國產(chǎn)EDA漫漫長征路：國際三大巨頭壟斷“吃肉”，華為14nm以上實(shí)現(xiàn)突破，借ChatGPT東風(fēng)翻身？
財(cái)聯(lián)社6月4日訊（編輯 宣林）ChatGPT概念股遭市場熱炒，業(yè)內(nèi)認(rèn)為，ChatGPT極度依賴算力，算力芯片復(fù)雜度和數(shù)量需求急劇上升，變相提升了EDA需求。另一方面，人工智能技術(shù)也可以優(yōu)化EDA工具，進(jìn)一步提升芯片設(shè)計(jì)的效率。
EDA是集成電路產(chǎn)業(yè)鏈最上游、最高端和最核心的產(chǎn)業(yè)，被稱為半導(dǎo)體行業(yè)的“七寸”，幾乎沉淀了整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中所有的核心技術(shù)問題，其涉及的芯片IC設(shè)計(jì)、布線、驗(yàn)證和仿真等方面都直接決定著集成電路的產(chǎn)業(yè)競爭力。目前全球EDA市場由新思科技（Synopsys）、鏗騰電子（Cadence）和西門子EDA三巨頭壟斷，2020年CR3高達(dá)近70%，而我國本土EDA企業(yè)在上世紀(jì)90年代曇花一現(xiàn)后迅速衰落，直到2008年后華大九天、概倫電子、廣立微、芯華章等從三巨頭業(yè)務(wù)鏈的“縫隙中”切入市場，再次推動EDA國產(chǎn)化。
好消息是，華為不久前宣布已基本實(shí)現(xiàn)14nm以上EDA工具國產(chǎn)化，2023年將完成對其全面驗(yàn)證。華為被美國列入實(shí)體清單后，遭三大海外EDA巨頭斷供，此后一直試圖聯(lián)合國內(nèi)相關(guān)廠商共同推動EDA的國產(chǎn)化。市場人士表示，雖然不確定華為合縱連橫所構(gòu)建的14nm以下國產(chǎn)EDA軟件生態(tài)究竟競爭力如何，但中國EDA產(chǎn)業(yè)無疑正在進(jìn)入新的篇章。
▌EDA——半導(dǎo)體皇冠上的明珠、數(shù)字經(jīng)濟(jì)基石 高研發(fā)投入+穩(wěn)固生態(tài)聯(lián)盟造就行業(yè)巨頭
EDA有著“芯片之母”稱號，一個(gè)完整的集成電路設(shè)計(jì)和制造流程主要包括工藝平臺開發(fā)、集成電路設(shè)計(jì)和集成電路制造三個(gè)階段，三個(gè)設(shè)計(jì)與制造的主要階段均需要對應(yīng)的EDA工具作為支撐。
根據(jù)ESD Alliance 數(shù)據(jù)，2016年至2021年全球EDA市場規(guī)模從85.23億美元增長至132.75億美元，復(fù)合增長率9.27%。Verified Market Research數(shù)據(jù)顯示，2028年全球EDA市場規(guī)模有望達(dá)到215.6億美元。盡管相較于千億美元以上規(guī)模的集成電路產(chǎn)業(yè)，EDA市場規(guī)模微不足道，但卻必不可少，杠桿效應(yīng)明顯。根據(jù)SEMI數(shù)據(jù)，2021年132億美元的EDA市場支撐著年產(chǎn)值幾百億美元的IC設(shè)備行業(yè)、年產(chǎn)值幾千億美元的IC制造行業(yè)、年產(chǎn)值幾萬億美元的電子產(chǎn)業(yè)、以及年產(chǎn)值幾十萬億美元的數(shù)字經(jīng)濟(jì)。EDA是這條倒金字塔型產(chǎn)業(yè)鏈的基石，是集成電路、電子信息、乃至全球數(shù)字經(jīng)濟(jì)的賦能者。
全球EDA行業(yè)參與者分為三級競爭梯隊(duì)。第三梯隊(duì)企業(yè)聚焦于某些特定領(lǐng)域或用途的點(diǎn)工具，整體規(guī)模和產(chǎn)品完整度與前兩大梯隊(duì)的企業(yè)存在明顯差距。國產(chǎn)廠商華大九天在部分領(lǐng)域擁有全流程工具，處于第二梯隊(duì)。而擁有完整、全流程產(chǎn)品的Synopsys、Cadence和Siemens EDA屬于第一梯隊(duì)，2020年CR3達(dá)69.54%，壟斷市場。
