芯片设计EDA行业研究：思美国EDA强盛之路，看国产EDA星火燎原

（报告出品方/作者：东吴证券，王紫敬）

1.EDA是“半导体皇冠上的明珠”

1.1. EDA 是用于 IC 设计生产的工业软件

EDA 是用来辅助超大规模集成电路设计生产的工业软件。EDA 全称是电子设计自 动化（Electronic Design Automation），是指用于辅助完成超大规模集成电路芯片设计、 制造、封装、测试整个流程的计算机软件。随着芯片设计的复杂程度不断提升，基于先 进工艺节点的集成电路规模可达到数十亿个半导体器件，不借助 EDA 已经无法完成芯 片设计。EDA 与产业链结合愈加紧密，已经成为提高设计效率、加速技术进步的关键推 手。

EDA 几乎涉及集成电路的各个方面。在设计生产流程方面，EDA 被应用在芯片系 统的设计、制造、封装、测试全流程，涉及给芯片设计公司使用的设计类软件和给晶圆 厂使用的晶圆制造软件等。从电子系统层级上看，EDA 包括芯片、多芯片模块和印制电 路（PCB）板多个层级。

EDA 杠杆效应、经济效应显著。根据 ESD Alliance 和 WSTS 数据，2020 年全球 EDA 市场规模仅为 115 亿美元，却撬动着 4404 亿美元市场规模的半导体行业。一旦 EDA 这一产业链基础出现问题，整个集成电路产业都会受到重大影响，EDA 行业也是 最容易被外国“卡脖子”的关键领域。此外，EDA 对于节省芯片设计成本有着举足轻重 的作用。根据加州大学圣迭戈分校 Andrew Kahng 教授在 2013 年的推测，2011 年设计 一款消费级应用处理器芯片的成本约 4,000 万美元，如果不考虑 1993 年至 2009 年的 EDA 技术进步，相关设计成本可能高达 77 亿美元，EDA 技术进步让设计效率提升近 200 倍。以新思科技（Synopsys）2021 年 8 月推出的 EDA 设计平台 DSO.ai 为例，通过 引入人工智能，芯片设计中不需要去完整模拟无数次可能的布局，可以让芯片设计在研 发成本上减半，研发时间甚至也可以从 24 个月减少到 2 周。

1.2. EDA 的分类

针对不同种类芯片，EDA 有不同的工具。集成电路芯片（Integrated Circuit Chip， 简称 IC）从结构上可以分为数字 IC、模拟 IC 和数模混合 IC。数字 IC 指用于传递、加 工、处理数字信号（0 或 1 的非连续信号）的 IC。模拟 IC 指处理连续性的光、声音、 速度、温度等自然模拟信号的 IC。数模混合 IC 指同时包含模拟电路部分和数字电路部 分的 IC。数模混合 IC 中通常模拟电路是核心，数字电路用来控制模拟电路实现特定的 算法。在 IC 设计部分，EDA 软件主要有模拟 IC 和数字 IC 的两大类设计软件。

从设计步骤上芯片设计分为前端设计和后端设计。前端设计和后端设计并没有统一 严格的界限，根据具体公司和产品会略有不同。一般来讲用设计的电路实现想法就是前 端设计；将设计的电路制造出来，在工艺上实现想法就是后端设计。这就好比修盖房屋， 建筑设计图就属于前端设计，设计出房子的外部造型和内部结构；建筑施工图属于后端 设计，细化到建筑施工的步骤、方法和材料的用量、选择。

从设计维度上芯片设计可以分为五个层级。设计类 EDA 工具根据设计方法学的不 同，按照设计层级自上而下，可进一步细分为行为级、系统级、RTL 级、门级、晶体管 级 EDA 工具。各层级 EDA 工具的仿真和验证精度依次提升、速度依次降低，其拟实现 的目标和应用场景也有所不同。例如高层级的系统和行为级仿真和验证主要适用于产品 设计早期的原型验证，评估产品原型的性能和功能；最底层的晶体管级仿真和验证则主 要决定了最终产品的性能和良率。针对于大规模集成电路，设计方法往往从系统和行为 级设计开始，逐层设计、仿真、验证和实现，并输出可以交付制造的晶体管级版图信息。

数字芯片和模拟芯片设计流程有很大不同。数字 IC 设计主要在抽象级别上完成， 不需要关注门/晶体管级放置和路由的细节，对设计人员经验要求相对较低。模拟 IC 设 计通常涉及每个电路的个性化特点，甚至涉及每个晶体管的大小和细节，设计和验证更 为复杂，对设计人员经验要求更高。

从设计自动化程度上芯片设计又可以分为全定制、半定制设计，全定制主要用于模 拟芯片，半定制用于数字芯片。全定制设计是指基于晶体管级，所有器件和互连版图都 用手工生成的方法。这种设计的很多工作要由人工完成，不便于直接利用现存电路的成 果，设计周期较长，成本也高。全定制设计多用于模拟 IC 和数模混合 IC。半定制设计 是基于门阵列和标准单元的，按用户所需功能，把成熟的、已优化的单元连接起来。半 定制设计成本低、周期短、芯片利用率低，适合于小批量、速度快的生产，多用于数字 IC。

正因为数字芯片在抽象级别上完成，且对自动化程度要求更高，因此数字IC类EDA 工具的技术门槛更高。

1.3. EDA 的历史：从 CAD 到 EDA

第一阶段：计算机辅助设计（CAD）时代。在集成电路应用的早期阶段，集成电路 集成度较低，设计、布线等工作由设计人员手工完成。20 世纪 70 年代中期开始，随着 芯片集成度的提高，设计人员开始尝试将整个设计工程自动化，使用计算机辅助设计 （CAD）进行晶体管级版图设计、PCB 布局布线、设计规则检查、门级电路模拟和测试 等流程。

第二阶段：计算机辅助工程（CAED）时代。1980 年卡弗尔·米德和琳·康维发表 的论文《超大规模集成电路系统导论》提出了通过编程语言来进行芯片设计，是电子设 计自动化发展的重要标志。EDA 工具也在这个时期开始走向商业化，全球 EDA 技术领 导厂商新思科技（Synopsys）、楷登电子（Cadence）、西门子 EDA（2017 年收购的 MentorGraphics）分别于 1986 年、1988 年和 1981 年在美国成立。

第三阶段：电子设计自动化（EDA）时代。20 世纪 90 年代以后芯片集成度的不断 提高和可编程逻辑器件的广泛应用给 EDA 技术提出了更高的要求，也促进了 EDA 设计 工具的普及和发展，出现了以高级语言描述、系统级仿真和综合技术为特征的 EDA 技 术。

第四阶段：现代 EDA 时代。21 世纪以来，EDA 工具快速发展，并已贯穿集成电路 设计、制造、封测的全部环节。对于上亿乃至上百亿个晶体管规模的芯片设计，EDA 工 具保证了各阶段、各层次设计过程的准确性，降低了设计成本、缩短了设计周期、提高 了设计效率，是集成电路产业产能、性能进步的源头，EDA 工具的发展加速了集成电路 产业的技术革新。同时伴随着智能手机、4G/5G、物联网等技术的发展，射频 EDA 软件 迎来了发展的黄金阶段。（报告来源：未来智库）

1.4. EDA 的未来：与先进技术结合

后摩尔时代技术演进驱动 EDA 技术应用延伸拓展。后摩尔时代的集成电路技术演 进方向主要包括延续摩尔定律、扩展摩尔定律以及超越摩尔定律三类，主要发展目标涵 盖了建立在摩尔定律基础上的生产工艺特征尺寸的进一步微缩、以增加系统集成的多重 功能为目标的芯片功能多样化发展，以及通过三维封装、系统级封装等方式实现器件功 能的融合和产品的多样化。其中，面向延续摩尔定律方向，单芯片的集成规模呈现爆发 性增长，为 EDA 工具的设计效率提出了更高的要求。面向扩展摩尔定律方向，伴随逻 辑、模拟、存储等功能被叠加到同一芯片，EDA 工具需具备对复杂功能设计的更强支撑 能力。面向超越摩尔定律方向，新工艺、新材料、新器件等的应用要求 EDA 工具的发 展在仿真、验证等关键环节实现方法学的创新。

后摩尔时代系统设计是 EDA 技术变化方向。在原有摩尔定律定义下，芯片性能提 升主要来自工艺和架构，但工艺制程提升接近极限，摩尔定律显著放缓。在此背景下， 汽车、人工智能等领域的大型公司都开始定制自己的片上新系统，将其认定为自己差异 化竞争的关键因素。因此，对于 EDA 厂商来说，把定位从芯片设计转换到基于软硬件 协同的系统级设计是未来重要发展方向。

AI 和云技术促使 EDA 更加智能化和自动化。AI 智能化的目标是从现有的 EDA 使 用过程中大幅减少芯片架构探索、设计、布局布线等重复性、低创造性工作的人力占比， 利用 AI 算法进行自动架构探索、设计生成和物理设计。随着芯片设计复杂度的提升， 数据量和计算量直线上升，云技术的使用使得 EDA 软件能够具有弹性计算、安全储存、 快速更新等功能，从而满足大数据量和计算量下的更高使用要求。

平台化和服务化。现有 EDA 是“工具和 IP 集合包”，未来有望发展为 EDA 平台， EDA 平台化将更加方便设计、制造、测试、封装上下游产业链相互沟通，共享资源。同 时 EDA 平台有望链接不同的设计、制造等厂商的横向链接，促进生态建设。虽然智能 化不断提升，但仍需要人工支持提供服务，服务平台的构建可以提供专业的咨询和设计 服务以及相关定制服务，从而满足个性化的需求。

2.全球EDA市场寡头垄断，国产EDA市场快速增长

2.1. 全球 EDA 市场平稳发展，三大巨头垄断

2020 年全球 EDA 市场规模为 115 亿美元，已经进入平稳发展期。根据 ESDAlliance 数据，2020 年全球 EDA 市场规模为 115 亿美元，2010-2020 年 10 年复合增速为 8%。 根据 Verified Market Research 数据，2028 年全球 EDA 市场规模有望达到 215.6 亿美元， 2020-2028 年 8 年复合增速为 8.21%。总体来看，全球 EDA 市场增速已经较为平稳。

数字 IC 为 EDA 市场主要构成部分。从下游芯片市场情况来看，数字芯片占据大部 分市场份额，根据 WSTS 数据，2020 年数字芯片市场规模达到 3055.68 亿美元，占整体 集成电路市场的 84.59%。受下游需求的影响，数字 IC 构成了 EDA 市场的主要部分， 根据 ESD Alliance 数据，2019 年数字全流程 EDA 业务规模达到 36.04 亿美元，占总体 市场的 52.8%。

