剖析全球EDA行业的发展历史与未来趋势
EDA
是电子
设计领域的“刚需”型生产工具，也是半导体行业最上游的“桂冠”。而目前中外EDA行业的发展水平仍具有巨大的“鸿沟”，这对于我国半导体行业整体的向上突破也形成了一定的制约，我们认为本土EDA产业未来的大发展势在必行。在本文中，我们聚焦EDA的技术本质与应用场景，剖析全球EDA行业的发展历史
与未来趋势，同时对于我国本土EDA厂商未来的发展与破局之路也进行了探讨。EDA从何而来，为何而生？ EDA是电子设计领域的研发类工业软件，主要应用于IC设计、PCB设计
等场景。EDA处于半导体产业链的最上游，是IC设计的“刚需”，全定制IC、半定制IC，从前端到后端设计的各个环节均需要EDA工具。EDA是典型的高门槛专业软件，同时由于IC设计的流程较长，产品线的完整度是头部厂商核心的壁垒。同时EDA厂商为客户带来的价值也不仅止步于工具，与先进工艺的结合，与Foundry的配合验证，以及专业化的服务更是头部厂商取得差异化竞争优势的“武器”。 EDA行业发展到了什么阶段？全球来看，EDA行业已经发展至成熟期，市场规模超过百亿美元，且近年来增速较为平稳。市场集中度较高，接近70%的市场被Synopsys、Cadence、M
entor Graphics“三巨头”所占据，我们认为强大的研发实力、与先进工艺的结合、完整的产品线构筑起了EDA行业“三巨头”的核心竞争壁垒。回顾国内，虽然当前中国EDA行业尚未迎来“爆发”，然而随着本土IC设计产业高速发展，我们认为产业对于EDA工具的需求量将持续上升。但目前90%以上的国内市场仍被海外“三巨头”所占据，本土EDA厂商的竞争力仍相对薄弱。
中国本土EDA厂商如何破局？从整体上看，本土EDA厂商主要能够提供的是部分环节的点工具，在产品完整度、集成度与整体服务能力上仍然差距较大。在高端市场，中国本土头部Fabless基本完全依赖于国外巨头工具;而在长尾市场，盗版问题影响下留给本土EDA厂商的市场较为有限。相比海外巨头，本土EDA厂商在向上突破的过程中，缺人才、缺产品、缺工艺是最为突出的三大难关，但我们认为上面这三大难题并非无解。从长期的维度来看，随着我国在全球半导体产业链中扮演的角愈发重要，我们相信我国本土的EDA力量未来也终将真正站上世界舞台。
风险
技术研发进度不及预期;研发投入超预期;国际局势变化。
正文
EDA从何而来，为何而生？
EDA：电子设计领域的“刚需”型生产工具
EDA是应用于电子领域的研发设计类软件。EDA的涵义为电子设计自动化，从功能上看属于广义的CAD/CAE软件在电子设计领域的分支，在电子行业以计算机吸音降噪辅助设计取代手工版图设计。而EDA也是一个较为广泛的概念，应用在包括IC设计（数字IC、模拟IC、FPGA）、PCB设计、以及其他电子面板设计（比如FPD设计）等场景的设计工具均可归为EDA的范畴，而其中IC设计是其中技术门槛最高，市场需求最大的领域。
EDA处于半导体产业链的最上游。IC设计是芯片制作流程的前置环节，是将集成电路系统、逻辑与性能的设计需求转化为具体的物理版图的过程，主要包括前端设计（规格制定、详细设计、HDI编码、前仿真验证、逻辑综合、静态时序分析）和后端设计（可测性设计、布局规划、CTS、布线）等多个环节，而这其中的各个环节均需要EDA工具的应用，所以EDA也被认为是半导体产业链的基础之一。新型秸秆气化炉
EDA的应用已经成为IC设计领域的刚需。随着半导体行业的发展，IC设计的复杂程度指数级上升，当今的IC设计公司（Design House）已不可能完全离开EDA工具，而单凭手工完成版图的设计;同时EDA的应用也能够帮助IC设计人员有效提升设计的效率及准确度，进而节约大量设计费用（UCSD教授Andrew Kahng认为，当前消费级SoC在EDA工具的帮助下，设计费用约为4，000万美元费用;而如果不使用EDA工具，其设计费用将高达77亿美元）。
EDA是典型的高门槛专业软件。大部分的EDA软件都运行于LINUX系统而非Windows系统，其原因为大多数工程及科技软件原先都是在UNIX平台上首先开发和使用的，并且LINUX作为多用户分布式系统更加适合于EDA这样的专业科技软件;EDA的价格也较为高昂，通常整套工具的价格可高达数十万美元，但我们认为这与其能够为IC设计公司创造的价值相比已经算是“不值一提”。
EDA的发展历经三个阶段，从通用走向专业，从工具走向平台：
初级阶段（1970-1980年）：以通用CAD辅助电子设计。随着通用的CAD软件在机械设计等领域投入使用，电子设计人员也开始尝试以CAD代替手工制图，将PCB 设计过程中高重
复性的繁杂劳动如布图布线工作用二维平面图形编辑与分析的 CAD 工具代替。彼时的EDA实际上是机械CAD的附属工具，而Applicon、CALMA等CAD厂商是当时EDA行业的主宰。
发展阶段（1980-1990年）：专业EDA工具开始出现。半导体设计的要求逐渐提高，对于EDA工具的要求从基础的CAD设计延伸至CAE仿真，电路仿真程序SPICE的推出标志着专业的EDA设计工具的诞生，而Mentor Graphics，Daisy等公司也以软硬件结合的方式实现了EDA的初步商业化;此后Synopsys、Cadence等当今的EDA巨头也相继登上舞台，并以纯软件的方式重塑了行业的商业模式。
