三强鼎立+新军突起：芯片自研、设计先行，国产EDA软件能否突破？

（报告出品方/分析师：中银证券 杨思睿 杨绍辉）

EDA 是芯片基础，国内处于“再追赶”阶段

EDA 是集成电路领域的上游基础工具

电子设计自动化（EDA）是指利用计算机软件完成大规模集成电路的设计、仿真、验证等流程的设计方式。

芯片的制造流程可分为主产业链和支撑产业链：主产业链包括芯片设计、制造和封测；支撑产业链包括 IP、EDA、装备和材料等。

EDA 软件集成了数学、图形学、微电子学、材料学及人工智能等多领域技术，是集成电路产业的战略基础支柱之一。

根据 EDA 工具使用阶段可以分为集成电路制造类 EDA 工具和集成电路设计类 EDA 工具两个主要大类。

其中制造类 EDA 工具主要用于集成电路制造的工艺平台开发阶段及晶圆生产阶段，设计类 EDA 工具主要用于集成电路的设计阶段，设计类 EDA 工具包括数字集成电路 EDA、模拟集成电路 EDA。

集成电路制造类 EDA 工具主要指晶圆厂在工艺平台开发阶段和晶圆生产阶段使用的，用于支撑其完成半导体器件/制造工艺开发、器件建模和 PDK、集成电路制造等环节的 EDA 工具。制造类 EDA 能够帮助晶圆厂完成半导体器件和制造工艺的设计，优化制造流程，提高量产良率。

集成电路设计类 EDA 工具是集成电路设计企业在设计阶段使用的，用于支撑其基于晶圆厂提供的 PDK 或 IP 和标准单元库进行的电路设计，对设计结果进行电路仿真及验证，并进行设计优化，最终通过物理实现形成设计文件的 EDA 工具。

该类工具能够帮助 IC 设计企业提高设计效率和设计质量，保障芯片达到设计标准和较高量产良率，并缩短产品上市时间。

芯片高昂的成本主要由人力与研发费用、流片费用、IP 和 EDA 工具授权费等几部分构成。

当前，在“摩尔定律”的推动下，集成电路设计规模及制造工艺愈发复杂，设计师必须依靠 EDA 工具完成电路设计、版图设计、版图验证、性能分析等工作，软件在芯片成本中的占比随着芯片制程不断精进而提升。

国内 EDA 行业发展与国际仍有一定差距 EDA 行业的发展和集成电路行业高度关联：集成电路制程提升拉动 EDA 技术迭代升级，EDA 技术升级推动集成电路更新换代，两者形成双向正循环。

全球 EDA 行业发展历经计算机辅助设计（广义 CAD）、计算机辅助工程（广义 CAE）、电子设计自动化（EDA）三个时代。

21 世纪后，EDA 技术快速发展，软件效率显著提升，仿真验证和设计两层面的 EDA 软件工具功能更加强大，更大规模的可编程逻辑器件不断推出，系统级、行为级硬件描述语言趋于更加高效和简单。

国内 EDA 行业先后历经“封锁、集中突破、国产遇冷、再启动”四个阶段，当前与全球领先 EDA 软件仍存在差距。

（1）1950~1986年，西方全面封锁技术，国外 EDA 无法进入国内市场；

（2）1986~1994年，国家组织资源在北京成立研发中心开发 EDA 软件，1993年发布熊猫 EDA 软件；

（3）1994-2008年，西方 EDA 禁运解除，国内大量购入成熟 EDA 软件，国产 EDA 遇冷；

（4）2008年至今，国家出台政策将 EDA 列入中长期发展规划中，国产替代趋势兴起。

国内外 EDA 软件多年累积的技术差距难以在短时间内抹平，以国产 EDA 龙头华大九天为例，其模拟电路设计全流程 EDA 工具系统仅在电路仿真工具上技术可达到全球先进水平。

EDA 降本提效显著，下游需求是主要驱动因素

EDA 工具能够显著降低芯片的设计成本，推动芯片迭代升级。

据 UCSD 教授 Andrew 测算，2011年一款消费级应用处理器芯片的设计成本约 4000 万美元，如果不考虑1993~2009年 EDA 技术进步，相关设计成本可能高达 77 亿美元，EDA 让设计成本降低近 200 倍。

