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工業軟件專題報告 gds是什么意思

知識百科生活經驗

（報告出品方/作者：華創證券）
一、EDA 行業簡介EDA（Electronic Design Automation）是指利用計算機軟件完成集成電路的設計、仿真、驗證等流程的設計方式 。EDA 工具作為集成電路領域的基礎工具 ，  廣泛應用于集成電路設計、制造、封裝和測試等環節 ， 實現電路設計、版圖設計、版圖驗證、性能分析等工作的計算機自動處理 。
（一）EDA 行業根植在集成電路產業之上
集成電路市場規模大 ， 數字芯片為主流：隨著消費電子產品市場滲透率不斷提高 ， 集成電路行業市場日趨成熟 ， 尤其在近年來以 5G、物聯網、人工智能等新興應用場景的推動下 ， 全球集成電路市場規模平穩增長 。
集成電路可以大致分為數字芯片和模擬芯片：數字電路集成電路是處理數字信號的器件；而模擬集成電路是處理和提供模擬信號的器件 。

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EDA 行業市場規模穩定增長 ， 我國 EDA 市場仍有較大空間 。EDA 行業與集成電路行業 息息相關 ， 隨著集成電路市場規模的擴大 EDA 行業市場規模穩步上升 。我國 EDA 行業 發展滯后 ， 按照 2020 年全球 EDA 市場規模相對于集成電路市場規模的比例測算 ， 對應于我國集成電路市場的 EDA 行業規模應為 158 億元 ， 實際上僅為 66 億元 。
國內 EDA 市場規模偏小的主要原因有：
1） EDA 產值和集成電路設計工作相關 ， 國內設計產值占比可能偏低；
2） 國內軟件行業整體的正版化率不足 ， 也會導致產值不及預期；
中國 EDA 市場有兩大向上動力：
1） 隨著中國國產半導體行業的成長 ， 國內設計產值 ， 設計公司 ， 設計人員預計均將有較 大幅度的提升 ， 市場天花板打開；
2） 國內軟件正版化 ， 包括監管環境的改善也能提升國內 EDA 的購買金額；
（二）行業競爭格局穩定 ， 美國三巨頭壟斷全球市場份額
EDA 行業格局穩定 ， 市場集中度較高：行業內部公司分為三梯隊 ， 第一梯隊的 Synopsys、 Cadence 和 Siemens EDA 擁有較完整的全流程產品 ， 壟斷了全球超過 70%的市場份額 ，  收入規模及產品完整度遠超后兩梯隊的企業 。
三家公司各自在其擅長的領域不斷深耕：正是由于三家公司針對芯片設計流程的不同環 節各有優勢 ， 使得 EDA 行業格局長期保持“三足鼎立”的穩定局面 。
Synopsys（新思科技）：擁有最全面的產品線 ， 優勢產品在于數字芯片設計、邏輯 綜合等相關工具 ， 如公司的邏輯綜合工具 Design Compiler、靜態時序分析工具 Prime Time、調試工具 verdi 等 。
Cadence（楷登電子）：由 SDA Systems 和 ECAD 兩家公司合并而來 ， EDA 行業中 位居第二 ， 優勢產品在于模擬芯片設計相關工具 。
Mentor Graphics：2017 年被西門子收購 ， 優勢產品在于 DFT 和 PCB 設計等環節 ，  如公司的 Calibre Signoff 和 DFT 等產品 。
國內市場由第一梯隊三家企業占據主導地位：2020 年國內 EDA 市場銷售額中 80%歸屬 三巨頭 ， 本土企業中 ， 華大九天占國內 EDA 市場份額的 6% ， 成為國內第四大 EDA 工具 企業 。
