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中国EDA产业浪潮,春风化雨新十年(上)—发展机遇篇

时间:2022-04-20 09:53:17 作者:邵乐峰 阅读:
在刚刚过去的2021年里,国内EDA企业数量、融资案例数量和金额、产品与技术发布都呈快速增加态势,多家EDA公司纷纷抢滩登陆二级市场,中国EDA行业正以前所未有的速度驶入发展的快车道。那么,产业高速发展背后的驱动力来自哪里?何处才是国产EDA的突破口?
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EDA被誉为“芯片之母”,虽然只有百亿美元规模,但却是数千亿美元产业发展的基石。而对整个中国集成电路产业来说,EDA又属于“卡脖子”的环节之一,重要性不言而喻,加之该领域绝大部分市场份额都为国外大厂所垄断,所以国内发展EDA产业也是刻不容缓。

在刚刚过去的2021年里,国内EDA企业数量、融资案例数量和金额、产品与技术发布都呈快速增加态势,多家EDA公司纷纷抢滩登陆二级市场,中国EDA行业正以前所未有的速度驶入发展的快车道。

那么,产业高速发展背后的驱动力来自哪里?何处才是国产EDA的突破口?身处一个国外寡头垄断、技术壁垒高、长周期投入的行业,国内EDA企业还需要克服哪些短板和挑战?为此,《电子工程专辑》采访了数家国内知名EDA企业的负责人,一起听听他们的真知灼见。

发展篇

EDA行业在过去的几十年中,从自由竞争走到寡头垄断,Synopsys、Cadence和Mentor Graphics三巨头占有90%以上的市场份额。中国的EDA产业发展之路并不顺畅,在遭遇“巴统”禁运后,国外EDA公司抢占了国内市场,我国EDA企业错失了在竞争中以战养战的机会。直到2008年,国家核高基重大专项实施,EDA领域才迎来新的政策和资金支持。

在2021年3月12日发布的《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标纲要》中,集成电路位列7大科技前沿领域攻关的第3位,并明确指出重点攻关集成电路设计工具。

2021年11月30日发布的《“十四五”软件和信息技术服务业发展规划》提出,重点突破工业软件,关键基础软件补短板。建立EDA开发商、芯片设计企业、代工厂商等上下游企业联合技术攻关机制,突破针对数字、模拟及数模混合电路设计、验证、物理实现、制造测试全流程的关键技术,完善先进工艺工具包。

而在当前复杂多变的国际国内形势下,“必须拥有一批自主可控的EDA工具与企业,以避免在IC设计环节被‘卡脖子’”,已经成为国家和行业共识。国内EDA行业也因此迎来了千载难逢的发展机遇,EDA企业如雨后春笋般涌现,仅在2020-2021年间,国内EDA公司的数量就从20多家增长到了40多家,呈现出百花齐放,百家争鸣的局面。

除了数量的快速增加外,2021年中国EDA行业的融资潮和IPO热潮也令人印象深刻。根据芯思想研究院的数据,据不完全统计,EDA公司从2010年开始至今,融资次数超过70次,不计IPO拟募资金额,融资金额超过100亿元。但其中,仅2021年就有22家EDA公司进行了超过30次融资,远超2020年的18次融资,而2017年及之前只进行过6次融资。

“国内EDA行业在过去一两年的时间里迎来了最好的发展时光。“芯和半导体联合创始人、高级副总裁代文亮博士对本刊表示,国家战略层面的重视,地方扶持政策的相继落地,资本市场的追捧,第一次让大家认识到了EDA的价值。 

芯和半导体联合创始人、高级副总裁代文亮博士

但他同时也指出,虽然我们一边欣喜地看到越来越多的开发人员开始投身于这个技术门槛很高、成熟周期相对较长的产业,另一边也感受到部分新进企业的浮躁和泡沫。不过从整个行业的宏观角度来看,这是行业发展早期的必然过程——先把点铺开,然后再来比拼各自的硬实力,优胜劣汰,继而推动整个产业的发展。

合见工软联席总裁徐昀则指出,材料、设备、EDA是中国半导体产业发展历程中最重要的三个环节,特别是半导体产业链在EDA领域形成闭环。EDA的发展要从技术和市场两大维度来看,一方面,后摩尔时代芯片的复杂度和集成度上升,设计难度越来越高;另一方面,新智能时代有很多来自AI和大规模计算相关应用的需求。现在市场上已有的成熟EDA产品,如果想要进行创新和技术更新换代,必须要向前兼容,兼容以前所有的版本,这是一个很重的历史包袱。