成熟阶段（1990年至今）：技术基本成熟，EDA走向平台化。高制程芯片的发展进一步加剧了IC至多流程各环节的复杂度以及环节内部验证的工作量，对于EDA技术提出了更高的要求。以高级语言描述、系统级仿真和综合技术为特征的 EDA 技术基本成熟，同时产品形态上也从最初的点工具，进化为全流程工具以及设计平台，头部厂商均推出了大规模、平台级的EDA系统。
EDA持续发展的背后是摩尔定律的推动，优胜劣汰下行业的集中化趋势并不可逆。设计是
制造的前置环节，因此EDA软件需要随着芯片制程工艺的进步，而进行持续的不断地更新迭代，为半导体产业不断提供设计下一代芯片的方法和工具，这对EDA厂商的研发实力提出了非常高的要，只有头部公司能够持续跟上行业的发展速度。这也导致了经过几十年的优胜劣汰后，如今的EDA行业已经呈现出高集中度的态势，大部分份额均被头部的三家公司占据。
应用场景：EDA对IC设计实现全流程环节的覆盖
各类型的IC设计均离不开EDA的应用。从功能上看，芯片可分为通用IC（CPU、DRAM）和专用IC（ASIC）;从结构上看，其又可以分为数字IC（CPU、GPU、逻辑电路）、模拟IC （运算放大器、基准电压源等）和数模混合IC。为了满足不同功能和不同结构IC的设计需求，IC设计从实现方法上大致可以主要分为全定制和半定制设计：
全定制IC设计：基于晶体管级，所有器件和互连版图均按规定的功能、性能要求，对电路的结构布局、布线均进行专门的最优化设计，通常用来设计模拟电路及数模混合电路，比较适合大批量生产、要求集成度高、速度快、面积小、功耗低的通用IC或ASIC。全定制IC设计更加依赖于设计人员本身对于电路的理解，EDA工具在其中主要起到辅助的作用。
半定制IC设计：基于门阵列（gate-array）、标准单元、可编程元器件等一定规格的功能块的半定制设计，一般用来设计数字电路，大部分数字大规模电路都使用半定制流程设计（数字SoC设计）。半定制设计的标准化程度相对更高，EDA工具的参与度相对更高，对于设计人员对于电路理解的要求相对更低。
EDA工具对全定制和半定制IC设计的各个环节均实现了覆盖。全定制和半定制IC设计需要不同类型的EDA工具，全定制IC设计主要包括电路原理图设计、电路仿真、掩膜设计、版图验证、流片等环节。而半定制IC设计在流程上更为细致化、标准化，主要可划分为前端设计（从规格制定到生成门级网表）和后端设计（布局布线、版图生成）。目前针对全定制和半定制IC设计的各个环节均已经有成熟的EDA公司，其中半定制IC设计相对而言更为依赖于EDA，同时主要采用半定制设计的数字IC在全球半导体市场也占有更高的份额，因此下文中我们主要会聚焦在半定制数字IC设计领域的EDA应用。
半定制数字IC设计中的EDA应用详解
半定制IC设计可大致分为前端设计和后端设计环节：
前端设计：又称逻辑设计，主要和电路逻辑的实现相关，使用HDL语言描述电路，并进行仿真验证、综合和时序分析，最后转换成门级网表，包括规格制定、详细设计、HDL编码、逻辑仿真验证、逻辑综合等环节。
滚剪机圆盘刀具后端设计：又称物理设计，主要和工艺相结合，将门级网表转换成IC设计版图（gds文件，进行验证后输出以进行下一步的IC制造工作，主要包括可测性测试、布局规划、时钟树综合、布局布线、版图生成、物理仿真验证等环节。
半定制数字IC设计的流程较长，各环节均需应用专门的EDA工具。在下面中，我们展示了半定制数字IC前端设计以及后端设计的全流程环节以及需要使用的主流EDA工具。总体上看，数字IC设计具有较长的环节链路，IC设计公司通常需要配置整套的EDA工具以满足其使用需求。
商业模式：软件工具为基础产品，但价值远不止于工具
EDA厂商的商业模式主要是以EDA软件授权结合IP授权：
EDA软件授权：EDA厂商会将自身开发的各类工具、软件包（上面提到的各个环节的工具
大多数都会被整合在软件包中形成整体解决方案），以软件授权的方式进行售卖，大部分合约均是以2-3年的期间授权的模式，小部分合约为永久授权。下游客户方面则以中大型IDM、Fabless企业为主。
胶黏剂搅拌机
IP授权：EDA厂商也会直接向客户提供芯片IP授权，分为软IP（RTL编码功能块）、固IP（完成逻辑综合后的门级网表）、硬IP（掩膜版图）。EDA厂商主要提供的是软IP和固IP，常见的做法是将软IP集成至EDA软件中;收费方式则包括单次授权费（License）和持续的版税费（Royalty）两种。大部分的Fabless/IDM都会采购一些IP核以提升芯片开发的效率。
EDA厂商为客户提供的价值远不仅仅是设计工具：
metal dome
其一，结合先进工艺，与Foundry的验证配合。由于EDA最终输出的版图都是会交给Foundry来进行代工，因此EDA工具与先进的工艺密不可分（尤其是后端工具），EDA厂商需要向Fabless客户证明通过自身的产品设计出的版图能够通过Foundry的验证，并投入量产;而Fabless仅有购买那些得到了验证的EDA工具，才能够具备取得头部Foundry代工配额的可能性。
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