全球 EDA 企业按照业务水平可以大致分为三个梯队。第一梯队由 Synopsys、 Cadence、Siemens EDA 三家国际知名 EDA 企业组成。该类企业业务遍布全球，科研实 力雄厚，有全流程 EDA 产品，在部分领域处于领先地位，2020 年收入规模达到 10-40 亿美元。第二梯队以 ANSYS、Silvaco、Aldec Inc.、华大九天等为代表，该类企业拥有 特定领域全流程 EDA 产品，在局部领域技术较为领先，2020 年收入规模处于 0.5-5 亿 美元区间。第三梯队以 Altium、Concept Engineering、概伦电子、广立微、思尔芯、 DownStream Technologies 等为代表，该类企业在 EDA 上的布局主要以点工具为主，缺 少 EDA 特定领域全流程产品，2020 年收入规模低于 0.5 亿美元。

三大巨头垄断全球 EDA 市场。根据 ESD Alliance 和前瞻产业研究院数据，新思科 技（Synopsys）、楷登电子（Cadence）与西门子 EDA（2016 年收购的 Mentor Graphics） 三大寡头 2020 年全球 EDA 市场营收份额占比约为 70%。三大巨头是全球仅有的拥有设 计全流程 EDA 工具解决方案的企业，其他企业缺少布局设计全流程工具技术的实力。

其中，Synopsys(新思科技，美国)一直致力于复杂芯片系统(SoCs)的开发。Synopsys 的逻辑综合工具 DC(design compiler)和时序分析工具 PT(Prime Time)在全球 EDA 市场认 可度较高。Cadence(楷登电子科技，美国)产品涵盖了电子设计的整个流程。全球知名半 导体与电子系统公司均将 Cadence 软件作为其全球设计的标准。Mentor Graphics(明导国 际，2016 年被德国西门子收购)工具虽没有前两家全面，但在某些领域，如 PCB（印刷 电路板）设计工具等方面有可圈可点的独到之处。

全球 EDA 第一厂商 Synopsys（新思科技)。新思科技成立于 1986 年，在 2008 年成 为全球营收排名第一的 EDA 软件厂商。2020 年新思科技营收为 36.85 亿美元，归母净利润为 6.63 亿美元，2020 年在全球 EDA 市场的营收份额为 32%。新思科技产品线最为 全面，是全球唯一一家覆盖了从硅的生产制造、芯片测试、到设计全流程的 EDA 公司， 公司产品优势体现在数字前端、数字后端和验证测试等环节。

曾经的霸主 Cadence（楷登电子）。Cadence 在 1988 年由 SDA 与 ECAD 两家公司 兼并而成，Cadence 通过一系列收并购，在 1992 年成为 EDA 行业营收第一名的霸主， 但在 2008 年被 Synopsys 超越，2020 年营收为 26.83 亿美元，归母净利润为 5.91 亿美 元。Cadence 的优势在于模拟和混合信号的定制化电路和版图设计。

Mentor Graphics(明导国际，2016 年被德国西门子收购)。Mentor Graphics 于 1981 年成立，20 世纪 90 年代遇到经营困境，产品研发落后于行业竞争对手，大量长期客户 流失，难以与其他两家公司竞争，直到 1994 年公司组织结构大调整后，才重新崛起。 Mentor Graphics 2016 年被西门子收购，不再单独披露相关财务数据，2016 年营收为 12.82 亿美元，归母净利润为 1.55 亿美元。Mentor Graphics 在物理验证和 PCB 领域优势明显。

2.2. 中国 EDA 市场增长迅速，国产化率极低

与国际市场相比，中国 EDA 市场规模增速更快。根据赛迪智库数据，2018 年，我 国 EDA 市场总销售额为 44.9 亿元，而到 2020 年我国 EDA 市场销售额已经达到 66.2 亿 元，2 年复合增速为 21.42%，远高于全球市场营收规模 2018-2020 年 2 年 9%的复合增 速。

中国 EDA 市场国产化率极低，三大巨头仍然垄断。虽然中国 EDA 市场营收规模增 速远高于全球增速，但由于我国 EDA 厂商起步较晚，在产品性能与生态协同方面均处 于劣势，国内市场份额大多为国外厂商所占据。根据赛迪智库和前瞻产业研究院数据， 2020 年国际 EDA 三大巨头 Synopsys，Cadence 和 Siemens EDA 在我国合计营收规模市 场份额占比为 78%，国产厂商占比不到 15%，国产化率极低，国产替代空间广阔。

2.3. IP 业务是 EDA 新增长极

计算机辅助工程（CAE）和 IP 为 EDA 市场业务主要构成部分。EDA 市场业务主 要可以细分为计算机辅助工程（CAE）、IC 物理设计及验证、PCB 与多芯片模块以及半 导体 IP 核等。根据 ESD Alliance 数据，从细分领域看，EDA 各细分领域营收占比基本 保持稳定，2020 年占据市场规模较大的部分为 CAE 与 IP，两者合计占比达到近 67%。 其中 CAE（Computer Aided Engineering）主要包括电子系统级设计及综合验证、设计输 入、逻辑验证、模拟和混合信号模拟器、形式验证、时序/仿真分析以及测试/测试自动化设计。IP（Intellectual Property Core）是芯片设计图中具有独立功能电路模块的成熟设计。 设计师可以把成熟的 IP 模块设计应用于多个复杂的芯片的电路设计图中，能避免复杂 和重复的设计工作，缩短设计周期，提高芯片设计的成功率。IP 业务从 2010 年开始在 EDA 市场营收占比开始不断增长，到 2020 年已经达到 35.22%，成为了营收占比最大的 业务领域。

IP 已经成为海外 EDA 公司的重要收入。Synopsys 和 Cadence 的 IP 收入占总营收 比重逐年增长，尤其是 Synopsys，2020 年，Synopsys 的 IP 收入占总营收比重已经达到 33%。Synopsys 对于 IP 业务的布局，更加稳固了其在 EDA 市场全球领先的地位。三大 巨头中的 Mentor Graphics 对于 IP 的定位不同，于 2004 年就选择退出 IP 市场，也一定 程度上导致了最终被 Siemens 收购的结局。

3.从美国EDA强盛之路看EDA产业发展规律

3.1. 政府支持是基石

美国国家科学基金每年提供大量资金支持。美国国家科学基金（NSF）主要负责促 进突破性的发现，据 IEEE 数据，美国国家科学基金（NSF）在 1984 年至 2015 年间共 支持了 1190 个与 EDA 强相关的研究课题，每年投资额大约在 800 万美元到 1200 万美 元。

半导体研究联盟促进企业集中技术创新。除 NSF 外，半导体研究联盟（SRC）也为 美国 EDA 行业的发展提供了帮助。SRC 是世界领先的大学半导体和相关技术研究联盟， 是推动美国半导体共性技术发展的关键性力量。其行业合作伙伴包括应用材料公司 AM、 格罗方德 GLOBALFOUNDRIES、IBM、英特尔公司、美光科技公司、雷神公司、德州 仪器公司和联合技术公司。SRC 在整合行业资源、专注于共性的“竞争前”领域起到了 关键作用，各家 EDA 企业通过 SRC 将研究资金聚集起来集中力量进行产业共性技术创 新。

NSF 与 SRC 相互合作帮助企业渡过初期难关。NSF 资助的 EDA 研究项目主要为 刚刚起步、较为初期的阶段，在项目技术成熟度逐渐提高后，SRC 成为了接棒者，继续 给予支持。EDA 是技术密集型行业，前期需要大量的研发投入，商业回报较小，需要像 NSF、SRC 这样的政府机构给予支持。

美国 DARPA 实行 ERI 计划为 EDA 企业持续赋能。为迎接后摩尔定律的挑战，美 国国防高级研究计划局（DAPRA）于 2017 年启动电子复兴计划（ERI），在随后 2018- 2023 年内投资约 15 亿美元，旨在解决半导体技术的发展瓶颈，2020 年美国两党两院建 议追加 20 亿美元用于 ERI 计划。ERI 计划主要聚焦于三个重点方向：材料和集成、架 构和设计，其中设计部分可以拆分为 IDEA 与 POSH 两部分。2018 年 7 月，美国首届 “ERI”峰会召开，会议选出了 ERI 第一批入围扶持项目。其中，Cadence 获得了 IDEA 项目 2410 万美元的补贴，该项目致力于创建一个“无需人工参与”的芯片布局规划生 成器。Synopsys 获得了 POSH 项目 610 万美元的补贴，该项目旨在用开源的方式，实现 复杂 SoC 的低成本设计。

注重大学研究，建立大学研究中心网络，为大学提供充足资金支持。2013 年，SRC 公布了 STARnet 计划，与美国国防部高级研究计划局（DARPA）投资的大学研究中心 网络，跨越 24 个州的 42 所大学，计划在 2013-2018 年向六个大学研究中心投资 1.94 亿 美元，重点研究下一代微电子技术。STARnet 计划所研究的技术可能至少在未来 10-15 年内都不会具有商业可行性，但成员们将能够对产生的 IP 进行再授权。STARnet 计划 是对“焦点中心研究计划(FCRP)”的延续。2008 年，全国共有 5 个 FCRP 中心，其中 GSRC 和 C2S2 中心与 EDA 项目直接相关，来自这两个中心的与 EDA 相关的资金估计在 400 万美元到 500 万美元之间。同时在 2018 年 DARPA 发布的 ERI 第一批资助名单中，IDEA与 POSH 计划提供给各入围大学共计约 6000 万美元。

3.2. 人才、技术和生态是 EDA 行业的核心竞争要素

人才是 EDA 发展的核心。EDA 软件涉及半导体、数学、芯片设计三方面知识，需 要掌握这三方面知识的复合人才。根据新思科技中国区副总经理陈志昌先生所言，培养 一个 EDA 人才不容易，从高校课题研究到能够真正实践从业，往往需要十年的时间。 根据第 23 届中国集成电路制造年会披露数据，全球 EDA 行业从业人数仅有 4 万人左 右，因此 EDA 人才培养体系十分重要。

以新思科技为例，新思科技注重人才培养，其人才培养战略包括新思科技大学课程 体系、新思科技大学计划以及积极参与国家人才战略等方面。新思科技开发了一套集成 电路设计全套教程，包括 131 门本科及研究生课程、24 门训练课程、37 门讲座及实验， 适用于集成电路相关专业的大学本科和硕士研究生。从EDA人才培养成果上看，仅2019- 2020 年这一年时间内，已有 30000 人参与到了新思科技人才项目当中，20 所国内高校 与新思科技建立了人才培养相关合作。

持续研发是 EDA 发展的动力。EDA 软件是算法密集型的大型工业软件系统，EDA 开发需要涉及到计算机、物理、数学等多方面知识。芯片设计更迭速度不断加快，EDA 软件公司需要不断加大研发投入，确保自己技术领先。同时，EDA 巨头们正是凭借大量 的知识产权保持领先地位。全球三大巨头垄断的格局在 2000 年后就较为稳定，2010-2020 年三大巨头营收年复合增速都接近 10%，但仍然保持着 30%-40%的研发费用率，个别年 份超过 40%。2020 年，Synopsys 和 Cadence 的研发费用分别高达 13 亿和 10 亿美元， 几乎是 2020 年中国 EDA 市场销售规模的两倍。