可重复使用的平台模块、异构并行处理器的应用、基于先进封装集成技术的芯粒技术等成为驱动设计效率提升的重要方式，上述方式的应用与 EDA 技术的进步相辅相成。

全球芯片市场近年保持平稳增长趋势，国内市场增速高于全球。

IC 产业是 EDA 唯一的下游产业，其繁荣程度显著影响 EDA 行业的发展潜力，据 Statista 数据，2016-2020 年五年间全球 IC 市场规模由2767亿美元增长至 3612 亿美元，CAGR 为 6.89%，并预测2022年全球市场规模将达到5108亿美元。

根据中国半导体行业协会数据，2016-2020年国内IC市场规模由4335亿元增长至8848亿元，CAGR为19.52%。

全球 IC 市场规模持续扩大是驱动 EDA 行业发展的主要因素，而国内 IC 市场规模增速持续高于全球市场，有利于国内 EDA 企业以国内市场为基础进一步发展。

EDA存在高技术壁垒，领先企业有宽护城河

半导体工艺和器件仿真软件是 EDA 的核心技术 EDA 技术具有四个显著特点：涉及学科广泛、技术无法跨越式发展、应用场景丰富、设计与制造工 艺紧密结合。

EDA是算法密集型的大型工业软件系统，其开发过程需要计算机、数学、物理、电子电路、工艺等多种学科和专业高端人才；每一次系统性、革命性的 EDA 升级换代都是 EDA 企业和集成电路应用企业上下游合作，在原有的技术基础上开发的新型算法，长期的技术积累是各 EDA企业的坚固护城河，其他竞争者难以实现弯道超车；

EDA工具在应用中需要对数千种情境进行快速设计探索，以在性能、功耗、面积、成本等芯片物理指标和经济指标之间取得平衡；

EDA工具要尽可能准确地在软件中重现和拟合现实中的物理和工艺问题，保证芯片设计仿真结果和流片结果一致，制程越高越明显。

TCAD（Technology Computer Aided Design）全称是半导体工艺和器件仿真软件，在器件设计和工艺开发环节中发挥着至关重要的作用，是 EDA 软件的核心底层。

TCAD 可对不同工艺进行仿真以替代高成本的工艺试验，也可对不同器件结构进行设计和优化以获得理想的特性，或对电路性能及电缺陷进行模拟。

据国际半导体技术路线图（ITRS），TCAD 可以通过减少实验次数和缩短研发时间，将集成 电路生产成本降低 40%。

据与非网报道，目前全球 TCAD 仿真工具主要被两家美国公司新思科技和思发科技（Silvaco）垄断，两者市场份额总和超过 90%。

EDA 技术壁垒明显高于应用类软件 EDA 是高壁垒行业，对企业的技术积累、人才储备、生态构筑及资金支持四方面有极高的要求。

技术壁垒：IC 设计流程复杂、环节众多，涉及几十种不同技术，单一的 EDA 公司难以全领域覆盖，当前全球的 EDA 三巨头是通过自研及大量并购同类企业最终形成厚实的技术壁垒。

人才壁垒：EDA 行业是多学科交互碰撞的产物，从业人员需具有综合性的技术背景，据《中国集成电路产业人才白皮书（2019-2020年版）统计，培养一名 EDA 研发人才，从高校到从业的全过程需要 10 年左右时间。EDA 行业的新进入者难以在短期内抹平人才差距从而成就竞争力。

生态壁垒：EDA 是芯片制造的最上游产业，EDA 的技术开发和销售依托于制造（Foundry）、设计（Fabless）、EDA 三方形成的生态圈，需要产业链上下游的全力支持。

当前业界领先的 EDA 企业已构建出成熟且稳定的生态圈，致使该行业具有非常高的进入壁垒。

资金壁垒：EDA 行业相比于其他科技类行业有较高的研发投入需求，其资金壁垒主要体现在内部持续技术开发和吸引人才需要大额资金投入，对企业资金实力有较高的要求。

以新思科技和铿腾电子为例，研发费用多年来保持增长态势，研发费用占比长期维持在 35%-45%。

人工智能及云技术的应用是 EDA 未来发展趋势

过去几十年，摩尔定律下半导体制程不断提高，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（More Moore）：以缩小数字集成电路的尺寸为目的，对 EDA 工具的设计效率有高要求；

