中美科技差距系列报告之四：电子设计软件EDA专题报告

DONGXINGSECURITIESwww.dxzq.net.cn中美科技差距系列报告之四——电子设计软件EDA专题报告分析师：王健辉电话：010-66554035 执业证书编号:S1480519050004分析师：叶盛电话：010-66554022 执业证书编号:S1480517070003分析师：陈宇哲电话：010-66554066 执业证书编号:S1480520040001研究助理：陈晓博电话：010-66554044研究助理：魏宗电话：010-66554008东兴计算机团队：2020年5月18日 中美科技差距系列报告之四：电子设计软件EDA专题报告p2东方财智兴盛之源目录1核心观点2工业软件行业概况3EDA全景概述：IC设计全流程|EDA发展历程|EDA产业情况45国内EDA产业：公司概览|竞争优势|产业短板6IC产业链：EDA产业基础|IDM |Fabless |Foundry7EDA软件部分公司&风险提示EDA三巨头：发展状况|总体比较|在华布局|技术前沿 中美科技差距系列报告之四：电子设计软件EDA专题报告p3东方财智兴盛之源核心观点EDA是芯片之母，是芯片产业皇冠上的明珠：EDA软件工具涵盖了IC设计、布线、验证和仿真等所有方面。EDA是集成电路设计必需、也是最重要的软件工具，EDA产业是IC设计最上游、最高端的产业。全球EDA产业形成三巨头公司寡头垄断格局：EDA是集成电路产业链相对产值较小但又极其重要的关键环节，具有“体量小、集中度高”的特点。全球EDA70%的市场份额都由EDA三巨头Synopsys、Cadence和西门子旗下的Mentor Graphics占据。在中国市场，集中度更高，EDA销售额的95%由以上三家瓜分。探究三巨头成功存在三要素：一、持续并购重组，二、高研发投入，三、美国政府的支持。国产EDA软件工具积淀已久，本土EDA企业蓄势待发：国内EDA产业发展从上世纪八十年代中后期开始，本土EDA企业有华大九天、芯禾科技、广立微电子、博达微科技、概伦电子、蓝海微科技、奥卡思微电等七家。这些企业虽然产品不够齐全、集成度不够高，但在点工具上取得了一定的成绩。其中，华大九天是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。EDA软件部分公司：华大九天、芯愿景、广立微电子、概伦电子、芯禾科技、蓝海微科技、博达微科技、奥卡思微电等。风险提示：国际形势面临的不确定性风险、国家政府相关政策执行情况不确定性风险、EDA软件发展基础之IC全产业链发展不确定性风险。 中美科技差距系列报告之四：电子设计软件EDA专题报告p4东方财智兴盛之源目录1核心观点2工业软件行业概况3EDA全景概述：IC设计全流程|EDA发展历程|EDA产业情况45国内EDA产业：公司概览|竞争优势|产业短板6IC产业链：EDA产业基础|IDM |Fabless |Foundry7EDA软件部分公司&风险提示EDA三巨头：发展状况|总体比较|在华布局|技术前沿 中美科技差距系列报告之四：电子设计软件EDA专题报告p5东方财智兴盛之源工业软件行业概况——主要业务类型工业软件指专用于或主要用于工业领域，以提高工业企业研发、制造、管理水平和工业装备性能的软件。工业软件从应用环节可分为研发设计类、生产调度和过程控制类、业务管理类三大领域，其中，PLM、MES及ERP分别为这三个领域中工业软件系统的典型代表。