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报告综述：EDA是芯片之母，是芯片产业皇冠上的明珠，是 IC 设计最上游、最高端的产业。
EDA是电子设计自动化的简称，是从 CAD、CAM、CAT 和 CAE 的概念发展而来的，随着集成电路技术 发展，EDA越来越被业界予以“芯片设计软件工具”的代名词。EDA 是集成电路设计必需、也是最重要 的软件工具，EDA产业是 IC 设计最上游、最高端的产业。2018 年全球集成电路产值近5千亿美金，中国 集成电路进口金额超 3 千亿美金，EDA 是集成电路产业产能性能源头，从仿真、综合到版图，从前端到后 端，从模拟到数字再到混合设计，以及后面的工艺制造等，EDA 软件工具涵盖了IC设计、布线、验证和 仿真等所有方面，是集成电路产业的“摇篮”。
全球 EDA 产业形成三巨头公司寡头垄断格局。
EDA是集成电路产业链相对产值较小但又极其重要的关键环节，具有―体量小、集中度高‖的特点。2018 年相对于近五千亿美金的芯片产业，整个 EDA 的市场规模仅为 97.15 亿美元，而其中有70%的市场份额 都由 EDA 三巨头Synopsys、Cadence 和西门子旗下的Mentor Graphics 占据。在中国市场，集中度更高， EDA 销售额的 95%由以上三家瓜分。
三巨头主要指EDA市场份额占据前三位的三家企业Synopsys、Cadence和被西门子收购的Mentor Graphics。
2.1 EDA 三巨头基本发展状况
Synopsys(新思科技)成立于 1986 年，由 Aart de Geus带领通用电气公司微电子研究中心的工程师团 队创立，在 2008 年成为全球排名第一的 EDA 软件工具领导厂商，为全球电子市场提供技术先进的集成 电路设计与验证平台。Synopsys在 EDA 行业的市场占有率约 30%，它的逻辑综合工具DC和时序分析 工具 PT 在全球 EDA 市场几乎一统江山。
Cadence(铿腾电子)是 EDA 行业销售排名第二的公司，在1988年由 SDA 与 ECAD 两家公司兼并而 成，Cadence通过不断扩展、兼并、收购，到 1992 年已占据 EDA 行业龙头地位，但到2008年被 Synopsys 超越。
Cadence产品涵盖了电子设计的整个流程，包括系统级设计、功能验证、集成电路综合及布局布线、IC 物理验证、模拟混合信号及射频集成电路设计、全定制集成电路设计、PCCE 设计和硬件仿真建模等， 致力于为客户提供电子设计自动化、软件、硬件以及解决方案等服务，旨在帮助其缩短将电子设备打入 市场的时间和成本。全球知名半导体与电子系统公司均将 Cadence 软件作为其全球设计的标准。Cadence的 Virtuso 工具历经 27 年不衰，成为业内传奇。
Mentor Graphics(明导国际，2016 年被德国西门子收购)1981 年成立，90 年代遇到经营困境，软件 的研发严重落后于进度，大量长期客户流失，难以与其他两家公司竞争。直到 94 年公司组织结构大调 整后，才重新崛起。
Mentor Graphics 是一家 EDA 软件和硬件公司，也是电路板解决方案的市场领导者，主要提供电子设计 自动化先进系统电脑软件与模拟硬件系统。Mento 的工具虽没有前两家全面，没有涵盖整个芯片设计和 生产环节，但在有些领域，如 PCB(印刷电路板)设计工具等方面有相对独到之处。
从股市表现来看，Synopsys 和 Cadence 股价均稳步上升，当前Synopsys市值有 204.5 美元，市盈率 47 倍;Cadence 市值有 211.3 亿美元，市盈率 61 倍。
2.2 EDA 三巨头产品及客户
2.2.1总体比较
EDA公司提供给 IC 公司的一般都是全套工具，因此 EDA 集成度高的公司产品更有优势。三巨头基本都 能提供全套的芯片设计 EAD 解决方案。
