2022年8月13日，美國商務部一紙禁令，對包括設計GAAFET（全柵場效應晶體管）結構集成電路所必須的EDA軟件在內的四種新興和基礎技術進行出口管制，再度將集成電路EDA軟件行業(yè)推到了風口浪尖。雖然GAAFET工藝是進入3nm工藝后的主流工藝架構，當下尖端的5/7nm工藝用的都是FinFET（鰭式場效應晶體管）工藝架構，與此對應的EDA軟件并不在本次管制清單之內，但本次制裁再一次給中國集成電路產(chǎn)業(yè)敲響了警鐘，如果EDA軟件等關鍵環(huán)節(jié)無法實現(xiàn)國產(chǎn)化，那么集成電路行業(yè)的國產(chǎn)替代和國家關鍵領域的自主可控都將淪為空談。

自2018年美國對中興通訊揮舞制裁大棒以來，以美國為首的西方世界對中國半導體行業(yè)的封鎖逐漸由集成電路設計領域向上游過渡到設備、材料及EDA等核心領域，并且封鎖范圍從最初的針對部分公司逐漸擴大到針對全行業(yè)，發(fā)展以EDA為代表的集成電路核心環(huán)節(jié)已經(jīng)到了刻不容緩的地步。

一、EDA堪稱數(shù)字經(jīng)濟的基石

EDA 是電子設計自動化（Electronic Design Automation）的簡稱，是電子設計與制造技術發(fā)展的核心。EDA技術以計算機為工具，采用硬件描述語言為表達方式，融合圖形學、計算數(shù)學、微電子學、拓撲邏輯學、材料學及人工智能等技術，用于完成超大規(guī)模集成電路芯片設計、制造、封裝、測試的全流程，是集成電路產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略基礎支柱之一。

圖1：EDA貫穿集成電路設計及制造的全過程

資料來源：概倫電子招股書

EDA是集成電路設計和制造流程的支撐，是集成電路設計方法的載體，也是連接設計和制造兩個環(huán)節(jié)的紐帶和橋梁。集成電路企業(yè)需要使用EDA軟件完成設計和制造的全過程。在集成電路制造-工藝平臺開發(fā)階段EDA幫助晶圓廠完成器件建模及驗證，晶圓廠完成工藝開發(fā)后以PDK、IP及標準單元庫的形式將工藝文件提供給集成電路設計企業(yè)，設計企業(yè)使用EDA軟件完成集成電路的設計工作后，使用PDK（工藝設計套件工具）、IP及標準單元庫進行電路仿真及驗證，再進行物理實現(xiàn)之后，即可將電路版圖交付晶圓廠進行集成電路的生產(chǎn)。

圖2：EDA處于集成電路上游關鍵環(huán)節(jié)

資料來源：華大九天招股書

集成電路是數(shù)字經(jīng)濟的基礎，EDA則位于集成電路的最上游，是集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)起點和支點。根據(jù)SEMI數(shù)據(jù)，2020年全球EDA的市場規(guī)模僅為114.67億美元（含IP市場），卻支撐著集成電路數(shù)千億美元的產(chǎn)值，最終支撐起數(shù)十萬億美元的數(shù)字經(jīng)濟。如果EDA這一基石出現(xiàn)問題，則整個半導體行業(yè)和數(shù)字經(jīng)濟體系都將面臨坍塌的風險。

圖3：EDA行業(yè)是數(shù)字經(jīng)濟的基石

資料來源：SEMI，華大九天招股書

二、EDA的分類

按照面向對象的不同，可將EDA軟件分為數(shù)字設計類、模擬設計類、晶圓制造類、封裝類及系統(tǒng)類五大類。

數(shù)字設計類EDA軟件用于數(shù)字芯片設計環(huán)節(jié)，包括功能和指標定義、架構設計、RTL編輯、功能仿真、邏輯綜合、靜態(tài)時序仿真（STA）及形式驗證等。模擬設計類EDA軟件用于模擬芯片設計環(huán)節(jié)，包括電路設計、電路仿真、版圖設計、物理驗證、寄生參數(shù)提取及射頻設計解決方案等。與數(shù)字芯片設計相比，模擬芯片設計的自動化程度較低，二者使用的EDA軟件也有所差異。

