国产EDA如何反围剿？

被逼上绝路不绝对是坏事，所谓置于死地而后生。毕竟企业和人一样，没有危机感，就没有前进的原始动力。近来特朗普列出“实体清单”，缺“芯”问题再次牵动着人们脆弱的神经。然而，再一深究我们意识到，我们不仅缺芯片，设计工具——EDA我们也是缺的很。但是，我们不是没有努力过。上世纪八十年代中后期， “巴黎统筹委员会” 对中国实行禁运管制，国外EDA进不来，一批科研人员只能埋头苦干，积极研发，好不容易有所成就，整出了熊猫系统，国外又宣布解除禁令。大批先进成熟的EDA产品涌进中国市场，国产EDA难以与其竞争，就连研发都慢慢“搁置”了，逐步走上“代理集成”等附属式发展道路。因此，只怪命运弄人。

EDA发展之路

所谓，EDA即电子设计自动化（Electronics Design Automation），简单来说就是以计算机硬件和专业软件为工作平台，帮助工程师开发新的电子系统与电路、IC以及PCB产品的一种工具。

在集成电路问世初期，集成电路都是靠手工设计，也就是通过纸和笔。然而随着集成电路的发展，手工设计已经不能满足人们的要求。集成电路设计逐渐向自动化方向发展，大致经过了计算机辅助设计（Computer Assist Design，简称CAD）、计算机辅助工程设计（Computer Assist Engineering Design，简称CAE）和电子设计自动化（Electronic Design Automation，简称EDA）三个发展阶段。

CAD阶段

20世纪70年代，人们开始将产品设计过程中高度重复性的繁杂劳动，如布图布线工作，用二维图形编辑与分析的CAD工具替代，最具代表性的产品是美国ACCEL公司开发的Tango布线软件。然而，由于PCB布图布线工具受到计算机工作平台的制约，其支持的设计工作有限且性能比较差。

CAE阶段

20世纪80年代，随着计算机和集成电路的发展，EDA技术进入到计算机辅助工程设计阶段。这一阶段推出的工具以逻辑模拟、定时分析、故障仿真、自动布局和布线为核心，重点解决电路设计没有完成之前的功能检测等问题。利用这些工具，设计师能在产品制作之前预知产品性能。

到20世纪80年代后期，EDA工具已经可以进行设计描述、综合与优化和设计结果验证等工作。然而，大部分从原理图出发的EDA工具仍然不能适应复杂电子系统的设计要求，而且具体化的元件图形制约着优化设计。

EDA阶段

20世纪90年代，为了满足千差万别的系统用户提出的设计要求，最好的办法是由用户自己设计芯片，让他们把想设计的电路直接设计在自己的专用芯片上。这一阶段，设计师逐步从单个电子产品开发转向系统级电子产品开发（即片上系统集成，System on a chip）。这时的EDA工具不仅具有系统设计的能力，而且能提供独立于工艺和厂家的系统设计能力，具有高级抽象的设计构思手段。

“小而精”的EDA产业

作为芯片领域最上游的产业，EDA是集成电路产业链中产值相对较少的一个环节。

2014-2018年全球EDA市场规模（百万美元）

资料来源：ESD Alliance，EDAC，东兴证券研究所

据资料显示，2018年整个EDA的市场规模仅有97.15亿美元，而整个芯片产业规模近五千亿美元，占比不到2%。并且其中70%的份额由EDA三巨头Synopsys、 Cadence 和被西门子收购的 Mentor Graphics占领。因此，EDA不仅是一个体量小同时也是一个集中度非常高的产业。在中国市场，这三大巨头的占比还要更高，约占EDA销售额的95%。下图为EDA三巨头收入份额。（注：Mentor Graphics 2017 年被西门子收购后不再单独披露收入数据。）

2014-2018年EDA三巨头收入份额

资料来源：ESD Alliance，EDAC，东兴证券研究所

EDA产业高集中度，源于业内企业多年来的兼并和收购。Synopsys自1986年成立以来共发起了50项并购交易；Cadence 公司发起过21项；Mentor Graphics发起过19项。（注：2016年11月14日，德国西门子以每股37.25美元的价格，总价45亿美元，收购了Mentor Graphics。）如此一来，大浪淘沙过后，除去一些还在夹缝中求生存的企业，EDA市场几乎被这三家企业所垄断。

