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 是芯片根本，国内处于“再追逐”阶段

EDA 是集成电路范畴的上游根本工具
电子设想自动化（EDA）是指操纵计较机软件完成大范围集成电路的设想、仿真、考证等流程的设想方式。

芯片的制造流程可分为主产业链和支持产业链：主产业链包括芯片设想、制造和封测；支持产业链包括 IP、EDA、装备和材料等。
EDA 软件集成了数学、图形学、微电子学、材料学及野生智能等多范畴技术，是集成电路产业的计谋根本支柱之一。

按照 EDA 工具利用阶段可以分为集成电路制造类 EDA 工具和集成电路设想类 EDA 工具两个首要大类。
其中制造类 EDA 工具首要用于集成电路制造的工艺平台开辟阶段及晶圆生产阶段，设想类 EDA 工具首要用于集成电路的设想阶段，设想类 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 工具首要指晶圆厂在工艺平台开辟阶段和晶圆生产阶段利用的，用于支持其完成半导体器件/制造工艺开辟、器件建模和 PDK、集成电路制造等环节的 EDA 工具。制造类 EDA 可以帮助晶圆厂完成半导体器件和制造工艺的设想，优化制造流程，进步量产良率。
集成电路设想类 EDA 工具是集成电路设想企业在设想阶段利用的，用于支持其基于晶圆厂供给的 PDK 或 IP 和标准单元库停止的电路设想，对设想成果停止电路仿真及考证，并停止设想优化，终极经过物理实现构成设想文件的 EDA 工具。
该类工具可以帮助 IC 设想企业进步设想效力和设想质量，保障芯片到达设想标准和较高量产良率，并收缩产物上市时候。

芯片高昂的本钱首要由人力与研发用度、流片用度、IP 和 EDA 工具授权费等几部分组成。
当前，在“摩尔定律”的鞭策下，集成电路设想范围及制造工艺愈发复杂，设想师必须依靠 EDA 工具完成电路设想、邦畿设想、邦畿考证、性能分析等工作，软件在芯片本钱中的占比随着芯片制程不竭精进而提升。

国内 EDA 行业成长与国际仍有一定差异 EDA 行业的成长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 技术升级鞭策集成电路更新换代，两者构成双向正循环。
全球 EDA 行业成长历经计较机帮助设想（广义 CAD）、计较机帮助工程（广义 CAE）、电子设想自动化（EDA）三个时代。
21 世纪后，EDA 技术快速成长，软件效力明显提升，仿真考证和设想两层面的 EDA 软件工具功用加倍强大，更大范围的可编程逻辑器件不竭推出，系统级、行为级硬件描写说话趋于加倍高效和简单。

国内 EDA 行业前后历经“封锁、集合冲破、国产遇冷、再启动”四个阶段，当前与全球领先 EDA 软件仍存在差异。
（1）1950~1986年，西方周全封锁技术，国外 EDA 没法进入国内市场；
（2）1986~1994年，国家构造资本在北京建立研发中心开辟 EDA 软件，1993年公布熊猫 EDA 软件；
（3）1994-2008年，西方 EDA 禁运消除，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 列入中持久成长计划中，国产替换趋向兴起。
国内外 EDA 软件多年积累的技术差异难以在短时候内抹平，以国产 EDA 龙头华大九天为例，其模拟电路设想全流程 EDA 工具系统仅在电路仿真工具上技术可到达全球先辈水平。

EDA 降本提效明显，下流需求是首要驱动身分
EDA 工具可以明显下降芯片的设想本钱，鞭策芯片迭代升级。
据 UCSD 教授 Andrew 测算，2011年一款消耗级利用处置器芯片的设想本钱约 4000 万美圆，假如不斟酌1993~2009年 EDA 技术进步，相关设想本钱能够高达 77 亿美圆，EDA 让设想本钱下降近 200 倍。
可反复利用的平台模块、异构并行处置器的利用、基于先辈封装集成技术的芯粒技术等成为驱动设想效力提升的重要方式，上述方式的利用与 EDA 技术的进步相辅相成。

全球芯片市场近年连结平稳增加趋向，国内市场增速高于全球。
IC 产业是 EDA 唯一的下流产业，其繁华水平明显影响 EDA 行业的成长潜力，据 Statista 数据，2016-2020 年五年间全球 IC 市场范围由2767亿美圆增加至 3612 亿美圆，CAGR 为 6.89%，并猜测2022年全球市场范围将到达5108亿美圆。
按照中国半导体行业协会数据，2016-2020年国内IC市场范围由4335亿元增加至8848亿元，CAGR为19.52%。
全球 IC 市场范围延续扩大是驱动 EDA 行业成长的首要身分，而国内 IC 市场范围增速延续高于全球市场，有益于国内 EDA 企业以国内市场为根本进一步成长。