高壟斷的背后是高企的壁壘——持續(xù)高強(qiáng)度的研發(fā)投入和上下游協(xié)同的生態(tài)聯(lián)盟。
研發(fā)投入方面，隨著半導(dǎo)體行業(yè)迅速更新迭代，三大巨頭不斷推出領(lǐng)先技術(shù)引領(lǐng)EDA行業(yè)發(fā)展，如Synopsys近年陸續(xù)推出業(yè)界最快的仿真系統(tǒng)ZeBu Server-4；Cadence發(fā)布功能驗(yàn)證領(lǐng)域突破性產(chǎn)品Palladium Z1；Mentor Graphics不斷更新其占全球領(lǐng)先地位的PCB設(shè)計(jì)解決方案。三大巨頭每年的研發(fā)費(fèi)用率基本保持在30%以上的水平，2021年Synopsys和Cadence的研發(fā)費(fèi)用率分別高達(dá)35.80%和37.95%。
另一大壁壘是芯片設(shè)計(jì)廠商、EDA廠商和芯片制造廠商之間的鐵三角關(guān)系。隨著工藝及制程的升級，芯片的設(shè)計(jì)成本呈現(xiàn)非線性增長態(tài)勢，三方更傾向于保持穩(wěn)定的合作關(guān)系以將各類不確定性以及流片的風(fēng)險(xiǎn)降至最低。頭部廠商們在過去三十年里積累了大量的合作經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)IP，形成了極其穩(wěn)定，且聯(lián)系相當(dāng)密切的生態(tài)聯(lián)盟。同時(shí)整個(gè)芯片產(chǎn)業(yè)設(shè)計(jì)、制造及應(yīng)用產(chǎn)業(yè)鏈的持續(xù)發(fā)展由上述鐵三角關(guān)系緊密配合、共同推進(jìn)，單一參與者短期內(nèi)難以對行業(yè)格局變化產(chǎn)生決定性影響。
不過，芯片設(shè)計(jì)涉及的流程、種類和工藝的復(fù)雜多樣性導(dǎo)致EDA細(xì)分工具眾多，除生態(tài)壁壘外，不同細(xì)分領(lǐng)域的技術(shù)壁壘同樣較高。對于頭部公司來說，難以在短期內(nèi)同時(shí)覆蓋諸多細(xì)分領(lǐng)域，這使得初創(chuàng)公司能夠通過差異化競爭進(jìn)入EDA行業(yè)，同時(shí)為國產(chǎn)廠商提供了發(fā)展的契機(jī)。
▌三大巨頭強(qiáng)勢并購 國產(chǎn)EDA“夾縫”求生 ChatGPT或提供翻身資本
與大眾印象不同的是，中國EDA產(chǎn)業(yè)起步非常早。80年代，因巴黎統(tǒng)籌委員會禁止向中國銷售先進(jìn)電子CAD軟件，中國正式啟動EDA國產(chǎn)化工程，1993年開發(fā)出“熊貓系統(tǒng)”。熊貓EDA一經(jīng)面世，短時(shí)間內(nèi)就被裝至20家設(shè)計(jì)公司，完成近200個(gè)芯片品種，但好景不長，1994年“巴統(tǒng)”禁令取消后，海外EDA三巨頭大舉進(jìn)入中國市場，向熊貓系統(tǒng)祭出了一套“組合拳”。
當(dāng)時(shí)熊貓EDA匹配華晶，局限于模擬芯片，門類太少，溢價(jià)能力弱，并且極其缺乏IP，增值服務(wù)幾乎沒有。國際巨頭們專門針對熊貓系統(tǒng)的強(qiáng)勢環(huán)節(jié)提供免費(fèi)工具，同時(shí)又在熊貓覆蓋不到，或相對較薄弱的其他環(huán)節(jié)提高收費(fèi)，定向狙擊國內(nèi)EDA企業(yè)。另一方面，巨頭們在對學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)的覆蓋上，進(jìn)行無償捐贈，提出共建實(shí)驗(yàn)室，從高校開始培養(yǎng)整個(gè)行業(yè)的使用習(xí)慣，占領(lǐng)用戶心智。熊貓系統(tǒng)在多重夾擊下，被迫離開內(nèi)地市場，轉(zhuǎn)向中國香港、中國臺灣，甚至一度遠(yuǎn)走美國。中國EDA產(chǎn)業(yè)在市場競爭中學(xué)到了第一課， “免費(fèi)的才是最貴的” 。