扩展摩尔定律（Morethan Moore）：依靠电路设计以及系统算法优化提升芯片性能，要求 EDA 有更复杂的设计功能；

超越摩尔定律（Beyond Moore）：运用新工艺、材料、器件制造芯片，要求 EDA 在仿真及验证环节有创新。

总体来说，后摩尔时代技术从单芯片的集成规模、功能集成、工艺、材料等方面的演进驱动 EDA 技术的进步和其应用的延伸拓展。

近年来芯片复杂度持续提升使得设计基础数据规模不断增加，其对系统运算能力需求有跃迁式提升，人工智能赋能 EDA 技术势在必行。

具备 AI 特性的 EDA 工具可以大幅提高设计效率，缩短芯片设计周期，厂商借助 AI 算法可实现 EDA 数据训练以提升产品质量。

例如，铿腾电子于 21 年 7 月推出基于机器学习（ML）的设计工具—Cerebrus，与人工方法相比，将工程生产力提高多达 10 倍，同时最多可将功耗、性能和面积结果改善 20%，该产品已被瑞萨电子和三星使用。

云技术在 EDA 领域的应用不断深入，EDA 企业及 EDA 技术发展显著受益。

云技术可以有效避免芯片设计企业因流程管理、计算资源不足带来的研发风险。

EDA 使用过程中对计算资源的需求较大，如不能合理分配将影响开发效率。EDA 上云后计算资源的获取和分配更加灵活，同时也能有效降低企在服务器配臵及维护方面的费用。

此外，云技术使芯片设计工作摆脱物理环境制约，在提供办公便利性的同时也能够降低数据泄露风险。

国产替代加速铺满百亿空间，蛋糕或将被头部企业瓜分 EDA 产业链结构稳定，强者优势不断巩固 EDA 产业链包括上游基础软硬件开发商、中游 EDA 软件开发商及下游集成电路产业链。

产业链上游主要为基础软件开发商和硬件设备供应商，基础软件市场处于寡头垄断竞争状态，国内市场份额多由外资企业主导，相比于硬件市场，EDA 企业对此的议价能力较弱。

中游竞争格局清晰，跨领域并购是 EDA 软件开发商实现全品类产品线的主要途径。

仿真是 EDA 工具的核心功能，而仿真的精确度提升基于大量的芯片测试数据，头部企业可以较低的成本从芯片公司获取测试数据，从而不断巩固优势以实现飞轮效应，因此当前 EDA 软件的竞争格局清晰，外资三巨头新思科技、铿腾电子、西门子 EDA 占据主要的市场份额。由于 EDA 工具种类多、分工细、跨领域间技术壁垒高，回溯头部企业的发展历程，三巨头均是通过在某一方面做大做强后并购竞争对手最终实现全产品线。

下游芯片设计厂商是 EDA 软件的主要需求方。

EDA 软件是芯片设计过程中最核心的工具，几乎覆盖芯片设计的所有环节，相比于晶圆制造以及封装测领域，国内芯片设计的进口替代进度滞后。

目前 EDA 软件受制于人是制约国产芯片行业发展的核心因素，据赛迪智库数据，2020年国内 EDA 市场约 85%由前五大外资企业产品占据。

百亿规模 EDA 行业撬动全球超千亿美元的下游产业 EDA 是集成电路、信息及数字产业的基石和支点。

据赛迪顾问数据，2020年 EDA 行业的全球市场规模为 70 亿美元，却作为支点撬动超千亿美元的下游集成电路产业，EDA 行业的稳定发展及技术突破是下游产业进一步拓展和升级的必要条件。据 ESD Alliance 数据，EDA 规模约占集成电路规模的2.5~3%左右。