应用环节内容代表品牌研发设计类产品全生命周期类软件（PLM），包括计算机辅助设计（CAD）、辅助分析（CAE）、辅助制造（CAM）、辅助工艺规划（CAPP）、产品数据管理（PDM）、电子设计软件（EDA）、建筑信息模型（BIM）等，用于提升企业产品研发工作领域的能力和效率西门子、达索、PTC、Cadence、Synopsys、Autodesk、华天软件、数码大方、广联达生产调度和过程控制类制造调度执行系统（MES）、工业自动化系统，用于提高制造过程的管控水平，改进生产流程，提高设备效率和利用率西门子、通用电子、ABB业务管理类企业资源计划（ERP），供应链管理（SCM）、客户关系管理（CRM）等，用于提升企业的管理水平和运营效率SAP、甲骨文、Salesforce、用友、金蝶、石基信息图表3：工业软件按应用环节划分资料来源：产研智库，东兴证券研究所 中美科技差距系列报告之四：电子设计软件EDA专题报告p6东方财智兴盛之源工业软件行业概况——产业链条上游行业工业软件应用领域硬件设备联想、惠普、戴尔、苹果、华为等操作系统Windows、macOS、Linux、麒麟、UOS开发工具微软、Oracle等中间件IBM、Oracle、东方通、宝兰德、金蝶天燕等研发设计类西门子、达索、PTC、Cadence、Synopsys、Autodesk、华天软件、数码大方、广联达汽车制造船舶制造航空航天机械装备电力能源......生产调度和过程控制类西门子、通用电子、ABB业务管理类SAP、甲骨文、Salesforce、用友、金蝶、石基信息半导体和电子芯片 中美科技差距系列报告之四：电子设计软件EDA专题报告p7东方财智兴盛之源工业软件行业概况——市场规模全球工业软件市场规模快速增长：截至2018年底，全球工业软件市场规模达到3893亿美元，同比增长5.2%，亚太区市场占全球市场份额的23.8%，亚太区市场规模同比增速为7.6%，快于全球平均水平。图表4：全球工业软件市场规模资料来源：CCID，东兴证券研究所图表5：截至2018年底全球工业软件市场份额资料来源：CCID，东兴证券研究所3531 3701 3893 5.00%4.80%5.20%4.60%4.70%4.80%4.90%5.00%5.10%5.20%5.30%33003400350036003700380039004000201620172018全球工业软件市场规模（亿美元）同比增速亚太24%欧洲32%北美39%其他5%亚太欧洲北美其他 中美科技差距系列报告之四：电子设计软件EDA专题报告p8东方财智兴盛之源工业软件行业概况——市场规模中国工业软件市场规模增速快，潜力巨大：据前瞻产业研究院统计，2018年我国工业软件的市场规模已经达到1603亿元。预计至2021年我国工业软件的市场规模将达到2222亿元。而且早在2016年，全球工业软件市场规模已达到3531亿美元（按当时汇率计算大约为23304亿元人民币），当年我国工业软件市场规模仅仅是全球工业软件市场规模的十九分之一，未来发展空间巨大。图表6：全球工业软件市场规模资料来源：CCID，东兴证券研究所图表7：截至2018年底我国工业软件客户分布资料来源：CCID，东兴证券研究所52.1%28.3%19.6%大型企业中型企业小型企业 中美科技差距系列报告之四：电子设计软件EDA专题报告p9东方财智兴盛之源工业软件行业概况工业软件的国产化具有战略性意义➢在工业软件市场，国际巨头厂商仍然占有较大的市场份额根据国家统计局数据，2018年中国制造业增加值占世界制造业份额的达到28%以上，但中国高端CAD、CAE、MES、PLM等工业软件市场被SAP、西门子、达索、PTC等国外厂商垄断。根据走向智能研究院2018年的研究评估，在核心工业软件领域中的CAD研发设计类软件市场，法国达索、德国西门子、美国PTC以及美国Autodesk公司在我国市场占有率达90%以上，国内数码大方、中望软件、山大华天等只占不到10%的市场；CAE仿真软件市场领域，美国ANSYS、ALTAIR、NASTRAN 等公司占据了95%以上的市场份额。在生产管理类工业软件领域，德国SAP与美国ORACEL公司占有高端市场，用友、金蝶等国内软件企业起步于中低端市场，不断向上拓展。生产控制软件领域也主要被西门子、施耐德、GE、罗克韦尔等国外巨头占据，宝信、石化盈科等国内软件企业只在电力、钢铁冶金和石化等细分行业争得一席之地。➢新基建的推动和工业互联网的发展为本土工业软件的发展提供了机遇目前国内工业软件市场格局总体较为分散。