国产EDA软件如何突围

 

文章大纲

• 国内EDA产业情况

  ·国内EDA公司概览

  ·国内EDA公司竞争优势

• IC产业链

  ·IDM

  ·Fabless

• EDA产业链部分相关上市公司

EDA

国内EDA产业情况

 

EDA市场供应商高度集中，现在的EDA产业主要由Cadence、Synopsys和西门子旗下的Mentor Graphics垄断。在中国市场，EDA销售额的95%由以上三家瓜分，剩余的5%还有部分被Ansys等其它外国公司占据，给华大九天、芯禾科技等国产EDA公司留下了极少的份额，且后者在工具的完整性方面与三强相比，有明显的差距。而EDA的重要性不言而喻，一旦EDA受制于人，整个芯片软件产业的发展都可能停摆，发展国产EDA迫在眉睫。

 

国内EDA公司概览

 

国内从上世纪八十年代中后期开始，就投入到EDA产业的研发当中。国内为了更好发展集成电路产业，在1986年开始研发我国自有的集成电路计算机辅助设计系统——熊猫系统，并在攻坚多年之后，于1993年国产首套EDA熊猫系统问世。之后的国内EDA发展曲折而缓慢。

 

因各种因素影响，国产EDA产业没有取得实质性成功，但在这个过程中，国内已经出现多个EDA厂商萌芽。据相关资料显示，在2008年，国内从事EDA研究领域涌现了华大电子、华天中汇、芯愿景、爱克赛利、圣景微、技业思、广立微和讯美等公司。之后十年发展，华大九天、芯禾科技、广立微、博达微等几个企业从国产EDA阵型中展露生机。

国内EDA企业难以提供全流程产品，但在部分细分领域具有优势，个别点工具功能强大。

DAC是全球领先的技术性大会和电子设计自动化商展，被公认为电子系统设计和自动化的首要会议。2011年首次在DAC大会的展览出现中国大陆公司——概伦电子；2012年华大九天首次亮相；2017年博达微科技也出现在DAC大会；2018年广立微电子、芯禾科技首次参展；在刚刚结束的2019DAC大会上，华大九天、概伦电子、广立微电子、芯禾科技四家本土企业参展，向世界展示了其优势技术。

 

除企业外，清华大学计算机系EDA研究室和复旦大学专用集成电路与系统国家重点实验室也在从事EDA研究。

 

国内EDA公司竞争优势

 

华大九天

北京华大九天软件有限公司成立于2009年6月，前身是华大集团EDA部门，为中国电子信息产业集团（CEC）旗下集成电路业务板块二级企业，集成电路设计自动化（EDA）软件及硅知识产权（IP）提供商。于2018年1月完成第一轮融资，国中创投领投，投资额过亿；于2018年9月完成新一轮融资，国家集成电路产业投资基金领投。

 

华大九天承载了熊猫系统的技术，在EDA和IP方面拥有多年的积累，现在的他们能够提供数模混合/全定制IC设计、平板（FPD）全流程设计及高端SoC数字后端优化方向的EDA解决方案，拥有多项全球独创的领先技术。尤其是在FPD领域，华大九天更是成为全球唯一的能够提供全流程FPD设计解决方案的供应商，获得了大部分知名面板厂的市场份额。其他围绕EDA提供的相关服务包括IP设计服务及晶圆制造工程服务。

据华大九天董事长刘伟平所述，华大九天的成果主要体现在三方面。首先，华大九天有一套完整的模拟电路（或者说全定制电路）设计平台。刘伟平表示，华大九天的模拟设计平台上电路仿真模拟工具（Spice）性能非常出色，甚至优于比三巨头的工具。

 

第二，华大九天为SoC设计提供优化工具平台。不像在模拟与混合信 领域有全流程工具，华大九天的数字电路工具尚不完整，不过华大九天可以提供优化平台，为用户设计完成时序与功耗优化，该平台国内市场占有率有80%。

 

