在“華為事件”的刺激下，“卡脖子”之痛很難隱去。在中美關系緊張的局勢下，中國半導體產業(yè)正處于如劍在喉的不確定處境。

EDA軟件在全球不過區(qū)區(qū)100億美元的產值，卻主宰著將4500億美元的全球半導體市場。一旦EDA受制于人，如同如劍在喉，整個芯片軟件發(fā)展都將會擺停。

這便是來自“芯片之母”的魅力，體量不大，容易被人忽視?？梢坏┑搅岁P鍵時刻，就會變成致命的武器。

整理 | 機器之能

數據顯示，2019年全球EDA軟件市場規(guī)模103億美元。對于4500 億美元的全球半導體市場而言不值得一提。但如果缺少EDA，全球所有的芯片設計公司都將停擺，由此可見EDA的重要性。

當前，EDA市場份額被國外三大EDA巨頭，Synopsys、Cadence和被西門子收購的Mentor Graphics緊緊掌握著，這三大“龍頭”占據全球EDA市場的份額超過60%。

再將EDA市場進一步聚焦可見，2018年，中國以華大九天、廣立微、芯禾科技為首的10余家EDA公司銷售額約3.5億元，只占到全球市場份額的0.8%。全球視野下的國內份額與巨頭份額形成巨大反差。

更讓人捉摸不透的是，國外三大EDA巨頭在國內的銷售額占據95%，而留給國內EDA企業(yè)的份額僅有不到5%。為何會產生如此大的差距，又該如何補齊？

一

位居芯片產業(yè)寶座

EDA究竟有多重要？一句話概括，EDA是芯片之母，是芯片產業(yè)皇冠上的明珠。

這句話聽起來有點虛，簡而言之，EDA的重要性可以理解為，EDA是集成電路產業(yè)鏈里極其重要的關鍵環(huán)節(jié)，芯片設計離不開EDA。

為什么芯片設計必須要EDA軟件？一般而言，軟件、互聯(lián)網產品可以先有雛形，再逐步迭代優(yōu)化，更換成本較低。而芯片產品只要制造出來就不可更改，需要用到EDA軟件進行虛擬的設計、模擬、仿真，就像在米粒上刻畫航空母艦模型。這樣一來，方便在真實產線上流片生產的時候一次性成功，從而減少設計成本和時間成本。

芯片產業(yè)鏈及芯片設計程

然而，EDA并不是單純只指一種軟件或者某種程序，而是指利用輔助設計軟件來完成集成電路設計中的一系列工作，又稱電子設計自動化。如果將EDA按照芯片設計的不同流程劃分，具體用到的EDA工具類型又可分為功能設計、布局、驗證、仿真模擬等。

芯片設計流程有多個步驟，從寫代碼開始到最終交給代工廠生產的版圖，涉及到Verilog代碼、前仿真、后端設計、驗證、后仿真等步驟。

與工具軟件不同的是，一般用到的工具軟件更新需要新算法、新邏輯的支持，而EDA軟件是基于工藝參數的，只要工藝參數更新，EDA就要更新一次。鑒于這一點，芯片EDA工具軟件最大的特點是，與芯片代工廠高度綁定。

芯片設計過程需要代工廠提供工藝設計工具包，稱之為PDK，里面包含器件信息、工藝信息和驗證文件等。當芯片代工廠開發(fā)新工藝時，EDA軟件廠商就需要獲得代工廠新工藝的PDK工具包，基于PDK工具包開發(fā)新版本的軟件。

要做好EDA這門生意，不僅要與芯片代工廠密切聯(lián)系，還需要牽涉諸多精細化且復雜的設計流程。而這門生意被三大美國EDA巨頭（Synopsys、Cadence和西門子旗下的MentorGraphics）牢牢掌握著，中國在這一塊的布局甚是少，且起步晚。

