美国商务部近日发布新禁令,宣布自8月15日起,将四项新技术列入出口管制清单,其中最受关注的当属对GAA FET相关EDA工具的断供。

虽然主要是对3nm以下的EDA设计软件进行出口管制,目前影响不大,但是EDA 软件是集成电路领域最重要的软件工具,在全球科技竞争不对等的情况下,要实现我国半导体产业可持续发展,必须保障EDA工具的安全可控。

不可或缺的EDA

芯片设计是一个巨大且复杂的工程,包括数字与模拟电路设计、封装设计、可测性设计、物理后端设计等。在EDA没有诞生前,开发者只能以人工画图的方式进行电路设计。

随着集成电路设计规模的发展,制造工艺越来越精细,芯片设计师从前依靠手工完成的设计图已经难以满足需求,而借助EDA工具,能够很好地完成电路设计、版图设计、版图验证、性能分析等工作,EDA产业渗透率逐渐提高。

其后,超大规模集成电路的持续发展,晶体管密度暴涨,芯片设计难度日益增长,加上工艺变革的加快,EDA开始成为集成电路上游设计的基础工具,电子工程师逐渐依赖EDA工具来提升逻辑综合、布局布线、仿真验证的效率。

据统计,2021年全球EDA市场规模约为130亿美元,中国EDA市场规模约为120亿元人民币。这130亿美元的市场,撬动了规模达5559亿美元的半导体产业。

这样巨大的市场,催生出三大EDA巨头——新思科技、铿腾电子和西门子EDA(原Mentor Graphics),2020年全球市占率就已经达到近78%。EDA的细分领域包括模拟、数字前端、数字后端、封装、FPGA等多种项目,具体来看,在模拟仿真与版图领域,铿腾的Virtuoso平台使用最为广泛。在数字前端综合方面,新思的Design complier占主导地位,铿腾的相应产品Genus广受欢迎。在数字后端方面,新思的ICC/ICC2与铿腾的EDI/Innovus业内使用最多。

其中除西门子外,另两家都来自美国。在美国频频对中国“卡脖子”技术进行封锁之际,国内集成电路设计及制造企业开始寻求实现EDA工具软件的进口替代。

2021年11月30日发布的《“十四五”软件和信息技术服务业发展规划》提出,重点突破工业软件,关键基础软件补短板。建立EDA开发商、芯片设计企业、代工厂商等上下游企业联合技术攻关机制,突破针对数字、模拟及数模混合电路设计、验证、物理实现、制造测试全流程的关键技术,完善先进工艺工具包。

根据CINNO Research数据显示,2022年中国IC设计市场规模增至887亿美金,对上游EDA工具的需求十分紧迫。在一级市场,国产EDA也正在收获前所未有的热度。根据不完全统计,今年上半年,包括芯华章、九霄智能、行芯、合见工软、立芯软件等多家国产EDA公司均收获了新一轮融资。

EDA进口替代难点

寻找真正的国产化方案,已经成为大多数芯片设计公司都要思考的课题,这也直接引发市场对芯片设计产业链企业的追捧。芯片设计必备的三件套包括指令集架构、EDA工具和芯片IP。

目前A股最纯正的EDA公司共有三家,分别为华大九天、概伦电子和广立微,他们业务中EDA“含量”以及针对的应用场景有一定不同。但是国内EDA人才与海外相比十分匮乏,据统计国内从业者不足3000人,而海外仅新思科技一家研发人才约13000人。

中信证券指出,全定制IC设计覆盖模拟、射频、存储、光电等领域,其EDA工具具备较强拓展性。国内EDA龙头正以模拟电路等领域为起点,加速向射频、存储、光电等全定制领域拓展,夯实全定制EDA半壁江山,并进一步拓展数字IC设计等领域,看好国产EDA长期发展机遇。

西门子EDA全球副总裁兼中国区总经理凌琳认为,“EDA的工具要与时俱进,要整合其他资源才能做好”。那么当汽车向着电子化方向发展的时候,中国的EDA完全可以和新的标准和功能需要一起成长提升,逐渐符合和应用新的发展趋势,维护和确定将来的市场发展,让产品更贴合市场的需求,从而占据优势并不断拓展市场份额。

“支持更多的标准,联动产业的上游下游,让更多的伙伴一起来参与,做到因地制宜,因需而设。”他认为打造一个开放的生态很重要,“只有我们一家肯定是不行的,就像西门子工业软件期望西门子EDA能够加强整个闭环设计一样的道理……跟所有在这个领域的伙伴,不管是国内还是国外的共同去合作,打造一个可以互通、开放的生态系统,这样才能更好地推动中国集成电路和半导体整个事业可持续的发展。”

不久前,概伦电子董事、总裁杨廉峰在科创板开市三周年云上峰会指出,“EDA企业的核心竞争力在于它的市场导入和市场采用,是否能够真正帮助客户做出有市场竞争力的产品”。他认为,目前EDA发展的难点主要是技术壁垒和行业生态壁垒。

EDA巨头一直用长期高比例的研发投入来维系其竞争力。新思科技、楷登电子和西门子EDA研发投入占营业收入比重始终在三成以上,2021年新思科技、铿腾电子研发费用分别为15.1亿美元(约为人民币103亿元)和11.3亿美元(约为人民币77亿元)。尽管国内EDA龙头华大九天3亿元的研发投入已经占据全年营收的一半,但依旧与海外三巨头差距明显。

况且三巨头成立以来均进行过多次并购,EDA领域并购主要是为了整合并拓宽产品线,进行产品演进,实现公司规模迅速扩张,并吸纳优秀的研发团队及人才。在多次并购中,各厂商实现了竞争力的提升,基本奠定了如今的EDA竞争格局。

凌琳坦言:“并购是主流EDA的一个大概率事件,但与此同时,并购后的产品要在自己的体系里得到更好的融合和应用,这才应该并购的真正目的。西门子EDA也会有一些商业收购,然后慢慢组成自己定制的流程。最近这几年西门子持续在加强一些EDA领域的关键并购,都是为了补强我们在某些方面的布局。”

总结

目前国内EDA产业多为规模小而技术分散的企业组成,真正具备全流程技术能力的极少。然而经过四年的发展,中国EDA产业已经在不断加速前进。根据海外EDA三巨头的成长历程很容易发现,他们的优势是建立在几十年的并购和研发投入上的,非朝夕之功。因此,对于国内EDA产业的发展,虽然艰难,但是应该风物长宜放眼量,给予足够的信心与耐心。