EDA行业报告：从华大九天看国产EDA的“逆风而上”.pdf

请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 行业研究 Page 1 证券研究报告 深度报告 软件与服务 Table_IndustryInfo EDA 行业报告 超配 （维持评级） 2021 年 07 月 08 日 一年该行业与 沪深 300 走势比较 行业专题 从华大九天看国产 EDA 的“逆风 而上” EDA 是集成电路上游的必备工具，已实现各环节的全覆盖 随着芯片的复杂程度和集成度上升、产业分工以及设计成本攀升， EDA 成为集成电路上游的必备自动化工具， 贯穿于 IC 设计、制造、封测等环节， 目前， EDA 工具已实现了对各类型芯片、各环节的全覆盖。尽管 EDA 市场规模 仅百亿美元，但作为集成电路行业的支点，杠杆效应显著，撬动了数万亿的数字 经济市场。 海外三巨头市占率超八成，定期软件授权 +IP 授权为主要模式 EDA 市场集中度较高，国际三大 EDA 巨头 Synopsys（新思科技）、 Cadence（楷登电子）和 Mentor Graphic（现西门子 EDA 部门）市占率 近八成。商业模 式主要是以 EDA 软件的定期（一般 2-3 年）授权费和 IP 授权费为主。三巨头通过持续的研发投入、全工具链的产品供应以及与 Foundry 和 Fabless 共同打造生态，打造了极深的竞争护城河。 国产 EDA 软件发展几经波折，行业终迎来曙光 国产 EDA 软件在熊猫系统问世后，经历了十余年低谷期后，重新迎来发 展契机，国内也涌现出了一批像华大九天、概伦电子、芯愿景等知名 EDA 创业公司， EDA 行业也开始受到资本市场的青睐。但是，目前本土 EDA 厂商仍在产品、工艺以及人才等方面与海外三巨头存在诸多差距。 人工智能与云计算为 EDA 行 业带来新的增长动力 后摩尔时代的技术和工艺演进也对 EDA 技术提出了全新的要求，同时， 随着 IC 设计行业的逐渐成熟以及系统运算能力的阶跃式上升， AI 技术与 云计算等新技术开始在 EDA 领域落地，为行业带来新的发展机遇。 华大九天是国产 EDA 行业的绝对龙头 华大九天前身为华大集团 EDA 部门，继承了首部国产 EDA 熊猫系统的 核心技术，核心团队深耕行业三十年，目前已实现模拟电路、平板显示 （ FPD）领域全流程覆盖。尤其在 FPD 领域，公司更是全球唯一能提供 全流程设计解决方案的供应商，是国内 EDA 软件的绝对龙头。 投资建议：重点 关注华大九天、概伦电子、广立微、芯愿景 我们看好集成电路上游核心环节 EDA软件的自主可控和国产替代的投资 机会，建议重点关注华大九天、概伦电子、广立微、芯愿景（均处在 IPO 进程中）。 风险提示 国家的产业扶持政策发生重大变化；国际贸易摩擦加剧，海外经营风险 增加；市场竞争加剧带来的经营不确定性。 相关研究报告： 国信证券 -Roblox（ RBLX.N)-深度报告：元 宇宙“头号玩家”、全球游戏 UGC 平台开创 者 2021-07-04 海外科技跟踪：微软发布 Win11 连通安卓应 用程序，自动驾驶卡车上市热潮延续 2021-06-28 云办公系列专题：借谷歌微软之道，看金山 办公如何破协作之局 2021-06-22 海外科技跟踪：海外科技跟踪 谷歌取得重 大 AI 突破，领英拆分公司 Confluent 拟上市 2021-06-15 国信证券 -区块链进化史 DEFI 开启去中 心化金融时代 2021-06-02 证券分析师：熊莉 电话： E-MAIL： 证券投资咨询执业资格证书编码： S0980519030002 证券分析师：库宏 垚 电话： 021-60875168 E-MAIL： 证券投资咨询执业资格证书编码： S0980520010001 证券分析师：朱松 电话： E-MAIL： 证券投资咨询执业资格证书编码： S0980520070001 独立性声明： 作者保证报告所采用的数据均来自合规 渠 道，分析逻辑基于本人的职业理解，通过合 理判断并得出结论，力求客观、公正，其结 论不受其它任何第三方的授意、影响，特此 声明 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 J/20 S/20 N/20 J/21 M/21 M/21 沪深 300 软件与服务 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 2 投资摘要 关键结论与投资建议 我们看好集成电路上游核心环节 EDA 软件的自主可控和国产替代的投资机会， 建议重点关注华大九天、概伦电子、广立微、芯愿景（均处在 IPO 进程中）。 