第三，华大九天有显示器面板的全流程设计工具。“面板要用薄膜晶体管来控制每个像素的工作状态，所以面板是一个大的晶体管阵列结构形态，有点像存储器的结构，这个市场比较特殊，全世界就华大九天专门针对这个市场做了全流程工具。京东方、华星光电、熊猫、彩虹、天马、惠科，还有维信诺，以及群创、友达等都是华大九天客户。”

 

华大九天在第七届中国电子信息博览会(CITE)上凭借面向OLED新型显示设计的全流程EDA系统斩获―中国电子信息博览会金奖‖。在2019年DAC大会上，华大九天面向全球业界伙伴隆重呈现以Empyrean ALPS-GT?、Empyrean Qualib?-AI为代表的多项突破性EDA成果。

 

芯禾科技

芯禾科技成立于2010年，天使轮投资方为海博创投；A轮融资额为2000万元，领投方为海博创投；B轮融资额为4000万元，领投方为中芯聚源。

 

据公司官 介绍，他们能为半导体芯片设计公司和系统厂商提供差异化的软件产品和芯片小型化解决方案，包括高速数字设计、IC封装设计、和射频模拟混合信 设计等。这些产品和方案可以应用到智能手机、平板电脑和可穿戴等移动设备上，也可以应用到高速数据通信设备上。

由全球电子技术领域的领先媒体集团ASPENCORE举办的―2019中国IC设计成就奖―将年度技术突破EDA公司颁给了苏州芯禾电子科技有限公司。在DAC2019上，芯禾科技演示了公司最新开发的5G解决方案。该方案使SoC、RFIC、封装及电路板设计人员能够利用他们的差异化技术构建更好的5G系统。

 

广立微电子

 

该公司专业从事集成电路成品率提升服务和EDA软件开发。广立微已经可以提供基于测试芯片的软、硬件系统产品以及整体解决方案，帮助工程师实现高效测试芯片自动设计、高速电学测试和智能数据分析，同时还能为晶圆代工厂的新工艺制程研发提供整合性的技术服务，包括从早期设计、中后期量产时的可寻址测试结构，直到yield ramp阶段基于产品版图的测试芯片，帮助提高IC设计的可制造性、性能、成品率并缩短产品上市时间。

 

2018年广立微电子携公司电学性能监控系统和成品率提升的相关软、硬件产品首次亮相DAC，并在之后的一年里继续发力，公司在产品及市场方面逐步蓄势发力，技术蓝图越发清晰，再次亮相DAC 2019。

北京博达微科技

以SPICE Model参数提取著称的北京博达微则致力于提供高速、高频和高可靠性集成电路EDA解决方案和相关的设计支持服务。公司可以提供的业务范围含括器件模型、PDK、标准单元库相关EDA工具和设计服务和半导体器件量测系统。能够针对高端设计公司和代工厂提供一站式的设计支持服务和完整的设计评估和加固技术服务解决方案。

 

由全球电子技术领域的领先媒体集团ASPENCORE举办的―2019中国IC设计成就奖―将年度创新EDA公司颁给了北京博达微科技有限公司。

 

另外，专注于SPICE的概伦电子、从事TCAD的珂晶达与擅长仿真研发的创联智软等公司，都是国产EDA领域的一些力量。他们也都正在为国产的EDA崛起而努力。

 

概伦电子

概伦电子成立于2010年，致力于提升先进半导体工艺下高端集成电路设计的竞争力，提供世界领先水平、创新的集成电路设计解决方案，是国内公司难得的几乎全部产线均可做到的世界级公司。概伦电子在Spice Model领域一直是行业的领导者，全球拥有超过100多家客户，几乎覆盖了全部的主流代工厂和设计公司。2010年后发展的大容量和快速仿真器产品具有很大的竞争力。它的噪声标准也被作为业界”黄金标准”。

 

其产品发展方向包括新一代大规模高精度仿真及设计验证平台、针对纳米级制造技术的半导体器件建模库平台及测试验证系统等。技术包括被作为业界”黄金标准”的SPICE建模工具BSIMProPlus和低频噪声测试系统、业界独创的千兆级SPICE仿真器NanoSpice Giga和电路与工艺互动设计平台MEPro等。