受益于消费回暖、新能源汽车普及以及技术突破，ESD 认为集成电路市场在2021、2022年会有大幅增长，预计2022年 EDA 市场会达到150亿美元左右，2020~2022年的 CAGR 为 13.2%。

海外巨头占据全球 EDA 市场的绝对优势。

全球 EDA 市场主要由新思科技、铿腾电子及西门子 EDA 垄 断，三家公司均具有优势突出的完整产品线，如新思科技在逻辑综合工具及时序分析工具上具有绝对优势，西门子 EDA 在各类布线工具上优势显著。

而二线厂商如 PDF Solution、华大九天则在特定领域技术领先，如 PDF Solution 专精提升晶圆制造良率、华大九天在模拟芯片全流程、数字芯片设计优化等方面独树一臶，但距离一线厂商仍有一定差距。

国内 EDA 企业受益于下游市场景气，国产替代下有望实现突破

国内 EDA 产业增速超过全球市场，EDA 渗透率提升空间大。

根据赛迪咨询数据，2020年中国 EDA 市 场规模为 66.2 亿元，2018-2020 年 CAGR 为 21.4%。

根据中国半导体行业协会统计，2014~2020 年中国集成电路市场规模从 3,015 亿元提升至 8,848 亿元，CAGR 达 19.6%，无论是 EDA 行业还是下游集成电路产业，国内市场增速均超过全球平均水平。

对标全球市场的 EDA 渗透率，EDA/IC 市场规模为 3%左右，而国内仅为 0.7%，仍有较大提升空间。

叠加国产替代效应，EDA 行业规模未来 3 年有望保持超 20%的年均增速。

外资在国内市场占主导地位，华大九天为国产领头羊。

由于我国 EDA 行业的发展较为曲折，致使当前国内市场主要份额由外资占据。

据赛迪顾问数据，2020 年外资企业占据我国 EDA 市场 70%以上的 额，而国内仅有华大九天份额较高，以 5.9%的份额排在第四位。

此外，2020 年海外 EDA 企业数量为 600+，国内仅 22 家，国内企业沿循外资 EDA 巨头通过兼并重组做大的发展路径较为困难。

顶层政策为国内 EDA 行业指明方向，国际局势是其发展的催化剂。

EDA 作为芯片设计和制造的支柱之一，是我国实现芯片自主的重要保障，长期以来多次被纳入顶层政策指引范围内。

由于国外巨头已在国内市场抢占先机，大量本土芯片企业以往均使用海外三巨头的产品，如华为海思、中兴等企业长期使用新思科技、铿腾电子的产品。

但近年来由于贸易争端及地缘政治因素致使国产替代趋势显著，国内 EDA 行业在此背景下迎来更大的发展空间。

海内外主要 EDA 企业盘点：三强鼎立

新思科技（Synopsys）：EDA 工具和服务领域龙头

新思科技1986年创办于美国，成立后不断通过并购扩张业务版图，在2002年收购 Avanti 后成为第一家可以提供全流程 IC 设计方案 EDA 工具的供应商，并于2008年超越铿腾电子成为全球最大的 EDA 厂商。

新思科技的优势产品线为芯片设计、验证和半导体 IP，2020年实现 36.5 亿美元营收。

海量的研发投入和持续的企业并购是新思科技保持优势的关键。

新思科技研发投入常年保持在收入的 35%左右（国内科创板上市公司 2021H1 研发投入平均占比 17%）。同时，大量并购使得公司商誉占资产比在 50%左右，2020 年降为 42%。

铿腾电子（Cadence）：稳坐全球第二，中国市场份额第一

1988 年由 SDA 与 ECAD 两家公司合并而成，多次并购后于 1992 年占据 EDA 龙头并在同年进入中国大陆市场，2008 年营收规模被新思科技超越，目前稳居第二。

2020 年营业收入 26.8 亿美元，其中 EDA 软 件业务营收占比 86%，IP 授权业务占比 14%，研发费用占收入比在 40%左右，商誉占资产比 20%。

