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        EDA产业发展研究

        来源:高瞻产业研究智库  浏览数:  发表日期:
          1.EDA概述
          EDA是电子设计自动化(ElectronicDesignAutomation)的简称,是芯片设计的基础工具,被称为“芯片之母”。利用EDA工具,电子工程师可以实现芯片的电路设计、性能分析、出版图等过程的计算机自动化处理。目前,EDA已经进入发展的4.0阶段,功能更为强大且效率更高。EDA行业重要性高、基础性强,但市场规模只有百亿美元左右,仅相当于整个芯片行业销售额的2.5%。行业规模小但能量大,EDA支撑的是超过3万亿美元的IT大产业,是整个半导体产业链皇冠上的明珠。
          随着超大规模集成电路的持续发展,晶体管密度快速上升,芯片设计难度持续加大,加上工艺变革的加快,电子工程师更加需要利用EDA工具来提升逻辑综合、布局布线、仿真验证的效率,EDA变得越来越重要。
          EDA在芯片设计环节发挥的作用:
          将复杂物理问题用数学模型高度精确化表述,在虚拟软件中重现芯片制造过程中的各种物理效应和问题。
          在确保逻辑功能正确的前提下,利用数学工具解决多目标多约束的最优化问题,求得特定半导体工艺条件下,性能、功耗、面积、电气特性、成本等的最优解。
          验证模型一致性问题,确保芯片在多个设计环节的迭代中逻辑功能一致。
          图表:EDA设计与应用

          资料来源:华大九天招股说明书
          美国在上游设计工具、核心IP以及制造设备等领域有着强大的影响力,尤其是在EDA领域,美国一家的增加值就占到全球的85%,EDA三巨头中前两家都是美国公司。美国竞争力最强的三个领域,恰恰是我国半导体行业的短板所在,其中EDA突破的难度和紧迫性都更高。
          国内EDA行业发展经历十分波折,经历了西方全面封锁期、集中突破期、沉寂期、缓慢发展期,2018年之后进入快速发展阶段。在1994-2008年间,虽然行业受到海外厂商的全面压制,但是国产EDA发展的种子依然还保留着。原“熊猫系统”的班底——北京集成电路设计中心,依然在苦苦坚持,2009年成立华大九天,并持续承担着核高基项目——EDA的研发。
          2016年,习总书记在4.19讲话中,阐述了“关键技术是买不来的”重要论断,国内对EDA此类底层工具的关注度开始提升;2020年美国对华为的制裁升级,EDA也出现断供,政府和资本对该领域的关注度快速上升,支持力度也显著加大。
          图表:国内EDA行业发展历程

          资料来源:高瞻产业研究智库
          2.全球及中国EDA市场规模
          全球EDA市场呈现三足鼎立格局。Tier1企业:Synopsys、Cadence及SiemensEDA合计占据全球78%市场份额,在集成电路设计全流程上拥有绝对优势,已形成完善的生态体系、较高的行业壁垒及较强的用户粘性;Tier2企业:在特定领域关键工具上处于领先地位;Tier3企业:在特定技术上有独到优势。根据SEMI国际半导体产业协会数据,全球EDA市场规模从2012年的65.36亿美元提升到2020年的114.67亿美元。赛迪智库数据显示,2018-2020年中国EDA市场CR3分别为77.1%、77.4%、77.7%,竞争格局较为集中。在近来诸多利好因素的推动
          下,国内企业如华大九天、芯愿景、概伦电子等有望迎来高速发展。
          图表:2012-2020年全球及中国EDA市场规模

          资料来源:SEMI国际半导体产业协会,赛迪智库
          3.IP主要分类
          IP(IntellectualProperty):芯片模块化设计解决方案
          IP是指在集成电路设计中,经过验证的、可重复使用且具备特定功能的集成电路模块。通常由第三方IP供应商开发,并提供成熟的IP模块给IC设计公司用于集成,该模式可有效缩短芯片设计周期并提升芯片性能。按照开发完成度可划分为软核、固核、硬核三类,软核一般指使用硬件描述语言(HDL)形式提供给客户的代码文件,其中不涉及具体电路元件实现等功能,软核代码直接参与设计的编译流程,以HDL代码形式呈现;固核设计程度介于软核与硬核之间,用户可以根据需求重新定义性能参数,内部连线表可根据需求进行优化,最终以HDL门级电路网表呈现;硬核是设计阶段最终产品,基于半导体工艺的物理设计,同已有拓扑布局和工艺参数,提供给用户光掩模图和全套工艺文件。
          图表:3IP主要分类

          资料来源:IPnest,芯原股份招股说明书
          4.IP市场竞争格局及需求分类
          伴随芯片复杂度不断攀升,为加快产品上市时间,以IP复用、软硬件协同设计和超深亚微米/纳米级设计作为技术支撑的SoC已经成为当今超大规模集成电路的主流方向。根据IBS预测,2027年全球半导体IP市场规模将达101亿美元,其中处理器IP将继续占据最大市场份额。随着AIoT、汽车ADAS等技术的不断发展,处理器IP将继续维持稳定增长。据IBS统计,接口IP份额近年来快速提升,从2015年的16.5%提升至2019年的22.1%,2019年接口IP市场规模为8.7亿美元,是2009年市场规模的近4倍。从IP提供商角度看,ARM、Synopsys、Candence近年稳定占据市场前三,龙头地位稳固。在市场对于国产IP有迫切需求的背景下,芯原股份作为国产IP龙头,其有望迎来突破性增长。
          图表:2017-2019年半导体市场竞争格局与分类

          资料来源:IPnest
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