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数字经济产业的基石,国产突围势在必行
myegg
2022-05-09 14:55:28

EDA(电子设计自动化 Electronic design automation)是指利用计算机辅助来完成超大规模集成电路芯片的功能设计、综合、验证、物理设计等流程的软件工具。作为芯片产业链最上游、最高端的部分,驱动着芯片设计、制造和终端应用的发展。


 


在EDA出现以前,由于当时的集成电路复杂度远不及现在,设计人员必须手工完成集成电路的设计、布线等工作。但根据摩尔定律,集成电路上可容纳的晶体管数目约每隔18-24个月便会增加一倍,由于芯片产品一经制造就无法更改,其设计的复杂度和高昂的制造和研发费用决定了需要通过EDA进行虚拟的设计、模拟和仿真,EDA工具在此过程中可用于:

 

1)降低设计风险。芯片设计本身具有风险,需要大量验证流程和工作, EDA能够将复杂物理问题用量化模型高度精确表述,在虚拟软件中模拟电路过程,再现芯片开发过程中的各种效应,从而发现潜在设计缺陷和风险;

 

2)减少试错成本。EDA 能够确保在逻辑功能正确的前提下,模拟和分析得出特定半导体工艺在各种条件下性能、功耗、成本等的最优解, 解决多目标约束问题,减少试错成本;

 

3)验证模型一致性,确保多个设计环节中芯片保持逻辑功能一致。

 

因此,EDA 工具技术的进步和应用一直都是推动芯片设计成本保持在合理范围的重要方式。

 

EDA工具可分为IC设计软件、电子电路设计与仿真工具、PCB 设计软件、PLD 设计工具等。IC设计软件涵盖了设计输入、逻辑综合、布局布线、物理验证、模拟电路仿真器等子工具;电子电路设计与仿真工具主要是帮助设计人员通过模拟电路设计进行分析和改进优化;PCB设计软件用于画板级电路图、布局布线和仿真;PLD 设计工具是一种由用户根据需要自行构造逻辑功能的数字集成电路。


 


根据 SEMI 的数据,2020 年全球EDA市场规模为 114.67 亿美元。同比增速为 11.62%,2012-2020 年复合增速为7.28%。虽然相对于千亿美元以上规模的集成电路产业,EDA 市场规模相对较小,但 EDA 是整个集成电路产业的根基。


 


经过多年的发展整合,全球 EDA 行业呈现较为明显的寡头垄断特征,根据赛迪智库数据,2020 年行业前三大巨头新思科技 (Synopsys)、铿腾电子(Cadence)与西门子 EDA(原 Mentor Graphics)占据全球约 77.7% 的市场份额。我国自主 EDA 软件虽然发展较早,但由于受到西方禁运、特定时期没有受到足够的支持等因素,发展历程曲折而缓慢,国产 EDA 厂商市场占比仍然较小。

 

技术壁垒、研发周期和资金壁垒是形成高垄断的主因。

 

1)技术壁垒:根据摩尔定律,半导体行业更新迭代迅速,EDA 工具也需要不断更新升级以跟上产业发展。而且 EDA 软件和工艺绑定,工艺每更新一次EDA就要同步更新,因此要求进入者需拥有先进的技术设备、大批具有专业知识的研发人员以及丰富的研发经验。新进入者面临高昂的进入成本和技术壁垒。

 

2)客户认证要求高、周期长:芯片设计和制造企业倾向于平台化的EDA 采购,行业巨头 Synopsys 和 Cadence 通过多年的战略并购从技术层面覆盖了全平台,囊括前端设计、前端仿真/验证、后端设计、后端仿真/验证、流片等,实现全流程覆盖。因此,目前绝大多数芯片公司采购的都是基于 Synopsys 和 Cadence 的 PDK 工具包。


3)资金壁垒:EDA 软件的持续开发迭代需要大量的资金投入,吸引大量的人才。此外,业内企业在发展壮大的过程中,往往采取兼并收购的方式,具有很高的资金壁垒。

 

目前,国产 EDA 软件在产品工艺、技术分析等细分领域具有优势,相关功能已与国际成熟产品接近,个别点工具功能强大,已经拥有多项 EDA 软件技术、工具和特定领域的全流程设计。不过,目前还难以提供全流程的EDA产品,无法和海外厂商全套的芯片设计 EDA 解决方案竞争,导致国内下游用户在使用 EDA 软件时不得不依赖于海外厂商。

 

在中国市场,海外巨头高度垄断,国内企业份额较低。2018-2020 年我国 EDA 市场销售额分别为44.9、55.2、66.2 亿元,而2018- 2020年国产 EDA 工具销售额分别为3.4、6.0、9.1 亿元,占比较小。国内企业方面,主要 EDA 厂商有概伦电子、华大九天、芯愿景、芯禾科技、广立微电子、博达微电子、蓝海微科技、奥卡思微电子等。

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