核心假设或逻辑 第一， 随着芯片的复杂程度和集成度上升、产业分工以及设计成本攀升， EDA 成为集成电路上游的必备自动化工具。 第二， EDA 市场集中度较高，商业模式主要是以 EDA 软件的定期授权费和 IP 授权费为主。 Synopsys、 Cadence、 Mentor Graphics 通过持续的研发投入、 全工具链的产品供应以及与 Foundry 和 Fabless 共同打造生态，打造了极深的 竞争护城河。 第三，国产 EDA 软件经历了十余年低谷期后，重新迎来发展契机，国内也涌现 出了一批像华大九天、概伦电子、广立微、芯愿景等知名 EDA 创业公司， EDA 行业也开始受到资本市场的青睐。 第四，后摩尔时代的技术和工艺演进也对 EDA 技术提出了全新的要求， AI 技 术与云计算开始在 EDA 领域落地，为行业带来新的发展机遇。 第五， 华大九天前身为华大集团 EDA 部门，继承了首部 国产 EDA 熊猫系统的 核心技术，核心团队深耕行业三十年，目前已实现模拟电路、平板显示（ FPD） 领域全流程覆盖，是国内 EDA 软件的绝对龙头。 与市场预期不同之处 尽管全球 EDA 市场空间不大，但是 EDA 软件作为集成电路行业上游的核心环 节，杠杆效应明显，支撑起整个数字经济市场，具有极强的战略意义。我们认 为，尽管国产 EDA 厂商起步较晚，与海外巨头仍存在差距，但在当前逆全球化 的大环境下， EDA 软件的国产替代和自主可控具有较好的投资机会。 股价变化的催化因素 第一，国际贸易摩擦加剧， EDA 软件国产替代进程加速。 第二，国家相关政策扶持力度加大。 核心假设或逻辑的主要风险 第一， 国家的产业扶持政策发生重大变化； 第二， 国际贸易摩擦加剧，海外经营风险增加； 第三， 全球市场竞争加剧带来的经营不确定性。 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 3 内容目录 EDA 的本质 . 6 行业起源： EDA 从何而来？ . 6 应用场景： EDA 有何用处？ . 7 IP 授权： IP 与 EDA 又有什么关系？ . 12 市场空间：中国市场成为重要增长动力 . 13 复盘海外 EDA 三巨头的发家之路 . 15 行业格局：海外三巨头市占率近八成 . 15 商业模式：以定期软件授权费为主 . 17 核心壁垒 ：研发 +产品 +生态 . 18 本土 EDA 厂商究竟实力如何？ . 20 发展历程：我们是如何被 “卡住了脖子 ”？ . 20 企业巡礼：发展几经波折，行业终迎曙光 . 22 发展现状：仍与海外巨头存在诸多差距 . 23 未来， EDA 行业又有哪些趋势？ . 25 后摩尔时代对 EDA 技术提出更高的要求 . 25 人工智能技术将扮演更重要的角色 . 26 IC 设计上云成为行业的重要趋势 . 27 华大九天是规模最大、产品线最全的国产 EDA 工具商 . 29 公司概况：国内 EDA 领域的绝对龙头 . 29 财务分析：过去两年营业收入 CAGR 达 66% . 33 核心优势：继承 “熊猫 ”衣钵，模拟与 FPD 优势明显 . 35 看好 EDA 软件国产替代的投资机会 . 36 概伦电子 专注于器件建模和电路仿真领域 . 36 广立微 专注于良品率分析和电性测试技术 . 38 芯愿景 专注于芯片分析与芯片设计服务 . 40 风险提示 . 42 国信证券投资评级 . 43 分析师承诺 . 43 风险提示 . 43 证券投资咨询业务的说明 . 43 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 4 图表目录 图 1： 单颗裸片可容纳的晶体管数量的增长趋势（百万个） . 7 图 2：不同制程芯片的开发成本及构成 . 7 图 3： EDA 软件行业的发展历程 . 7 图 4：集成电路行业产业链 . 8 图 5： PDK 在 Foundry、 Fabless 以及 EDA 供应商之间的关系 . 9 图 6：半定制 IC 设计所涉及的 EDA 工具 . 10 图 7：全定制 IC 设计所涉及的 EDA 工具 . 10 图 8： IC 设计产业链 . 11 图 9：不同制程芯片所集成的硬件 IP 数量（个） . 12 图 10：全球半导体 IP 市场规模预测（亿美元） . 12 图 11：集成电路行业的倒金字塔结构 . 