合见工软联席总裁徐昀

国内EDA行业在全球半导体供应链重组的机遇之下,获得了本土需求增长、国家政策利好、风险投资积极、人才回流等多重利好因素的加持,配合日渐成熟的产业链上下游支持,目前正处于快速发展阶段,涌现出的多家EDA公司基本覆盖到了芯片设计的各个流程环节。国微思尔芯公司CEO兼总裁林俊雄、行芯董事长兼总经理贺青和楷领科技业务副总裁梁璞均表达了类似的观点。

国微思尔芯公司CEO兼总裁林俊雄

短期内,三大国际EDA公司在EDA市场依然有着不可撼动的地位,本土EDA厂商由于起步较晚,再加上一些其它因素,有的可以在一定范围内参与市场竞争,有的则主要专注于细分领域,以点工具的研发为主,在经营规模相对有限的情况下,市场仍需要进一步培育,目前还远远不能与三大厂商进行全面抗衡。

“近年来,集成电路‘卡脖子’的问题引起了全社会的关注,也为EDA行业进行了一次基本的科普教育,起码现在大家都知道,集成电路产业背后还有一个被‘卡脖子’的EDA产业。“北京华大九天科技股份有限公司董事长刘伟平认为这是件好事。首先,从国际大环境来看,美国对中国高科技企业的打压限制,导致国产替代成为行业共识,政策和资本都开始向EDA行业倾斜;其次,从国内产业发展来看,中国集成电路市场发展迅猛,产业链下游的设计、制造和封装能力不断增强,给上游的EDA工具提供了更大的市场发展空间。

北京华大九天科技股份有限公司董事长刘伟平

基于此,刘伟平认为今后国内EDA产业的创新可以从以下几方面进行尝试:一是针对传统EDA的不足进行新技术、新算法的突破,提升产品的功能、性能;二是面向新应用(如5G/6G/AIoT)、新工艺(如7/5/3nm)、新方法(如Chiplet)、新材料(如三代半导体)等新的需求开发特色工具;三是从新模式、新技术方面入手寻求突破,如在EDA领域引入云计算、AI等技术和方法。

机遇

“风口”在哪里?

数据显示,2020年全球EDA市场规模为115亿美元,撬动着4404亿美元市场规模的半导体行业。如此庞大的市场需求,凸显了EDA作为半导体行业突破的重要性。但同时,由于地缘政治打破了之前一直处于稳定状态的EDA供需平衡,国内对于本土EDA的需求和供给端的巨大空缺,吸引了资本和玩家的急速涌入。

谈到快速发展的原因,合见工软联席总裁郭立阜认为“卡脖子”是其中的一个关键点;其次,国内芯片产业高速蓬勃发展,越来越迫切期望得到更贴近国内芯片设计生态和应用需要的EDA工具支撑,这为国内EDA行业发展带来了极大的推动力。另一方面,先进工艺节点的高端芯片开发成本越来越昂贵,更理解本地需求的国产EDA对于提高开发效率,节省芯片设计成本有着举足轻重的作用。 

合见工软联席总裁郭立阜

在EDA领域的众多细分方向中,验证伴随着芯片设计的全过程,从创意开始一直到最后的芯片实现,而且验证工具的开发存在较高的技术壁垒和准入门槛,目前已经成为研发工具成本占比最高的一块,因此验证领域的突破对中国芯片产业发展至关重要。

另外,随着Chiplet逐渐成为芯片设计业的主流技术趋势之一,这也带来了先进封装设计中所存在的高集成度、高匹配性等复杂问题,如何通过EDA工具来高效解决这些问题势在必行。因此,这些都是中国EDA企业很好的突破口,也是合见工软首先选择的突破点。

考虑到在芯片设计领域,Cadence的模拟芯片设计流程和Synopsys的数字芯片设计流程已经拥有绝对的垄断地位和用户粘性,定位在芯片设计流程替代的国内EDA公司短时间内毫无希望,只能在流程中的“点”上实现差异化竞争,这也是为什么目前绝大多数国内EDA公司布局的都是点工具。