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國內 EDA 公司在部分環節有所突破 ， 但尚未形成全流程產品覆蓋：目前國內 EDA 企業 數量約 30 家 ， 成立時間多在 2010 年之后 ， 提供的 EDA 工具以點工具為主 ， 其中不乏一 些已經具備競爭優勢的產品 。
（三）EDA 行業子領域眾多 ， 產品鏈條長
EDA工具的市場不是一個統一的市場 ， 而是由芯片設計中眾多環節所需的功能組合而來 。不同環節完成相應的算法 ， 需要特定功能的軟件工具 ， 所有工具組合起來形成一套 EDA 工具體系 。因此所謂的 EDA 大市場 ， 實質上由數個功能軟件小市場組成 。
1、數字集成電路設計流程
數字芯片設計通常使用硬件描述語言或高級建模語言來描述電路邏輯 ， 邏輯綜合后將硬件語言轉化為門級的網表 ， 經過進一步驗證和布局布線后 ， 進行物理版圖驗證 ， 產生 GDSII 文件用于工業制造 。
2、模擬集成電路設計流程
模擬集成電路設計涉及到復雜的信號環境 ， 需要大量人工干預決定取舍 ， 且集成度相對較低 ， 其設計的自動化程度要低于數字集成電路 。設計者定義功能后進行算法的驗證 ，  對電路應用仿真模擬進行驗證 ， 一旦通過驗證即進行電路的版圖設計 ， 版圖經過物理驗 證后再次進行仿真模擬和驗證后就可進入制造階段 。
二、EDA 行業競爭的三要素：可靠性、速度和生態（一）可靠性：芯片全流程巨大的 NRE 成本決定了可靠性是核心競爭力
EDA 工具的可靠性指的是使用 EDA 工具本身是否準確 ， 是否能保證 BUG 風險點全覆蓋 ，  若 EDA 工具本身包含一定的 BUG ， 最終可能造成設計結果就是錯誤的 。
直接損失：隨著芯片制程技術發展 ， 從設計到流片的開發成本快速增長 ， 下圖展示了隨 著芯片的一次性開發成本 ， 一直隨著工藝的進步指數級增長 ， 28nm 時的一次成本已經達 到 160 萬美元 ， 據稱 7nm 的一次性成本可能高達數千萬美元 。如果一次試驗流片失敗 ，  那么意味著這次試驗的直接成本很大程度上完全損失 ， 直接損失成本已經是一個天文數 字 ， 甚至可能造成一些小公司瀕臨破產 。
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間接損失：由于流片的成本昂貴 ， 芯片開發周期長 ， 間接損失將比直接損失更多 ， 更復 雜 ， 主要的間接損失有：1）工期延誤造成的團隊人力損失；2）晚進入市場損失 。
以三家代表性的 Fabless 公司在 2020 年研發支出的情況進行測算 ， 若由于 EDA 工具的問 題 ， 導致設計周期延長 3 個月（一次流片失敗典型需要排查問題的時間） ， 對于模擬芯 片設計 ， 百人團隊損失的成本約為 1500 萬元~2000 萬元；對于數字芯片設計 ， 三百人團 隊損失的成本約為 5000 萬元~6000 萬元 。
更重要的損失是工期延誤造成晚進入市場的損失 ， 這可能造成的結果是丟失份額 ， 甚至直接丟失客戶 ， 這樣的損失雖然較難估算 ， 但毫無疑問是客戶無法承擔的 。
因此 ， 所有 EDA 公司的核心競爭力 ， 都是能夠讓客戶信服自己的產品是穩定可靠的 ， 不 會因為軟件本身的算法缺陷或其他 BUG 造成流片失敗 。小公司對 EDA 造成失敗損失承受能力更差 ， 因此小公司在必須正版的約束下更愿意為海外 EDA 巨頭 支付高昂的軟件成本 。