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 的焦点技术 EDA 技术具有四个明显特点：触及学科普遍、技术没法跨越式成长、利用处景丰富、设想与制造工 艺慎密连系。
EDA是算法麋集型的大型产业软件系统，其开辟进程需要计较机、数学、物理、电子电路、工艺等多种学科和专业高端人材；每一次系统性、反动性的 EDA 升级换代都是 EDA 企业和集成电路利用企业高低流合作，在原本的技术根本上开辟的新型算法，持久的技术堆集是各 EDA企业的坚忍护城河，其他合作者难以实现弯道超车；

EDA工具在利用中需要对数千种情境停止快速设想摸索，以在性能、功耗、面积、本钱等芯片物理目标和经济目标之间获得平衡；
EDA工具要尽能够正确地在软件中重现和拟合现实中的物理和工艺题目，保证芯片设想仿真成果和流片成果分歧，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，在器件设想和工艺开辟环节中发挥着相当重要的感化，是 EDA 软件的焦点底层。
TCAD 可对分歧工艺停止仿真以替换高本钱的工艺实验，也可对分歧器件结构停止设想和优化以获得理想的特征，或对电路性能及电缺点停止模拟。
据国际半导体技术线路图（ITRS），TCAD 可以经过削减尝试次数和收缩研发时候，将集成 电路生产本钱下降 40%。
据与非网报道，今朝全球 TCAD 仿真工具首要被两家美国公司新思科技和思发科技（Silvaco）把持，两者市场份额总和跨越 90%。

EDA 技术壁垒明显高于利用类软件 EDA 是高壁垒行业，对企业的技术堆集、人材储备、生态修建及资金支持四方面有极高的要求。
技术壁垒：IC 设想流程复杂、环节众多，触及几十种分歧技术，单一的 EDA 公司难以全范畴覆盖，当前全球的 EDA 三巨头是经过自研及大量并购同类企业终极构成丰富的技术壁垒。
人材壁垒：EDA 行业是多学科交互碰撞的产物，从业职员需具有综合性的技术布景，据《中国集成电路产业人材白皮书（2019-2020年版）统计，培育一位 EDA 研发人材，从高校到从业的全进程需要 10 年左右时候。EDA 行业的新进入者难以在短期内抹平人材差异从而成就合作力。

生态壁垒：EDA 是芯片制造的最上游产业，EDA 的技术开辟和销售依托于制造（Foundry）、设想（Fabless）、EDA 三方构成的生态圈，需要产业链高低流的尽力支持。
当前业界领先的 EDA 企业已构建出成熟且稳定的生态圈，致使该行业具有很是高的进入壁垒。
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，其资金壁垒首要表现在内部延续技术开辟和吸引人材需要大额资金投入，对企业资金气力有较高的要求。
以新思科技和铿腾电子为例，研发用度多年来连结增加态势，研发用度占比持久保持在 35%-45%。

野生智能及云技术的利用是 EDA 未来成长趋向
曩昔几十年，摩尔定律下半导体制程不竭进步，后摩尔时代技术演进驱动 EDA 技术利用延长拓展。
后摩尔时代的集成电路技术演进偏向首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标，对 EDA 工具的设想效力有高要求；
扩大摩尔定律（Morethan Moore）：依靠电路设想以及系统算法优化提升芯片性能，要求 EDA 有更复杂的设想功用；
超越摩尔定律（Beyond Moore）：应用新工艺、材料、器件制造芯片，要求 EDA 在仿真及考证环节有创新。
整体来说，后摩尔时代技术从单芯片的集成范围、功用集成、工艺、材料等方面的演进驱动 EDA 技术的进步和其利用的延长拓展。

近年来芯片复杂度延续提升使得设想根本数据范围不竭增加，其对系统运算才能需求有跃迁式提升，野生智能赋能 EDA 技术势在必行。
具有 AI 特征的 EDA 工具可以大幅进步设想效力，收缩芯片设想周期，厂商借助 AI 算法可实现 EDA 数据练习以提升产物资量。
例如，铿腾电子于 21 年 7 月推出基于机械进修（ML）的设想工具—Cerebrus，与野生方式相比，将工程生产力进步多达 10 倍，同时最多可将功耗、性能和面积成果改良 20%，该产物已被瑞萨电子和三星利用。