相比其他巨头，Cadence 更加重视中国市场，中国区营收占比为 15%（新思科技 11%），市场份额为 32% 排名第一。

铿腾电子发展路径与新思科技类似，均是通过投入大量研发资源以及高频并购实现产品线扩充及技术领先。

公司的产品目前已实现 IC 设计的全流程覆盖，强项在于模拟和混合信号的模拟仿真和版图 设计。

其他：专精细分领域，铸成坚固护城河

西门子 EDA（Mentor Graphics）是 EDA 早期巨头，成立于 1980 年代并且市占率一度超过 30%。1990 年代产品研发失败致使市占率持续下滑直至 2016 年被西门子收购成为其 EDA 部门，两强合并后实现协同效应：Mentor Graphics 获得海量研发资金支持，西门子则将业务拓展至工业软件领域，实现完整的数字生态圈。

目前西门子 EDA 可提供完整的软件和硬件设计 EDA 解决方案，产品优势在于优化芯片测试成本和物理验证环节。

据前瞻产业研究院数据，公司 2020 年全球市占率（14.0%）仅次于新思科技（32.1%）及铿腾电子（23.4%）。

PDF Solutions：专注制造环节 EDA。

1991 年成立于美国，致力于为 IC 设计公司验证及改善设计，通过为晶圆代工厂定位工艺问题提升晶圆制造效率及良率。

公司的软件产品及解决方案能减少晶圆制造环节 80%的数据处理时间并增加 50%的产品良率，当前全球前六大代工厂、前 20 家半导体设计公司有 18 家使用该司产品及解决方案。

公司 2020 年收入 0.86 亿美元，同比+3%，收入增长虽乏力但市面上缺乏有竞争力的替代产品致使其客户粘性强，护城河坚固。

国内主要 EDA 企业盘点：新军突起

华大九天：国内唯一 IC 设计全流程 EDA 企业

华大九天是目前目前国内规模最大、产品线最丰富的 EDA 企业。公司成立于 2009 年，是国内最早从事 EDA 开发的公司，核心成员均参与 90 年代发布的国产“熊猫 EDA”研发工作。中国电子集团（央企）为最大股东，合计控股 40%，华大九天实控人为国务院。

华大九天是目前本土 EDA 企业中的领军，其 EDA 产品覆盖模拟电路、数字电路、平板显示电路设计全流程以及晶圆制造环节，并围绕相关领域提供技术开发服务。

以收入规模来看，华大九天当前稳坐国内 EDA 企业第一，收入占比超过 50%。

华大九天盈利能力稳定，营收结构持续优化，研发实力强劲投入产出比高。

2018-2020年公司营收增速为 60%-70%，净利率维持在 20%-30%，增长强劲且盈利稳定，同时软件销售收入占比由 2018 年的 93%降低至 2021H1的 80%，经营集中风险逐渐降低。

公司近三年研发费用率为 45%-50%，超过海外巨头平均水平，不断推出诸如新一代模拟电路仿真工具 Empyrean ALPS等具有国内领先水平的各类产品。

概伦电子：国内领先的器件建模和电路仿真验证 EDA 供应商

概伦电子创立于 2010 年，创始人刘志宏原为铿腾电子负责电路仿真及验证的全球副总裁，公司成立后长期专注于期间建模和电路仿真领域，是国内 EDA 企业中少数在某一环节（仿真）上达到国际一流水准的公司，具备较高的技术壁垒。

公司共有四条产品线：制造类 EDA/设计类 EDA/半导体器件测试技术产品/半导体工程服务，公司于 2019 年并购博达微（持股 80%）后形成从数据收集到仿真流程的闭环。

直销模式下营收快速增长，业务结构优化经营集中风险降低。

近年公司的销售模式由代销转为直销，直销比例由 20%提升至 88%，虽然销售费用率有所上升，但是长期来看将有利于公司增强对于销售战略、产品定价的掌控力度，销售效率提升的同时避免渠道商利润分成，有助于提升公司净利率。

直销模式下，公司的营业收入由2018年的 0.51 亿元提升至 2021E 的 1.9 亿元，CAGR 为 55%。

公司的营收结构进一步分散，EDA 产品收入占比由2018年的 85%降至2021H1的 67%，并购博达微后半导体测试产品的收入增幅巨大，与概伦电子的原有业务形成良好的协同效应。