13 图 12： 2014 年 -2020 年全球集成电路市场规模（亿美元） . 14 图 13： 2014 年 -2020 年中国集成电路市场规模（亿元） . 14 图 14： 14 年 -20 年全球集成电路设计业销售规模（亿美元） . 14 图 15： 14 年 -20 年中国集成电路设计业销售规模（亿元） . 14 图 16： 18 年 -20 年全球 EDA 市场销售额（亿美元） . 15 图 17： 18 年 -20 年全球各地区 EDA 市场销售额（亿美元） . 15 图 18： 18 年 -20 年中国 EDA 市场销售额（亿元） . 15 图 19： 18 年 -20 年国产 EDA 销售额分布情况（亿元） . 15 图 20： 18-20 年全球 EDA 工具市场竞争格局 . 16 图 21：全球 EDA 行业简要格局 . 16 图 22： Synopsys 与 Cadence 营收变化情况（亿美元） . 17 图 23： Synopsys 与 Cadence 毛利率情况（ %） . 17 图 24： Cadence 根据产品类型拆分的营收结构 . 17 图 25： Cadence 根据业务形态拆分的营收结构 . 17 图 26： Synopsys 根据产品类型拆分的营收结构 . 18 图 27： Synopsys 根据业务形态拆分的营收结构 . 18 图 28： Synopsys 与 Cadence 研发费用支出（亿美元） . 18 图 29： Synopsys 与 Cadence 研发费用占总营收（ %） . 18 图 30： EDA 三巨头的历史并购次数 . 19 图 31： Cadence 的并购版图 . 19 图 32： Synopsys 的并购版图 . 19 图 33： EDA 三巨头的客户生态 . 20 图 34： 国产 EDA 软件的发展史 . 21 图 35：美国自 2018 年以来对华在软件领域的科技制裁 . 21 图 36：国产 EDA 软件在各主要环节的覆盖情况 . 24 图 37： 2018-2020 年中国 EDA 行业人才情况 . 25 图 38：后摩尔时代集成电路技术演进路径 . 26 图 39： Cadence 基于机器学习引擎的数字全流程工具 . 27 图 40： Mentor 的 Machine Learning OPC . 27 图 41： Microsoft Azure 的合作伙伴 . 28 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 5 图 42：华大九天历史沿革 . 29 图 43：华大九天的股权结构 . 30 图 44：华大九天的 EDA 软件产品矩阵 . 31 图 45：公司 18-20 年营业收入变化情况（亿元， %） . 33 图 46：公司 2018-2020 年归母净利润变化情况（亿元， %） . 33 图 47：公司 18-20 年各业务营收变化情况（亿元） . 34 图 48：公司 18-20 年各业务营收占比变化情况（ %） . 34 图 49：公司 18-20 年毛利率与净利率变化情况（ %） . 34 图 50：公司 18-20 年 ROE 与 ROA 变化情况（ %） . 34 图 51：公司 18-20 年三费率变化情况（ %） . 35 图 52：公司 18-20 年现金流变化情况（亿元） . 35 图 53：国内 EDA 市场本土企业份额情况（亿元） . 35 图 54：公司 18-20 年研发费用支出及占比情况（亿元， %） . 35 图 55：公司 18-20 年营业收入变化情况（亿元， %） . 37 图 56：公司 18-20 年毛利率变化情况（ %） . 37 图 57：概伦电子提供的各类 EDA 工具及服务布局 . 37 图 58：公司 18-20 年各业务营收占比变化情况（ %） . 38 图 59：公司器件建模与电路仿真工具的年均客单价（万元） . 38 图 60：公司 18-20 年营业收入变化情况（亿元， %） . 39 图 61：公司 18-20 年归母净利润变化情况（亿元） . 39 图 62：广立微提供的各类工具和产品矩阵 . 39 图 63：公司 18-20 年各业务营收占比变化情况（ %） . 40 图 64：公司 17-19 年营业收入变化情况（亿元， %） . 40 图 65：公司 17-19 年归母净利润变化情况（亿元） . 40 图 66：芯愿景提供的各类产品及服务示意图 . 41 图 67：公司 17-19 年各业务营收占比变化情况（ %） . 