云技术在 EDA 范畴的利用不竭深入，EDA 企业及 EDA 技术成长明显受益。
云技术可以有用避免芯片设想企业因流程治理、计较资本不敷带来的研发风险。
EDA 利用进程中对计较资本的需求较大，如不能公道分派将影响开辟效力。EDA 上云后计较资本的获得和分派加倍灵活，同时也能有用下降企在办事器配臵及保护方面的用度。
此外，云技术使芯片设想工作摆脱物理情况制约，在供给办公便当性的同时也可以下降数据泄露风险。

国产替换加速铺满百亿空间，蛋糕或将被头部企业朋分 EDA 产业链结构稳定，强者上风不竭稳固 EDA 产业链包括上游根本软硬件开辟商、中游 EDA 软件开辟商及下流集成电路产业链。
产业链上游首要为根本软件开辟商和硬件装备供给商，根本软件市场处于寡头把持合作状态，国内市场份额多由外资企业主导，相比于硬件市场，EDA 企业对此的议价才能较弱。

中游合作格式清楚，跨范畴并购是 EDA 软件开辟商实现全品类产物线的首要路子。
仿真是 EDA 工具的焦点功用，而仿真的切确度提升基于大量的芯片测试数据，头部企业可以较低的本钱从芯片公司获得测试数据，从而不竭稳固上风以实现飞轮效应，是以当前 EDA 软件的合作格式清楚，外资三巨头新思科技、铿腾电子、西门子 EDA 占据首要的市场份额。由于 EDA 工具品种多、合作细、跨范畴间技术壁垒高，回溯头部企业的成长过程，三巨头均是经过在某一方面做大做强后并购合作对手终极实现全产物线。

下流芯片设想厂商是 EDA 软件的首要需求方。
EDA 软件是芯片设想进程中最焦点的工具，几近覆盖芯片设想的一切环节，相比于晶圆制造以及封装测范畴，国内芯片设想的进口替换进度滞后。
今朝 EDA 软件受制于人是制约国产芯片行业成长的焦点身分，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物占据。
百亿范围 EDA 行业撬动全球超千亿美圆的下流产业 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 行业的全球市场范围为 70 亿美圆，却作为支点撬动超千亿美圆的下流集成电路产业，EDA 行业的稳定成长及技术冲破是下流产业进一步拓展和升级的需要条件。据 ESD Alliance 数据，EDA 范围约占集成电路范围的2.5~3%左右。
受益于消耗回暖、新能源汽车提高以及技术冲破，ESD 以为集成电路市场在2021、2022年会有大幅增加，估计2022年 EDA 市场会到达150亿美圆左右，2020~2022年的 CAGR 为 13.2%。

外洋巨头占据全球 EDA 市场的绝对上风。
全球 EDA 市场首要由新思科技、铿腾电子及西门子 EDA 垄 断，三家公司均具有上风突出的完整产物线，如新思科技在逻辑综合工具实时序分析工具上具有绝对上风，西门子 EDA 在各类布线工具上上风明显。
而二线厂商如 PDF Solution、华大九天则在特定范畴技术领先，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、数字芯片设想优化等方面独树一臶，但间隔一线厂商仍有一定差异。

国内 EDA 企业受益于下流市场景气，国产替换下有望实现冲破
国内 EDA 产业增速跨越全球市场，EDA 渗透率提升空间大。
按照赛迪征询数据，2020年中国 EDA 市 场范围为 66.2 亿元，2018-2020 年 CAGR 为 21.4%。
按照中国半导体行业协会统计，2014~2020 年中国集成电路市场范围从 3,015 亿元提升至 8,848 亿元，CAGR 达 19.6%，不管是 EDA 行业还是下流集成电路产业，国内市场增速均跨越全球均匀水平。
对标全球市场的 EDA 渗透率，EDA/IC 市场范围为 3%左右，而国内仅为 0.7%，仍有较大提升空间。
叠加国产替换效应，EDA 行业范围未来 3 年有望连结超 20%的年均增速。

外资在国内市场占主导职位，华大九天为国产领头羊。
由于我国 EDA 行业的成长较为盘曲，致使当前国内市场首要份额由外资占据。
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，而国内唯一华大九天份额较高，以 5.9%的份额排在第四位。
此外，2020 年外洋 EDA 企业数目为 600+，国内仅 22 家，国内企业沿循外资 EDA 巨头经过吞并重组做大的成长途径较为困难。