Synopsys最全面，它的优势在于数字前端、数字后端和 PT signoff。模拟前端的 XA，数字前端的 VCS， 后端的 sign-off tool，还有口碑极好的 PT、DC 和 ICC 功能都很强大。Synopsys 有垄断市场 90%的 TCAD 器件仿真和垄断 50%的 DFM 工艺仿真,这是其在 EDA 产业竞争中的一把利器。
Cadence的强项在于模拟或混合信号的定制化电路和版图设计，功能很强大，PCB 相对也较强，但是 Sign off 的工具偏弱。
Mentor Graphic 也是在后端布局布线这块比较强，在 PCB 上也很有优势，它的优势是 Calibre signoff 和 DFT，但 Mentor Graphic 在集成度上难以与前两家抗衡。
此外，除了卖 license 以外，EDA 企业还可以提供IP授权(硬核和软核)，这个对于很多中小规模的设 计公司是很有吸引力的。授权的 IP 通常有 memory，Serdes 和 Power management 之类的研发成本或 门槛相对较高的硬核。
Mentor在 IP 业务上和 Synopsys 与Cadence几乎没有竞争力，目前 Synopsys 企业的 IP 业务全球排名 第二，Cadence企业的 IP 业务销售额也在逐年增加。
2.2.2各自特点
Synopsys提供的产品与服务主要分为四类:EDA、IP、制造解决方案、专业服务与其他，其中EDA产品占 Synopsys 总收入中的一半以上。
Synopsys是 EDA 三大巨头之首。占据统治地位的产品为逻辑综合工具 DC(design compiler)，时序分 析工具 PT(prime time)。
通过这两大产品 Synopsys 建立了完整的芯片 ASIC 设计FLOW包括，verilog 仿真工具 VCS，逻辑综 合工具DC，物理布局布线工具 ICC，形式验证工具formality，时序分析工具 PT，参数提取工具STAR-RC，版图检查工具 Hercules。DFT 工具直接插入 DC 工具中，还有ATPG工具 TetraMAX，可以说是集:广、 大、全于一身。
Synopsys的 EDA 和 IP 客户通常是半导体和电子系统公司，Synopsys 的解决方案帮助这些公司开发电 子产品、降低设计和制造成本。除此之外，Synopsys 还为包括电子、金融服务、媒体、汽车、医药、 能源和工业等不同行业客户提供软件安全解决方案。
Intel是 Synopsys 最大客户，2016-2018 三年公司总营业额中分别有15.9%、17.9%、15.4%来自 Intel。 除此之外，公司没有占总收入份额超过10%的客户。
Cadence将主营业务分为五类，分别是验证、数字设计、模拟、PCB、IP，其中前三项的地位更为重要， 占主营业务收入的份额在 75%左右。
Cadence为 EDA 业界第二厂商，工具集中在模拟电路，PCB 电路，FPGA 工具。Cadence 也有一套完整的 ASIC 设计工具，但在与Synosys竞争中处下风。但在全定制设计中 Virtuso 仍然非常强大，Cadence 之所以稳居第二，决定于其强大的模拟电路设计工具。
Mentor公司为业界第三，虽然排行第三，但体量比前两家要小不少。Mentor 在 EDA 厂商中始终占有一 席之地的原因是其点工具做得非常好，比如 Mentor 的 PCB 设计工具，全面而且信号分析准确。比如 ASIC 流程中的 Calibre 在版图LVS，DRC 中占有率超出其他两家，比如DFT工具 DFTAdvisor 在 DFT 工具中绝对占据优势地位。但由于Synopys的销售策略，在 DC 销售时免费搭 DFT compiler，对DFTAdvisor造成一定的市场冲击。但 Mentor 平台并非像前两家一样大而全，虽然点工具做的很精致， 但在 Synopsys、Cadence 的竞争压力下，发展空间日渐狭小。
