 億美元的集成電路產業， 支撐著數十萬億規模的數字經濟。一旦 EDA 出現問題，包括集成電路設計在內的全球集成電路產業必將受到重大影響，由 EDA 工具、集成電路、電子系統、數字經濟等構成的倒金字塔產業鏈結構穩定將面臨嚴峻挑戰。

三大寡頭壟斷的全球EDA市場

全球EDA市場呈現寡頭壟斷的局面，根據賽迪數據顯示，2019年中國EDA市場規模約為5.8億美元，僅占全球市場的5.6%。中國EDA廠商總營收不到4.2億元，規模只占全球市場份額的0.6%；中國EDA國產化率約為10%。

而國際市場上，2019年全球EDA市場為102.5億美元，EDA市場呈現寡頭壟斷的局面，主要由Synopsys，Cadence和Mentor三巨頭瓜分，國內EDA市場超過85%的份額也由三大廠商占據。

2020 年，新思科技（Synopsys）、楷登電子（Cadence）與西門子 EDA（原 Mentor Graphics） 作為目前僅有的擁有設計全流程 EDA 工具解決方案的企業，集中了全球超 77%的 EDA 工具市場。其他企業缺少布局設計全流程工具技術的綜合實力，在各自擅長的 領域開發面向特定流程或個別環節的工具瓜分剩余市場份額，Ansys 憑借熱分析、壓 電分析等優勢點工具，Keysight EEsof 憑借電磁仿真、射頻綜合等優勢點工具，獲得 市場第四、第五的位置。

圖/內圈至外圈分別為2018-2020年數據 數據來源：賽迪智庫集成電路研究所

對于EDA這樣一個在半導體上游領域擁有至關重要地位的領域，"卡脖子"的感覺是胃腸讓人難受的。沒有了美國的EDA，180nm/350nm以上的部分老工藝線可以用破解版或國產替代版繼續做，但亞微米級130nm/90nm開始，就很難離得開EDA正版授權了，到了22nm工藝以下，沒有美國的EDA可話可以說是寸步難行的。

圖/華大九天IPO招股說明書

同時，芯片EDA工具軟件與芯片代工廠具有高度的綁定關系，代工廠進行工業研發一般都會采用EDA軟件廠商免費提供的IP庫，隨著基礎IP的積累越來越多，直接導致代工廠發給客戶的設計數據包PDK都采用了三大巨頭的軟件。

由于PDK更新非常頻繁，尤其是新工藝，隨著各種測試片的反饋會不斷迭代，頭部代工廠采用的都是最新版本的EDA軟件，因此終端客戶必須采用最新的EDA版本。特別是每一顆SOC必不可少的接口類IP，均被三大巨頭所壟斷。

因此，EDA軟件的國產化替代勢在必行！

砥礪前行的國產EDA企業

EDA設計軟件危機其實并非第一次，早在20世紀80年代之前，巴黎統籌委員會對我國實施禁運，國外EDA無法進入中國，反而推動了我國EDA設計企業快速發展。

1988年開始啟動國產EDA工具熊貓系統， 1993年中國第一個自研EDA系統"熊貓"面世，國內單位踴躍使用，短時間內熊貓EDA便在近20家設計公司投入使用，完成近200個芯片品種，當時中國與世界領先水平的差距并沒有那么大，

1994年國外取消了對華禁運，因為依賴進口，EDA自主化進入沉寂期。

2008年，EDA軟件再度起航，先后成立了華大九天、芯愿景等企業，并成立核高基EDA重大專項。

而到2019年，中國EDA廠商逐步獲得了世界認可。但是目前，國產EDA市場份額仍然較低，但據中國半導體行業協會的數據，2019年中國大陸IC設計產業銷售規模已經突破3,000億元，IC設計企業數量已達到1,780家，中國大陸已經擁有了僅次于美國與中國臺灣的世界第三大規模IC設計產業。

下游應用產業的高速發展，為國產EDA企業成長提供了廣闊的空間。根據賽迪智庫給出了具體的數據，2020年我國EDA行業市場規模達到66.2億元，同比增長20％，成為全球EDA行業增速較快的區域市場。

圖/華大九天IPO招股說明書

雖然海外EDA巨頭在人才壁壘（強大的研發實力）、工藝壁壘（與先進工藝的結合）、產品壁壘（完備的產品線）等方面構筑了EDA產業壁壘，但本土EDA廠商已經在部分領域、部分環節，本土頭部廠商已經初步形成了局部競爭優勢，如概倫電子在SPICE建模領域，華大九天在模擬電路仿真領域都已具備一定優勢，假以時日，國內本土EDA廠商一定能夠實現從局部到核心的全面，從而讓卡脖子成為過去！

寫在最后：本土生態成破局關鍵

在當前的國際局勢下，本土EDA廠商與本土Fabless、Foundry之間已經建立了緊密的相互扶持的關系。從長期的視角看，在支持中國本土半導體產業走向高端化的過程中，相信國內頭部EDA廠商的技術與產品也將實現蛻變。

除了華大九天在面板領域的成功案例之外，近年來AI、5G、工業互聯網、汽車電子等行業在國內快速發展，中國未來有望在這些領域成為"標準"制定的參與者，這些領域的興旺也催生了很多尚未完全被海外EDA工具滿足的需求，這些都將為國內EDA廠商帶來新的機會。

EDA的"國產替代"不能跟芯片的國產替代相提并論，芯片的用戶是系統廠，最好的系統廠都在中國，可以幫助設計公司快速迭代產品，市場容量也夠大。但EDA的用戶群，最好的設計和制造公司都在海外，真正卡脖子的工具需要被先進工藝和設計迭代，這個不是靠錢能解決的，同時本土市場規模相對小得多，幾大領先EDA公司中國銷售占比都只占其全球收入10%左右，比主流芯片廠商在中國的比例要小得多。

唯有本土整個EDA生態都成長起來，本土EDA企業才能擁有足夠的成長空間！

大奧蕾之亂 http://www.cityruyi.com/lm-3/lm-1/4572.html