总体来看，Synopsys凭借逻辑综合工具DC，时序分析工具PT建立了完整的芯片ASIC设计FLOW，位于EDA三巨头之首。Cadence借助于其强大的模拟电路设计工具，位列第二。排在第三位的Mentor 情况略显尴尬，Mentor的平台不像前两位那样大且全，之所以能稳住第三，全凭其点工具产品非常突出。然而由于Synopsys在DC销售时免费搭送DFTcoppiler，从而影响了Mentor的DFTAdvisor的市场。面对Synopsys和Cadence的竞争，留给Mentor的空间越来越少了。

国产EDA如何反围剿？

我国进入到EDA产业，大概始于上世纪八十年代中后期。彼时，“巴黎统筹委员会” 对中国实行禁运管制，国外EDA进不来，只能靠国内研发生产。1986年，我国着手进行集成电路计算机辅助设计系统——熊猫系统的研发，并于1993年正式问世。然而，世事难料在熊猫系统问世不久，西方就解除了对我国的EDA禁令。当时国内的技术不成熟，与西方国家相比还有不少的差距，国外先进成熟的EDA产品一下子涌进中国市场，致使本土产品的研发越来越滞后，生存空间越来越小。因此，经过30余年的发展，我国的EDA产业依旧十分薄弱。

目前国内著名的EDA企业有华大九天、芯和半导体、广立微电子以及北京博达微科技等。单从规模上来看，国内企业与三大巨头之间的差距就不是一星半点。Synopsys全球员工13000多人，其中EDA研发有近5000余人。而我国除华大九天规模近400人以外，其他企业规模都在100人以内，且多数甚至不足40人。这意味着，我国所有从事EDA研发的人员不及Synopsys一个公司的20%。

规模是一方面，从市场占有率来看，情况一样不容乐观。2018年国内EDA销售额约为5亿美元，约合人民币33亿元。其中国产仅占10%左右，约为3.4亿元。营收低意味着公司能够再投入的资本将会十分有限。据彭博的资料显示，Synopsys 与 Cadence的研发投入基本保持在30%以上，Cadence近两年甚至超过了40%。2018 年，Synopsys的研发投入约为 10.8亿美元，Cadence约为 8.7 亿美元。而相比国内EDA领先企业华大九天，过去十年的研发投入也不过几个亿而已，差距显而易见。因此，如果找不到合适的生存空间，技术上再没有突破，只能看着强者欲强，弱者欲弱。

Synopsys 与 Cadence 研发投入（百万美元）

资料来源：彭博，东兴证券研究所

纵览三大巨头的成长史，不难发现要想做大做强离不开两点：一是并购整合，二是技术。而这两点又离不开资金的支持。

2017年美国DARPA推出了一项为期5年，资金涉及15亿美元的“电子复兴计划（ERI）”，以促进芯片产业的发展。具体来看， Cadence 与 Synopsys 在该计划第一批项目中分别获得了2410万美元和610万美元的补助。

与此相比我国政府对EDA厂商的支持十年来仅落实了3.7亿元，华大九天获得了1.5亿元。或许从数值上看，华大九天获得的补助与Cadence和Synopsys获得的差不太多，但是后者的自有资本远远超过了前者。对此华大九天的董事长也曾表示，1.5亿元的补助与实际需求相比还有很大的差距。

DARPA对 Cadence 与 Synopsys 的补助情况

资料来源：DARPA，东兴证券研究所

从技术方面来看，EDA上云成为大势所趋。芯片设计与云相结合，不仅给设计公司提供了无可比拟的拓展性与灵活性，同时可以按需分配资源，实现成本优化。此外，人工智能与EDA相结合是另一大发展方向。机器学习等算法能够提高 EDA 软件的自主程度，提高 IC 设计效率。据 Cadence 的报告显示，机器学习在 EDA 中的应用主要体现在以下四个方面：数据快速提取模型；布局中的热点检测；布局和线路；电路仿真模型。

云计算、人工智能以及5G的发展给国内EDA厂商提供了新的机会，华大九天软件有限公司市场拓展副总经理郭继旺曾表示，“在后摩尔时代IC设计技术的放缓，给予了国产EDA追赶的机会。在一些新兴产业的关键技术（如5G、人工智能）上，中国正处于领先地位，这将推动中国集成电路设计行业的持续发展。”

因此乐观的讲，被逼上绝路也不是绝对的坏事，所谓置于死地而后生。毕竟企业也许和人一样，没有危机感，就没有前进的原始动力。