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來源：財聯社 ChatGPT概念股遭市場熱炒，業內認為，ChatGPT極度依賴算力，算力芯片復雜度和數量需求急劇上升，變相提升了EDA需求。另一方面，人工智能技術也可以優化EDA工具，進一步提升芯片設計的效率。 EDA是集成電路產業鏈最上游、最高端和最核心的產業，被稱為半導體行業的“七寸”，幾乎沉淀了整個半導體產業中所有的核心技術問題，其涉及的芯片IC設計、布線、驗證和仿真等方面都直接決定著集成電路的產業競爭力。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高達近70%，而我國本土EDA企業在上世紀90年代曇花一現后迅速衰落，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務鏈的“縫隙中”切入市場，再次推動EDA國產化。 好消息是，華為不久前宣布已基本實現14nm以上EDA工具國產化，2023年將完成對其全面驗證。華為被美國列入實體清單后，遭三大海外EDA巨頭斷供，此后一直試圖聯合國內相關廠商共同推動EDA的國產化。市場人士表示，雖然不確定華為合縱連橫所構建的14nm以下國產EDA軟件生態究竟競爭力如何，但中國EDA產業無疑正在進入新的篇章。 ▌EDA——半導體皇冠上的明珠、數字經濟基石 高研發投入+穩固生態聯盟造就行業巨頭 EDA有著“芯片之母”稱號，一個完整的集成電路設計和制造流程主要包括工藝平臺開發、集成電路設計和集成電路制造三個階段，三個設計與制造的主要階段均需要對應的EDA工具作為支撐。 
根據ESD Alliance 數據，2016年至2021年全球EDA市場規模從85.23億美元增長至132.75億美元，復合增長率9.27%。Verified Market Research數據顯示，2028年全球EDA市場規模有望達到215.6億美元。盡管相較于千億美元以上規模的集成電路產業，EDA市場規模微不足道，但卻必不可少，杠桿效應明顯。根據SEMI數據，2021年132億美元的EDA市場支撐著年產值幾百億美元的IC設備行業、年產值幾千億美元的IC制造行業、年產值幾萬億美元的電子產業、以及年產值幾十萬億美元的數字經濟。EDA是這條倒金字塔型產業鏈的基石，是集成電路、電子信息、乃至全球數字經濟的賦能者。
全球EDA行業參與者分為三級競爭梯隊。第三梯隊企業聚焦于某些特定領域或用途的點工具，整體規模和產品完整度與前兩大梯隊的企業存在明顯差距。國產廠商華大九天在部分領域擁有全流程工具，處于第二梯隊。而擁有完整、全流程產品的Synopsys、Cadence和Siemens EDA屬于第一梯隊，2020年CR3達69.54%，壟斷市場。
高壟斷的背后是高企的壁壘——持續高強度的研發投入和上下游協同的生態聯盟。 研發投入方面，隨著半導體行業迅速更新迭代，三大巨頭不斷推出領先技術引領EDA行業發展，如Synopsys近年陸續推出業界最快的仿真系統ZeBu Server-4；Cadence發布功能驗證領域突破性產品Palladium Z1；Mentor Graphics不斷更新其占全球領先地位的PCB設計解決方案。三大巨頭每年的研發費用率基本保持在30%以上的水平，2021年Synopsys和Cadence的研發費用率分別高達35.80%和37.95%。
另一大壁壘是芯片設計廠商、EDA廠商和芯片制造廠商之間的鐵三角關系。隨著工藝及制程的升級，芯片的設計成本呈現非線性增長態勢，三方更傾向于保持穩定的合作關系以將各類不確定性以及流片的風險降至最低。頭部廠商們在過去三十年里積累了大量的合作經驗和相關IP，形成了極其穩定，且聯系相當密切的生態聯盟。同時整個芯片產業設計、制造及應用產業鏈的持續發展由上述鐵三角關系緊密配合、共同推進，單一參與者短期內難以對行業格局變化產生決定性影響。
