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。

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”

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”。

國產(chǎn)熊貓EDA

1978年，在廣西桂林召開了一個(gè)“數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)自動化”學(xué)術(shù)會，吸引了67個(gè)單位，140多名代表參加。 會議結(jié)束后，刊登了18篇文章，包括：自動邏輯、模擬技術(shù)、電路分析、排版布線、集成電路設(shè)計(jì)等多個(gè)方面。我國EDA事業(yè)從此開始。 但沒過多久，出口到我國的EDA軟件就遭受管制，無奈，只能自己研發(fā)。 1988年，國家動員了17個(gè)單位，200多名專家進(jìn)京共商大事，這件大事就是研發(fā)自己的EDA軟件系統(tǒng)。 1993年，中國第一款自主知識產(chǎn)權(quán) EDA工具問世，并被命名為“熊貓系統(tǒng)”，寓意 EDA 的珍貴且稀有。 “熊貓系統(tǒng)”獲得國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎，不僅填補(bǔ)了我國在EDA領(lǐng)域的空白，同時(shí)打破了國外的封鎖。

“熊貓系統(tǒng)”核心部分由 28 個(gè)設(shè)計(jì)工具組成，共 180 萬行代碼，具有集成電路設(shè)計(jì)所需要的行為功能級描述、版圖編輯、邏輯和電路模擬、測試碼生成、自動布局布線和版圖驗(yàn)證等功能。 很快熊貓軟件就被國內(nèi)芯片設(shè)計(jì)公司采用，安裝了55套系統(tǒng)，開發(fā)了200多種芯片，并建成了7個(gè)單元庫。 當(dāng)時(shí)的“熊貓系統(tǒng)”比三巨頭落后5年左右，但價(jià)格只有1/10，因此海外一些要求不高的芯片廠商也開始采用“熊貓系統(tǒng)”。 正當(dāng)熊貓軟件快速發(fā)展時(shí)，“禁令”被打破。于是EDA三巨頭紛紛進(jìn)入中國市場。很快，國內(nèi)設(shè)計(jì)公司、研究中心、科研院校開始放棄熊貓系統(tǒng)，轉(zhuǎn)而采用了新思科技的EDA軟件。 “禁令”一事被拋到九霄云外，“造不如買”的思想重新站上高地，國產(chǎn)熊貓系統(tǒng)迅速陷入了低谷。 在今后的10多年中，三巨頭攻城略地，兼并重組。而以熊貓系統(tǒng)為代表的國產(chǎn)EDA軟件則原地踏步，甚至不進(jìn)反退。失去了追趕三巨頭的絕佳機(jī)會。 ?

華大九天

2008年，EDA獲得國家支持，國產(chǎn)EDA的春天再度到來，而這個(gè)春天萌發(fā)的第一支新芽就是“華大九天”。 華大九天成立于2009年6月，由華大集團(tuán)和國投高科共同出資，專門從事EDA軟件開發(fā)和服務(wù)。 華大九天接管了熊貓系統(tǒng)的技術(shù)、團(tuán)隊(duì)、產(chǎn)品和市場，擁有了國內(nèi)最強(qiáng)的產(chǎn)品開發(fā)團(tuán)隊(duì)和眾多客戶群體。 經(jīng)過多年的研發(fā)，華大九天在液晶顯示領(lǐng)域成功突破，成為了全球唯一一個(gè)能夠在全流程 FPD（平板）設(shè)計(jì)解決方案的供應(yīng)商。 盡管華大九天在國內(nèi)是頂級的EDA軟件商，但拿到國際上只能算二流水平，與EDA三巨頭根本不可同日而語。 華大九天研發(fā)團(tuán)隊(duì)不足500人，三巨頭任何一家研發(fā)團(tuán)隊(duì)規(guī)模都比其多10倍以上。 在工藝方面，華大九天只有電路仿真支持5nm工藝，其余尚未支持16nm及以下先進(jìn)工藝。而三巨頭已經(jīng)全面支持3nm工藝了。 最現(xiàn)實(shí)的例子，國內(nèi)華為、聯(lián)想、紫光都采用了三巨頭的EDA軟件。其中，模擬/數(shù)?；旌闲酒O(shè)計(jì)一般采用鏗騰電子平臺，數(shù)字芯片設(shè)計(jì)一般采用新思科技平臺。 那么有網(wǎng)友問了，當(dāng)年熊貓和三巨頭差距僅有5年，如今繼承熊貓的華大九天就真的沒有任何亮點(diǎn)嗎？

華大九天在EDA中真正認(rèn)可的就是正向設(shè)計(jì)，當(dāng)然也主要是在模擬電路中，也就是常說的ALPS（模擬電路仿真）。在14nm及以上成熟工藝中和三巨頭水平相當(dāng)。 究其原因，因?yàn)槟M設(shè)計(jì)對軟件要求較低，但對設(shè)計(jì)工程師要求相對較高。所以華大九天就以模擬的電路仿真軟件為突破口，然后逐步過渡到模擬全流程、數(shù)字后端等軟件的發(fā)展。 華大九天未來只能從點(diǎn)突破，突破成功后，再向面擴(kuò)展。但由于大部分技術(shù)、專利被三巨頭壟斷，加之國內(nèi)人才稀缺，華大九天的突圍注定是艱難的。

寫到最后

“芯片之母”EDA是用來設(shè)計(jì)大規(guī)模集成電路的，也是整個(gè)芯片環(huán)節(jié)的第一步。如果沒有EDA，第一步都邁不出去，談何制造、應(yīng)用呢？ 當(dāng)年我國產(chǎn)的“熊貓系統(tǒng)”有望成為世界一流的EDA軟件，但中途自廢武功，原地踏步了15年，實(shí)在可惜。 如今繼承了熊貓系統(tǒng)技術(shù)、人才、市場的華大九天奮起直追，未來10年能否追平呢？

編輯：黃飛

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