21世紀經(jīng)濟報道記者駱軼琪 廣州報道
在快速迭代升級的半導(dǎo)體市場，越是偏上游產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)，其前沿性發(fā)展和生態(tài)聚合力正顯得愈發(fā)重要。
諸如近日美國商務(wù)部工業(yè)安全局（BIS）發(fā)布對出口管制的技術(shù)文件就提及一項：專為用于開發(fā)具有任何GAAFET結(jié)構(gòu)的集成電路計算機輔助電子設(shè)計ECAD/EDA軟件。
EDA被稱為“芯片之母”，是一個公認市場規(guī)模本身不大，但卻能撬動半導(dǎo)體后續(xù)環(huán)節(jié)的關(guān)鍵“杠桿”。
（EDA在數(shù)字經(jīng)濟行業(yè)處在核心撬動位置，圖源：民生證券研報）
該領(lǐng)域也備受資本市場和地方政府重視。近兩年來，陸續(xù)有國內(nèi)EDA細分領(lǐng)域深耕公司走向上市或積極參與融資，而包括上海、廣州、珠海、合肥、杭州等城市都在相關(guān)集成電路文件中提到對EDA不同層面的支持。
當然，從發(fā)展時限來說，國內(nèi)相關(guān)公司在EDA領(lǐng)域的起步并不算晚，但后續(xù)發(fā)力偏晚。這導(dǎo)致目前海外大廠依然在國內(nèi)占據(jù)了近乎壟斷的市場份額，從業(yè)務(wù)覆蓋面來說，海外大廠的積累更久遠、生態(tài)聚合也更成熟。
在半導(dǎo)體生態(tài)積極聯(lián)動的環(huán)境下，雖然下游終端電子市場出現(xiàn)較為明顯兩極分化態(tài)勢，但EDA這類上游公司依然實現(xiàn)了業(yè)績穩(wěn)定增長，這顯示出行業(yè)上游成長的確定性、抗風險能力。
（國內(nèi)主要EDA上市公司2022年上半年主要業(yè)績表現(xiàn)，均保持較高增勢。圖源：Wind）
多名業(yè)內(nèi)人士向21世紀經(jīng)濟報道記者分析，目前美國的舉措短期內(nèi)并不會對中國EDA公司帶來太大影響，因為國內(nèi)目前還沒有發(fā)展到GAAFET技術(shù)路線階段。但長遠還需要進一步觀察。
同時，雖然海外三大EDA巨頭在此前多年通過收并購?fù)瓿闪私裉斓牡匚卉S遷，但放在中國市場則不同往日。國內(nèi)廠商目前多聚焦在細分領(lǐng)域發(fā)展，還需要進一步夯實能力邊界，以點工具為突破口，打開新空間。
“芯片之母”
作為一個重要的軟件工具，“芯片之母”對于芯片行業(yè)的意義到底是什么？
云岫資本李俊超博士向記者描述道，EDA的核心作用在于，倘若把芯片設(shè)計類比為蓋房子，那么對這個“房子”要設(shè)計幾間臥室、幾個廳，不同房間什么功能，這些需求匯集到一張圖紙上，就是EDA完成的主要工作，后續(xù)則將這個“圖紙”交給晶圓廠把房子“建造”出來。
其中相對重要的就是對全流程設(shè)計能力的掌握。舉例來說，相對復(fù)雜的數(shù)字芯片一般分為前端設(shè)計和后端設(shè)計，前端部分主要涉及對“房間”功能的定義，后端部分則是對“房間”之間的能力如何連接（如走廊、水電設(shè)計）等進行設(shè)定。“盡量全流程能力都覆蓋，才容易在客戶端占有一席之地。”他續(xù)稱。
從芯片類型看，模擬芯片的EDA從流程和復(fù)雜性來說相對簡單，數(shù)字芯片則相對復(fù)雜；從應(yīng)用環(huán)節(jié)看，設(shè)計類EDA面向的市場規(guī)模會高于制造類EDA。