顶层政策为国内 EDA 行业指明偏向，国际大势是其成长的催化剂。
EDA 作为芯片设想和制造的支柱之一，是我国实现芯片自立的重要保障，持久以来屡次被归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，大量外乡芯片企业以往均利用外洋三巨头的产物，如华为海思、复兴等企业持久利用新思科技、铿腾电子的产物。
但近年出处于贸易争端及地缘政治身分致使国产替换趋向明显，国内 EDA 行业在此布景下迎来更大的成长空间。

国内外首要 EDA 企业盘点：三强鼎立

新思科技（Synopsys）：EDA 工具和办事范畴龙头
新思科技1986年开办于美国，建立后不竭经过并购扩大营业邦畿，在2002年收买 Avanti 后成为第一家可以供给全流程 IC 设想计划 EDA 工具的供给商，并于2008年超越铿腾电子成为全球最大的 EDA 厂商。
新思科技的上风产物线为芯片设想、考证和半导体 IP，2020年实现 36.5 亿美圆营收。

海量的研发投入和延续的企业并购是新思科技连结上风的关键。
新思科技研发投入终年连结在支出的 35%左右（国外科创板上市公司 2021H1 研发投入均匀占比 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，屡次并购后于 1992 年占据 EDA 龙头并在同年进入中国大陆市场，2008 年营收范围被新思科技超越，今朝稳居第二。
2020 年营业支出 26.8 亿美圆，其中 EDA 软 件营业营收占比 86%，IP 授权营业占比 14%，研发用度占支出比在 40%左右，商誉占资产比 20%。
相比其他巨头，Cadence 加倍重视中国市场，中国区营收占比为 15%（新思科技 11%），市场份额为 32% 排名第一。

铿腾电子成长途径与新思科技类似，均是经过投入大量研发资本以及高频并购实现产物线扩大及技术领先。
公司的产物今朝已实现 IC 设想的全流程覆盖，刚强在于模拟和夹杂信号的模拟仿真和邦畿 设想。

其他：专邃密分范畴，铸成坚忍护城河
西门子 EDA（Mentor Graphics）是 EDA 早期巨头，建立于 1980 年月而且市占率一度跨越 30%。1990 年月产物研发失利致使市占率延续下滑直至 2016 年被西门子收买成为其 EDA 部分，两强合并后实现协同效应：Mentor Graphics 获得海量研发资金支持，西门子则将营业拓展至产业软件范畴，实现完整的数字生态圈。

今朝西门子 EDA 可供给完整的软件和硬件设想 EDA 处理计划，产物上风在于优化芯片测试本钱和物理考证环节。
据前瞻产业研讨院数据，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 年景立于美国，努力于为 IC 设想公司考证及改良设想，经过为晶圆代工场定位工艺题目提升晶圆制造效力及良率。
公司的软件产物及处理计划能削减晶圆制造环节 80%的数据处置时候并增加 50%的产物良率，当前全球前六大代工场、前 20 家半导体设想公司有 18 家利用该司产物及处理计划。
公司 2020 年支出 0.86 亿美圆，同比+3%，支出增加虽乏力但市道上缺少有合作力的替换产物致使其客户粘性强，护城河坚忍。

国内首要 EDA 企业盘点：新军突起

华大九天：国内唯一 IC 设想全流程 EDA 企业
华大九天是今朝今朝国内范围最大、产物线最丰富的 EDA 企业。公司建立于 2009 年，是国内最早处置 EDA 开辟的公司，焦点成员均介入 90 年月公布的国产“熊猫 EDA”研发工作。中国电子团体（央企）为最大股东，合计控股 40%，华大九天实控报酬国务院。

华大九天是今朝外乡 EDA 企业中的领军，其 EDA 产物覆盖模拟电路、数字电路、平板显现电路设想全流程以及晶圆制造环节，并围绕相关范畴供给技术开辟办事。
以支出范围来看，华大九天当前稳坐国内 EDA 企业第一，支出占比跨越 50%。

华大九天盈利才能稳定，营收结构延续优化，研发气力微弱投入产出比高。
2018-2020年公司营收增速为 60%-70%，净利率保持在 20%-30%，增加微弱且盈利稳定，同时软件销售支出占比由 2018 年的 93%下降至 2021H1的 80%，经营集合风险逐步下降。
公司近三年研发用度率为 45%-50%，跨越外洋巨头均匀水平，不竭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物。

概伦电子：国内领先的器件建模和电路仿真考证 EDA 供给商
概伦电子创建于 2010 年，开创人刘志宏原为铿腾电子负责电路仿真及考证的全球副总裁，公司建立后持久专注于时代建模和电路仿真范畴，是国内 EDA 企业中少数在某一环节（仿真）上到达国际一流水准的公司，具有较高的技术壁垒。
公司共有四条产物线：制造类 EDA/设想类 EDA/半导体器件测试技术产物/半导体工程办事，公司于 2019 年并购博达微（持股 80%）后构成从数据收集到仿真流程的闭环。