于是,代文亮博士将寻找突破口的一票投给了“仿真分析EDA”。在他看来,与设计EDA这条赢家通吃的赛道相比,仿真分析EDA拥有更低的用户使用门槛。事实上,顶尖的芯片设计公司也愿意尝试各种仿真工具,进行横向比对,以形成对流片成功的最大信心。所以拥有自主产权、仿真精度过硬、仿真效率杰出并具有差异化特性的仿真EDA工具,将有机会率先实现突破。

另一方面,从最新的麦肯锡数据中可以看到,受到疫情的影响,居家办公、远程教育、视频直播、在线购物等行为让全球数字化进程大幅提速,亚太地区的加速更是超过了十年。在前所未有的巨量数据获取、计算、传输、存储的过程中,从数据中心、云计算、网络到5G通信和AI大数据分析,从边缘计算到智能汽车自动驾驶,高性能计算(High Performance Computing, HPC)无处不在,成为了数字化转型的关键。

代文亮博士解释说,从半导体行业的视角来看,当摩尔定律接近物理极限时,通过SoC单芯片的进步已经很难维系更高性能的HPC,整个系统层面的异构集成将成为半导体高速增长的最重要引擎之一。未来,会有越来越多的系统公司开始尝试垂直整合,自研芯片会成为新的风潮。

这其中,包括2.5D/3D-IC、Chiplet在内的先进封装设计将是整个半导体行业未来五年的爆点,尤其考虑到先进封装不需要每颗芯片都应用最先进的制程,这对目前国内先进制程发展受制于人的现状将是一个非常好的突破口。而作为国内唯一布局了3DIC先进封装的EDA企业,芯和半导体在2021年下半年已在全球成功首发了“3DIC先进封装设计分析全流程”EDA平台,将会极大地缓解国内先进封装产业对于配套EDA流程的需求。

芯愿景公司副总经理石子信和研发总监丁仲认为,从目前国内EDA产业的发展格局来看,模拟电路仿真(华大九天)、液晶面板设计(华大九天)、数字后端布局布线(国微思尔芯)、设计-工艺协同优化(概伦电子)、数字芯片验证(芯华章)、ECO修调(奇捷科技)、全产业链仿真(芯和)、RTL可视化调试(芯愿景)、数字电路后端设计和验证(芯愿景)等领域正在或即将成为中国EDA企业的突破口。而前行的动能,则来自国家对集成电路行业的高度重视,包括一系列产业政策的出台、大量扶持资金的投入、以及新的融资渠道(科创板)的推出。

     

           芯愿景公司副总经理石子信

              芯愿景公司研发总监丁仲

“十年前,国内设计企业和半导体产业上下游较不成熟,EDA企业缺乏一个好的环境。近年来,国内半导体及集成电路产业发展迅速,不仅是数量的增长,应用和设计也变得更复杂,更有差异化。”林俊雄对记者说,量变和质变双重带动了EDA需求扩张,国内EDA公司更应顺势把握主场优势来贴近客户,无论是向国内头部设计企业提供优质的本土化工具和服务,还是寻求与国内晶圆厂、封装厂展开合作,都会是很好的突破口。

如前文所述,目前国产EDA公司基本已经覆盖了芯片设计流程各环节的主要点工具。梁璞认为,考虑到模拟国产集成电路相关EDA技术发展时间比较久,且产业链也比较完善,相对更容易短期内形成国产替换。同时,由于云原生软件架构加上云算力将会为芯片设计带来极大的效率提升,国外一流EDA公司与国产EDA公司都正在将云技术作为未来的重点发展方向。随着市场需求快速变化与发展,他相信未来会持续涌现更多的云上芯片设计公司,而高效、易用、低成本的芯片设计平台一定是用户最需要的。 

楷领科技业务副总裁梁璞

作为EDA领域的一个关键细分领域,上海侠为电子有限公司自主研发的PCB设计专用EDA软件,是“IC设计、Fab代工生产、IC封装测试、电子整机PCB设计、PCB制造、SMT贴片测试”整个EDA技术应用链条的最后收官环节,也是EDA软件细分领域中应用范围最广,用户数量最大的领域,几乎所有的电子产业相关环节(IC设计公司、封测厂、产品方案公司、ODM公司、PCB制造厂)都需要使用PCB设计软件,没有PCB设计软件,就无法完成电子产品的设计与生产。