不過，芯片設計涉及的流程、種類和工藝的復雜多樣性導致EDA細分工具眾多，除生態壁壘外，不同細分領域的技術壁壘同樣較高。對于頭部公司來說，難以在短期內同時覆蓋諸多細分領域，這使得初創公司能夠通過差異化競爭進入EDA行業，同時為國產廠商提供了發展的契機。 ▌三大巨頭強勢并購 國產EDA“夾縫”求生 ChatGPT或提供翻身資本 與大眾印象不同的是，中國EDA產業起步非常早。80年代，因巴黎統籌委員會禁止向中國銷售先進電子CAD軟件，中國正式啟動EDA國產化工程，1993年開發出“熊貓系統”。熊貓EDA一經面世，短時間內就被裝至20家設計公司，完成近200個芯片品種，但好景不長，1994年“巴統”禁令取消后，海外EDA三巨頭大舉進入中國市場，向熊貓系統祭出了一套“組合拳”。 當時熊貓EDA匹配華晶，局限于模擬芯片，門類太少，溢價能力弱，并且極其缺乏IP，增值服務幾乎沒有。國際巨頭們專門針對熊貓系統的強勢環節提供免費工具，同時又在熊貓覆蓋不到，或相對較薄弱的其他環節提高收費，定向狙擊國內EDA企業。另一方面，巨頭們在對學術機構的覆蓋上，進行無償捐贈，提出共建實驗室，從高校開始培養整個行業的使用習慣，占領用戶心智。熊貓系統在多重夾擊下，被迫離開內地市場，轉向中國香港、中國臺灣，甚至一度遠走美國。中國EDA產業在市場競爭中學到了第一課， “免費的才是最貴的” 。 直到2008年4月，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品”實施方案經國務院常務會議審議并原則通過，EDA行業作為國家十六個科技重大專項之一再次獲得政策鼓勵和扶持。華大九天、概倫電子、廣立微電子、國微集團和芯和半導體等國產公司開始進入市場的主流視野。 EDA企業擴張的核心手段是收購和并購，公司依靠技術與資本的雙重力量，在擴充產品線的同時將潛在的挑戰者“扼殺”在萌芽狀態。此時國際巨頭們已經通過大量并購優秀EDA點工具廠商實現了EDA全流程覆蓋。Cadence于1989年收購Verilog，成功解決了復雜度帶來的芯片性能驗證問題；2001年收購Silicon Perspective，將1C布局工具和S1分析工具收入囊中；2002年收購1BM硬件仿真業務，真正占領硬件仿真高地，一度成為行業霸主。而Synopsys在2002年以8.3億美元收購Avanti，讓公司成為了EDA歷史上第一家可以提供頂級前后端完整1C設計方案的領先EDA工具商，幾次關鍵并購后完成了對Cadence的超越。 國產EDA廠商只能在三巨頭業務鏈的縫隙中尋找突破口。華大九天選擇了模擬電路仿真軟件，它將芯片領域的全流程設計支持技術遷移到液晶面板設計全流程，這個技術轉移正好伴隨中國液晶面板的崛起從而占領市場，進而幫助華大九天繼續打開了模擬電路全流程設計的窗口。其他如概倫電子在SPICE建模工具及噪聲測試系統方面技術處于領先地位，廣立微在良率分析和工藝檢測的測試機方面具有明顯優勢。2020年，華大九天在國內EDA市場以4.5%的市占率排名第四，已經超過另外兩大海外大廠Ansys和Keysight。 對于華為3月底宣布基本實現了14nm以上EDA工具的國產化的消息，有市場人士表示令人振奮，但也表示中國半導體產業本身還有很長的路要走，突破了14nm制程工具的國產化，其實只是剛剛開始這場追趕國際先進水平的長征，就像徐直軍在誓師大會上所說，雄關漫道真如鐵，而今邁步從頭越。 不過，也有分析人士表示，以ChatGPT為首的AI大模型橫空出世后，國產EDA似乎有打 “翻身仗”的資本。隨著未來算力提升，AI賦能下的EDA軟件將顛覆傳統設計方式，或許能迫使國內外EDA企業重新站到同一起跑線前。在摩爾定律停滯的大背景下，chiplet等新技術所帶來的“敏捷驗證”、“快速迭代”、“方法整合”等新需求，也帶給國產EDA軟件更多機遇。 |