直销形式下营收快速增加，营业结构优化经营集合风险下降。
近年公司的销售形式由代销转为直销，直销比例由 20%提升至 88%，虽然销售用度率有所上升，可是持久来看将有益于公司增强对于销售计谋、产物定价的掌控力度，销售效力提升的同时避免渠道商利润分红，有助于提升公司净利率。
直销形式下，公司的营业支出由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离，EDA 产物支出占比由2018年的 85%降至2021H1的 67%，并购博达微后半导体测试产物的支出增幅庞大，与概伦电子的原有营业构成杰出的协同效应。

广立微电子：专注芯片良率提升及电性测试监控技术
公司建立于2003年，专注于芯片制品率提升和电性测试快速监控技术，是今朝国内领先的集成电路 EDA 软件与晶圆级电性测试装备供给商。
广利微电子避开合作剧烈的设想类 EDA 市场，从制造类 EDA 切入成为国内该细分范畴的龙头，其产物与 PDF Solutions 间接合作，今朝已经获得华虹团体、长鑫存储、三星电子等国内外客户的认可，实现该范畴的国产替换。

公司业绩增加快，营收及净利率延续提升。
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 的支出差异从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，研发用度率根基持平，近两年稳定在 30%-40%。
在我国大力成长芯片制造自立确当下，广立微电子有望凭仗效能明显的产物特征敏捷占据国内晶圆制造企业的市场，实现范围效应。

中外厂商焦点合作力对等赴任距
由于我国 EDA 行业成长进程盘曲，当前外洋 EDA 巨头在全球范围能仍周全领先外乡 EDA 企业，差异首要表现在研发及技术、渠道及产物、生态及客户关系这三方面。
EDA 作为高技术壁垒的行业，企业惟有投入大量的研发资本并获得顶尖人材的进献才能连结合作力。
当前，中外厂商在研发投入方面差异庞大，以华大九天和新思科技为例对照，新思科技 2018-2020 年三年累计研发投入 228 亿元群众币，是华大九天近 60 倍。
除此之外，大量的 EDA 企业也为巨头并购供给充实挑选，外洋三巨头在成长进程中累计并购各类公司 200 次以上，国内 EDA 企业少，各方难以经过并购做大。

外洋企业经年累月的大量研发投入使得其在产物线丰富度、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 设想全流程覆的 EDA 企业，但在产物丰富度上仍减色于外洋巨头。此外，国内 EDA 企业的首要客户首要集合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，虽然当前国内下流芯片产业较全球更加景气，但 EDA 出海能极大拓宽企业的营收增漫空间。

IP 核（Intellectual Property Core）是芯片设想进程中的焦点要素之一，作为预先设想好、可复用的功用模块，可以极大地优化芯片设想公司的反复劳动率并提升设想灵活度。
当前，支流的 SoC 异构芯片均是基于分歧功用的 IP 停止组合设想。
相比于国内 EDA 企业，外洋 EDA 巨头具有大量 IP 核产权，经过为客户供给丰富多样、具有自立常识产权的 IP 核，使得客户面临较高的切换本钱，公司与下流客户的关系加倍安定，从而构建具有深度护城河的生态圈。

报告总结与风险提醒

报告总结
芯片的自立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冲破。
近期催化缘由有两方面：首先，相关企业连续上市，研发投入收获保障；其次，下流标杆客户能反哺软件功用完善。
行业有望率先受益于产业链国产化进程，投资机遇也相对集合，倡议重点关注。标的方面，斟酌到行业较高的合作壁垒，华大九天、概伦电子等已有先发上风的企业。
风险提醒
1、技术冲破不及预期。国内 EDA 企业还有较大的技术差异需要填补，焦点技术方面假如冲破受挫，将对行业和公司代价形成负面冲击。
2、产业链供给风险。一方面，EDA 软件自己存在部分 IP、专利和开源的授权，假如出现中外科技封锁等事务，能够对产物研发形成影响；另一方面，国内 EDA 企业为主的上游环节也遭到全部芯片产业链成长的影响，假如芯片制造的产能、本钱波动，形成下流需求放缓，削减对上游的投入，也会影响到相关标的。
3、人材供给不敷。芯片设想软件人材今朝较为稀缺，在国内助才培育、薪酬报酬等方面假如不能跟上，能够会对技术研发形成不良影响。

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