直到2008年4月，國家科技重大專項(xiàng)“核心電子器件、高端通用芯片及基礎(chǔ)軟件產(chǎn)品”實(shí)施方案經(jīng)國務(wù)院常務(wù)會議審議并原則通過，EDA行業(yè)作為國家十六個(gè)科技重大專項(xiàng)之一再次獲得政策鼓勵(lì)和扶持。華大九天、概倫電子、廣立微電子、國微集團(tuán)和芯和半導(dǎo)體等國產(chǎn)公司開始進(jìn)入市場的主流視野。
EDA企業(yè)擴(kuò)張的核心手段是收購和并購，公司依靠技術(shù)與資本的雙重力量，在擴(kuò)充產(chǎn)品線的同時(shí)將潛在的挑戰(zhàn)者“扼殺”在萌芽狀態(tài)。此時(shí)國際巨頭們已經(jīng)通過大量并購優(yōu)秀EDA點(diǎn)工具廠商實(shí)現(xiàn)了EDA全流程覆蓋。Cadence于1989年收購Verilog，成功解決了復(fù)雜度帶來的芯片性能驗(yàn)證問題；2001年收購Silicon Perspective，將1C布局工具和S1分析工具收入囊中；2002年收購1BM硬件仿真業(yè)務(wù)，真正占領(lǐng)硬件仿真高地，一度成為行業(yè)霸主。而Synopsys在2002年以8.3億美元收購Avanti，讓公司成為了EDA歷史上第一家可以提供頂級前后端完整1C設(shè)計(jì)方案的領(lǐng)先EDA工具商，幾次關(guān)鍵并購后完成了對Cadence的超越。
國產(chǎn)EDA廠商只能在三巨頭業(yè)務(wù)鏈的縫隙中尋找突破口。華大九天選擇了模擬電路仿真軟件，它將芯片領(lǐng)域的全流程設(shè)計(jì)支持技術(shù)遷移到液晶面板設(shè)計(jì)全流程，這個(gè)技術(shù)轉(zhuǎn)移正好伴隨中國液晶面板的崛起從而占領(lǐng)市場，進(jìn)而幫助華大九天繼續(xù)打開了模擬電路全流程設(shè)計(jì)的窗口。其他如概倫電子在SPICE建模工具及噪聲測試系統(tǒng)方面技術(shù)處于領(lǐng)先地位，廣立微在良率分析和工藝檢測的測試機(jī)方面具有明顯優(yōu)勢。2020年，華大九天在國內(nèi)EDA市場以4.5%的市占率排名第四，已經(jīng)超過另外兩大海外大廠Ansys和Keysight。
對于華為3月底宣布基本實(shí)現(xiàn)了14nm以上EDA工具的國產(chǎn)化的消息，有市場人士表示令人振奮，但也表示中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)本身還有很長的路要走，突破了14nm制程工具的國產(chǎn)化，其實(shí)只是剛剛開始這場追趕國際先進(jìn)水平的長征，就像徐直軍在誓師大會上所說，雄關(guān)漫道真如鐵，而今邁步從頭越。
不過，也有分析人士表示，以ChatGPT為首的AI大模型橫空出世后，國產(chǎn)EDA似乎有打 “翻身仗”的資本。隨著未來算力提升，AI賦能下的EDA軟件將顛覆傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式，或許能迫使國內(nèi)外EDA企業(yè)重新站到同一起跑線前。在摩爾定律停滯的大背景下，chiplet等新技術(shù)所帶來的“敏捷驗(yàn)證”、“快速迭代”、“方法整合”等新需求，也帶給國產(chǎn)EDA軟件更多機(jī)遇。