2.2.3在华布局
Cadence是上述三家企业中在华布局进行最好的，1992 年 Cadence 进入中国大陆及香港市场，然后陆 续建立了北京、上海、深圳、香港四个办事处以及北京研发中心、上海研发中心，Cadence 在北京和上 海都有 R&D 团队，进行数字和模拟方面的产品研发，包括现在新的与AI相关的产品都是在国内研发的。
2017年 11 月 13 日，Cadence 与南京市浦口区人民政府正式签署战略合作备忘录以及投资协议，宣布 在南京江北新区成立新本土化公司南京凯鼎电子科技有限公司。据CEO Lip-Bu Tan(陈立武)先生表 示南京公司是 Cadence IP 方面对中国公司提供密切服务的第一步。Cadence 与南京公司以后专注的方 向是互补的:Cadence 专注于尖端的技术和先进节点，而南京公司主攻成熟技术的需求。
Synopsys仅次于 Cadence，自 1995 年进入中国市场以来，Synopsys 已在北京、上海、深圳、西安、 武汉、南京、厦门、香港、澳门九大城市设立机构，员工人数超 1200 人，建立了完善的技术研发和支 持服务体系。2017 年 11 月 10 日，Synopsys 区域总部宣布落户南京江北新区。
Mentor中国总部设立于上海金茂大厦，分别在北京和深圳设有销售办公室。
EDA三巨头几乎在所有细分领域都有产品涉及，而 EDA 行业入门门槛高，成本弹性大，对性能依赖性强，其他的 EDA 公司若想突围十分困难。
2.3 EDA 三巨头成功因素:内生、外延、国家政策扶持三管齐下
EDA 企业若想保持核心竞争力需要靠技术支持，与其他高新技术企业相似，EDA 企业获取技术优势的途径有:收购兼并其他企业的成熟技术、高研发投入和政府扶持。
2.3.1 内生:高额的研发投入
除大量收购有潜力的公司以外，Synopsys 和 Cadence 还一直重视新技术的开发，每年投入大比例资金 用于研发，研发费用是公司最大的营运开支。尤其是 Cadence 公司，近两年研发支出占总营收的比例 超过 40%。
2.3.2外延:频繁并购
经过多年的收购兼并以后，集成电路 EDA 领域只剩下了 Synopsys、Cadence 和 Mentor 这三个巨头。 市场的影响力也日益集中。
自 1986 年成立以来，Synopsys 通过发起几十余项并购交易，不断寻找那些已经被市场证明成功的产品 及其企业，通过滚动并购操作达到了扩大业务规模、进行技术整合的目的。
2002年，Synopsys 以 8.3 亿美元收购与Cadence结束专利诉讼的 Avanti 公司，和自由工具 PC 结合 在一起整合为强大的 ICC，直接衔接 Synopsys 前端和后端工具，使得Synopsys成为 EDA 历史上第一 家可以提供顶级前后端完整 IC 设计方案的领先 EDA 工具供应商，公司坐稳第二的位置，并在2008年 超越 Cadence 成为全球最大的 EDA 工具厂商。
Mentor Graphics 自成立开始，就关注各细分市场的的佼佼者，一步步收购了多家在某些细分领域技术上数一数二的中小型EDA公司，从而实现了企业稳步发展成长的目的。
2016年 11 月 14 日西门子和 Mentor Graphics(明导国际)联合发表声明，德国西门子将以每股 37.25 美元的价格收购美国 EDA 公司Mentor Graphics，总收购价格为 45 亿美元，价溢价 21%。
西门子方面表示，西门子的愿景是扩大客户基础，打造“数字化企业”所需的世界级完整软件解决方案， Mentor 的整套 EDA产品对于实现这一愿景至关重要。在收购 Mentor 后，西门子将增强在电子系统的 设计、测试和仿真领域的软硬件实力。
2.3.3政策扶持:DARPA 推出 ERI 项目扶持芯片发展