管理软件领域有用友、金蝶等本土巨头，研发设计、生产控制、嵌入式软件等领域仍缺乏具有超强竞争力的本土厂商。长远来看，工业软件有望成为下一个国产化重点。我国制造业的发展面临的内外部环境发生变化。内部，传统投资拉动经济增长的方式边际效用递减，转型升级的压力加大；外部，逆全球化的潜在风险，使得工业生产的独立、安全、自主上升到国家安全层面。在这种环境下，国产工业软件的发展具有前所未有的战略性意义。 中美科技差距系列报告之四：电子设计软件EDA专题报告p10东方财智兴盛之源目录1核心观点2工业软件行业概况3EDA全景概述：IC设计全流程|EDA发展历程|EDA产业情况45国内EDA产业：公司概览|竞争优势|产业短板6IC产业链：EDA产业基础|IDM |Fabless |Foundry7EDA软件部分公司&风险提示EDA三巨头：发展状况|总体比较|在华布局|技术前沿 中美科技差距系列报告之四：电子设计软件EDA专题报告p11东方财智兴盛之源EDA全景概述：IC设计全流程IC产业链：芯片产业链包括设计、制造、封装、测试、销售，芯片核心实力重心在芯片设计，而芯片设计离不开芯片设计软件EDA，EDA可谓是芯片产业链“任督二脉”。芯片设计流程：芯片设计可分为前端和后端，前端主要负责逻辑实现，后端跟工艺紧密结合。图表8：芯片产业链各流程主要企业资料来源：公开资料整理，东兴证券研究所图表9：芯片设计和生产流程图资料来源：公开资料整理，东兴证券研究所 中美科技差距系列报告之四：电子设计软件EDA专题报告p12东方财智兴盛之源EDA全景概述：EDA软件分类EDA是广义CAD的一种，是细分的行业软件。利用EDA工具，电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统，完成电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC版图或PCB版图的整个过程。分类 特点 主要工具 电子电路设计与仿真 对设计好的电路图通过仿真软件进行实时模拟，模拟出实际功能，然后通过其分析改进，从而实现电路的优化设计 SPICE/PSPICE、EWB、Matlab、SystemView、MMICAD PCB设计软件 画板级电路图，以及布局布线和仿真的工具，就是用来摆放元器件，然后再把元器件的线连接起来 Protel、OrCAD、Viewlogic、PowerPCB、Cadence PSD IC设计软件 设计输入工具 任何一种EDA软件必备的基本功能 Composer、viewdraw、Modelsim FPGA 设计仿真工具 验证设计是否正确 Verilog-XL、NC-verilog、Leapfrog、Analog Artist、VCS 逻辑综合工具 把HDL变成门级网表 Design Compile、Behavior Compiler、Ambit、FPGA Express、Synplity、Leonardo STA（静态时序分析） 在时序上对电路进行验证 Prime Time、PEAD 形式验证 从功能上对综合后的网表进行验证 Formality DFT（可测性设计） 将一些特殊结构在设计阶段植入电路，以便设计完成后进行测试，减少测试成本 DFT Compiler 布局和布线 用于标准单元、门阵列已可实现交互布线 Astro、Cadencespectra：Cell3、Silicon Ensemble、Gate Ensemble、Design Planner、Physical Compiler 寄生参数提取 分析信号完整性问题，防止因导线耦合导致的信号噪声 Star-RCXT 物理验证工具 版图设计工具、版图验证工具、版图提取工具 Dracula、Virtuso、Vampire、Hercules 模拟电路仿真器 针对模拟电路的仿真工具 HSPICE 资料来源：公开资料整理，东兴证券研究所图表10：EDA分类 中美科技差距系列报告之四：电子设计软件EDA专题报告p13东方财智