在上海侠为电子有限公司董事长罗晶看来,不同于一般性应用软件,EDA作为典型的工业软件产品,本质是工业品,需要软件工程、算法研究、工业Know-How三个方面高度配合才可以研发EDA软件。从这个维度来看,中国电子工业产业中,工业基础越强的领域,就越有机会提供高水平的工业Know-How来支持工业软件的开发,而强大的工业基础又可以提供高水平且庞大数量的用户,而这些用户正是EDA软件能够快速迭代并走向成熟的基础。所以他认为自己所从事的PCB设计用EDA软件领域,根植于中国的高水平的PCB制造工业基础,面向的是中国EDA领域最大的用户群体,将最有可能成为中国EDA企业技术赶超与商业闭环的双向突破口。

上海侠为电子有限公司董事长罗晶

“国内EDA行业之所以能驶入高速发展的快车道,主要原因有三:国内半导体行业大踏步发展、国际形势变化、以及全球集成电路产业链的重组。”行芯董事长兼总经理贺青说,在后摩尔时代来临、技术进步放缓、技术演进路径不再唯一的科技大背景下,出现了大量新的EDA市场突破口正在出现:先进工艺、先进封装、人工智能、云技术等,这些领域也将有望成为中国EDA企业的突破口。

行芯董事长兼总经理贺青

魏少军教授在ICCAD 2021上对包括EDA在内的中国IC设计产业给出了这样的描述——“中国IC设计产业走过了‘从无到有’的阶段,正行进在‘从有到好’和‘从好到优’的大道上。”

为了便于理解,我们拿手机行业来做一个参照,因为事实上手机也经历了同样的阶段:“有”——能够实现最基本无线通讯功能,只能打电话的“功能机”;“好”——在打电话之外,还能支持各种app应用、满足日常使用的中华酷联“智能手机”;“优”——创造各种差异化用户体验、领先竞争对手的华米OV。

再回到EDA行业,目前已经有不少国产EDA工具经过前期的开发和积累,具备了基本的设计或分析功能,可以完成一些工程类的项目。但要走向市场化,面对的是需要产品设计差异化和产品上市周期巨大压力的设计企业,应用环境千变万化,国产EDA工具必须和同类国际工具一样,拥有好的质量与好的体验。而最终决胜市场,赢得竞争优势,EDA工具还要在差异化上下功夫,做到人无我有,人有我优。

刘伟平指出,其实,国内EDA产业相比IC设计产业在整体发展上还要再慢一个节奏,现在还处于“从无到有”的阶段,最多是“从无到有”比较后期的阶段,但“从有到好”、“从好到优”永远是EDA产业必须追求的目标。

“如果一定要对EDA的‘好’和‘优’下一个定义的话,当能够满足国内集成电路产业九成以上的需求时,可以认为达到了‘好’的程度;至于‘优’,不但得让市场来说话,而且至少还要到国产EDA工具所占国内的市场份额,能够与海外巨头平分秋色的时候。” 刘伟平说。

的确,产品的“好”和“优”,从来都是客户在和其他同类产品相比较后给出评价,而不是供应商的自我评价。另一方面,从“无”到“有”的过程也是艰难的,是先决条件。但仅仅是“有”,不代表就会被客户采用,在二八法则下,从“有”到“好”这一路甚至会更艰难,需要更加漫长的过程。

同时,EDA工具的更新与发展需要大量的时间不断与客户项目磨合,只有经过了以上过程,被客户证明能够更好地解决客户的痛点(如提升效率、降低成本),客户才会评价“好”;而“优”则是在“好”的基础上更进一步的要求,要求产品的功能、性能和价格等综合指标领先于同行,客户才可能会评价“优”,才会最终得到市场认可,才会有持续的竞争力和生命力。

未完待续

2022年6月7-8日, Aspencore将在上海国际会议中心举办IIC Shanghai 2022(国际集成电路展览会暨研讨会),其中于7日举办的2022年EDA/IP与IC设计论坛备受瞩目,旨在为参与IC设计环节的诸多企业——包括提供EDA工具、IP解决方案等组成部分的市场参与者——提供沟通与交流的平台,探讨IC设计市场与技术趋势。报名链接如下:https://iic.eet-china.com/eda.html

责编:Amy.wu
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邵乐峰
ASPENCORE 中国区首席分析师。
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