产业链协同是 EDA 发展的保障。芯片设计的先进工艺是由晶圆厂、设计公司和 EDA 软件厂商共同推进的成果。晶圆厂从材料、化学、工艺过程等制造步骤来寻求工艺突破； EDA 公司借助晶圆厂的测试数据和工艺细节文件来改进 EDA 软件；芯片设计公司使用 新的 EDA 模型进行设计、试生产，反馈到晶圆厂和 EDA 公司改善制造工艺和软件模 型。晶圆厂、EDA 软件公司、设计公司相辅相成，互相合作，共同推进技术进步。

其中，PDK（Process Design Kit）是沟通 IC 设计公司、代工厂与 EDA 厂商的桥梁。 具体来说，PDK 是一组描述半导体工艺细节的文件，供芯片设计 EDA 工具使用。客户 会在投产前使用晶圆厂的 PDK，确保晶圆厂能够基于客户的设计生产芯片，保证芯片的 预期功能和性能。PDK 包含了反映制造工艺基本的元素：晶体管、接触孔、互连线等， 包括设计规则文件、电学规则文件、版图层次定义文件、SPICE 仿真模型、器件版图和 期间定制参数。完善的产业链使得客户的 PDK 可以给予 EDA 厂商充分反馈，使厂商根 据 PDK 改进产品以满足客户需求。获得更全、更新的 PDK 也往往成为头部 EDA 厂商 的比较优势。

3.3. 并购是 EDA 厂商扩张的重要手段

并购是 EDA 企业成长的最佳选择。全球三大巨头的成长史就是一部并购史，其中 全球 EDA 巨头 Synopsys 自 1986 年成立至 2021 年 4 月，共完成 112 起收并购案。并购 在 EDA 行业如此兴盛的原因有：

1）行业小细分领域繁多。根据 ESD Alliance 和 WSTS 数据，2020 年全球 EDA 行业市场规模只有 115 亿美元，相比于下游半导体行业 4404 亿 美元的市场规模，是一个“小行业”，但由于 EDA 软件要服务于芯片设计生产的整个产 业链，EDA 的技术流程很长，需要种类繁多的点工具相互配合形成工具链，同时，客户 希望 EDA 厂商能够提供整体解决方案。2）技术更新迭代速度快。在摩尔定律的驱动下， 芯片更新换代速度很快，新技术不断涌现，作为上游设计软件的 EDA 厂商每年也要投 入大量的研发资金来适应技术的革新上，但还是会有很多创业公司创造出全新的点工具。 行业小细分领域繁多，客户又希望 EDA 厂商提供完整解决方案，于是 EDA 厂商在不断想办法补全自己产业链。但技术的快速迭代，行业内不断有小公司带着创新点工具出现， 行业小导致自研技术去取代这些公司成本较高，并购是最佳选择。

Cadence 通过并购成为一代霸主。Cadence 于 1989 年收购 Verilog 是其最为重要的 一次并购，通过这次并购 Cadence 成功解决了复杂度带来的芯片性能验证问题，也标志 着 EDA 从设计领域，拓展进入了软件模拟和硬件仿真领域，设计与仿真能够通过使用 同一家公司的不同套软件来完成。2001 年 Cadence 收购 Silicon Perspective，将 IC 布局 工具和 SI 分析工具收入囊中，为下一代布局布线做技术储备；2002 年收购 Simplex，补 足寄生参数提取和分析方面的能力；同年收购 IBM 硬件仿真业务，真正占领硬件仿真 高地。

Synopsys 通过并购超越 Cadence，铸就全球 EDA 龙头地位。纵观 Synopsys 的发展 历史，不仅通过大量的并购完善了公司业务，实现了全流程覆盖，同时也通过数次关键 并购从而直接在与剩余两大巨头的竞争中脱颖而出，成为全球 EDA 龙头。根据芯思想 数据，2002 年，Synopsys 以 8.3 亿美元收购与 Cadence 结束专利诉讼的 Avanti，从而成 为 EDA 历史上第一家可以提供顶级前后端完整 IC 设计方案的领先 EDA 工具商。这场 收购改变了传统上“Synopsys 占前端，Cadence 占后端”的格局，让 Synopsys 在进入到 后摩尔定律时代之前完成基石技术的布局。（报告来源：未来智库）

4.国产EDA星星之火可以燎原

4.1. 从中外对比看国产 EDA 现状

海外 EDA 产品矩阵更全。从 EDA 产品矩阵的完整度来看，根据我们测算，EDA 工 具链大约有 40 个细分领域，国内厂商尚未如国际三大家一样实现 EDA 全流程、全细分 领域的覆盖。截至 2021 年 12 月，国产 EDA 龙头华大九天，也仅能够实现模拟芯片设 计和平板设计全流程覆盖，覆盖率约为 40%，其他国产 EDA 厂商产品多为点工具，尚 不能为客户提供特定领域全流程产品服务。

海外 EDA 产品支持的工艺更先进。从 EDA 产品的技术先进性看，国际三大巨头产 品能支持的最先进工艺已经达到 2nm，而国内厂商仅有部分产品支持较先进的工艺制程。 如华大九天的模拟设计全流程工具中，仅有一款电路仿真工具支持 5nm 制程，其余仅支 持 28nm 制程，思尔芯的 EDA 产品仅支持 10nm 制程。

IP 已经成为海外 EDA 公司的重要收入，但国产 EDA 公司尚未大规模布局。EDA 三巨头中的 Synopsys 和 Cadence 同样也是 IP 市场的巨头，Synopsys 和 Cadence IP 市场 营收规模占有率为全球第二和第三，仅次于 ARM。相比之下，国产 EDA 厂商大多还在 研制 EDA 工具，未布局 IP 产品。随着集成电路产业的不断发展，IP 的作用会愈发显著， 国内外的 EDA 公司在 IP 的发展上已经产生了较大差距。

海外 EDA 产品先发优势明显，客户粘性较高。从 20 世纪 70 年代，软件被用于辅 助芯片设计算起，国外 EDA 产业已经发展近 50 年，先发优势明显，技术、生态和客户 使用习惯均较为完善。另外，2021 年先进制程芯片流片费用已经高达数亿元人民币， EDA 工具选择关乎流片的成功率，客户更换 EDA 工具带来的风险极高，当客户使用国 产 EDA 跑出数据与国际巨头 EDA 工具不一致时，甚至需要国产厂商对结果进行解释。

国内 EDA 专业人才数量匮乏，且多数任职于外资 EDA 企业。根据赛迪智库数据， 2020 年我国 EDA 行业从业人员数量约为 4400 人，其中本土 EDA 企业总人数约2000 人。虽然相比 2018 年的 700 人有了大幅度的增长，但是相比于海外还是存 在较大差距。根据第 23 届中国集成电路制造年会披露数据，全球 EDA 行业从业 人数在 4 万人左右，而截至 2021 年 12 月，仅 Synopsys 员工数量就达到了 1.5 万 人以上。

我国 EDA 储备人才培养体系不够完善。海外 EDA 培养体系较为成熟，2015 年， 美国 SRC 公布了 STARnet 计划，计划在五年内向六个大学研究中心投资 1.94 亿美元， 其中多个项目直接与 EDA 相关。Synopsys 进入中国以来，已经与清华大学、东南大学、 华中科技大学等知名高校合作，为其提供软件支持，成立合作交流中心。我国目前仅有 少数院校拥有 EDA 方向的研究和人才培养计划，国产 EDA 公司与高校的合作也是刚刚 开始，人才培养体系还不够完善。

海外半导体产业链协同更加紧密。EDA 软件不是独立发展的，EDA 需要与芯片设 计厂商和晶圆制造厂共同协作，打磨产品，推进技术的进步。海外半导体产业链齐全， 有英伟达、英特尔和 AMD 等头部芯片设计厂商，也有三星、台积电、格罗方德等大型 晶圆制造厂。合作伙伴们本身都是细分赛道的龙头企业，在产业链中扮演关键角色，强 强协同下更能提升 EDA 产品的竞争力。

海外 EDA 并购土壤肥沃。EDA 三大巨头主要通过并购补全自身产业链，并购需要 的不仅仅是资金，还有可供并购的优质标的群体。根据 crunch base 数据，2020 年，海 外共有 600 多家（美国 200 多家），这为巨头并购提供了丰沃的土壤，相比之下国内仅 有几十家 EDA 国产企业，一定程度上也制约了国内 EDA 产业的发展。

4.2. EDA 国产化势在必行

中美科技脱钩，趋势愈演愈烈。美国不仅绕开世界贸易组织，直接对正在崛起的中 国施加额外贸易关税，而且在科技领域也针对“中国制造 2025”等采取一系列限制措施， 华为、中兴通讯等均位列制裁名单。2019 年 5 月 16 日，美国商务部宣布将华为及 70 家 关联企业列入所谓的“实体清单”。如果没有美国政府的批准，华为将无法向美国企业购买元器件。受此影响，多家国外供应商开始对华为实行“断供”。美国对中国的压力已经 由经贸领域全面上升到科技领域，高新技术成为双方争夺的焦点。EDA 作为“半导体皇 冠上的明珠”，必然受到美国限制，华为目前已经停止了与国际三大巨头的合作，自主研 发 EDA 已经势在必行。

华为四度落子国产 EDA 企业，重要程度可见一斑。自 2020 年 12 月以来，华为旗 下哈勃投资已经投资了四家国产 EDA 公司，包括射频全流程工具提供商九同方微电子、 专注于工业设计和仿真的无锡飞谱电子、专注于逻辑综合和物理设计的立芯软件及专注 于数字前端形式验证的阿卡思微，均为在各细分点工具领域领先的国内 EDA 厂商。

4.3. 三十年发展，EDA 国产之火点亮

国产 EDA 历经三十余年艰难发展，迎来政策和资本支持。EDA 的国产之路起于 20 世纪 80 年代，20 世纪 90 年代初，中国历史上第一款具有自主知识产权的 EDA 工具“熊 猫”诞生，并获得多个国际大奖。但随后国外 EDA 厂商进入中国，在“造不如买”思 潮下，国产 EDA 产业陷入了十几年的沉寂。直到 2008 年国家“核高基”项目将 EDA 列 入其中，国产 EDA 产业才重新焕发生机。同时，中兴、华为事件使人们意识到关键基 础技术的重要性，资本市场也开始关注 EDA 行业。根据芯思想研究院数据，2020 年 EDA 行业融资次数已经达到 16 次，远超 2010 年的 1 次。

国产 EDA 行业逐渐壮大，星火已现燎原之势。在国家政策与资本双重支持下，国 产 EDA 厂商数目不断增加。根据芯思想研究院数据，2020 年国内已有约 49 家 EDA 企业，比如华大九天、芯华章、芯愿景、广立微、概伦电子、思尔芯等，截至 2021 年 12 月 30 日，国内已有 4 家企业申请 IPO，其中，概伦电子已经上市。这些国产 EDA 厂商 从各个细分领域进行技术突破，其中华大九天已经可以提供模拟芯片设计全流程的 EDA 产品。根据赛迪智库数据，2018-2020 年中国 EDA 市场营收国产化份额逐步由 6%提升 至 11%，国产化步伐逐步加快，星星之火已现燎原之势。

