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电路仿真软件有哪些(电路仿真软件哪个更实用)

作者 : 伶俐 发布时间: 2021-10-28 9:42 文章热度:8 字体:
  • 文章介绍
  •   原标题:华为一口气投了4家EDA,究竟什么来头?

      据电子发烧友网报道,最近华为哈勃又投资一家EDA公司,这已经是华为投资的第四家EDA公司,分别是阿卡思微、九同方微电子、无锡飞谱电子、立芯软件。近年来,除了华为哈勃,其他资本也积极投向EDA行业,获得资本青睐的EDA企业还有芯华章、国微思尔芯等,近日华大九天、概伦电子申请创业板、科创板上市也获得受理。

      EDA是什么?为何如此受宠?前景真有那么广阔吗?报告酱查阅了相关机构报告,主要参考华创证券《软件开发行业工业软件系列研究之一:EDA,国产崛起正当时》和创道硬科技《硬科技复兴联盟研究报告之EDA》,将为您带来关于EDA的探索之旅。本文分为三部分:EDA的前世今生,简单的概念;海外三巨头的特色优势,行业现状;国内产业现状,A股投资标的。

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      行业分析

      01关于EDA

      EDA是什么,从何而来?

      EDA是电子设计自动化技术(Electronic Design Automation)的简称,融合了信息处理、微电子技术、计算机技术等,以实现电子产品的自动设计。EDA 设计工具广泛应用于集成电路设计、制造、封装各环节,通俗来说,EDA软件就是芯片设计届的office软件,没有EDA软件,整个芯片设计寸步难行。

      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,从通用化走向专业化。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计,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。

      产业链

      EDA位于整个集成电路产业链的最上游。

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      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。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;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;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;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。

      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)。

      简单来说,IP就是把部分设计流程固化,当Fabless(从事IC设计的公司)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。

      芯片设计流程

      芯片设计流程是一个迭代的过程,不同流程环节层层递进。简单来说,先通过软的代码实现电路的功能,再将代码映射成物理的版图,交给Foundry(晶圆代工厂)流片,最终制造成产品芯片。每一个步骤都需要诸多的EDA工具来辅助完成工作。

      不同的芯片有不同的对应芯片设计流程。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: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。

      以数字电路为例,每一个设计层次上,一个复杂模块的内部细节可以被抽象化并用一个黑盒子来替代,自下而上构成一个功能电路系统。典型的层次包括:器件、电路、门、功能模块、系统。而芯片设计就是自上而下,完成系统功能定义,模块组合,门电路构成,最终实现器件级物理电路。

      行业现状

      2014-2020年,全球集成电路市场保持平稳增长,从2773提升至3612亿美元,年均复合增长率达4.50%。

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      随着EDA行业的发展,相关软件产品逐渐增多,再加上全球芯片制造中对EDA产品的需求加大,使得EDA行业市场规模不断提高。据统计,2018年全球EDA行业市场规模为97.04亿美元,较2017年同比增长4.30%。预计2019年年收入为105亿美元,同比增长8.25%。经过不断的市场冲刷,EDA行业已经从上最初的百家争鸣缩减到目前三大巨头,成为一个高度垄断的行业。

      02 从巨头崛起看产业发展特点

      行业内部公司分为三梯队,第一梯队的Synopsys、Cadence和Mentor Graphics(Siemens EDA)拥有较完整的全流程产品,垄断了全球超过70%的市场份额,收入规模及产品完整度远超后两梯队的企业。按照三家公司2020年营业收入占EDA行业收入的比例计算三家公司的市场份额,其中,Synopsys市占率约32%,Cadence市占率约23%,Mentor Graphics市占率约为15%。

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      Synopsys(新思科技)

      公司成立于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)

      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)

      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。2016年,西门子以45亿美元收购Mentor Graphics,并入西门子数字化工业软件部门,之后西门子又先后收购了SOLIDO、COMSA、UltraSoC等EDA公司,进一步丰富了公司的产品线。尽管公司成立较早,公司目前的规模远不及Synopsys与Cadence,其优势在于物理验证领域优势较为突出,在印制电路板方面也有一定优势。

      三者对比

      ①业务方面

      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,但集成度难以与前两家抗衡。

      ②财务方面

      由于Mentor Graphics被收购后不再披露财务数据,因此以Synopsys与Cadence为例,在营收方面,从2013财年到2020财年,Synopsys的营收从19.6亿美元增长到36.9亿美元,年均复合增长率9.46%,同期Cadence营收从14.6亿美元增长到26.8亿美元,年均复合增长率9.06%;同期两家公司毛利率均保持稳定,Synopsys的毛利率一直维持在75%以上,Cadence的毛利率一直维持在85%以上。

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      ③商业模式

      目前海外三大EDA厂商的商业模式以定期授权费与IP授权费为主:

      EDA定期授权费:EDA厂商与客户签署期间授权合同,向客户出售EDA相关软件的有限期授权租赁服务,一般合约期为2-3年;

      IP业务授权费:主要包括授权金(License fee)与版税(Royalty)两个部分。授权金一般在IP授权确定时预先支付,版税在使用IP的芯片设计公司项目量产时收取,一般按照加工晶圆价格的一定百分比收取(一般不超过3%的晶圆价格)。