查閱國內(nèi)EDA公司的招股書可發(fā)現(xiàn)，目前能夠?qū)崿F(xiàn)模擬電路設(shè)計全流程工具覆蓋的是華大九天，但在數(shù)字芯片方面，國產(chǎn)廠商還有不小拓展空間。當然，發(fā)展路線并無好壞，不同EDA公司選擇的路徑不盡相同。
李俊超就認為，由于數(shù)字芯片設(shè)計的前端和后端相對獨立，那么國內(nèi)EDA公司在拓展能力邊界過程中，率先實現(xiàn)數(shù)字芯片前端流程覆蓋，或后端流程全覆蓋，會是更適宜的發(fā)展路線。
針對發(fā)展模式，概倫電子在招股書中提到，“全球范圍內(nèi)EDA公司存在兩種不同的發(fā)展特點：優(yōu)先重點突破關(guān)鍵環(huán)節(jié)核心EDA工具，在其多個核心優(yōu)勢產(chǎn)品得到國際領(lǐng)先客戶驗證并形成國際領(lǐng)先地位后，針對特定設(shè)計應(yīng)用領(lǐng)域推出具有國際市場競爭力的關(guān)鍵流程解決方案；或優(yōu)先重點突破部分設(shè)計應(yīng)用形成全流程解決方案，然后逐步提升全流程解決方案中各關(guān)鍵環(huán)節(jié)核心EDA工具的國際市場競爭力。”
（全球EDA行業(yè)簡要格局，圖源：華大九天招股書）
從標的來說，這兩種不同路徑對應(yīng)的公司，前者典型有概倫電子和廣立微，概倫電子覆蓋的具體環(huán)節(jié)為，制造環(huán)節(jié)工藝平臺開發(fā)階段的器件模型建模驗證工具和設(shè)計環(huán)節(jié)模擬電路EDA中的電路仿真與驗證工具；廣立微目前已經(jīng)實現(xiàn)在集成電路成品率提升領(lǐng)域的全流程覆蓋，未來將從制造端向設(shè)計端延伸；后者典型則是華大九天，主要覆蓋模擬電路設(shè)計全流程、平板顯示電路設(shè)計全流程，同時還涉足部分數(shù)字電路設(shè)計和晶圓制造環(huán)節(jié)。
頭豹研究院TMT行業(yè)高級分析師王品臻向記者補充道，“在數(shù)字電路 EDA領(lǐng)域目前國內(nèi)廠商也已有布局：在前端設(shè)計領(lǐng)域有芯華章、若貝電子、上海阿卡思、國微思爾芯等公司；后端設(shè)計領(lǐng)域有國微思爾芯與行芯等公司布局；華大九天也在招股書中披露，目前公司在數(shù)字電路EDA領(lǐng)域僅覆蓋數(shù)字電路設(shè)計的部分流程，尚未實現(xiàn)全流程工具覆蓋，IPO募投也將用于提升數(shù)字電路設(shè)計領(lǐng)域的工具覆蓋率。目前絕大部分公司提供的都是點工具，全鏈路的覆蓋仍需發(fā)展。”
概倫電子在招股書中分析了這種格局的背景，“面對國際EDA巨頭超過30年的發(fā)展歷史和長期以來各自年均十億美元左右的研發(fā)投入與數(shù)千人的研發(fā)團隊的不斷研發(fā)創(chuàng)新和生態(tài)壁壘，在較短時間內(nèi)只能首先針對中低端的部分芯片設(shè)計形成全流程覆蓋，然后通過長時間的持續(xù)投入和市場引導(dǎo)逐漸形成市場競爭力。”
產(chǎn)業(yè)競合
回看此次美國部分限制出口的技術(shù)涉及GAAFET路線。李俊超向21世紀經(jīng)濟報道記者分析，從硅基的發(fā)展路線看，理論上說，GAAFET路線適用于3nm以下工藝制程，目前三星已經(jīng)在應(yīng)用，臺積電尚且還在使用FinFET結(jié)構(gòu)。“長期看，美國的核心思路是卡住往前的發(fā)展路線，因此對未來發(fā)展的影響還有待觀察。”