在今年的DAC大会，一直致力于“联动设计与制造”的概伦电子介绍了业界领先的电路仿真器针对大规模存储器设计和后仿模拟电路高精度高速仿真难题的最新进展，并展示在业界占据绝对优势的SPICE建模、低频噪声测量解决方案和工艺平台及模型评估套件。

 

天津蓝海微科技

天津蓝海微科技有限公司从事专业化的EDA软件服务与EDA工具定制化开发业务。公司团队具有深厚的EDA技术背景，深刻理解IC设计当前存在的难点问题，提供强有力的技术解决方案。公司创始团队具有近20年的EDA开发、市场和运营经验，在寄生参数提取、版图验证、OpenAccess平台软件开发、PDK开发与自动生成等多个领域具有独到的技术优势。

成都奥卡思微电科技

成都奥卡思微电科技有限公司自2016年1月成立于硅谷，2017年12月推出AVE自动化验证工具软件（已开放两款逻辑验证产品，多项预研中），公司是由三位硅谷中国博士创立，现在落地于成都高新园区。主要业务为集成电路设计自动化系统(EDA)软件的研发和销售；集成电路芯片设计、技术开发、技术服务、技术转让。

 

国内EDA产业短板

 

产品不齐全

目前国内EDA企业面对的第一个短板就是产品不够全，尤其在数字电路方面。

 

SOC设计主流程的EDA工具数量中，来自Synopsys与Cadence公司的占有大部分，尤其是时序和功耗检查以及定制设计两步，完全由上述两家垄断，国产EDA在许多工具上仍有缺失。

传统EDA公司在数据端，收集数据测试上通常没有布局，而本土EDA企业的优势定位在于：广立微电子在良率优化端的软件和测试机；在数据端，博达微的快速参数测试方案；在仿真输入端，中国公司具有很强的主导性；在仿真端，华大九天和概伦电子实力强劲；在后端，芯禾具有完整的解决方案和竞争力。

 

虽然在局部形成了突破，但在像物理验证、综合实力方面离主流差距还是很大，国内EDA厂商还―没有能力全面支撑产业发展‖，总体上还是很难离开三大巨头公司的平台。

 

以华大九天为例，单独评估集成电路产业所需的EDA工具，华大九天已有的产品线占集成电路所需工具的三分之一左右，另外还有三分之二目前是空白。

 

国内EDA研发崛起策略：

一、，目标定位整套EDA工具，国内各厂多样化合作，在研发上加大投入，积极扩展待开发领域，满足下游设计和制造领域的多样化需求；

二、在现有从数据到模型再到仿真的一个完整闭环,并在机器学习、算法、数据挖掘上国内技术和国外并无太大差距的基础上，可以利用数据驱动设计绕开传统大公司的限制，这是实现本土EDA崛起又一策略。

人才短缺、投入不足

我国约有1500人的EDA软件开发工程师，但在本土EDA公司和研究单位工作的工程师只有300人左右，其他大部分都是在三大巨头工作。而放大到全球，对比于Synopsys 7000多的研发人员（当中有5000多从事EDA的研发），这个差距更是明显。在研发投入上面，国产EDA与三巨头相比也差距明显。据半导体行业观察资料显示，本土EDA企业龙头华大九天，过去十年间所投研发资金也只有几个亿，而Synopsys2018近一年的研发投入约为10.8亿美元，Cadence 2018年的研发投入约为8.7亿美元。

 

市场培育较难，市场拓展周期较长

目前，EDA市场被三巨头垄断，国产EDA生存环境十分狭小，即使能够研发出全套的EDA工具，在短期内也难以与三巨头企业的产品抗衡。国产EDA缺乏市场，反作用于EDA的研发，造成恶性循环。目前国际环境存在不确定性，美国对中国高新技术产业的限制仍在继续，这给我国的IC产业带来了巨大挑战，但同时也面临着新的机遇。国产EDA公司化危为机，市场生态迎头赶上，是实现国产化替代、产业自主可控的重要一步。

 