晶圓制造類EDA軟件是晶圓廠在工藝平臺開發(fā)和晶圓生產(chǎn)階段應用的工具，用以協(xié)助晶圓廠完成半導體器件和制造工藝的設計，包括工藝與器件仿真工具（TCAD）、器件建模工具、工藝設計套件工具（PDK）、計算光刻工具、掩膜版校準工具和良率分析工具等。封裝類EDA主要面向芯片封裝環(huán)節(jié)，包括封裝設計、封裝仿真以及SI/PI（信號完整性/電源完整性）分析。

系統(tǒng)類EDA 則可進一步分為PCB 設計、平板顯示設計、系統(tǒng)仿真工具（Emulation）、CPLD/FPGA 等可編程器件上的電子系統(tǒng)設計工具等。

三、EDA的市場規(guī)模及競爭格局

在下游需求強勁及先進工藝不斷迭代的驅動下，全球EDA市場規(guī)模呈現(xiàn)穩(wěn)定上升趨勢。根據(jù)SEMI統(tǒng)計，全球EDA市場規(guī)模由2012年的65.36億美元，提升至2020年的114.67億美元，CAGR達7.28%。

圖4：全球EDA行業(yè)市場規(guī)模（億美元）及增長情況

資料來源：SEMI

EDA行業(yè)的起源最早可追溯至20世紀60年代，這一時期主要是EDA技術的積累期，積累了包括電路仿真、邏輯仿真與測試、MOS時序仿真、PCB版圖系統(tǒng)、布線以及規(guī)則陣列等技術成果。從20世紀80年代開始，尤其是1986年、1987年硬件描述語言Verilog和VHDL的相繼面世，極大的推動了EDA行業(yè)的發(fā)展，根據(jù)這些語言規(guī)范產(chǎn)生的各種仿真系統(tǒng)被迅速推出，我們所熟悉的EDA三巨頭Synopsys、Cadence和Siemens EDA（原Mentor Graphics）均誕生于這一時期。20世紀90年代開始，隨著摩爾定律推動下的集成電路設計愈加復雜以及由此帶來的產(chǎn)業(yè)分工精細化，EDA行業(yè)迎來快速發(fā)展期。

進入21世紀后，EDA行業(yè)經(jīng)歷了一系列并購重組，逐漸形成了現(xiàn)有的寡頭競爭格局，Synopsys、Cadence和SiemensEDA成為行業(yè)絕對龍頭，2018-2020年，全球EDA行業(yè)CR3分別為77.1%、77.4%和77.7%，行業(yè)集中度極高且有繼續(xù)提高的趨勢。

圖5：全球EDA行業(yè)競爭格局

資料來源：賽迪顧問

整體而言，全球EDA企業(yè)可以分為三個梯隊。Synopsys、Cadence和SiemensEDA憑借具有行業(yè)領導地位的全流程解決方案以及具備核心競爭優(yōu)勢的點工具穩(wěn)居第一梯隊；第二梯隊則是通過核心優(yōu)勢產(chǎn)品在行業(yè)內形成局部壟斷，并可以提供具有行業(yè)領導地位的關鍵流程解決方案；第三梯隊則是通過深耕點工具方案或部分設計全流程方案的新型EDA企業(yè)，目前在部分關鍵流程或特定工藝的全流程解決方案上具有較強競爭力。

圖6：EDA行業(yè)競爭格局示意圖

資料來源：概倫電子招股書

受巴黎統(tǒng)籌委員會對中國實施禁運的影響，自建國以后EDA核心技術一直無法進入中國。1986年我國開始研發(fā)自有EDA系統(tǒng)，但由于行業(yè)生態(tài)環(huán)境的發(fā)展和支撐相對滯后，且1994年巴黎統(tǒng)籌委員會解散導致大量國外EDA工具進入中國，國內EDA企業(yè)發(fā)展陷入停滯。直到2008年4月國務院常務委員會通過國家科技重大專項“核心電子器件、高端通用芯片及基礎軟件產(chǎn)品”實施方案后，本土EDA企業(yè)重新迎來發(fā)展良機，開始涌現(xiàn)出諸如華大九天、概倫電子、廣立微等優(yōu)質EDA企業(yè)。2020年，國務院印發(fā)《新時期促進集成電路產(chǎn)業(yè)和軟件產(chǎn)業(yè)高質量發(fā)展的若干政策》，首次將EDA寫入國家集成電路產(chǎn)業(yè)政策中，標志著我國EDA行業(yè)正式邁入高速發(fā)展階段。