在當前如此緊張的中美關系下，面對芯片設計如此重要的環(huán)節(jié)，如果一旦受制于人，相當于扼住了中國的所有牽涉高端芯片產業(yè)的咽喉。

現在中國在這一塊的布局又手握著多大的籌碼呢？

二

巨頭瓜分國內市場，僅剩不到5%

根據 ESD Alliance 數據，2019 年全球 EDA 軟件市場規(guī)模為 105 億美元，同比增長 8.3%。全球大部分 EDA 軟件市場被美國三大EDA巨頭占據，全球市場份額超過 64%。而這三大EDA巨頭在中國的市場份額更是超過95%。

令人尷尬的是，留給中國的市場份額就僅剩不到5%，部分被Ansys等其它外國公司占據，留給華大九天、芯愿景、芯禾科技等國產EDA公司的就僅剩極少份額。

中國EDA產業(yè)的發(fā)展可用“起得早卻趕了個晚集”來形容。國內EDA產業(yè)發(fā)展始于上世紀八十年代中后期，1994 年之前，“巴黎統(tǒng)籌委員會”對中國實施禁運管制，國內無法買到國外的 EDA 軟件工具，倒逼國內自主研發(fā) EDA 工具。

國內于1986年開始研發(fā)國產首款EDA熊貓系統(tǒng)，1991年熊貓系統(tǒng)原型發(fā)布，打破國內設計軟件空缺的狀態(tài)，直到1993 年該系統(tǒng)正式問世。當時熊貓系統(tǒng)與國外的商業(yè)EDA軟件相比，差距僅有五年左右。

好景不長，1994年“巴統(tǒng)”解散，國外EDA公司迅速進入中國市場。最先進入國內市場的EDA巨頭是Cadence公司，是EDA行業(yè)銷售排名第二的公司，在1988年由SDA與ECAD兩家公司兼并而成。Cadence于1994年在京參加亞洲電子設計自動化及測試研討展覽會，不久便宣布成立北京辦事處。

緊接著第二年，Synopsys（新思）公司也宣布在北京成立辦事處。Synopsys僅次于Cadence，于1995年進入中國市場。

當時國內重心在快速發(fā)展集成電路產業(yè)，無暇顧及自主化設計軟件。在“造不如買”思維的驅使下，大多國內企業(yè)依賴國外EDA企業(yè)的技術與工具。據了解，在Synopsys北京辦事處成立之前，北京集成電路設計中心、華晶半導體公司、電子部54所、清華大學、復旦大學等均已采用了Synopsys的產品和技術。

轉眼之間，國內EDA市場發(fā)生巨大的變化。受限于市場、技術等方面的因素，留給國產EDA生存環(huán)境十分狹小，即使能夠研發(fā)出全套的EDA工具，在短期內也難以與三巨頭企業(yè)的產品抗衡。這一窘境導致國內公司（華為、聯(lián)想等）在使用EDA軟件時不得不依賴國外廠商。

國內公司所用EDA軟件基本情況，圖片來自東興證券研究所

例如，華為用的是Synopsys的HAPS（專為ASIC/SOC設計者提供的高性能、高容量的基于FPGA的原型驗證板）、以及Cadence的Allegro（先進PCB設計布線工具）以及Mentor Graphics的DxDesigner（前端管理工具）。

聯(lián)想用的是Cadence的Allegro以及Mentor Graphics的PADS（制作PCB板的軟件）。

三巨頭基本都能提供全套的芯片設計EAD解決方案。例如Synopsys的產品線相對全面，其優(yōu)勢產品包括數字前端、數字后端和PTsignoff。Synopsys有壟斷市場90%的TCAD器件仿真和壟斷50%的DFM工藝仿真。

芯片設計部分流程使用的三大EDA廠商工具

Cadence產品涵蓋電子設計的整個流程，包括系統(tǒng)級設計、功能驗證、集成電路綜合及布局布線、IC物理 驗證、模擬混合信號及射頻集成電路設計、全定制集成電路設計、PCCE設計和硬件仿真建模等。Mentor Graphic在后端布局布線、PCB方面比較有優(yōu)勢。