42 表 1： 2020 年全球 IP 授权市场格局 . 13 表 2： 国家在 EDA 软件领域的相关政策支持 . 22 表 3：本土 EDA 软件领域的主要厂商 . 23 表 4： IC 设计上云的成本节省模型测算 . 28 表 5：公司核心管理层介绍 . 30 表 6：华大九天的 EDA 工具与服务介绍 . 32 表 7：公司 18-20 年前五大客户销售额及占比 . 36 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 6 EDA 的本质 行业起源： EDA 从何而来？ EDA（ Electronic Design Automation，电子设计自动化）是指利用计算机辅 助设计（ CAD）软件，来完成超大规模集成电路（ VLSI）芯片的功能设计、综 合、验证、物理设计（包括布局、布线、版图、设计规则检查等）等流程的设 计方式。 工程师利用 EDA 工具，将芯片的电路设计、性能分析、设计出 IC 版 图的整个过程交由计算机自动处理完成。 EDA的应用包括模拟电路、数字电路、 FPGA、 PCB、面板等多个领域的设计工作。狭义的 EDA 概念仅针对 IC 设计 环节所提供的自动化工具，而广义的 EDA 概念则包括从 IC 设计、 IC 制造到封 装测试各环节所提供的自动化工具。 芯片的复杂程度和集成度上升，产业分工以及设计成本攀升，使 EDA 软件也 成为了集成电路上游的必备工具 上世纪六十年代，早年的集成电路仅有几个管子，依靠传统的手工画图便可完 成功能的计算。随着集成电路的复杂程度增加，设计师开始采用简单的 CAD 工 具进行芯片设计。在 1980 年，卡弗尔米德和琳康维提出了通过编程语言进行 芯片设计的思想，真正奠定了集成电路行业发展的基础，是 IC 设计自动化的主 要标志。自此 ，集成电路行业迎来了高速发展的四十年。 EDA 软件也伴随着集 成电路行业的发展一步一步成为行业的必备工具，主要有以下三点原因： 复杂度上升： 单个芯片内部的晶体管数量在“摩尔定律”的推动下每 18 个月 翻一倍，如今 5nm 的芯片可以容纳 125 亿个晶体管，未来的 3nm 芯片将容 纳近 160 亿个晶体管。如果没有一套高度自动化的设计工具与设计流程，这 100 多亿个晶体管的芯片设计图纸是无法完成， IC 设计早已无法再单纯依赖 设计师手工设计，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； 产业分工： 集成电路行业设计 规模的增大，技术复杂性的增大，也带动集成 电路产业转向分工模式，从 IDM（ Integrated Device Manufacture）模式转变 成“ Fabless（芯片设计公司） +Foundry（晶圆代工厂） +OSAT（ Outsourced Semiconductor Assembly and Testing，封装与测试厂）”的模式； 设计成本攀升： 在“摩尔定律”的推动下， IC 的设计成本逐代攀升。根据 IBS 的数据，集成电路设计成本从 28nm 的 5130 万美元跃升至 7nm 芯片的 2.978 亿美元， 5nm 芯片的 5.422 亿美元。往往几次流片的失败就可能会让一家芯 片设计初创公司丢失生命，高筑的 IC 设计成本也让 EDA 软件愈发重要。 因此， EDA 软件也成为了集成电路领域的上游基础工具，贯穿于 IC 设计、制 造、封测等环节。 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 7 图 1： 单颗裸片可容纳的晶体管数量的增长趋势（百万个） 图 2：不同制程芯片的开发成本及构成 资料来源： IBS，国信证券经济研究所整理 资料来源： IBS，国信证券经济研究所整理 自 1970 年开始， EDA 技术伴随着计算机、集成电路、电子系统的发展而兴起， 经历从通用化走向专业化的路径。因此，总体来看， EDA 行业的发展历程大体 可以分为 CAD 阶段、 CAE 阶段和 EDA 阶段三个阶段： 早期 -CAD 阶段（ 1970-1980 年）： 中小规模集成电路已经出现，手工绘 制版图设计印刷电路板的方法已无法满足精度和效率的要求，设计师开始 借助于计算机完成印制电路板设计。