纵观半导体产业发展的几十年，可以清晰看到美国在产业发展中的巨大作用。目前，集成电路在摩尔定 律的驱动下，面临物理和经济极限;拐点临近，电子技术的进步将进入下一创新阶段。在 这 种 背 景 下 ， 美国又一次走在了世界前列，推出了一项为期5年、总值 15 亿美元的电子复兴计划(ERI)，用以支持 芯片技术的开发。美国国会也增加了对 ERI 的投入，每年额外注资 1.5 亿美元。
ERI的目标是不再依赖摩尔定律的―等比例微缩‖道路，继续推进电子器件性能的大幅提升，保持美国的 领先地位，满足国防部需求的同时推动半导体产业发展，被业界誉为将开启下一次电子革命。ERI 计划 将专注于开发用于电子设备的新材料，开发将电子设备集成到复杂电路中的新体系结构，以及进行软硬 件设计上的创新。
2018年 7 月 23-25 日，DARPA 为 ERI 计划召开了首次年度峰会，在会上，DARPA 公布了 2017 年 9 月首批启动的 6 大项目合作研究团队，旨在扶持和培养在材料与集成、电路设计和系统架构三方面的创 新性研究。
IDEA和 POSH 两个项目共同的目标是克服芯片设计日益复杂化和成本的问题。POSH 项目的目标是创 建一个开源的硅模块库，IDEA 项目希望能够生成各种开源和商业工具，以实现自动测试这些模块，以 及将其加入到 SoC 和印刷电路板中。两个项目将投入 1 亿美元，成为有史以来投资最大的 EDA 研究项 目之一。EDA 三巨头公司Cadence公司获得了第一批入围扶持项目中的最高资助额 2410 万美元用以 IDEA 项目研究，Synopsys 在 Posh 项目的研发也获得610万美元的资金补助。
2.4美国 EDA 巨头下一代技术发展前沿
随着 IC 设计复杂度的提升，新工艺的发展，EDA 行业有非常大的发展空间，目前产业两大发展方向: 人工智能、云计算等技术应用在EDA软件，目前 Cadence 领先。
云计算 EDA
2018年，Cadence 推出了第一个能够广泛用于电子系统和半导体开发的广泛云产品组合——Cadence Cloud Portfolio。云技术的应用主要有三大优点:快速部署可提高工程效率并加速项目完成;通过灵活 的解决方案和大规模可扩展的云就绪工具实现无痛采用;经过验证的解决方案据有很好的安全性，被许多客户信赖和使用。
人工智能 EDA
芯片敏捷设计是未来发展的一个主要方向，深度学习等算法能够提高 EDA 软件的自主程度，提高 IC 设 计效率，缩短芯片研发周期。据 Cadence 的报告显示，机器学习在 EDA 的应用可以分为四个方面: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。Cadence 致力于研究将机器学习应 用在 Virtuoso 平台上，并参与了 ERI 中智能设计芯片项目。新思科技也在利用人工智能加速时序验证。
3. 国内EDA 产业情况EDA市场供应商高度集中，现在的 EDA 产业主要由 Cadence、Synopsys 和西门子旗下的 Mentor Graphics 垄断。在中国市场，EDA 销售额的 95%由以上三家瓜分，剩余的 5%还有部分被Ansys等其 它外国公司占据，给华大九天、芯禾科技等国产 EDA 公司留下了极少的份额，且后者在工具的完整性 方面与三强相比，有明显的差距。而 EDA 的重要性不言而喻，一旦 EDA 受制于人，整个芯片软件产业 的发展都可能停摆，发展国产 EDA迫在眉睫。
3.1国内 EDA 公司概览
国内从上世纪八十年代中后期开始，就投入到 EDA 产业的研发当中。国内为了更好发展集成电路产业， 在 1986 年开始研发我国自有的集成电路计算机辅助设计系统——熊猫系统，并在攻坚多年之后，于 1993 年国产首套 EDA 熊猫系统问世。之后的国内EDA发展曲折而缓慢。