根據(jù)中國半導體行業(yè)協(xié)會的統(tǒng)計，2020年我國EDA市場規(guī)模約93.1億元，其中我國自主EDA 企業(yè)營業(yè)收入約為7.6億元，僅占中國EDA市場規(guī)模的約8%，國產(chǎn)替代空間十分巨大。

圖7：中國EDA行業(yè)市場規(guī)模（億元）及增長情況

資料來源：中國半導體行業(yè)協(xié)會

2020年Synopsys在中國大陸的營收為4.21億美元，占其總收入比例約11.4%，Cadence在中國大陸的營收為4.07億美元，占其總收入比例約15.2%，兩大巨頭在國內的營收合計約8.28億美元。按2020年12月31日美元兌人民幣匯率收盤價6.50計算，Synopsys和Cadence分別占中國EDA市場規(guī)模的29.4%和28.4%，合計占比達到57.8%。國內EDA龍頭華大九天2020年EDA授權收入為3.45億元，僅占國內EDA市場的3.7%；國內EDA領域另一上市公司廣立微2020年EDA授權收入為2979萬元，市場份額更是僅有0.3%。國內EDA廠商與國際巨頭相比，市場占有率差距十分明顯。

四、EDA的行業(yè)特征及發(fā)展趨勢

1.EDA行業(yè)研發(fā)投入高，技術積累構筑企業(yè)護城河

EDA行業(yè)屬于技術、人才、資金密集型行業(yè)。隨著摩爾定律的不斷演進，集成電路設計復雜度不斷增加，制造及封裝工藝不斷迭代更新，EDA軟件作為關鍵的配套工具，其技術也必須隨之更新升級，EDA廠商需保持持續(xù)的研發(fā)強度以保持競爭力。EDA三巨頭Synopsys、Cadence及SiemensEDA研發(fā)費用率常年保持在30%以上，其中Synopsys、Cadence近十年研發(fā)費用分別累計達627.41 億元、508.92億元，平均研發(fā)費用率高達34.56%及38.90%，高額的研發(fā)投入既保障了EDA的技術進步，更是EDA龍頭長期保持市場競爭力的關鍵。

國內EDA行業(yè)上市公司華大九天、概倫電子及廣立微近幾年研發(fā)費用率也均在30%以上，華大九天及概倫電子研發(fā)費用率更是長期保持在40%以上，遠高于A股半導體上市公司約10%的平均研發(fā)費用率水平。

圖8：國內EDA龍頭公司研發(fā)費用（億元）及研發(fā)費用率情況

資料來源：Wind

從人才角度講，EDA軟件的研發(fā)涉及計算機、理論數(shù)學、物理學、微電子學等多種學科，對研發(fā)人員要求極高。培養(yǎng)一名EDA研發(fā)人才，從高校課題研究到從業(yè)實踐的全過程往往需要10年左右的時間。因此，企業(yè)的人才儲備是決定其是否能夠在行業(yè)中持續(xù)發(fā)展的關鍵因素。行業(yè)頭部公司憑借其知名度、成熟培訓體系等持續(xù)吸引人才加入，研發(fā)人員規(guī)模領先，構筑了強大的人才壁壘。

2021財年末，海外EDA巨頭Synopsys、Cadence員工人數(shù)分別為16361人、9300人，是支撐其在全球EDA市場獲得高市占率的重要因素之一。國內EDA上市公司與海外龍頭公司相比，在員工規(guī)模及人均創(chuàng)收方面均存在較大差距。