于是，出现了第一代的 EDA 工具，利 用二维平面图形的 CAD（ Computer-aided design）工具进行电路原理图 编制、 PCB 布局布线等； 发展期 -CAE 阶段（ 1980-1990 年）： 由于集成电路规模的逐步扩大和电 子系统的日趋复杂，出现了以计算机仿真和自动布局布线为核心的第二代 EDA 技术，即 CAE（ Computer Aided Engineering），将各个 CAD 工具 集成为系统，从而加强了电路功能设计和结构设计，该时期的 EDA 技术已 经延伸到半导体芯片的设汁，生产出可编程半导体芯片； 成熟期 -EDA 阶段（ 1990 年 -至今）： 芯片的复杂度进一步提升，给 EDA 技术提出了更高的要求，也促进了 EDA 技术的大发展。 EDA 的发展集中 到加强自动化和智能化方向，致力于设计语言和高 层设计理念上实现统一， 促使 EDA 系统能够完成电子产品的系统级至物理级的设计。各公司也相继 开发出了以高级语言描述、系统级仿真和综合技术为特征的大规模 EDA 软 件系统。 图 3： EDA 软件行业的发展历程 资料来源： CSDN，国信证券经济研究所整理 应用场景： EDA 有何用处？ EDA 位于产业链的最上游。 整个集成电路的产业链主要包括：上游的 EDA、半 2,112 2,536 3,920 6,968 8,360 12,544 15,680 16nm 12nm 10nm 7nm 7nm plus 5nm 3nm 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 8 导体 IP、半导体材料和设备，中游的 IC 设计、 IC 制造和封装测试，下游的各 领域系统厂商， EDA 位于整个集成电路产业链的最上游。 上游： EDA 和半导体 IP 分别为 IC 设计与制造提供所需的自动化工具和搭 建 SoC 所需的核心功能模块；半导体材料和设备则主要提供 IC 制造环节 所需的核心生产资料； 中游： 包括 IC 设计、 IC 制造、封装、测试。（ 1） IC 设计通过电路设计、 仿真、验证和物理实现，最终形成可交付制造的晶体管级版图信息；（ 2） IC 制造将版图信息制成光罩，将光罩上的电路图形信息蚀刻至硅片上，在 晶圆上形成电路；（ 3）封装是将晶圆片进行切割、焊线、封装，使芯片电 路与外部器件实现电气连接，并为芯片提供机械物理保护；（ 4）测试是对 封装完毕的芯片进行功能和性能测试， 测试合格后，芯片成品即可使用； 下游： 各应用领域的制造商或系统厂商，将各类芯片集成到终端产品上， 并销售给客户。 图 4：集成电路行业产业链 资料来源：概论电子招股书，国信证券经济研究所整理 Foundry、 Fabless 以及 EDA 供应商在产业链中并非线性关系，而是三角关系， PDK 是三者间的纽带 PDK（ Process Design Kit），即工艺设计套件，是链接 Foundry、 Fabless 以 及 EDA 供应商之间最主要的桥梁和媒介。 PDK 是一组描述半导体工艺细节的 文件，由晶圆代工厂提供，供芯片设计 EDA 工具使用。 PDK 一般会包含反映 制造工艺基本的元素：晶体管、接触孔，互连线等。 PDK 的内容中包括设计规 则文件、电学规则文件、版图层次定义文件、 SPICE 仿真模型、器件版图和期 间定制参数等。 客户会在投产前使用晶圆厂的 PDK，确保晶圆厂能够基于客户的设计生产芯片， 保证芯片的预期功能和性能。所以，开始采用新的半导体工艺时，首先要做的 事就是开发一套 PDK， PDK 用 Foundry 晶圆代工厂的语言定义了一套反映 Foundry 工艺的文档资料，是 IC 设计公司 用来做物理验证的基石，也是流片成 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 9 败关键的因素。 图 5： PDK 在 Foundry、 Fabless 以及 EDA 供应商之间的关系 资料来源： Silvaco，国信证券经济研究所整理 EDA 工具实现了对各类 IC 设计流程的全覆盖。 从结构上，芯片可以分为数字 芯片、模拟芯片以及数模混合芯片。而芯片设计流程主要可以分为半定制 IC 设 计流程与全定制 IC 设计流程， 半定制的设计流程一般用来设计数字 IC，全定 制设计流程一般用于设计模拟 IC 和数模混合 IC。 目前海外成熟的 EDA 公司都 对各类 IC 设计流程的各个环节实现了全覆盖。 