因各种因素影响，国产 EDA 产业没有取得实质性成功，但在这个过程中，国内已经出现多个 EDA 厂商 萌芽。据相关资料显示，在 2008 年，国内从事 EDA 研究领域涌现了华大电子、华天中汇、芯愿景、爱 克赛利、圣景微、技业思、广立微和讯美等公司。之后十年发展，华大九天、芯禾科技、广立微、博达 微等几个企业从国产 EDA 阵型中展露生机。
国内 EDA 企业难以提供全流程产品，但在部分细分领域具有优势，个别点工具功能强大。
DAC是全球领先的技术性大会和电子设计自动化商展，被公认为电子系统设计和自动化的首要会议。2011年首次在 DAC 大会的展览出现中国大陆公司——概伦电子;2012 年华大九天首次亮相;2017 年 博达微科技也出现在 DAC 大会;2018 年广立微电子、芯禾科技首次参展;在刚刚结束的 2019DAC 大 会上，华大九天、概伦电子、广立微电子、芯禾科技四家本土企业参展，向世界展示了其优势技术。
除企业外，清华大学计算机系 EDA 研究室和复旦大学专用集成电路与系统国家重点实验室也在从事 EDA 研究。
3.2国内 EDA 公司竞争优：略
……
3.3国内 EDA 产业短板
3.3.1产品不齐全
目前国内 EDA 企业面对的第一个短板就是产品不够全，尤其在数字电路方面。
SOC设计主流程的 EDA 工具数量中，来自 Synopsys 与 Cadence公司的占有大部分，尤其是时序和功 耗检查以及定制设计两步，完全由上述两家垄断，国产EDA在许多工具上仍有缺失。
传统 EDA 公司在数据端，收集数据测试上通常没有布局，而本土EDA企业的优势定位在于:广立微电 子在良率优化端的软件和测试机;在数据端，博达微的快速参数测试方案;在仿真输入端，中国公司具 有很强的主导性;在仿真端，华大九天和概伦电子实力强劲;在后端，芯禾具有完整的解决方案和竞争 力
虽然在局部形成了突破，但在像物理验证、综合实力方面离主流差距还是很大，国内 EDA 厂商还―没有 能力全面支撑产业发展‖，总体上还是很难离开三大巨头公司的平台。
以华大九天为例，单独评估集成电路产业所需的 EDA 工具，华大九天已有的产品线占集成电路所需工 具的三分之一左右，另外还有三分之二目前是空白。
国内 EDA 研发崛起策略:一、，目标定位整套 EDA 工具，国内各厂多样化合作，在研发上加大投入， 积极扩展待开发领域，满足下游设计和制造领域的多样化需求;二、在现有从数据到模型再到仿真的一 个完整闭环,并在机器学习、算法、数据挖掘上国内技术和国外并无太大差距的基础上 ，可以利用数据驱 动设计绕开传统大公司的限制，这是实现本土EDA崛起又一策略。
3.3.2人才短缺、投入不足
我国约有 1500 人的 EDA 软件开发工程师，但在本土EDA公司和研究单位工作的工程师只有 300 人左 右，其他大部分都是在三大巨头工作。而放大到全球，对比于 Synopsys 7000 多的研发人员(当中有 5000 多从事 EDA 的研发)，这个差距更是明显。
在研发投入上面，国产 EDA 与三巨头相比也差距明显。据半导体行业观察资料显示，本土 EDA 企业龙 头华大九天，过去十年间所投研发资金也只有几个亿，而 Synopsys2018 近一年的研发投入约为 10.8 亿美元，Cadence 2018年的研发投入约为 8.7 亿美元。
3.3.3市场培育较难，市场拓展周期较长
目前，EDA 市场被三巨头垄断，国产 EDA 生存环境十分狭小，即使能够研发出全套的EDA工具，在短期内也难以与三巨头企业的产品抗衡。国产 EDA 缺乏市场，反作用于 EDA 的研发，造成恶性循环。
目前国际环境存在不确定性，美国对中国高新技术产业的限制仍在继续，这给我国的 IC 产业带来了巨大 挑战，但同时也面临着新的机遇。国产 EDA 公司化危为机，市场生态迎头赶上，是实现国产化替代、 产业自主可控的重要一步。
3.3.4缺乏与先进工艺的结合
EDA是设计和工艺对接的纽带，而国内 EDA 厂商与先进工艺结合比较弱。