广立微电子：专注芯片良率提升及电性测试监控技术

公司成立于2003年，专注于芯片成品率提升和电性测试快速监控技术，是目前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。

广利微电子避开竞争激烈的设计类 EDA 市场，从制造类 EDA 切入成为国内该细分领域的龙头，其产品与 PDF Solutions 直接竞争，目前已经获得华虹集团、长鑫存储、三星电子等海内外客户的认可，实现该领域的国产替代。

公司业绩增长快，营收及净利率持续提升。

公司营收由2018年的 0.3 亿元增加至2020年的 1.2 亿元，CAGR+90%，与 PDF Solutions 的收入差距从2018年的 19 倍缩小至2020年的 4.6 倍，净利率也由-32%提升至 40%。和 PDF Solutions 相比，广立微电子的毛利率高于 PDF，研发费用率基本持平，近两年稳定在 30%-40%。

在我国大力发展芯片制造自主的当下，广立微电子有望凭借效能显著的产品特性迅速占据国内晶圆制造企业的市场，实现规模效应。

中外厂商核心竞争力对比及差距

由于我国 EDA 行业发展过程曲折，当前海外 EDA 巨头在全球范围能仍全面领先本土 EDA 企业，差距主要体现在研发及技术、渠道及产品、生态及客户关系这三方面。

EDA 作为高技术壁垒的行业，企业唯有投入大量的研发资源并获取顶尖人才的贡献才能保持竞争力。

当前，中外厂商在研发投入方面差距巨大，以华大九天和新思科技为例对比，新思科技 2018-2020 年三年累计研发投入 228 亿元人民币，是华大九天近 60 倍。

除此之外，大量的 EDA 企业也为巨头并购提供充分选择，海外三巨头在发展过程中累计并购各类公司 200 次以上，国内 EDA 企业少，各方难以通过并购做大。

海外企业经年累月的大量研发投入使得其在产品线丰富度、渠道多样性上领先于国内 EDA 企业。华大九天是国内当前唯一 IC 设计全流程覆的 EDA 企业，但在产品丰富度上仍逊色于海外巨头。此外，国内 EDA 企业的主要客户主要集中在国内企业或是在国内设厂的外资企业，销售渠道较为单一，虽然当前国内下游芯片产业较全球更为景气，但 EDA 出海能极大拓宽企业的营收增长空间。

IP 核（Intellectual Property Core）是芯片设计过程中的核心要素之一，作为预先设计好、可复用的功能模块，能够极大地优化芯片设计公司的重复劳动率并提升设计灵活度。

当前，主流的 SoC 异构芯片均是基于不同功能的 IP 进行组合设计。

相比于国内 EDA 企业，海外 EDA 巨头拥有大量 IP 核产权，通过为客户提供丰富多样、具有自主知识产权的 IP 核，使得客户面临较高的切换成本，公司与下游客户的关系更加稳固，从而构建具有深度护城河的生态圈。

报告总结与风险提示

报告总结

芯片的自主可控需要软硬件并行，作为上游环节，EDA的自研更易实现并正在加速突破。

近期催化原因有两方面：首先，相关企业陆续上市，研发投入收获保障；其次，下游标杆客户能反哺软件功能完善。

行业有望率先受益于产业链国产化进程，投资机会也相对集中，建议重点关注。标的方面，考虑到行业较高的竞争壁垒，华大九天、概伦电子等已有先发优势的企业。

风险提示

1、技术突破不及预期。国内 EDA 企业还有较大的技术差距需要填补，核心技术方面如果突破受挫，将对行业和公司价值造成负面冲击。

2、产业链供应风险。一方面，EDA 软件本身存在部分 IP、专利和开源的授权，如果出现中外科技封锁等事件，可能对产品研发造成影响；另一方面，国内 EDA 企业为主的上游环节也受到整个芯片产业链发展的影响，如果芯片制造的产能、成本波动，造成下游需求放缓，减少对上游的投入，也会影响到相关标的。

3、人才供给不足。芯片设计软件人才目前较为稀缺，在国内人才培养、薪酬待遇等方面如果不能跟上，可能会对技术研发造成不良影响。

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