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 10 图 6：半定制 IC 设计所涉及的 EDA 工具 图 7：全定制 IC 设计所涉及的 EDA 工具 资料来源： Elecfans，国信证券经济研究所整理 资料来源： Elecfans，国信证券经济研究所整理 全定制 IC 设计包括了电路图输入、电路仿真、版图设计、版图验证、寄生参数 提取、后仿真、流片等，而 半定制 IC 设计则可以分为 IC 前端设计（逻辑设计） 和后端设计（物理设计）两个部分： 前端设计（逻辑设计）： 从设计需求到输出门级网表电路，前端设计主要 流程包括规格制定、详细设计、 HDL 编码、仿真验证、逻辑综合、静态时 序分析、形式验证； 后端设计（物理设计）： 从门级网表电路到输出 IC 设计版图，后端设计的 主要流程包括可测性设计、布局规划、时钟树综合、布线、寄生参数提取、 版图物理验证。 一般来说，一个完整的 IC 设计流程包括了从客户提出需求开始到最终形成版图 交付给 Foundry 进行 IC 制造，如下图所示： 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 11 图 8： IC 设计产业链 资料来源： CSDN，国信证券经济研究所整理 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 12 IP 授权： IP 与 EDA 又有什么关系？ IP 核（ Intellectual Property core），即知识产权核或知识产权模块，是经过 反复验证过的、可以重复使用的集成电路设计宏模块，主要应用于专用集成电 路（ ASIC）或者可编辑逻辑器件（ FPGA）。 根据产品交付方式的不同，可以 分为软 IP、固 IP 和硬 IP，与此相对应的产品形式分别为 HDL 语言形式，网表 形式、版图形式。 IP 授权的出现也是源自于 IC 设计行业的产业分工。根据摩尔定律，高性能芯片 设计难度将不断在加大，想要独立完成所有芯片的设计工作，需要大量的研发 资源和成本。对应之下， 使用经过验证的 IP 核可以有效降低设计风险和成本， 提升产品性价比。 Fabless 无需再对芯片每个细节进行设计，只需通过购买成 熟可靠的 IP 方案，就可实现某个特定功能。 通过 IP 授权能缩短产品上市时间， 避免重复劳动， Fabless 可以将精力更多地用于提升核心竞争力的研发中。 SoC（ System on Chip，系统级芯片）技术是从设计的角度出发，将系统所需 的组件进行高度集成，将原本 不同功能的集成电路以功能模块的形式整合在一 颗芯片中。随着 IC 设计步入 SoC 时代，为了加快产品上市时间，以 IP 复用、 软硬件协同设计和超深亚微米 /纳米级设计为技术支撑的 SoC 已成为当今超大 规模集成电路的主流方向，当前国际上绝大部分 SoC 都是基于多种不同 IP 组 合进行设计的。 可重复使用的即插即用的 IP 模块，被认为是 SoC 技术中最关 键和高效的一环。 晶体管数量大幅提升，使得单颗芯片中可集成的 IP 数量也大幅增加。根据 IBS 数据，以 28nm 工艺节点为例，单颗芯片中已可集成的 IP 数量为 87 个。当工 艺节点演进至 7nm 时，可集 成的 IP 数量达到 178 个。单颗芯片可集成 IP 数量 增多为更多 IP 在 SoC 中实现可复用提供新的空间，从而推动半导体 IP 市场进 一步发展。根据 IBS 预测， 半导体 IP 市场将从 2018 年的 46 亿美元增长至 2027 年的 101 亿美元，年均复合增长率为 9.13%。 图 9： 不同制程芯片所集成的硬件 IP 数量（个） 图 10： 全球半导体 IP 市场规模预测（亿美元） 资料来源： IBS，国信证券经济研究所整理 资料来源： IBS，国信证券经济研究所整理 简单来说， IP 就是把部分设计流程固化，当 Fabless 使用 EDA 工具进行 IC 设 计时，可以直接把所需功能的 IP 模块拿来使用，不必再重复设计。 因此， IP 的丰富程度也是 EDA 生态的重要衡量标准。对于海外成熟的 EDA 企业而言， IP 授权业务也一直是其一项重要的收入来源。根据 IPnest 的数据显示， 2020 年全球半导体 IP 市场中，除了 ARM 等专业半导体 IP 供应商外， Synopsys、 Cadence 这两大 EDA 巨头位列全球半导体 IP 市场的第二、三名，市占率分别 为 19.2%、 6.0%。 