缺乏与先进工艺的结合

EDA是设计和工艺对接的纽带，而国内EDA厂商与先进工艺结合比较弱。一方面，三大EDA公司有天然优势，在新工艺开发阶段与全球领先的晶圆制造厂进行全方位合作，因此对工艺理解很到位。国内EDA厂商只能在工艺开发完以后拿到部分数据，无法接触到先进工艺的核心部分，难以针对先进工艺设计、改良EDA软件，造成与三巨头的客观差距。另一方面，国内在PDK方面不足，对国产EDA发展不利。EDA工具与工艺结合的重要支撑是工艺设计套件（PDK），PDK开发非常复杂，需要较大投入，目前国内EDA厂商都比较缺乏PDK基础，这与中国整个半导体生态不够成熟直接相关，需要半导体行业整体的进步。解决与国产EDA与先进工艺方面结合缺失的问题，既需要国内晶圆厂提高自身的制造技术，又需要EDA企业加强和国际先进晶圆厂的合作。打造本土EDA全方位竞争力，需要产业链各界的共同努力。

EDA

IC产业链

 

半导体行业包括集成电路、敏感器件、光电子器件、分立元件等，其中集成电路占比超过80%，集成电路又分为IC设计、晶圆制造及加工、封测三个环节，EDA为集成电路的上游支撑行业。

半导体芯片企业按照运作模式的差别，可分为IDM企业、IC设计企业（Fabless）、晶圆制造代工企业（Foundry）、封装测试企业（Package&Testing House）。

 

IDM（Integrated Device Manufacture）

 

早期的集成电路以IDM模式为主，也称为垂直集成模式，特点是集芯片设计、芯片制造、芯片封装和测试等多个产业链环节于一身，目前全球半导体前20大厂商中大部分仍为IDM厂商，包括三星、TI、英特尔等公司。

 

垂直集成模式相比于垂直分工模式来说，设计、制造等环节能够协同优化，有助于充分发掘技术潜力，尽可能地扩大产能、降低成本，有条件率先实验并推行新的半导体技术。

 

但另一方面IDM对企业要求更大：公司规模庞大重资产，管理成本、运营费用较高，风险更大；公司需要不断的提升工艺制程技术，研发投入高，中国本土IDM公司相对国外IDM巨头处于起步阶段。

Fabless

随着集成电路制程节点的缩小，制造技术难度成倍增加，能跟随工艺发展的制造厂商越来越少，Fabless模式应运而生。Fabless模式下，IC设计企业只负责芯片的电路设计与销售，将生产、测试、封装等环节外包，主要企业包括联发科、博通等。

 

Fabless模式大大降低了IC行业的进入门槛，初始投资规模小，创业难度相对较低，充分体现了专业化分工的优势，因此被大部分集成电路设计企业采用，目前国内IC设计公司大多数都采用了Fabless模式。

 

但Fabless与IDM相比无法实现工艺协同优化，难以完成指标严苛的设计；与Foundry相比需要承担各种市场风险，一旦失误可能万劫不复。由于Fabless公司有相对轻资产的发展属性，中国本土Fabless公司相对本土IDM公司已经发展到具有一定技术和市场领先性。

Foundry

Foundry模式专注代工生产，只负责制造、封装或测试的其中一个环节，不负责芯片设计，可以同时为多家设计公司提供服务。晶圆制造及加工是芯片制造的核心工艺，，此处的设备投资非常庞大，能占到全部设备投资的70%以上。封测就是封装+测试。目的是把做好的集成电路放到保护壳中，防止损坏、腐蚀。

 

Foundry模式不承担由于市场调研不准、产品设计缺陷等决策风险，能够发挥规模优势。但投资规模较大，维持生产线正常运作费用较高；需要持续投入维持工艺水平，一旦落后追赶难度较大。虽然是重资产类型公司，但是由于芯片产业链不可获取的实现环节，因此，国内近年在此领域也是通过各种形式加大投入建设力度，已经涌现出具有一定竞争力的本土厂商。

 

 

参考资料来自：东兴证券、驭势资本研究所

 

– THE END –

 

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