一方面，三大 EDA 公司有天然优势，在新工艺开发阶段与全球领先的晶圆制造厂进行全方位合作，因 此对工艺理解很到位。国内 EDA 厂商只能在工艺开发完以后拿到部分数据，无法接触到先进工艺的核 心部分，难以针对先进工艺设计、改良 EDA 软件，造成与三巨头的客观差距。
另一方面，国内在 PDK 方面不足，对国产 EDA 发展不利。EDA 工具与工艺结合的重要支撑是工艺设计 套件(PDK)，PDK 开发非常复杂，需要较大投入，目前国内 EDA 厂商都比较缺乏 PDK 基础，这与中 国整个半导体生态不够成熟直接相关，需要半导体行业整体的进步。
解决与国产 EDA 与先进工艺方面结合缺失的问题，既需要国内晶圆厂提高自身的制造技术，又需要 EDA 企业加强和国际先进晶圆厂的合作。打造本土 EDA 全方位竞争力，需要产业链各界的共同努力。
4. IC 产业链半导体行业包括集成电路、敏感器件、光电子器件、分立元件等，其中集成电路占比超过 80%，集成电路又分为 IC 设计、晶圆制造及加工、封测三个环节，EDA 为集成电路的上游支撑行业。
半导体芯片企业按照运作模式的差别，可分为 IDM 企业、IC 设计企业(Fabless)、晶圆制造代工企业(Foundry)、封装测试企业(Package&Testing House)。
4.1 IDM(Integrated Device Manufacture)
早期的集成电路以 IDM 模式为主，也称为垂直集成模式，特点是集芯片设计、芯片制造、芯片封装和测 试等多个产业链环节于一身，目前全球半导体前20大厂商中大部分仍为 IDM 厂商，包括三星、TI、英 特尔等公司。
垂直集成模式相比于 垂直分工模式来 说，设计、制造 等环节能够协 同优化，有助于 充分发掘技术潜 力， 尽可能地扩大产能、降低成本，有条件率先实验并推行新的半导体技术。
但另一方面 IDM 对企业要求更大:公司规模庞大重资产，管理成本、运营费用较高，风险更大;公司需 要不断的提升工艺制程技术，研发投入高，中国本土 IDM 公司相对国外 IDM 巨头处于起步阶段。
4.2 Fabless
随着集成电路制程节点的缩小，制造技术难度成倍增加，能跟随工艺发展的制造厂商越来越少，Fabless 模 式应运而生。Fabless 模式下，IC 设计企业只负责芯片的电路设计与销售，将生产、测试、封装等环节外包， 主要企业包括联发科、博通等。
Fabless模式大大降低了 IC 行业的进入门槛，初始投资规模小，创业难度相对较低，充分体现了专业化分工 的优势，因此被大部分集成电路设计企业采用，目前国内IC设计公司大多数都采用了 Fabless 模式。
但 Fabless 与 IDM相比无法实现工艺协同优化，难以完成指标严苛的设计;与Foundry相比需要承担各种市 场风险，一旦失误可能万劫不复。由于 Fabless 公司有相对轻资产的发展属性，中国本土 Fabless 公司相对 本土 IDM 公司已经发展到具有一定技术和市场领先性。
4.3 Foundry
Foundry模式专注代工生产，只负责制造、封装或测试的其中一个环节，不负责芯片设计，可以同时为多家 设计公司提供服务。 晶圆制造及加工 是芯片制造的核 心工艺，，此 处的设备投资非 常庞大，能占 到全部设备 投资的 70%以上。封测就是封装 测试。目的是把做好的集成电路放到保护壳中，防止损坏、腐蚀。
Foundry 模式不承担由于市场调研不准、产品设计缺陷等决策风险，能够发挥规模优势。但投资规模较大， 维持生产线正常运作费用较高;需要持续投入维持工艺水平，一旦落后追赶难度较大。虽然是重资产类型公 司，但是由于芯片产业链不可获取的实现环节，因此，国内近年在此领域也是通过各种形式加大投入建设力 度，已经涌现出具有一定竞争力的本土厂商。
……
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（报告来源：东兴证券；分析师：王健辉）
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