5.四家典型国产EDA公司引领EDA国产化浪潮

5.1. 华大九天：国产 EDA 之巅，唯一国家队

传承自“熊猫”，国产 EDA 龙头。公司创始人参与设计中国第一款具有自主知识产 权的 EDA 工具“熊猫 ICCAD 系统”，技术功底扎实，行业经验丰富。公司成立于 2009 年，主要从事 EDA 工具软件的开发、销售及相关服务。主要产品有模拟电路设计全流 程 EDA 工具系统、数字电路设计 EDA 工具、平板显示电路设计全流程 EDA 工具系统 和晶圆制造 EDA 工具等。根据赛迪智库数据，2020 年华大九天营收占我国 EDA 市场 约 6%的份额，占国产 EDA 市场营收份额超过 50%，居本土 EDA 企业首位。

营收规模国内最大，高度重视技术研发。华大九天 2020 年营收 4.15 亿元，同比增 长 61%，为国产 EDA 厂商中规模最大的公司。2020 年归母净利润为 1.04 亿元，同比增 长 81%。EDA 行业为技术密集型行业，华大九天高度重视技术研发，2018-2020 年研发 费用率维持在 40%以上，2020 年公司研发人员占比高达 67%。截至 2021 年 6 月 30 日， 公司已拥有已授权专利 145 项和已登记软件著作权 51 项。

唯一国家队，中国电子给予华大九天强产业链支持。华大九天第一大股东中国电子 信息产业集团有限公司（简称：中国电子，CEC）是中央直接管理的国有重要骨干企业。 CEC 成功突破高端通用芯片、操作系统等关键核心技术，构建了兼容移动生态、与国际 主流架构比肩的安全先进绿色的“PKS”自主计算体系。根据 CEC 官网数据，截至 2020 年底，中国电子拥有 26 家二级企业、15 家上市公司、18 余万员工，实现全年营业收入 2479.2 亿元。CEC 旗下半导体企业众多，如飞腾、成都华微电子、澜起科技、中国振华 等，为华大九天产品的技术迭代和生态建设甚至是收购兼并提供了强有力的产业链支持。 第二大股东大基金一期二期对半导体产业链从原材料到封装测试进行了全面投资，能够 为华大九天的产品提供全产业链支持。

5.2. 概伦电子：国产 DTCO 引领者

十年一剑，“DTCO”产品技术世界领先。概伦电子是提供大规模高精度集成电路仿 真、高端半导体器件建模、半导体参数测试解决方案的厂商，致力于推动先进工艺开发 和高端芯片设计的深度联动。公司成立于 2010 年，创始人曾任 Cadence 全球副总裁。 历经 2010-2020 年，公司实现了 DTCO（设计工艺协同优化）真正落地的从数据到仿真 的创新 EDA 解决方案，得到了业界的认可。公司于 2019 年底并购北京博达微科技，增 强了业务实力，为公司持续进行并购提供了范本。

概伦电子深耕器件建模及电路仿真领域。公司在器件建模和电路仿真验证两大集成 电路制造和设计的关键环节进行重点突破，自主研发了相关 EDA 核心技术，可有效支 撑 7nm/5nm/3nm 等先进工艺节点下的大规模复杂集成电路的设计和制造，帮助晶圆厂 在工艺开发阶段评估优化工艺平台的可靠性和良率等特性，建立精确的器件模型、PDK 和标准单元库，并通过快速精准的电路仿真帮助集成电路设计企业有效预测芯片的性能 和良率，优化电路设计。

IPO 募资致力于打造存储 EDA 全流程工具。公司自成立起就致力于 DTCO 方法学 的践行，存储器芯片领域企业对性能和良率指标及产品上市时间的要求极高，是公司推 广 DTCO 落地的理想场景。截至 2021 年 12 月，公司已在存储器芯片领域取得国际大客 户（如三星、SK 海力士、美光科技等）认可。公司 IPO 募资拟投入 3.5 亿元继续研究开 发存储器芯片全流程设计平台及其相关 EDA 工具，进一步扩大公司在该领域的优势。

营业收入快速增长，制造类 EDA 工具营收占比最大。概伦电子 2020 年营收 1.37 亿元，同比增长 110%。公司营收类型分为 EDA 工具授权、半导体器件特性测试仪器销 售以及半导体工程服务。EDA 工具授权主要包括制造类 EDA 工具及设计类 EDA 工具， 其中 2020 年制造类 EDA 工具收入占比达 43%，设计类 EDA 工具占比 26%。半导体器 件特性测试仪器占比逐年增长，2020 年占比 18%，已成为第三大业务。2020 年归母净 利润为 0.29 亿元，扣非净利润于 2019 年扭亏为盈，2020 年扣非净利润为 0.21 亿元，同 比增长 91.6%。概伦电子长期注重研发投入，扣除股份支付影响后 2018-2020 年研发费 用率维持在 36%以上，2020 年公司研发人员占比达到 54%。

存储芯片 EDA 器件建模及电路仿真领域达到国际一流水平，积累大量知名客户。 概伦电子在器件建模和电路仿真两大集成电路制造和设计的关键环节掌握了具备国际 市场竞争力、自主可控的 EDA 核心技术，形成了核心关键工具，能够支持 7nm/5nm/3nm 等先进工艺节点和 Fin FET、FD-SOI 等各类半导体工艺路线，构建了较高的技术壁垒。 公司国际竞争力的提升使其在全球范围内已形成较为稳固的市场地位，得到全球领先晶 圆厂的广泛使用，包括台积电、三星电子、联电、格芯、中芯国际等全球前十大晶圆代 工厂中的九家。

5.3. 广立微：成品率提升领域全流程覆盖，独特的制造类 EDA 中坚力量

国内领先的集成电路 EDA 软件与晶圆级电性测试设备供应商。广立微于 2003 年 成立于杭州，创始人曾任 PDF Solutions 高级工程师，Xilinx INC.资深主任工程师。公司 专注于芯片成品率提升和电性测试快速监控技术，主要提供 EDA 软件、电路 IP、WAT 测试设备以及与芯片成品率提升技术相结合的全流程解决方案，公司先进的解决方案已 成功应用于 180nm～4nm 工艺技术节点。

营收增速较快，软件技术开发与软件工具授权为主要收入来源。广立微 2020 年营 收 1.24 亿元，同比增长 87.30%。公司营收类型分为软件工具授权、软件技术开发、测 试机及配件以及测试服务。2018-2020 年软件工具授权与软件技术开发收入占比保持在 73%以上。2020 年测试机及配件业务占比 25%，超过软件工具授权成为第二大业务。 2020 年归母净利润为 0.50 亿元，同比增长 161.96%。广立微研发费用呈现逐年上升趋 势，2020 年研发费用率达到 33%，2020 年公司研发人员占比达到 78%。

广立微具备成品率提升领域下的全流程覆盖优势，避开与三大巨头的直接竞争。公 司发现了国内集成电路行业在成品率提升领域的市场空白，并较早投身于该领域，经过 多年的发展，公司已经在成品率提升领域形成了深度的积累。公司目前已经实现在成品 率提升领域的全流程覆盖，产品和服务受到了国内外一线厂商认可，公司客户涵盖了三 星电子等 IDM 厂商，华虹集团、粤芯半导体、合肥晶合、长鑫存储等 Foundry 厂商以及 部分 Fabless 厂商。此外，公司对标的海外 EDA 公司主要为 Keysight 及 PDF Solution， 避免与三大巨头直接竞争的同时，通过更优秀的本土化服务能力实现国产替代。

目标成为国产制造类 EDA 中坚力量。广立微战略清晰，未来在进一步提升成品率 提升领域产品竞争力的同时，将拓展制造类 EDA 产品覆盖广度。依托多年的产品研发 和技术服务经验，公司与集成电路制造企业紧密合作，在集成电路设计、制造和电性测 试等方面积累了深厚的技术和客户基础。未来公司的发展方向将会仍会立足于现有业务 向公司擅长的集成电路制造类 EDA 拓展延伸，同时升级与延伸电性测试设备，为晶圆 级高精度测试提供全面解决方案，目标成为国产制造类 EDA 中坚力量。

5.4. 思尔芯：原型验证市场全球排名第二

国产原型验证龙头，业务聚焦数字芯片前端验证。公司于 2004 年成立，2018 年整 体并入国微集团。作为业内知名的 EDA 解决方案专家，思尔芯业务聚焦于数字芯片的 前端验证，主要为国内外客户提供原型验证系统和验证云服务等解决方案。思尔芯是中国原型验证领域龙头。公司原型验证解决方案已被 2020 年世界前十五大半导体企业中 的六家、中国前十大集成电路设计企业中的七家公司所使用。根据 CSIA 统计，2020 年 公司在中国原型验证市场中销售额排名第一，在世界原型验证市场中销售额排名第二。

业绩 2020 年扭亏为盈，原型验证系统为最主要收入来源。思尔芯 2020 年营收 1.33 亿元，同比增长 85.45%。公司营收类型分为原型验证系统和验证云服务。原型验证系统 主要包括逻辑系统、逻辑模块以及软件和外置应用库等。其中 2020 年逻辑系统主营业 务收入占比达 56%，逻辑模块主营业务收入占比 26%。2020 年公司扭亏为盈，归母净 利润为 0.10 亿元。思尔芯研发费用呈现逐年快速上升趋势，2020 年研发费用为 2,219.37 万元，同比增长 170%，2020 年公司研发人员占比达到 53%。

致力于成为数字芯片设计全流程 EDA 提供商。数字芯片 EDA 的技术门槛和重要 性远高于模拟芯片 EDA，目前中国本土仅有极少量企业涉足数字芯片 EDA 工具。公司 是国内少数具备数字集成电路 EDA 工具能力的企业之一，填补了我国数字芯片设计环 节缺少自主可控原型验证工具的空白。公司未来将以原型验证工具为起点，通过内涵式 增长与外延式并购，成为业内领先的数字芯片设计全流程 EDA 提供商。思尔芯将 IPO 募集资金中的 4.5 亿元用于高性能数字芯片验证平台项目，巩固了公司在原型验证领域 的技术领先，打开了数字芯片前端验证的第一道工具入口，为公司实现全流程数字 EDA 工具链建设的目标打下基础。

6.投资分析

EDA 是现代芯片设计必不可少的工具，是最容易被“卡脖子”的关键工业软件。一 旦 EDA 这一产业链基础出现问题，整个集成电路产业都会受到重大影响。2018-2020 年 中国 EDA 市场营收规模增速远高于全球同期增速，但国产化率较低，主要是由于国产 EDA 厂商起步较晚，中国 EDA 厂商存在人员短缺、生态不全、技术落后等问题。但随 着国家对工业软件尤其是 EDA 的重视程度日益提高、资本市场对 EDA 支持力度不断加 大，国产 EDA 厂商有望迎来快速发展，2018-2020 年国产化率稳步提升。根据芯思想研 究院数据，2020 年国内 EDA 企业已达 49 家，截至 2021 年 12 月 30 日，国内已有 4 家 企业申请 IPO，其中，概伦电子已经上市，行业逐渐壮大。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）