王品臻則向記者表示，在目前常見的芯片制程中，F(xiàn)inFET仍為主流。所以目前來看影響不大，如果限制繼續(xù)，對未來的高端芯片會產(chǎn)生一定影響。
“根據(jù)國際器件和系統(tǒng)路線圖（IRDS）規(guī)劃，2021開始， FinFET結(jié)構(gòu)將逐步被GAAFET結(jié)構(gòu)所取代, 所以說GAAFET結(jié)構(gòu)路線是大勢所趨。倘若繼續(xù)受這些限制影響，確實也將影響到臺積電將來2nm后對中國廠商的晶圓供貨。”他進一部分析。
（全球前五大EDA公司市場份額，2018-2020年期間前三大巨頭近乎占據(jù)壟斷地位，圖源：華大九天招股書）
無論外部影響幾何，對于產(chǎn)業(yè)本身來說，正因為身處類似銜接功能的環(huán)節(jié)，EDA公司的發(fā)展，與生態(tài)的相互融合更加重要。
李俊超向記者指出，對于EDA公司來說，隨著技術(shù)向前演進，下一代的技術(shù)路線如何搭建，核心需要與頭部的芯片設(shè)計公司和晶圓廠共同溝通達成推進的目的。
換句話說，這也意味著產(chǎn)業(yè)生態(tài)聯(lián)動的重要性。目前國內(nèi)EDA公司的起步雖早，但經(jīng)歷過一段時間被海外廠商的沖擊而停滯時期，因此與海外頭部廠商之間還存在一定差距。那么中國EDA公司的發(fā)展，就需要積極與國內(nèi)相關(guān)頭部生態(tài)公司的緊密聯(lián)動和實踐。
王品臻有類似邏輯。他分析認為，EDA廠商競爭的關(guān)鍵因素主要有三點：底層技術(shù)積累，算法實現(xiàn)能力，產(chǎn)品的完備性。
舉例來說，在EDA工具里內(nèi)嵌了大量引擎，需要對芯片模型進行處理，其中涉及如半導(dǎo)體材料學(xué)、量子力學(xué)等底層技術(shù)的應(yīng)用理解等，這將影響EDA實現(xiàn)的工藝精度。而在設(shè)計模擬的仿真器及數(shù)字的后端布局布線工具時，算法的好壞和實現(xiàn)差異，是決定用戶體驗和EDA工具質(zhì)量的關(guān)鍵要素。
王品臻指出，相比海外頭部廠商，國內(nèi)EDA公司目前的差距主要表現(xiàn)在工藝方面。“在先進工藝方面，國外三巨頭長期深度綁定頭部代工廠，國內(nèi)的EDA廠商機會較少，因此在高端芯片方面較為落后。考慮到美國未來可能會收緊限制范圍，本土IC設(shè)計企業(yè)一定會有提升本土EDA工具的考慮，以保障自身供應(yīng)鏈安全，這將加速EDA領(lǐng)域的國產(chǎn)化進程，進而推動縮小與國際EDA廠商的差距。”
新機遇
從歷史發(fā)展路徑看，全球頭部的三家EDA公司雖發(fā)展歷程不同，但都經(jīng)歷了不斷向外收并購進行擴張，一定程度促成今天頭部地位的過程。
不過反觀國內(nèi)廠商，李俊超認為，此前頭部公司的擴張行為，多基于公司彼時產(chǎn)品和客戶狀況穩(wěn)定，通過收購可以擴大能力邊界。但目前國內(nèi)廠商還尚未發(fā)展到如此階段，多數(shù)公司都處在發(fā)展期，需要待走到一定成熟階段后，比如數(shù)字芯片EDA領(lǐng)域出現(xiàn)上市公司，方可考慮后續(xù)的外延收并購動作。
（全球EDA三巨頭歷史上通過收并購實現(xiàn)快速成長，圖源：民生證券研究院）