表1：國內外EDA公司員工人數(shù)及人均創(chuàng)收對比

資料來源：Wind，美元兌人民幣匯率取2021年12月31日收盤價。

2.并購整合是EDA行業(yè)發(fā)展主旋律

EDA軟件涉及集成電路設計、制造和封裝的全流程，需要產(chǎn)業(yè)鏈上下游用戶的協(xié)同配合，且EDA軟件需隨工藝演進不斷迭代，因此其研發(fā)及客戶開拓周期往往較長，故EDA廠商通常均會選擇優(yōu)先發(fā)展部分點工具，后逐步布局全流程的發(fā)展模式?？紤]到內生發(fā)展新的點工具或其他流程需要付出極高的時間成本，因此外延并購就成為EDA廠商發(fā)展壯大過程中的必然選擇?？梢哉f，EDA的發(fā)展史就是一部并購史。自20世紀80年代開始，EDA行業(yè)就發(fā)生了大量的收并購事件。在過去30年多年中，行業(yè)合計并購次數(shù)達近300次。以EDA三巨頭為例，Synopsys、Cadence、SiemensEDA并購次數(shù)分別達到90次、62次和66次。正是通過不斷的整合并購，EDA行業(yè)才形成了如今巨頭壟斷的競爭格局。

3.定期授權模式有助于平滑營收

EDA軟件一般采用“定期授權”的收費模式。用戶付費給EDA廠商，獲取EDA的使用授權即“License”后使用EDA軟件輔助完成集成電路的設計、制造和封裝等流程。EDA軟件通常會根據(jù)集成電路制程的精進、工藝的升級而做出相應的軟件更新，每次更新后，客戶都需要對新版本重新購買以獲得使用權限，一次授權的有效時長約在3年左右，單次授權費用與客戶產(chǎn)品銷量脫鉤，而與客戶購買的點工具數(shù)量及部署的計算機數(shù)量等相關。在該模式下，并考慮到下游客戶極高的遷移成本，EDA廠商的收入通常均能夠實現(xiàn)平穩(wěn)增長，行業(yè)波動率較低。

4.EDA+IP構筑雙重護城河

IP是集成電路行業(yè)分工協(xié)作的產(chǎn)物，與EDA一道共同構成集成電路設計的強大支柱。集成電路IP是指已驗證的、可重復使用的、具有某種特定功能的集成電路模塊。根據(jù)IPnest數(shù)據(jù)，集成電路IP市場由2018年的37.42億美元增長至2020年的45.80億美元，預計2026年將進一步增長至106.85億美元。

IP業(yè)務商業(yè)模式與EDA業(yè)務相似，均以授權模式為主。在該模式下，IP與EDA都形成了獨特的產(chǎn)品生態(tài)，老用戶無法產(chǎn)生替代方案，新用戶為了適應市場也勢必會選擇成熟方案，用戶粘性均極高。EDA廠商同時提供EDA軟件工具和IP產(chǎn)品，有利于進一步擴張其產(chǎn)品生態(tài)，大幅提升客戶遷移成本，加深加寬品牌護城河。IPnest數(shù)據(jù)顯示，2020年的全球集成電路IP供應商銷售收入市占率前三名分別為ARM、Synopsys和Cadence，其市占率分別為41.0%、19.2%和 6.0%。EDA兩大巨頭同時入圍IP市占率前三，EDA與IP的伴生關系不容忽視。