10 14 20 28 38 50 64 81 102 126 4 5 11 19 27 37 49 62 76 92 180nm130nm 90nm 65nm 45nm 28nm 16nm 10nm 7nm 5nm 数字 IP 数模混合 IP 46 50 54 58 63 69 76 83 91 101 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 13 表 1： 2020 年全球 IP 授权市场格局 排名 公司名称 19 年销售额（百万美元） 20 年销售额（百万美元） 增长率 2020 年市占率 1 ARM 1,608.0 1,887.1 17.4% 41.0% 2 Synopsys 716.9 884.3 23.4% 19.2% 3 Cadence 233.0 277.3 19.0% 6.0% 4 SST 87.0 125.0 43.7% 2.7% 5 Imagination Technologies 87.0 100.3 15.3% 2.2% 6 Ceva 132.4 96.9 -26.8% 2.1% 7 Verisilicon（芯原股份） 70.0 91.5 30.7% 2.0% 8 Achronix 25.2 75.1 198.0% 1.6% 9 Rambus 47.9 63.7 33.0% 1.4% 10 eMemory Technology 57.4 48.8 -15.0% 1.1% Top10 合计 3,064.8 3,650.0 19.1% 79.3% 其他 878.8 953.8 8.5% 20.7% 总计 3,943.6 4,603.8 16.7% 100.0% 资料来源： IPnest，国信证券经济研究所整理 市场空间：中国市场成为重要增长动力 EDA 杠杆效应显著，是集成电路行业的支点。 整个集成电路行业形成了由 EDA 工具、集成电路、电子系统、数字经济等构成的倒金字塔产业链结构，仅从市 场规模来看， 2020 年全球市场规模 EDA 行业仅 70 亿美元， IP 授权行业仅 50 亿美元，背后却支撑着数十万亿规模的数字经济，是整个产业链的命脉。 图 11：集成电路行业的倒金字塔结构 资料来源：华大九天，国信证券经济研究所整理 中国作为全球规模最大、增速最快的集成电路市场。 从 2014 年到 2020 年，全 球集成电路市场规模从 2773 亿美元提升至 3612 亿美元，年均复合增长率 4.50%，而同期中国集成电路市场规模从 3,015 亿元提升至 8,848 亿元，年均 复合增长率达 19.65%。随着集成电路行业专业化分工的趋势加剧，也带动集成 电路设计行业市场快速增长，从 2014 年到 2020 年，全球集成电路设计销售规 模从 881 亿美元提升至 1279 亿美元，年均复合增长率 6.41%，而同期中国集 成电路设计销售规模 从 1051 亿元提升到 3778 亿元，年均复合增长率达 23.77%， 显著高于同期整个中国集成电路市场的复合增速。 根据 GIA报告，中国 EDA市场 2020年至 2027年复合年增长率预计高达 11.7%， 中国已经成为全球集成电路市场的重要增长动力。目前中国大陆已经成为半导 体产品最大的消费市场，根据 IBS 统计， 2019 年中国消费了全球 52.93%的半 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 14 导体产品，预计到 2030 年中国将消费全球 60%左右的半导体产品，旺盛的需 求进一步扩大了中国集成电路市场规模。 图 12： 2014 年 -2020 年全球集成电路 市场规模（亿美元） 图 13： 2014 年 -2020 年中国集成电路市场规模（亿元） 资料来源： WSTS，国信证券经济研究所整理 资料来源： 中国半导体行业协会 ，国信证券经济研究所整理 图 14： 14 年 -20 年全球集成电路设计业销售规模（亿美元） 图 15： 14 年 -20 年中国集成电路设计业销售规模（亿元） 资料来源：中国半导体行业协会设计分会，国信证券经济研究所整理 资料来源：中国半导体行业协会设计分会，国信证券经济研究所整理 2020 年全球 EDA 市场规模 72 亿美元，亚太超过北美成为最大的市场。 近年 全球 EDA 工具总销售额保持稳定上涨， 2020 年实现 72.3 亿美元，同比增长 10.7%。从不同地区的占比来看，北美约占 40.9%，亚太地区约占 42.1%，欧 洲地区约占 17%。目前，美国 EDA 企业依旧处于技术据垄断地位，中国市场 的快速发展带动了亚太地区 EDA 工具销售额的快速增长。 中国 EDA市场持续增长， 2020年行业总销售额约 66.2亿元，同比增长 19.9%。 