據方正證券提供的數據顯示，2018年，Synopsys全球EDA市場占比達到32.10%；Cadence次之，占比為22.00%；Mentor Graphic占比為10%。

對比來看，國內EDA企業(yè)與三巨頭差距甚遠。2018年，中國以華大九天、廣立微、芯禾科技為首的10余家EDA公司銷售額約3.5億元，只占到全球市場份額的0.8%。2018年，我國EDA軟件市場份額約為5億美元左右，中國EDA企業(yè)僅占5%左右，競爭力較弱。

三

巨大差距如何彌補？

國內EDA產業(yè)發(fā)展并非一蹶不振。2008年，國家“核高基”重大科技專項正式進入實施階段，EDA領域得到國家的支持，催生出華大九天、芯愿景、廣立微、芯禾科技、概倫電子等企業(yè)。

本土EDA企業(yè)龍頭華大九天也正是在這個時候抓住契機，脫穎而出。2009年中國華大集成電路設計集團，與國投高科技共同投資，將華大的EDA部門獨立出來，成為獨立法人公司。

就算如此，國內EDA企業(yè)與國外三巨頭仍然拉開一大段距離，包括技術、工藝等方面。國內IC設計廠商都會謹慎選擇國內EDA企業(yè)，一旦未能流片成功，或者是良率很低甚至無法工作，給IC設計廠商留下的損失是巨大的。

面對國內廠商這塊難題，顯然國外EDA廠商占據天然的優(yōu)勢。三大EDA公司在新工藝開發(fā)階段與全球領先的晶圓制造廠進行全方位合作，因此對工藝理解很到位。國內EDA廠商只能在工藝開發(fā)完以后拿到部分數據，無法接觸到先進工藝的核心部分，難以針對先進工藝設計、改良EDA軟件，拉開巨大差距。

國信證券認為，國產EDA差距與國外的差距體現在三個方面。

一是缺少數字芯片設計的核心工具模塊，無法支撐數字芯片全流程設計。

二是對先進工藝支撐不夠，暫未進入先進代工廠的聯(lián)盟。

三是缺乏制造及測試EDA系統(tǒng)，無法支持集成電路封測的應用需求。

以數字電路為例，在SOC設計主流程的EDA工具中，大多來自Synopsys與Cadence公司，尤其是時序和功耗檢查以及定制設計兩步，完全由這兩家壟斷，國產EDA在許多工具上仍有缺失。

以華大九天為例，單獨評估集成電路產業(yè)所需的EDA工具，華大九天已有的產品線占集成電路所需工具的三分之一左右，另有三分之二是空白。

再者，在研發(fā)投入上的差距明顯。據半導體行業(yè)觀察資料顯示，華大九天，過去十年間所投研發(fā)資金也只有幾個億，而Synopsys2018近一年的研發(fā)投入約為10.8億美元，Cadence2018年的研發(fā)投入約為8.7億美元。

具體在人數上，我國約有1500人的EDA軟件開發(fā)工程師，但在本土EDA公司和研究單位工作的工程師只有300人左右，其他大部分都是在三大巨頭工作。

縱觀半導體產業(yè)發(fā)展幾十年，可以清晰看到歐美政府對EDA產業(yè)提供的長期、持久的支持，政策、資金投入以及人才應有盡有。而國內EDA產業(yè)如要實現突圍，絕不是僅靠一時半會真金白銀就能夠砸出來的，這需要長期且持久的投入。在這之前，頂層設計是必不可少的一環(huán)。

至于如何做，成為國內EDA企業(yè)突圍的關鍵。正視“差距”，放大中國的“后發(fā)優(yōu)勢”。破局的關鍵恰好是中國代工廠。

截至2019年，中國擁有全球頭部的IC設計公司以及全球最多的代工廠，2019年中國大陸光晶圓廠達到86 座。只有EDA軟件、IC設計公司和代工廠一起合力，才能實現國產真正突破。最關鍵的，仍是離不開EDA企業(yè)自身的硬核能力，只有不斷提升其軟件的能力才能夠在EDA市場占領一席之地。