五、國產(chǎn)EDA面臨的挑戰(zhàn)與機遇

1.國產(chǎn)EDA廠商與海外巨頭相比差距明顯，國產(chǎn)替代任重道遠

國內EDA上市公司華大九天、概倫電子、廣立微等與Synopsys、Cadence、SiemensEDA等海外巨頭相比，在營收規(guī)模、盈利能力、人員數(shù)量、產(chǎn)品線覆蓋率、支持的工藝先進性、客戶覆蓋率以及客戶話語權等各方面都存在明顯差距。以產(chǎn)品線覆蓋率為例，目前海外三巨頭的EDA產(chǎn)品已經(jīng)涵蓋了芯片設計所有環(huán)節(jié)，并且擁有完整的、有總體優(yōu)勢的全流程產(chǎn)品，且各自在部分領域擁有絕對優(yōu)勢。與之相比，除華大九天擁有模擬芯片全流程EDA軟件外，其余公司均只在部分流程或點工具有所布局。國內廠商EDA軟件支持的工藝先進性與海外巨頭相比也有明顯差距。從客戶覆蓋率角度看，根據(jù)ICCAD數(shù)據(jù)，2021年中國集成電路設計企業(yè)數(shù)量為2810家，在不考慮集成電路制造和封測企業(yè)數(shù)量的情況下，華大九天客戶覆蓋率僅為約14%，其余EDA國產(chǎn)廠商覆蓋率更低，可見國產(chǎn)EDA軟件的客戶接受度還處于較低水平，國產(chǎn)替代之路任重道遠。

表2：國內外EDA頭部廠商比較

資料來源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院，集邦半導體觀察，公司招股說明書，公司官網(wǎng)

國產(chǎn)EDA行業(yè)的發(fā)展離不開下游客戶的全力支持，在沒有中美關系緊張的壓力下，設計/晶圓廠商沒有動力采購國產(chǎn)EDA軟件，一方面可能降低研發(fā)效率，另一方面還有可能因EDA軟件的切換而導致芯片的良率等指標下降，進而引發(fā)成本增加。當前除國家政策大力扶持外，還有必要通過構建中國晶圓廠、集成電路設計以及EDA公司聯(lián)盟，鼓勵同等條件下優(yōu)先使用和支持國產(chǎn)EDA軟件，以此來改進國內EDA尤其是綜合和后端設計工具的落后現(xiàn)狀。隨著不斷的客戶實踐，EDA軟件有望在未來實現(xiàn)對世界領先水平的追趕。

2.中國半導體產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，國內EDA軟件需求快速增長

目前中國已成為全球最大的半導體產(chǎn)品消費市場，且需求持續(xù)旺盛。根據(jù)中國半導體行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，2021年，中國集成電路產(chǎn)業(yè)銷售額達到10,458億元，相較2012年的2,158億元，年均復合增長率達19.17%。

圖9：中國集成電路產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模（億元）及增長情況

資料來源：中國半導體行業(yè)協(xié)會

EDA 軟件的技術開發(fā)和商業(yè)銷售依托于制造、設計、EDA行業(yè)三方所形成的生態(tài)圈，需要產(chǎn)業(yè)鏈上下游的全力支持。因此，國產(chǎn)EDA軟件行業(yè)的發(fā)展離不開我國集成電路設計、制造及封測等領域的快速發(fā)展。

集成電路設計方面，我國集成電路設計公司的數(shù)量在大幅增長。根據(jù)中國半導體行業(yè)協(xié)會集成電路設計分會（ICCAD）數(shù)據(jù)顯示，2015年中國集成電路設計公司數(shù)量僅為736家，2021年已增長至2,810家，年均復合增長率為25.02%。

圖10：中國集成電路設計公司數(shù)量及增長情況

資料來源：ICCAD

強勁的市場需求促使全球晶圓產(chǎn)能逐漸向中國大陸轉移。根據(jù)IC Insights數(shù)據(jù)，中國大陸晶圓產(chǎn)能占比已從 2011年的9%增長至2021年的16%。近年來，以中芯國際為代表的代工廠商制造工藝不斷提升，以長電科技、華天科技為代表的封測廠商，在產(chǎn)能和工藝上已接近國際先進水平。中國集成電路設計及制造領域的快速增長，將有望帶動國產(chǎn)EDA軟件需求持續(xù)增長。

圖11：全球半導體晶圓產(chǎn)能分布情況

資料來源：IC Insights

3.EDA關注度持續(xù)提高，國產(chǎn)EDA廠商紛紛涌現(xiàn)

2008年開始，隨著EDA支持政策不斷落地，我國EDA企業(yè)如雨后春筍般出現(xiàn)。據(jù)不完全統(tǒng)計，截止2021年，我國EDA企業(yè)數(shù)量已達30家以上。隨著國家和地方政府政策支持逐步落地，EDA企業(yè)數(shù)量有望進一步增加。