而對于大公司 ， 其對可靠性愿意支付更高的成本且自身人力資源充沛 ， 近年興起在部分 工序采取兩套工具鏈并行推進交叉驗證的做法 ， 主力團隊用 A 廠商的工具鏈完成全套開發工作 ， 同時一小部分人用 B 廠商工具鏈在部分工序交叉驗證 ， 力保部分高危工序不出錯 。這一最新流行的開發理念不僅擴大的 EDA 市場的總需求 ， 也給了國產廠商可以突破的機會 。
（二）速度：減少芯片設計時間 ， 降低 Fabless 公司研發人力成本
芯片設計的 Fabless 公司的主要成本項是人 ， 而人員的工作效率 ， 也是由軟件和工具直接決定的 。提效性的衡量因素主要為 EDA 工具的計算速度和操作便捷度 ， 計算速度越快 ，  越易于操作 ， 工具的提效程度越高 。最終節約的是公司整體人力成本：
1）IP 模塊復用可以很大程度提升設計速度 。在美國 ， EDA 廠商是提供 IP 資源的渠道之 一 ， IP 將芯片設計中常用的復雜功能設計為可修改參數的模塊 ， 從而避免重復勞動 ， 大大減輕工程師的負擔 ， Fabless 通過獲得 IP 授權來縮短芯片設計時間 。
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2）操作便捷度來源于用戶使用習慣 ， 即更換新工具的潛在時間成本 。工業軟件具有特殊 用途 ， 是對實際工程技術的模型化和代碼化 ， 用戶一旦掌握了某項工具軟件 ， 則會長期使用 ， 工具之間的轉換有一定的學習時間成本 。
3）軟件本身的算法 ， 包括對多核并行架構的優化 ， 也能決定軟件運行的速度 ， 部分國內 廠商在數字 EDA 領域的突圍思路就是用簡化算法大幅度壓縮工程計算時間 。
（三）生態：完整工具鏈以及和 IDM 廠商的生態合作
EDA 供應商內部產品生態：EDA 工具眾多 ， 且不同環節的輸入輸出格式有所差別 ， 客戶往往會選擇一家廠商提供自己需要的全部工具 ， 并依靠 EDA 廠商的 FAE 提供服務解決流程流暢性 。
EDA 三巨頭通過并購方式完善產品生態 。三家頭部公司正是在不斷并購中成長為行業巨 頭 ， 三十年間三家公司并購事件近 300 次 。
EDA 公司高度依賴外部合作生態 ， 在產業鏈合作中不斷迭代產品 。EDA 工具的更新迭代 依賴于產業鏈 ， Foundry 晶圓制造廠將自身工藝的相關參數開發為 PDK ， 每進行一次工藝的更新 ， 就需要開發一套 PDK 交由 EDA 供應商開發新的軟件版本 。作為軟件供應方 ，  EDA 公司也需要對軟件使用方 Fabless 的需求保持快速的響應 。因此 ， EDA 供應商需要 與 Foundry 晶圓制造廠及 Fabless 設計商進行密切溝通合作 。
三、國內 EDA 行業的現狀及機會（一）國產 EDA 發展滯后 ， 但已培養出有亮點的產品
國產 EDA 受到重視 ， 已經初步具備發展國產 EDA 工具的環境 。EDA 工具成為美國遏制我國芯片產業發展的一大武器 ， 國內對于發展國產 EDA 的重視度提升 。政策上 ， 國家對芯片設計的流片補貼等力度加大 ， 并牽引建立產學研合作生態 ， 資本不斷涌入相關企業 。多重利好因素下 ， 國內 EDA 行業獲得快速發展 ，  國內 EDA 廠商數量和融資情況明顯改善 。
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（二）華大九天為國產 EDA 龍頭公司
【工業軟件專題報告 gds是什么意思】公司目前為國內 EDA 絕對龍頭 。華大九天成立于 2009 年 ， 是國內最早從事 EDA 工具研發的公司之一 ， 經過十幾年發展 ，  目前已經成為國內規模最大、產品線最完整 ， 綜合實力最強的國產 EDA 企業 。