精选报告来源：【未来智库】。未来智库 - 官方网站

电子行业EDA深度报告：半导体赋能基石，国产突围势在必行

（报告出品方/分析师：民生证券 方竞 ）

1 EDA 用于 IC 自动化辅助设计，是集成电路赋能基石

1.1 EDA 是集成电路行业的基石

EDA 处于集成电路产业上游，为 IC 设计、制造等提供自动化辅助设计服务。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（包括布局、布线、版图、设计规则检查等）等流程的软件工具。

EDA 是集成电路产业链最上游、最高端的产业，驱动着芯片设计、制造和终端应用的发 展。利用 EDA 工具，设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统，完成电子产品从电路设计、性能分析到设计出 IC 版图或 PCB 版图的整个过程，优化芯片制造工艺，驱动芯片产业链下游环节发展。

EDA 杠杆效应较大，是集成电路产业乃至全球数字经济的基石。

从市场规模来看，根据 SEMI 的数据，2020 年全球 EDA 行业市场规模为 114.67 亿美元，支撑着年产值几百亿美元的 IC 设备行业、年产值几千亿美元的 IC 制造行业、年产值几万亿美元的电子产业、以及年产值几十万亿美元的数字经济。EDA 是这条倒金字塔型产业链的基石，是集成电路、电子信息、乃至全球数字经济的赋能者。

EDA 可以降低芯片设计风险、减少试错成本。

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。

EDA 工具技术的进步和应用一直以来是推动芯片设计成本保持在合理范围的重要方式，根 据加州大学圣迭戈分校 Andrew Kahng 教授在 2013 年的推测，2011 年设计一款消费级应用 处理器芯片的成本约 4000 万美元，如果不考虑 1993 年至 2009 年的 EDA 技术进步，相关设计成本可能高达 77 亿美元，EDA 技术进步让设计效率提升近 200 倍。

1.2 EDA 应用于集成电路各个环节

EDA 工具可分类为：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。

1）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，Synopsys、Cadence、Mentor Graphics 为全球主要的 IC 软件供应商；

2）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，现有主流工具包括 SPICE、EWB 等；

3）PCB 设计软件用于画板级电路图、布局布线和仿真，主流软件包括 Protel、Cadence PSD 等；

4）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，主要厂商有 ALTERA 和 Xilinx。

根据所设计的集成电路类型不同，EDA 主要分为数字电路设计的 EDA 工具和模拟电路设计 的 EDA 工具。

另外，平板显示电路的设计环节也需要相应的平板显示电路设计 EDA 工具支撑。集成电路制造环节不仅需要工艺中涉及工艺开发、良率优化的 EDA 工具，也需要模拟设计和数字设计相关的 EDA 工具辅助，EDA 架起了设计和制造沟通的桥梁。

（1）数字电路设计

传统的数字芯片设计方法是自底向上的，即首先确定构成系统的最底层的电路模块或元件的结构和功能，然后根据主系统的功能要求，将它们组合成更大的功能块，使它们的结构和功能满足高层系统的要求。

从绘制硅片版图开始，由版图级、门级、RTL 级、行为级、功能级，直至系统级的设计，自底向上的设计方法导致任何一级出现错误都必须从头开始。

EDA 的出现和快速发展使得自顶向下的设计方法成为可能。自顶向下的设计方法即先定义 系统最高逻辑层次的功能模块，而后根据顶层模块的需求来定义子模块，然后逐层继续分解，最终达到底层物理设计。

设计过程包括从自然语言说明到 VHDL 的系统行为描述，从模块分解、RTL 模型建立、门级电路生成到物理布线实现底层电路，抽象级别由高到低。

（2）模拟电路设计

模拟芯片主要包括电源管理芯片和信号链芯片，模拟芯片设计流程主要包括行结构设计、版 图设计、功能和物理验证，这一流程包括原理图编辑、电路仿真、版图编辑、物理验证、寄生参数提取、可靠性分析等环节。

在模拟电路设计的各个环节均需要用到 EDA 工具，包括原理图编辑工具、版图编辑工具、电路仿真工具、物理验证工具、寄生参数提取工具和可靠性分析工具等。

（3）平板显示电路设计

平板显示设计 EDA 面向面板厂商，FPD 设计流程包括电路原理图设计、布图设计、电路仿 真、电路布图寄生参数提取、电路设计验证等，类似于模拟集成电路的设计流程，但也有其独特的设计流程和设计方法。与集成电路设计类似，EDA 也是平板显示电路设计的基石。

（4）晶圆制造

EDA 不仅应用于芯片设计环节，也广泛应用于晶圆制造，是连接集成电路设计和制造两个 环节的桥梁和纽带。

在工艺平台开发阶段，晶圆厂完成半导体器件和制造工艺的设计后，需要借助 EDA 工具建立器件模型、生成 PDK 以及 IP 和标准单元库，此外晶圆制造过程中光刻计算、良率提升也需要借助 EDA 大数据软件工具。

晶圆制造 EDA 工具包括器件模型提取工具、工艺和器件仿真（TCAD）、PDK 开发与验证、计算光刻、掩膜版校准、掩膜版合成和良率分析等工具。

1.3 摩尔定律推动 EDA 不断发展

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。随着半导体行业的发展，集成电路的复杂程度呈几何式上升。

一方面，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，设计人员必须使用 EDA 工具设计几十万到数十亿晶体管的复杂集成电路，以减少设计偏差、提高流片成功率及节省流片费用。

另一方面，集成电路工艺制程不断微缩，晶圆制造、封测 EDA 工具亦在不断向新材料、新工艺方向演进。

EDA 技术经历了智能化程度不断提高的三个发展阶段：

1）早期 CAD 阶段。 设计人员早期依靠手工完成电路图的输入、布局和布线。20 世纪 70 年 代起，中小规模集成电路开始出现，由于传统的手工制图方式效率低、花费大、周期长，设计人员开始借助于计算机完成电路图、PCB 的设计，将设计过程中高重复性的繁杂劳动，如布图布线工作用 CAD（Computer Assist Design）工具代替，主要功能是交互图形编辑，设计规则检查，解决晶体管级版图设计、PCB 布局布线、门级电路模拟测试等。

2）EDA 发展阶段。 20 世纪 80 年代是 EDA 技术的发展和完善阶段，即进入到 CAE（Computer Assist Engineering Design）阶段。由于集成电路规模的逐步扩大和电子系统的日趋复杂，人们进一步开发设计软件，将各个 CAD 工具集成为系统，从而加强了电路功能设计和结构设计，该时期的 EDA 技术已经延伸到半导体芯片的设汁，生产出可编程的半导体芯片。

3）EDA 成熟阶段。 20 世纪 90 年代以后半导体技术持续飞速发展，单个芯片上可集成的晶 体管数量达到上亿个，这给 EDA 技术提出了更高的要求，出现了以高级语言描述、系统级仿真和综合技术为特征的 EDA 技术。同时也促进了 EDA 技术的大发展，各公司相继开发出大规模的 EDA 软件系统。（报告来源：远瞻智库）

2 全球 EDA 行业呈现寡头垄断趋势

2.1 全球 EDA 行业市场规模稳步成长

全球 EDA 市场规模稳步增长。近年来，随着半导体集成电路技术的迅速发展，全球芯片设 计、制造中对 EDA 工具需求加大，EDA 市场规模逐年递增。

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。

CR3 占据全球 EDA 市场 77.7%份额，行业垄断特征明显。

经过 30 余年的发展整合，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。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、并积累丰富的研发经验。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。

2.2 EDA 三巨头：Synopsys、Cadence、Siemens

EDA Synopsys (新思科技)： 成立于 1986 年 12 月，总部位于美国加利福尼州山景城。该公司是 全球领先的 EDA 解决方案提供商及芯片接口 IP 供应商，也是信息安全和软件质量的领导企业，为全球电子市场提供技术先进的 IC 设计与验证平台，致力于复杂的片上系统（SoC）的开发。

Synopsys 完整、集成化的产品组合覆盖了系统级设计、IP、设计实现、验证、制造、光学设计、软件开发测试和现场可编程门阵列（FPG+B3A）等解决方案，可帮助设计人员解决所面临的各种关键挑战，如功耗和良率管理、系统到芯片验证和实现时间等。这些技术领先的解决方案可帮助 Synopsys 的客户建立竞争优势，既可以使最好的产品快速地上市，同时降低开发成本和缩短开发时间。

Cadence（铿腾电子）： 总部位于美国加州圣何塞。Cadence 是发展电子设计自动化、软件、硬件和硅智产的公司。客户可使用其产品和服务用于设计和开发复杂的集成电路和电子系统。

公司依托其产品和技术为平台设定了四个项目：功能验证、数字集成电路的设计和实现、定制集成电路的设计和验证、系统互联设计。

公司的解决方案旨在帮助客户缩短将 IC 或电子设备打入市场的时间，并减少他们的设计、开发和制造成本。公司供应的产品包括 EDA 软件，仿真硬件以及验证 IP 和设计 IP 两大类知识产权。

Mentor Graphics（现 Siemens EDA）： 成立于 1981 年 4 月，总部位于美国俄州威尔森维尔。公司是全球 EDA 的领导厂商之一，也是电路板解决方案的市场领导者，主要提供电子设计自动化先进系统电脑软件与模拟硬件系统，用于自动设计、分析及测试电子系统与零组件的电子硬体与嵌入式系统软体。

该公司向全球销售其产品，主要面向军工及航空、通讯、电脑、消费电子、半导体、网络、多媒体及运输行业的公司。

2016 年 Mentor Graphics 被西门子收购。

并购整合助力 Synopsys 奠定市场龙头地位。

在进入 20 世纪 90 年代后，为了完善自身业务体系，Synopsys 开启并购扩张策略。

根据 Synopsys 官网数据，1990 年到 1999 年之间 Synopsys 共发起多次并购，在逻辑综合、模拟和测试三大领域确立技术领先定位，在十年期间公司的营收复合增速高达 43.28%。

2000 年后，Synopsys 的并购规模继续扩张，其中 Avanti 的收购助力 Synopsys 公司奠定了市场龙头地位。

2002 年，Synopsys 宣布以 83 亿美元收购与 Cadence 结束长达五年商业机密纠纷的 Avanti 公司，并将 Avanti Astro 产品线直接衔接 Synopsys 前端和后端工具，成为 EDA 行业中第一家能够提供前后端完整 IC 设计方案的 EDA 工具厂商。收购 Avanti 后，Synopsys 在 2003 年第二季度营业收入较去年同期增长 57%，其 EDA 产品营业收入首次超过当时的行业龙头 Cadence。

2008 年后，Synopsys 总营业收入超越 Cadence，成为全球 EDA 行业的龙头，并在未来的 十几年里始终保持着第一名的地位。

Synopsys 自成立三十年来发起了 80 余次规模不等的并购交易，不断寻找行业内已被市场证明的成功产品，或是新兴技术领域的高潜力优质企业进行兼并收购，巩固和扩大了技术实力，逐步发展为平台化、一站式的 EDA 工具龙头企业。