      以Cadence和Synopsys为例,20年财年Cadence的EDA软件业务营收占比86%,IP授权业务占比14%,而同年Synopsys的EDA业务占比57%,IP授权业务占比33%

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      EDA三巨头成功因素:内生、外延、国家政策扶持

      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。

      内生: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%。

      外延: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。

      政策扶持:美国推出了一项为期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。

      行业未来趋势

      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——CadenceCloud 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具有很好的安全性,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。

      03国内EDA产业情况

      受益于集成电路产业稳定向好的发展态势,我国2020年EDA行业迎来持续良好增长,全年行业总销售额约为66.2亿元,同比增长19.9%,实现连续增长。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%。

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      据头豹研究院整理,按软件销售额与使用权费的合计费用统计计算,中国EDA软件市场规模有望达到63.9亿元,2019-2024E的年复合增长率达30%。

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      EDA市场供应商高度集中,即使是在中国市场,EDA销售额的95%仍由以上三家瓜分,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。

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      2002年,国内第一家EDA公司——芯愿景成立,随后涌现了更多的国产EDA公司。目前,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。

      华大九天(IPO进程中)-国内EDA领域的绝对龙头

      北京华大九天软件有限公司成立于2009年6月,前身是华大集团EDA部门,为中国电子信息产业集团(CEC)旗下集成电路业务板块二级企业,集成电路设计自动化(EDA)软件及硅知识产权(IP)提供商。华大九天作为国内EDA软件的绝对龙头,2020年在中国EDA市占率约6%,居本土企业首位,份额占比保持在50%以上。

      华大九天承载了熊猫系统的技术,在EDA和IP方面拥有多年的积累,现在的他们能够提供数模混合/全定制IC设计、平板(FPD)全流程设计及高端SoC数字后端优化方向的EDA解决方案,拥有多项全球独创的领先技术。尤其是在FPD领域,华大九天更是成为全球唯一的能够提供全流程FPD设计解决方案的供应商,获得了大部分知名面板厂的市场份额。其他围绕EDA提供的相关服务包括IP设计服务及晶圆制造工程服务。

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      概伦电子(IPO进程中)-专注于器件建模和电路仿真领域

      在Spice Model领域一直是行业的领导者,全球拥有超过100多家客户,几乎覆盖了全部的主流代工厂和设计公司。2010年后发展的大容量和快速仿真器产品具有很大的竞争力。它的噪声标准也被作为业界"黄金标准"。其产品发展方向包括新一代大规模高精度仿真及设计验证平台、针对纳米级制造技术的半导体器件建模库平台及测试验证系统等。技术包括被作为业界"黄金标准"的SPICE建模工具BSIM Pro Plus和低频噪声测试系统、业界独创的千兆级SPICE仿真器NanoSpice Giga和电路与工艺互动设计平台MEPro等。

      广立微(IPO进程中)—专注于良品率分析和电性测试技术

      广立微成立于2003年,是领先的集成电路EDA软件与晶圆级电性测试设备供应商,公司专注于芯片成品率提升和电性测试快速监控技术。公司自成立以来,始终秉承持续技术创新的发展理念为客户不断创造价值。截至目前,公司的客户涵盖了三星电子等IDM厂商,华虹集团、粤芯半导体、合肥晶合、长鑫存储等Foundry厂商以及部分Fabless厂商。公司先进的解决方案已成功应用于180nm~4nm工艺技术节点。公司18-20年营收CAGR高达100%,20年实现归母净利润0.50亿元,同比增长158%。

      中望软件(688083)

      中望软件是国内领先的研发设计类工业软件供应商,也是是国内唯一同时掌握CAD/CAM/CAE核心技术及产品开发能力的工业软件企业。2D CAD产品性能已可媲美以国际知名公司为代表的CAD领域第一阵营企业的产品,已具备在国内2D CAD市场国产化替代的能力。公司的3D C AD产品拥有国内少有的自主几何建模内核,并正从机械零部件等领域向航空航天、汽车等更复杂的设计场景拓展。同时,公司已推出CAE产品,CAE产品有望成为公司未来业绩的另一增长点。在智能制造、正版化和国产化的推动下,公司业务迎来发展良机。

      参考研报

      上发现报告fxbaogao,可免费阅读下载下方研报

      01行业全景

      【开源证券】计算机行业深度报告:EDA行业乘风启航,国内龙头拾级而上

      【华创证券】软件开发行业工业软件系列研究之一:EDA,国产崛起正当时

      【华泰证券】EDA市场空间有望打开

      【天风证券】计算机行业概伦电子:EDA领军,打造高精尖EDA产品

      【平安证券】半导体系列报告(五):国产EDA迎来发展春天,但追赶之路依然艰辛

      【创道硬科技】硬科技复兴联盟研究报告之EDA

      02公司研报

      华大九天-【国信证券】软件与服务行业:EDA行业报告,从华大九天看国产EDA的“逆风而上”

      华大九天-【天风证券】计算机行业深度研究:华大九天,芯片之母,EDA领军

      中望软件-【平安证券】国产CAX软件领先企业,行业机遇推动公司高速成长返回搜狐,查看更多

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