其中，我国自主 EDA 工具企业在本土市场营业收入约为 7.6 亿元，同比增幅 65.2%。 2,773 2,745 2,767 3,432 3,933 3,334 3,612 0 500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 3,500 4,000 4,500 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 3,015 3,610 4,336 5,411 6,532 7,562 8,848 0 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 7,000 8,000 9,000 10,000 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 881 859 904 1,000 1,089 1,066 1,279 0 200 400 600 800 1,000 1,200 1,400 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 1,051.6 1,325.0 1,644.3 2,073.5 2,519.3 3,063.5 3,778.4 0.0 500.0 1,000.0 1,500.0 2,000.0 2,500.0 3,000.0 3,500.0 4,000.0 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 15 图 16： 18 年 -20 年全球 EDA 市场销售额（亿美元） 图 17： 18 年 -20 年全球各地区 EDA 市场销售额（亿美元） 资料来源：赛迪智库，国信证券经济研究所整理 资料来源：赛迪智库，国信证券经济研究所整理 图 18： 18 年 -20 年中国 EDA 市场销售额（亿元） 图 19： 18 年 -20 年国产 EDA 销售额分布情况（亿元） 资料来源：赛迪智库，国信证券经济研究所整理 资料来源：赛迪智库，国信证券经济研究所整理 复盘海外 EDA 三巨头的发家之路 行业格局：海外三巨头市占率近八成 EDA 市场集中度较高，国际三巨头 Synopsys、 Cadence、 Mentor Graphic 市占率近八成。 EDA 行业市场集中度较高，国际三大 EDA 巨头 Synopsys（新 思科技）、 Cadence（楷登电子）和 Mentor Graphic（现西门子 EDA 部门）在 国内市场占据明显的头部优势，属于具有显著领先优势的第一梯队， 2020 年中 国市场合计市占率 近八成；华大九天与其他几家企业，凭借部分领域的全流程 工具或在局部领域的领先优势，位列全球 EDA 行业的第二梯队。 62.2 65.3 72.3 56.0 58.0 60.0 62.0 64.0 66.0 68.0 70.0 72.0 74.0 2018 2019 2020 27.4 28.1 29.6 24.2 26.1 30.4 10.6 11.1 12.3 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 2018 2019 2020 北美 亚太 欧洲 44.9 55.2 66.2 0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 2018 2019 2020 2.8 4.6 7.6 0.7 1.4 1.5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2018 2019 2020 境内销售额（亿元） 境外销售额（亿元） 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 16 图 20： 18-20 年全球 EDA 工具市场竞争格局 图 21： 全球 EDA 行业简要格局 资料来源： 赛迪智库 ，国信证券经济研究所整理 资料来源： 赛迪智库 ，国信证券经济研究所整理 海外公司中，三巨头均具备提供全套的芯片设计 EDA 解决方案的能力，但拳头 产品各有不同： Synopsys： 公司成立于 1986 年，总部位于美国加州山景城。 Synopsys 的产品线是三巨头中最为全面的，从前端设计起家，收购 Avanti 进入后端 设计领域，目前是行业第一，其优势在于数字前端、数字后端和验证测试，