EDA & IP 授权服务双轮驱动。

Synopsys 是最早进入 IP 领域的一批 EDA 厂商之一，1992 年 Synopsys 推出 Design Ware IP，并不断丰富该产品线功能。

随着近十年半导体 IP 市场快速增长， Synopsys 对 IP 领域企业的收购规模逐步扩大，并在 2014 年推出 IP 提速计划，帮助设计人员通过更省力、低集成风险和更短开发周期的方式实现 IP 集成，拓展了 Synopsys 的 IP 产品组合。

目前，Synopsys 目前已成为全球仅次于 ARM 的第二大 IP 授权商，提供众多 IP 授权服务，并在有线接口类别中，Synopsys 市占率排名第一，2018 年其份额达到 45％；在物理 IP 领域也占有约 35％的市场份额。

Cadence：外延并购&自我革新不断扩张。

根据前瞻产业研究院数据，自 1988 年成立后 Cadence 累计发起 62 次并购，从外部获得新的技术突破。

1991 年，Cadence 收购 Valid，进入PCB 设计领域，这次收购之后 Cadence 公司收入和规模出现飞跃，成为当时 EDA 行业的领导者并保持龙头地位长达近二十年。2010 年后，Cadence 技术创新的速度不断加快。

2013 年，Cadence 推出 Tempus 时序签核解决方案，掀起业界新一轮基于创新技术的数字设计工具浪潮。

2015 年 后，Cadence 重新构建先进数字设计平台产品线，并在功能验证领域、系统仿真分析领域寻求新的突破，凭借 Palladium Z1 带领市场进入数据中心级仿真新时代。

2019 年，Cadence 在系统仿真分析领域进行突破，先后推出了 Clarity 和 Celsius 等用于系统级的噪声和热分析工具，来应对智能化潮流。

通过多次外延并购和内部整合革新，Cadence 巩固了其行业龙头地位，其产品线涵盖电子设计的完整流程，并不断寻求技术突破，成为智能系统设计全流程解决方案提供商。

Mentor Graphic 的 EDA 集成度相对较低，其独有优势在于后端布局布线和 PCB 设计工具。自 1982 年成立开始，Mentor Graphics 总共发起 66 次并购，通过收购多家在 EDA 细分领域技术有独有优势的中小型厂商，实现了企业稳定扩张的目的。尽管 2016 年后 Mentor Graphics 被西门子收购，其仍然保持了在 EDA 行业排名第三的龙头地位。

2.3 国际巨头重视并购扩张、研发投入、人才引进

海外巨头垄断因素一：兼并收购&优秀的整合能力。

EDA 软件分类非常复杂，涉及到上百种不同技术，EDA 三巨头在过去的三十多年里通过多次并购整合，丰富产品布局，形成了全流程解决方案的能力，如：Synopsys 通过收购优质的 EDA 企业，Zycad、Avanti、Magma 等，在逻辑综合、数字前后端和 PT signoff 确立自己的领先地位；Cadence 在模拟仿真和版图设计方向优势突出，在发展过程中收购了 Quickturn、Japer、Forte 等多家企业；Mentor Graphics 在 PCB 设计方向优势突出，通过并购 VALOR 和 code Sourcery 等助力其巩固 PCB 领域头号地位。

根据前瞻产业研究院数据，截至 2021 年海外三巨头的并购次数均在 60 次以上，优秀的整合能力也是其并购后发展壮大的关键。

海外巨头垄断因素二：高强度持续的研发投入。

由于 EDA 软件和工艺绑定，芯片制造工艺每更新一次，EDA 就要同步更新。

三大巨头始终重视新技术研发，并不断推出领先技术引领行业发展，Synopsys 近年来陆续推出业界最快的仿真系统 ZeBu Server-4；以及为完整验证流程提供革命性技术支持的 Verification Compiler 验证编译器等；Cadence 发布了功能验证领域突破性产品 Palladium Z1，引领市场进入数据中心级仿真新时代，此外还推出了 Cadence Clarity 3D 场求解器，进军快速增长的系统级分析和设计市场；Mentor Graphics 不断更新发展其全球领先地位的 PCB 设计解决方案。

研发费用方面，三大巨头的研发费用率基本都保持在 30%以上的水平，2021 年 Synopsys 和 Cadence 的研发费用率分别高达 35.80%和 37.95%。

海外巨头垄断因素三：重视人才培养。

EDA 行业作为技术密集型行业，对具备专业知识储备和丰富研发经验的人才需求很大，三大巨头始终坚持行业人才和研发队伍的建设。其中，Synopsys 的全球员工总数和增长速度位列三大巨头第一。截至 2019 年，其全球员工数超过 13800 名，较 2012 年增长了 70.75%，其中研发工程师和应用工程师人数占比超过 80%。

Cadence 目前全球员工数超过 8100 名，较 2012 年增长了 55.77%，其研发和工程人员占比也超过 80%。此外，Synopsys 和 Cadence 都与高校机构有深度合作，向相关专业学生提供多层次进阶教育培训，并提供实习和工作机会进入 EDA 团队。（报告摘要：远瞻智库）

3 国产 EDA 工具市占率较低，点工具成为未来突破口

3.1 我国 EDA 工具发展曲折而缓慢

前期注重自主创新，解禁后国产海外龙头同台竞争。

1994年之前，巴黎统筹委员会对我国实行禁运，禁止向中国销售先进电子 CAD 软件，国外 EDA 工具无法进入中国，在此背景下，中国开始自主研发 EDA 工具。

1988年开始研发 EDA 熊猫系统，1991年开发出原型，1993年正式问世。

1994年“巴统”解散，国外 EDA 公司迅速进入中国市场，此时国产 EDA 缺乏国家政策支持， “造不如买”的思维使大多国内企业购买国外 EDA 企业的技术与工具，国产 EDA 面临新的困境。

2008年，国家“核高基”重大科技专项正式进入实施阶段，EDA 领域得到国家支持，诞生出了华大九天、芯愿景等企业。

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。

国内 EDA 企业尚难提供全流程产品，使下游用户青睐海外厂商。

国内 EDA 企业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。

但国内 EDA 软件在项目定制化、产品兼容性等方面优势开始逐步显现，特别在产品工艺、技术分析等细分领域具有优势，个别点工具功能强大，拥有多项 EDA 软件技术、工具和特定领域的全流程设计。

3.2 EDA 是卡硬件脖子的技术

EDA 是集成电路产业的基础性支柱技术，杠杆效应大，战略地位举足轻重。而美国在 EDA 领域处于绝对垄断地位，以美国公司为首的几大公司基本垄断了所有相关工具的应用和进一步研发，同时中国市场在全球的占比不足 10%。美国逐步加大对中国的打击力度，EDA 是代价最小、见效最快的打击手段。

国产 EDA 工具市场份额仍然较小，国产替代空间较大。

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。

进入中国市场时间早、客户合作密切、培养用户习惯、人才储备是海外巨头垄断的主因。

根据前瞻产业研究院数据，2018-2020 年海外三大厂商 Synopsys、Cadence 和 Mentor Graphics 占 国内市场份额分别为 77.1%、77.4%、77.7%，他们形成高市占率的原因主要在于以下几点：

1）进入中国市场时间早。

在 1994 年“巴统”取消对中国的禁令后，Cadence 就进入了中国市场，次年另两家 EDA 巨头 Synopsys 和 Mentor Graphics 也相继中国市场，而当时中国的半导体产业还处于起步期。三巨头凭借其成熟的技术工艺迅速占领中国市场，国产软件熊猫只占有极小的份额。

2）与下游客户合作密切，共同研发投资。

在 IC 领域，海外 EDA 厂商和 IC 制造商有着长期的合作关系，得到了制造商们的支持和信任，使得新的 EDA 厂商很难得到和制造商合作的机会，国内 EDA 设计平台在 IC 市场发展受限，难以盈利。同时国外厂商和 IC 设计、制造商共同投资研发，既减少了开发成本，有大量缩短了研发时间，实现经济效益最大化。

如台积电和 Synopsys 合作，共同建立 EDA 平台和 IP 平台，从工艺开发到整个平台推出，较原先分别开发时间缩短了一半，双方投资成本也大大降低，这种合作共赢的方式也加深了双方的长期合作关系，形成良性循环。

3）培养用户习惯。

国外 EDA 厂商通过和国内一些具有较强科研实力的高校进行合作，开展“大学计划”，为高校提供 EDA 设计工具软件，培养用户的使用习惯。由于学生在校期间选择哪款工具，会对其今后工作中工具的选择产生重要影响，进一步培养了用户的使用粘性。例如 Synopsys 于 1995 年在清华大学成立了“清华大学——新思科技高层次电子设计中心”等。

4）人才储备优势。

EDA 行业具有轻资产、技术密集属性，需要大量的人才，尤其是高端人才。国外 EDA 产业发展早，技术成熟，拥有丰富的 EDA 人才储备，例如 Synopsys 的研发人员就超过了 7000 人，而国内 EDA 研发人员数量稀缺，以华大九天为例，公司研发人员约 300 多人，国内其他 EDA 厂商研发人数普遍不到 100 人。国内的 EDA 人才储备和国外差距较大，人才缺口制约 了国内 EDA 的发展，为海外企业占领中国市场提供了机会。

3.3 国产 EDA 工具加速突围

功能细分、高兼容性的专业化 EDA 软件为国产 EDA 发展提供了方向。虽然目前海外 EDA 产品的应用场景可涵盖设计全流程/全系统，但在各环节的功能和易用性表现参差不齐，导致 用户需要借助第三方软件进行调整优化。同时，各类 EDA 工具之间在平台、操作系统、组件协作方面的数据交互难度大，设计成果无法实现高效转换及复用，因此需要功能细分、高兼容性的专业化 EDA 软件实现不同平台之间的交互，这也为国内 EDA 厂商提供了发展方向。

IC 设计公司、EDA 软件和 IC 制造商之间的铁三角关系为国产 EDA 带来新机会。

半导体行业 内，IC 设计公司、EDA 软件和 IC 制造商之间存在着铁三角关系，EDA 工具能够自动完成芯片的电路设计、性能分析、版图设计等整个过程，支持 IC 设计公司的研发和芯片设计；其次，设计的芯片也需要 IC 制造商的生产，设计技术的进步也将推动 IC 制造商工艺制程的发展；最后，IC 制造商工艺制程的提升又会反过来促进 EDA 软件的升级和发展，三者之间能够互相支持和培育。

目前，中国有全球头部的 IC 设计公司，全球最多的代工厂和全球最大的半导体消费市场，这样的制造和消费格局，为国内 EDA 公司的发展创造了新机会。

点工具是国产 EDA 的突破口。

从前端设计（逻辑实现）-前端仿真/验证-后端设计（物理实现）-后端验证/仿真-流片的全流程设计平台基本被国际巨头垄断，护城河很深。

国产 EDA 进入壁垒较大，机会在于以点工具为突破口，由点及面逐步发展。以华大九天为例，其以模拟电路仿真软件为突破口，将 IC 领域的全流程设计支持技术迁移到液晶面板设计全流程，随着中国液晶面板的崛起，同步占领市场，随后逐步过渡到模拟全流程等软件的发展，这种以点工具为切入点寻找新发展机会的模式，可以帮助国产 EDA 寻找新的突破口，打开新的市场空间。