公司的商業模式為“授權+服務”模式 ， 通過銷售 EDA 產品獲得授權費 ， 并提供集成電 路設計和制造領域的相關技術服務 ， 收取服務費 。
公司的核心優勢：公司具備國內覆蓋流程最廣的產品 ， 產品實力得到業務認可 。公司的 EDA 工具覆蓋了模擬電路設計全流程 EDA 工具系統、數字電路設計 EDA 工具、平板顯 示電路設計全流程 EDA 工具系統和晶圓制造 EDA 工具等 ， 其中 ， 模擬電路設計和平板 電路設計 EDA 的部分工具達到國際領先水平 。
（三）國產 EDA 的潛在發展機遇
人工智能技術與 EDA 行業雙向推動 。一方面 ， 人工智能的芯片和算法成為各行各業取得 進步的關鍵 ， 對于人工智能芯片的需求推動 EDA 廠商創新工具功能 ， 在新的需求下建立 新的合作生態；另一方面 ， 將人工智能技術應用于 EDA 工具中 ， 處理芯片設計中的數據 和計算 ， 可以有效提高芯片設計效率 ， 縮短芯片設計周期 ， 降低 Fabless 公司的時間成本 和人力成本 。
我國在新一代信息技術上的優勢為在新起點上發展 EDA 創造條件 。在以人工智能技術 為引領的科技變革中 ， 中國與其他國家在相同起點上 ， 且已經具備領先優勢 。借助于我 國在新技術上的優勢 ， 國內 EDA 供應商有望加快趕超步伐 。
云計算與 EDA 工具結合成為降本提效的重要方法 。隨著芯片設計工藝的規模越來越大 ，  對于服務器的要求也在加大 ， 在芯片設計流程的前期和中期 ， 服務器資源可控 ， 但到項目后期 ， 針對全芯片的仿真和物理驗證等階段對于計算資源的消耗巨大 。
對于大公司 ， 采取的應對是讓不同項目組錯開使用巔峰 ， 來提高計算資源的利用效 率 ， 但實踐上由于工期的不可控性 ， 甚至可能會發生不同項目組同時達峰的情況 ，  這樣會導致緊缺的計算資源讓項目延期 ， 進一步惡化工期增加成本；
對于小公司 ， 如果追求以最快的速度推出產品 ， 難免需要購買先進的大型計算系統 ，  而一次性高額 capex 對小公司現金流就顯得更是雪上加霜 。此時 ， 云計算按需付費 ，  可靈活擴容計算資源池的特點就對小公司顯得特別有吸引力 。
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EDA 上云對國產 EDA 公司是一個機會 ， 當前國內云計算涉及到牌照 ， 云數據安全等 一系列的要求 。國產 EDA 公司做本土的 EDA 云能更快地推出產品并做好本地服務 。
國產 EDA 生態環境向好發展 。在市場需求、人才培養和產業鏈生態的共同支持下 ， 國內 EDA 生態的建立初步具備較好土壤 。
市場需求生態：我國是電子設備的生產和消費大國 ， 芯片設計行業市場需求旺盛 。
人才培養生態：在政策和資金支持下 ， 我國 EDA 行業的流失人才逐漸回歸國內 EDA 廠商 ， 同時 ， 國內產學研協作力度加大 ， 公司與高校和科研院所聯系緊密 ， 有利于 國內人才的培養和輸送 。
產業鏈生態： 我國芯片設計公司數量眾多 ， 晶圓制造工藝不斷提升 ， 下游廠商的發 展為建立國產 EDA 協同生態創造良好的條件 。
在 EDA 國產化的背景下 ， 我國國內的 EDA 廠商具備較大的國產化空間 。
四、風險提示國內 EDA 軟件廠商發展不及預期；
行業競爭激烈 ， 造成盈利問題 。
（本文僅供參考 ， 不代表我們的任何投資建議 。如需使用相關信息 ， 請參閱報告原文 。）
精選報告來源：【未來智庫官網】 。
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