表3：國內主要EDA公司

資料來源：觀研天下，公開資料整理

下游客戶在選擇EDA軟件時，除優(yōu)先考慮產(chǎn)品性能、通用性、價格等因素外，售后支持也是客戶選擇EDA軟件供應商的核心考量，因此EDA軟件廠商往往就近分布于集成電路設計、制造及封測公司密集地區(qū)。分地區(qū)看，長三角及環(huán)渤海地區(qū)集中了中國絕大部分EDA企業(yè)，數(shù)量分別為18家、8家，占比達56.3%、25%，合計占比達81.3%，與中國集成電路產(chǎn)業(yè)分布情況基本吻合；分城市看，上海、北京以絕對數(shù)量優(yōu)勢分居前兩位，成都排名第三，已是中國EDA產(chǎn)業(yè)的重要一極。

圖12：國內EDA公司地域分布情況

資料來源：公開資料整理

根據(jù)集微咨詢不完全統(tǒng)計，2021年EDA賽道融資事件超15起，融資企業(yè)超12家，融資規(guī)模超20億元；遠超2020年的超5起融資事件及超13億元融資規(guī)模。融資資金將有助于EDA企業(yè)持續(xù)加大研發(fā)投入規(guī)模，提升核心技術實力。

表4：2021年中國EDA行業(yè)融資情況（不完全統(tǒng)計）

資料來源：集微咨詢

六、投資建議

從核心團隊從業(yè)經(jīng)驗、研發(fā)人員數(shù)量、客戶進展等多維度考察項目投資價值。EDA行業(yè)具有典型的“經(jīng)驗主義”特征，一款EDA點工具的研發(fā)往往需要10人以上的研發(fā)團隊歷經(jīng)數(shù)年方能完成，且對核心研發(fā)人員從業(yè)經(jīng)歷有極高的要求；EDA行業(yè)也是典型的“實踐主義”行業(yè)，缺少下游客戶的使用實踐，EDA軟件的迭代和更新將無從談起。因此，在考察EDA企業(yè)投資價值時，需對其核心團隊從業(yè)經(jīng)驗、研發(fā)人員數(shù)量、客戶進展等進行重點研判。

重點判斷EDA公司核心EDA點工具的破局能力。對大多數(shù)國內EDA公司尤其是初創(chuàng)期EDA公司而言，其唯一可行的發(fā)展路徑是從某一細分領域進行突破。海外EDA巨頭的強勢領域主要在數(shù)字和模擬的全流程工具，但是在一些細分環(huán)節(jié)的點工具則可能不是其發(fā)展重心。EDA整個版圖中，仿真和驗證類工具具有一定的獨立性，其追求的主要是產(chǎn)品的高效算法帶來的運行效率等指標，往往對于設計廠商來說一般會采用多種仿真或者驗證工具做配合和交叉驗證的工作。例如在器件建模仿真等領域深耕的概倫電子，以及在射頻EDA領域深耕的九同方和聚焦芯片、封裝及系統(tǒng)仿真類產(chǎn)品的芯和半導體等，都是從巨頭不是最強勢的細分領域切入到EDA領域。

非IPO退出可能是EDA投資重要的退出渠道。EDA行業(yè)具有典型的“贏家通吃”的特征，從全球EDA行業(yè)市場格局來看，CR5市占率長期穩(wěn)定在85%以上，CR3長期穩(wěn)定在77%以上；在可預見的未來，預計海外EDA巨頭仍將在國內EDA市場中占據(jù)優(yōu)勢地位，隨著國內EDA龍頭華大九天、概倫電子、廣立微完成IPO上市，以及芯和半導體、芯行紀、芯華章等非上市公司獲得大量融資支持，考慮到EDA行業(yè)市場規(guī)模相對有限，其余大多數(shù)國內EDA公司憑借單一點工具完成上市所需營收規(guī)模的難度加大，并購退出將有望成為重要的退出方式，行業(yè)上市公司較高的估值溢價也為其實現(xiàn)并購整合提供了較好的條件。