随着中美摩擦加剧，国家对 EDA 工具自主可控的需求越来越强，亟需通过自主创新实现突破。

国家已经开始重视 EDA 产业，政府和民间均在加大投资，国家发改委、工信部、科技部均对 EDA 产业的创新和发展做出了重点支持，上海、南京、深圳等地方政府均成立了配套的 EDA 创新中心及相关的产业化项目。

据 IC World 统计，2009-2017 年间的“国家 01 专项”约有 8 亿元投入至EDA 产业，而 2018-1Q21 国家投入总额超过 10 亿元，民间投资亦在加大，2020 年至 2021 年 10 月中国 EDA 产业融资金额超过 22 亿元，达到历史高峰，国产 EDA 工具正在迎来发展的黄金机遇。

4 报告总结

4.1 自主可控势在必行，国产 EDA 公司加速突围

国产 EDA 公司开展差异化竞争，全面突围势在必行。我国市场上主要 EDA 软件供应商包括 华大九天、概伦电子、芯愿景、广立微电子等。这些企业虽然在全流程产品上和海外巨头有不小差距，但在不同领域各有所长，开展差异化竞争：

（1）概伦电子在器件建模和电路仿真两大集成电路制造和设计的关键环节具备国际市场竞争力，拥有自主知识产权的 EDA 核心技术，能够支持等先进工艺节点和 FinFET、FD-SOI 等各类半导体工艺路线，构建了较高的技术壁垒。

（2）华大九天是国内的 EDA 龙头企业，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，是全球唯一可提供液晶平板全流程 EDA 设计解决方案的提供商。

（3）广立微电子拥有全流程平台，用于高效测试芯片自动设计、高速电学测试和智能数据分析，流程平台与技术方法能够提高集成电路性能、良率、稳定性和产品上市速度的定制服务。

（4）芯愿景依托自主开发的 EDA 软件，开展集成电路分析服务和设计服务，目前公司六大 EDA 软件产品已经覆盖 IC 分析服务和设计服务全流程，相关产品具备与其他 EDA 软件的高兼容性和互操作性。

4.2 重点公司：概伦电子、华大九天、广立微、芯愿景

4.2.1 概伦电子：器件建模和电路仿真技术国际领先

概伦电子创立于 2010 年，是中国领先的 EDA 核心企业。公司的主营业务为向客户提供被全 球领先集成电路设计和制造企业长期广泛验证和使用的 EDA 产品及解决方案，主要产品及服务包括制造类 EDA 工具、设计类 EDA 工具、半导体器件特性测试仪器和半导体工程服务等。公司的主要客户包括台积电、三星电子、SK 海力士、美光科技、联电、中芯国际等全球领先的集成电路企业。

公司自成立以来一直专注于 EDA 工具的自主设计和研发，推动先进工艺节点的加速开发和 成熟工艺节点的潜能挖掘。公司在器件建模和电路仿真两大集成电路制造和设计的关键环节掌握了具备国际市场竞争力、自主可控的 EDA 核心技术，形成了核心关键工具，能够支持 7nm/5nm/3nm 等先进工艺节点和 FinFET、FD-SOI 等各类半导体工艺路线，构建了较高的技 术壁垒，公司主要 EDA 产品工具如下：

（1）公司制造类 EDA 工具主要为器件建模及验证 EDA 工具、PDK 生成及验证 EDA 工 具、标准单元库设计及验证 EDA 工具等，用于快速准确地建立半导体器件模型、PDK 和标准单元库，是集成电路制造领域的核心关键工具。

（2）公司设计类 EDA 工具主要为电路仿真及验证 EDA 工具及即将推向市场的电路设计平 台包括电路设计输入、版图设计和物理验证 EDA 工具等，用于大规模集成电路的电路设计输入和 版图设计、电路仿真和验证，优化电路的性能和良率，是集成电路设计领域的核心关键工具。

受益于半导体行业景气度不断走高与国产 EDA 工具需求快速增长，概伦电子近年来营收稳步增长。2018-2021 年概伦电子营收分别为 0.52、0.65、1.37、1.94 亿元，2018-2021 年 CAGR 为 55.10%。

公司主营业务收入大部分为 EDA 工具授权收入，其他部分为相关的半导体器件特性测试仪器销售及半导体工程服务收入，2018-2021 年制造类 EDA 工具营收分别为 0.30、0.37、0.59、0.78 亿元；设计类 EDA 工具营收分别为 0.14、0.19、0.36、0.62 亿元；半导体器件特性测试仪器营收分别为 69、588、2443、4571 万元；半导体工程服务营收分别为 714、336、1772、645 万元。

扣非归母净利润稳步增长。 2018-2021 年概伦电子归母净利润分别为-0.08、-8.77、0.29、 0.29 亿元，2019 年亏损较多主要由于公司计提了较多股权支付费用，扣除股权支付费用等非经常性损益后公司归母净利润分别为-0.08、0.03、0.21、0.23 亿元，于 2019 年实现扭亏为盈。

公司毛利率始终保持较高水平。 2018-2021 年，公司毛利率分别为 96.28%、95.29%、89.54%、91.96%，其中 EDA 工具授权毛利率始终为 100%，半导体器件特性测试仪器毛利率分别为 67.82%、84.12%、75.19%、76.86%，半导体工程服务毛利率分别为 81.56%、48.05%、55.42%、37.77%。2021 年毛利率同比上升 2.42%，主要原因系 EDA 工具授权业务占主营业务收入的比例从 2020 年的 69.23%提升至 2021 年的 72.86%。

公司重视研发投入，持续对核心技术进行研发。 2018-2022年，公司研发费用分别为0.27、 2.37、0.54、0.79 亿元，研发费用率分别为 51.15%、361.92%、38.91%、40.99%，始终维持高研发费用率。

我们预计公司 2022-2024 年收入分别为 2.80/3.97/5.51 亿元，归母净利润分别为 0.53/0.78/1.09 亿元，对应 2022-2024 年 PE 分别为 194/133/95 倍。考虑到公司是中国大陆领先的 EDA 点工具供应商，器件建模和电路仿真技术具有国际竞争力，具备长期成长性。

风险提示： 技术创新风险；市场竞争加剧风险；高端人才流失风险。

4.2.2 华大九天：全流程 EDA 工具国内领先

华大九天是国内规模最大、技术实力最强的 EDA 龙头企业。

华大九天成立于 2009 年，致力于面向泛半导体行业提供一站式 EDA 及相关服务，是目前国内规模最大、技术实力最强的 EDA 龙头企业。公司在模拟电路设计、平板显示电路设计领域已实现了全流程工具的覆盖，在数字电路设计和晶圆制造领域的部分工具也形成了独特的技术优势。

公司储备了大量的知识产权、非专利技术、工具产品等技术成果，在 EDA 工具软件及相关服务领域形成了行业领先的技术优势，且部分产品和技术已达国际领先水平，拥有多项全球独创的领先技术。

华大九天自 2009 年成立以来，经过多次增资和更换股东，大股东从中国华大集成电路设计集团有限公司更换为中国电子。

华大九天从中国电子系发展而来，股东背景强劲。

华大九天的第一大股东——中国电子有限公司，持股比例为26.52%，是中国电子信息产业集团旗下集成电路业务板块二级企业。中国电子信息产业集团是中央直管的国有独资特大型集团公司，也是中国最大的国有信息科技类央企之一，多年来一直肩负中国信息产业国家队的使命，承接了财政、金融等领域的国家级重大信息化工程，拥有国内领先的自主系统软件、支撑软件及应用软件的完整开发体系，形成了国内最具规模的软件产业群。

公司自设立以来一直从事 EDA 工具软件的开发、销售及相关服务，不断积累与增强自身研发技术实力，并准确把握了行业技术发展方向，已成为目前国内规模最大、产品线最完整、综合技术实力最强的 EDA 工具提供商。

公司专注于 EDA 软件的开发，营收保持快速增长趋势。

公司收入及增长主要来源于主营业务，即提供 EDA 工具软件销售和技术开发服务。

2018 年度至 2020 年度，公司营业收入分别为 1.51 亿元、2.57 亿元、4.15 亿元，复合增长率为 65.78%；其中，公司主营业务收入占比分别为 94.87%、98.50%及 97.92%。公司营收的快速增长，一方面受益于 EDA 行业持续增长，另一方面，也源自公司持续深耕，不断拓展新客户，提升在国内的市场份额。

2018-2020 年，公司分别实现归母净利润 0.49 亿元、0.57 亿元、1.04 亿元，年复合增长率为 46.10%。公司与国内外主要集成电路设计企业、晶圆制造企业、平板厂商建立了良好的业务合作关系，并通过持续的技术优化和产品迭代稳定与深化客户合作。

公司产品具有较强竞争力，主营业务保持高毛利率水平。

公司主营业务中，毛利率较低的技术开发服务业务营收占比逐年增加，且技术开发服务业务毛利率自身也存在一定下降。2018-2020 年，公司主营业务毛利率分别为 95.35%、88.65%和 88.68%，始终保持在较高水平，主要系公司主营业务产品具有较强的竞争力，主营业务盈利能力较强。

公司始终保持高研发投入，保障公司不断开发领先核心技术。

2018 至 2020 年，公司研发费用分别为 7509.81 万元、1.35 亿元和 1.83 亿元，复合增长率为 56.28%，研发费用占营业收入的比重分别为 49.81%、52.50%和 44.22%。2020 年研发费用占营业收入的比重略有下降，主要原因为前期公司的研发投入成效显著，2020 年营业收入的增幅超过研发费用增幅。

公司历史积累深厚，全流程 EDA 工具覆盖面国内领先。

公司自成立以来，始终专注于 EDA 领域，积累了丰富的产品和技术经验，并树立了良好的市场形象和客户口碑。公司以 EDA 工具软件为核心，围绕集成电路设计和晶圆制造等客户多种需求，为客户提供 EDA 解决方案。

公司在模拟电路设计、平板显示电路设计领域已实现了全流程工具的覆盖，在数字电路设计和晶圆制造领域的部分工具也形成了独特的技术优势。公司储备了大量的知识产权、非专利技术、工具产品等技术成果，在 EDA 工具软件及相关服务领域形成了行业领先的技术优势，且部分产品和技术已达国际领先水平。

公司是我国唯一能够提供模拟电路设计全流程 EDA 工具系统的本土 EDA 企业。该 EDA 工 具系统包括原理图编辑工具、版图编辑工具、电路仿真工具、物理验证工具、寄生参数提取工具和可靠性分析工具等，为用户提供了从电路到版图、从设计到验证的一站式完整解决方案。目前大部分模拟芯片产品仍在使用 28nm 及以上的成熟工艺制程，从工艺支持角度来看公司既有模拟电路设计及验证工具已可以满足大部分模拟设计客户的制程需要。

公司的数字电路设计 EDA 工具为数字电路设计的部分环节提供了特色解决方案，具体包括 单元库特征化提取工具 Liberal、单元库/IP 质量验证工具 Qualib、时序仿真分析工具 XTime、时序功耗优化工具 XTop 以及版图集成与分析工具 Skipper 等。