據(jù)他回顧，20世紀90年代，芯片產(chǎn)業(yè)大分工模式剛剛開啟，EDA產(chǎn)業(yè)的發(fā)展路徑尚未定型。彼時新思科技通過設(shè)計一個邏輯綜合工具，打通了數(shù)字芯片前端和后端的銜接，由此打通了全流程EDA能力覆蓋而成就如今的行業(yè)頭部位置。
但目前芯片設(shè)計流程和工具都基本定型，導(dǎo)致EDA行業(yè)的發(fā)展也難再有較大變化。處在后發(fā)位置的國內(nèi)廠商，需要加速從精度、到覆蓋環(huán)節(jié)、到高制程能力等方面進行追趕。
民生電子則指出，從前端設(shè)計（邏輯實現(xiàn)）-前端仿真/驗證-后端設(shè)計（物理實現(xiàn)）-后端驗證/仿真-流片的全流程設(shè)計平臺基本被國際巨頭壟斷，護城河很深。國產(chǎn)EDA進入壁壘較大，機會在于以點工具為突破口，由點及面逐步發(fā)展。
該機構(gòu)以華大九天為例，其以模擬電路仿真軟件為突破口，將IC領(lǐng)域的全流程設(shè)計支持技術(shù)遷移到液晶面板設(shè)計全流程，隨著中國液晶面板的崛起，同步占領(lǐng)市場，隨后逐步過渡到模擬全流程等軟件的發(fā)展。“這種以點工具為切入點尋找新發(fā)展機會的模式，可以幫助國產(chǎn)EDA尋找新的突破口，打開新的市場空間。”民生電子表示。
而隨著摩爾定律走向失效，市場也在呼喚新的技術(shù)路線，以應(yīng)對更高成本的迭代路徑，典型如Chiplet，這對EDA行業(yè)同樣帶來新改變機會。
王品臻解釋道，Chiplet下，更多異構(gòu)芯片和各類總線的加入，整個過程將會變得更加復(fù)雜，對EDA工具也提出了新要求。“Chiplet的思想是將不同的小芯粒通過先進封裝形成系統(tǒng)芯片。因此首先EDA工具需要在芯片互聯(lián)接口的標準化方面進行改進；其次是可擴展性，Chiplet下芯片設(shè)計工程師需要同時對多個芯粒進行布局和驗證。”
李俊超則向記者分析，由于Chiplet需要采用堆疊方式進行設(shè)計，那么將十分考驗散熱能力。對于EDA工具的要求就在于，如何保障不同Chiplet間堆疊后產(chǎn)生的熱度不會損壞芯片。
相比之下，頭部EDA公司可能會略早發(fā)現(xiàn)這些挑戰(zhàn)，不過由于行業(yè)都還在對此探索，因此不會有太大差距。
“采用Chiplet這種對制程沒有太高要求的方式，核心需要做好堆疊相關(guān)能力和挑戰(zhàn)，研究清楚就更容易在這方面達到全球領(lǐng)先水平。”他續(xù)稱，這就類似于回歸到相對成熟的制程技術(shù)比拼，國內(nèi)在該領(lǐng)域還有追趕機會，由此縮短Chiplet相關(guān)EDA能力的差距。
在他看來，在Chiplet領(lǐng)域EDA的發(fā)展進程，可以類比為前述20世紀末期芯片產(chǎn)業(yè)分工尚未完成時，EDA行業(yè)面臨新環(huán)境的狀況。
“從Chiplet角度看，全球都處在同樣水平線競爭，標準還沒完全確定，就看誰提出的基礎(chǔ)能力和標準更適用，誰能夠以此進一步推向全球。從這個角度說，Chiplet是難得國內(nèi)和海外公司共同推進生態(tài)、制定標準的發(fā)展進程。”李俊超指出，因此目前還看不到誰能有在Chiplet領(lǐng)域“一統(tǒng)天下”的路線，因此對中國廠商來說是一個機會。當然，走向更高制程的芯片階段是必然趨勢，因此國內(nèi)對此也需要繼續(xù)追趕。