公司目前在数字电路 EDA 领域仅覆盖数字电路设计的部分流程，尚未实现全流程工具覆盖。

整体来看，公司已发布的数字电路设计 EDA 工具中，除个别工具外均达到国际领先水平，可支持 5nm 量产工艺制程。

平板显示电路设计与模拟电路的设计理念、设计过程和设计原则有一定的相似性。

公司在已有模拟电路设计工具的基础上，结合平板显示电路设计的特点，开发了全球领先的平板显示电路设计全流程 EDA 工具系统。

公司针对晶圆制造厂的工艺开发和 IP 设计需求，提供了相关的晶圆制造 EDA 工具，包括器 件模型提取工具、存储器编译器开发工具、单元库特征化提取工具、单元库/IP 质量验证工具、版图集成与分析工具以及模拟电路设计全流程 EDA 工具等，为晶圆制造厂提供了重要的技术支撑。

4.2.3 广立微：立足电性分析和良率提升工具

广立微电子，性能分析和良率提升方案的领先供应商。杭州广立微电子有限公司，是一家专为半导体业界提供性能分析和良率提升方案的领先供应商，提供基于测试芯片的软、硬件系 统产品以及整体解决方案。拥有全流程平台，用于高效测试芯片自动设计、高速电学测试和智能数据分析，流程平台与技术方法能够提高集成电路性能、良率、稳定性和产品上市速度的定制服务。

广立微电子由创始人共同控制，股权结构集中。 公司实际控制人郑勇军直接持股41.04%，第二大股东史峥为清华大学电子工程硕士，浙江大学电子工程博士，主要研究纳米尺度集成电路设计，成品率增强技术和集成电路物理设计方法，和郑勇军为公司实际受益人，两人合计持股 66.32%。

多年技术与客户资源积累带来营收与利润高增长。 公司 2021 年实现营业收入 1.98 亿元，同 比增长 59.92%，2019-2021 年营收复合增速达 73.07%；2021 年实现归母净利 0.64 亿元，同比增长 28.09%，2019-2021 年归母净利复合增速高达 88.56%。主要原因系公司凭借多年研发积累，开发出来具有一定领先优势的技术与产品，另一方面公司与国内主要集成电路厂商的合作关系不断深化，助力公司实现了业绩高速增长。

结构逐步调整优化，公司综合毛利率和净利率整体符合预期。 2021 年公司综合毛利率 76.47%，同比有所下降但总体仍有较高水平，主要受收入结构变化的影响。2020 年度毛利率下降的主要原因则系随着公司推出的第四代晶圆级电性测试设备获得市场认可，与 EDA 软件业务相比毛利率较低的测试机与配件业务高速发展，当年收入达 3076 万元，同比增长 300.31%，因此公司综合毛利率有所降低。

4.2.4 芯愿景：IC 分析与设计服务领军企业

芯愿景是国内 EDA 行业的领军企业之一。公司是一家以 IC 分析、IC 设计和 EDA 软件为核心业务的高技术服务公司，是国内 EDA 行业的领军企业之一，主要经历了 3 个发展阶段。

1）初创发展阶段：2002 年芯愿景有限成立，公司聚焦 IC 技术分析所需 EDA 软件的研发和推广，开发出 Filmshop 和 ChipLogic Family 两大软件产品线；2004 年实现从软件工具开发商向分析服务提供商的转型。

2）快速发展阶段：持续投入 EDA 软件研发，成功开发 Hierux System、Panovas Pro 软件产品线。

3）拓展提升阶段：建成工艺分析研究实验室，将主要 EDA 软件进行 64 位架构升级，创新开发 Catalysis Series、IPsense System 系列软件，2019 年，公司整体变更设立股份公司。

公司自创立起就坚持自主研发集成电路 EDA 软件，累计研发了 6 套 EDA 系统，共 30 多个软件，覆盖了集成电路工艺分析、电路分析和知识产权分析鉴定的全流程。

自然人共同控制的民营企业，股权结构集中。

公司控股股东、实际控制人为丁柯、蒋卫军、张军及丁仲，其中丁柯、蒋卫军和张军为公司创始人，按照发行完成后公开发行股数占发行后总股数比例不低于 25%计算，分别持股 38.20%，28.37%，23.64%，公司董事、研发总监丁仲直接持股 2.93%，与丁柯为同胞兄弟关系，4 名股东合计控股 93.13%。

员工持股平台新创愿景股权占比 1.55%，股权激励充分。 北京新创愿景为公司员工持股平台，持有公司 1.55%的股份，激励对象包括公司董事、监事、高级管理人员以及研发、销售、财务等多个部门的骨干人员，建立健全了公司的长效激励机制，吸引优秀人才。

创始人与管理层在集成电路领域具有深厚的资源和技术背景。 公司创始人、董事长丁柯，为中国科学院软件研究所博士，曾参与国家自然科学基金重点项目、国家 973 基金等项目的研究工作，在中国计算机领域的权威性学术刊物《计算机学报》等核心期刊和国际学术会议上发表多篇论文，在集成电路分析领域拥有近 20 年的研究开发经验，规划建立了芯愿景 IC 分析服务、IC 设计服务和 EDA 软件开发的完整技术研发及业务体系，是公司总体技术路线的核心制定者。创始人蒋卫军，为中国科学院自动化研究所硕士，主要研究集成电路图像自动化处理技术，是模式识别和图像处理方面的资深专家。其余管理层成员也具有深厚的技术研发背景，长期扎根于集成电路领域。

高强度研发投入，保持技术先进性。 公司持续进行研发投入，以保持公司技术研发的前瞻性、领先性和核心技术的竞争优势。2018-2020 年，公司研发费用分别为 1164/1329/1971 万元，研发费用率分别为 10.25%/8.29%/10.90%。

IC 产业快速发展、市场需求提升带动营收、利润高增长。 公司 2020 年实现营业收入 1.8 亿 元，同比增长 12.76%，2017-2020 年营收复合增速达 34.88%；2020 年实现归母净利 8288 万元，同比增长 12.32%，2017-2020 年归母净利复合增速高达 45.43%。营收、归母净利高增主要系全球 IC 产业持续快速发展，国内进口替代需求快速增长，公司的技术能力不断增强，客户认可度提升。

IC 分析服务、IC 设计服务及 EDA 软件授权是公司三大主营业务。 2020 年 IC 分析服务、IC 设计服务及 EDA 软件授权分别实现营收 14879/1995/778 万元，营收占比分别为 84.29%/11.30%/4.41%；2020 年 IC 分析服务、IC 设计服务及 EDA 软件授权分别实现毛利 11415/1663/778 万元，毛利占比分别为 82.38%/12.00%/5.62%。

结构优化促公司综合毛利率和净利率提升。 由于对前期研发投入进行费用化处理，公司 EDA 业务的毛利率始终较高，约为 100%；IC 分析服务的毛利率维持在 75%左右；由于 IC 设计服务业务中高毛利率的 IP 授权业务收入占比有所提高，使 IC 设计业务的毛利率逐年提升至 2020 年的 83.37%。

受益于 IC 设计服务毛利率提升，以及高毛利率的 IC 分析营收占比提升，2020 年公司的综合毛利率和综合净利率分别为 78.50%和 46.95%，较 2017 年分别提升 8.89pct 和 9.84pct，两者均呈上升趋势。

技术实力优秀，自主研发 EDA 与 IC 分析/设计形成协同。

公司积极开展技术创新，建立了工 艺/技术/知识产权分析、“一站式 IC 定制”、IP 授权等解决方案，并自主开发支 EDA 软件应用于IC 分析服务和设计服务领域形成协同。

（1）IC 分析服务领域： 实现了 7 纳米 FinFET 产品的工艺及技术分析，单个项目最大规模达 35 亿个晶体管，最大金属层数达 16 层。

（2）IC 设计服务领域： 主要针对微控制器、电源管理、汽车电子、工控、数字信号处理等多个领域，形成了 ASIC/SoC“一 站式定制”服务能力，在 IC 安全方面，公司还提供固件安全加固、硬件漏洞检测及安全评价等设 计外包服务。

（3）EDA 软件领域： 将 EDA 软件需求定位于 IC 分析服务和设计服务领域，逐步形成六大软件产品线、38 个软件产品。

相关产品开发和运行综合了软件工程、数据库、图像处理、IC 设计等多领域的技术知识，研发难度较高；产品内嵌大量自动算法，大幅提升分析及设计效率；产品支持一系列工业标准数据格式，具备与主流 EDA 软件的高兼容性和互操作性。

长期的产业合作伙伴和丰富的客户资源。 公司业务主要面向 IC 设计企业、集成器件制造商、系统厂商、科研院所、司法鉴定机构等，已开拓了包括纳思达等国内知名 IC 设计和制造企业、中国电子科技集团旗下机构、中国科学院下属研究所等多家重要客户。

长期稳定的合作，使公司和客户间形成多种定制化解决方案或技术规范，通过融入客户的研发体系，构建客户壁垒。科学有效的项目管理模式，提高工作效率和项目品质。

大规模 IC 分析项目需要进行高复杂度的项目管理工作，在产品设计时间周期的约束下，项目管理和执行难度较大，公司创新开发了全流程管理架构，在售前/后、项目实施等方面进行制度化管理，形成了严谨、周密的执行机制和“跨部门协作”、“工作量动态平衡”、“多层级分工”等特色模式，有效提高执行效率，保障项目执行高品质。

5 风险提示

1）技术创新风险。 集成电路产业发展迅速，技术及产品更新换代频繁。EDA 工具是集成电路领域的上游基础工具，应用于集成电路设计、制造、封装、测试等产业链各个环节。EDA 算法是数据密集型计算的典型代表，需要深厚的理论基础和不断的技术创新，必须经过长时间的技术积累和持续大规模的研发投入。同时，在集成电路制造工艺向先进制程演进的过程中，EDA 工具必须紧随新工艺的特点不断升级完善才能满足新工艺的应用需求。如果国内 EDA 行业公司不能保持持续、大规模的研发投入并持续实现技术突破升级，则在追赶主要国际竞争对手的过程中将受到阻碍。

2）市场竞争加剧风险。 全球 EDA 市场由主要国际知名厂商新思科技、铿腾电子和西门子 EDA 主导。与上述国际顶级厂商相比，国内 EDA 公司在品牌影响力、技术研发水平、资金实力和市场占有率等方面均存在一定差距。如果国内 EDA 行业公司不能持续加大研发投入、开拓市场、提高产品服务水平以适应未来市场竞争格局，其经营业绩可能受到不利影响。

3）高端人才流失风险。 作为典型的技术驱动型行业，EDA 行业对于专业人才尤其是研发人员的依赖程度较高，专业技术人员是 EDA 公司生存和发展的重要基石。随着市场需求的不断增长和行业竞争的日益激烈，EDA 行业对于专业技术人才的竞争不断加剧，若国内 EDA 公司不能提供更好的发展平台、更具市场竞争力的薪酬待遇及良好的研发条件，可能面临技术人员流失的风险。

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