EDA软件行业深度解读

摘要

EDA软件可降低芯片设计成本和时长，是电子产业创新的核心。目前市场规模100亿美元，Synopsys、Cadence、Mentor三巨头合计占比近80%，新应用、新算法的出现，市场可扩张至300亿美元。

竞争壁垒高，易守难攻

一是与传统工具软件不同，EDA要与工艺联盟，联盟易结不易解。二是摩尔定律驱动下的高研发投入壁垒，EDA软件厂商跟随工艺更新而更新软件，每次更新都需要研发投入，每年研发占比40%左右。三是行业本身增速低，难保内生高增长 ，同时为了满足客户的全流程需求，通过“大吃小”的并购扩张，使得大公司越来越强大。

“坐地收费”型的平台生意

一是半导体工艺每更新一次，EDA软件就要更新一次，客户为了跟上半导体先进工艺需要重新购买，例如从7nm到5nm。二是每次购买的有效时长只有3年左右，到期需要再次重新购买（不是续费）。三是芯片设计公司为了成本以及制衡，都会同时采购Cadence、Synopsys两家EDA公司的产品（mentor主打验证），不会出现丢失客户风险。

商业模式创新造就两大巨头Cadence、Synopsys

Cadence的两大商业模式创新：一是脱离硬件，单独卖软件。刚开始的EDA软件是和硬件绑在一起出售。Cadence开创“只卖软件”的模式。二是引入客户投资模式。将下游半导体厂商客户变为股东，这种“股东+客户”模式确保“EDA和半导体制造”联盟更加紧密。

Synopsys的两大商业模式创新：一是创建标准单元库，预先设计好各种基础单元逻辑门电路，让芯片设计工程师直接调用，这样可以快速设计出规模更大电路。二是开创IP授权模式，将各种设计库虚拟化，再授权给芯片设计公司使用。

因为有进口依赖，国产EDA错失黄金期

1994年国际上放松EDA软件禁运管制，且国内重心在快速发展IC产业，无暇顾及EDA软件，导致对国外EDA软件依赖延续至今。国产EDA差距有：一是缺少数字芯片设计的核心模块，无法支撑数字芯片全流程设计。二是对先进工艺支撑不够，暂未进入先进代工厂的联盟。三是缺乏制造及测试EDA，无法支持集成电路封测的应用需求。

投资建议：关注美股的两大巨头Cadence（CDNS.US）铿腾电子、Synopsys（SNPS.US）新思科技

商业模式决定在芯片设计领域，这两大巨头地位很稳定。后来者很难对两大巨头有威胁，半导体工艺越先进，巨头的竞争力越强。

投资风险

第一，芯片结构出现颠覆性创新，需要新的EDA工具。第二，美国限制高技术出口政策，导致两家巨头公司的海外收入减少。

投资摘要

这是我们科技商业模式的第四篇报告，我们研究EDA软件的商业模式。前三篇商业模式报告，分别讨论地区/国家的科技商业、半导体行业的商业模式、半导体的“地摊经济”商业模式的可行性。

关键结论

一、 EDA软件行业的竞争壁垒高，易守难攻。

二、 “坐地收费”型的平台型的好生意。一是半导体工艺每更新一次，EDA软件就要更新一次，客户为了紧跟半导体先进制程需要重新购买，例如从7nm到5nm。二是每次购买的有效时长只有3年左右，到期需要再次重新购买（不是续费）。三是芯片设计公司为了成本以及制衡，都会同时采购Cadence、Synopsys两家EDA公司的产品（mentor主打验证），不会出现丢失客户风险。

三、商业模式创新造就两大巨头Cadence、Synopsys 。脱离硬件，单独卖软件。引入客户投资模式，将下游半导体厂商客户变为股东。创建标准单元库，预先设计好各种基础单元逻辑门电路，让芯片设计工程师直接调用，这样可以快速设计出规模更大电路。开创IP授权模式，将各种设计库虚拟化，再授权给芯片设计公司使用。

四、 因为有进口依赖，国产EDA错失黄金期。1994年国际上放松EDA软件禁运管制，且国内重心在快速发展IC产业，无暇顾及EDA软件，对国外的依赖一直延续到现在。国产EDA差距：一是缺少数字芯片设计的核心工具模块，无法支撑数字芯片全流程设计。二是对先进工艺支撑不够，暂未进入先进代工厂的联盟。三是缺乏制造及测试EDA系统，无法支持集成电路封测的应用需求。

投资建议：关注美股的两大巨头Cadence、Synopsys。

报告正文

巨头垄断的EDA市场

EDA软件可以降低芯片设计成本

EDA是用来设计芯片的一种软件，帮助用户减少设计成本和节省时间。比较权威的定义是：电子设计自动化（Electronic Design AutomaTIon，EDA）是指利用辅助设计软件来完成集成电路设计中的一系列工作，包括功能设计、布局、验证、仿真模拟等等。

为什么芯片设计必须要EDA软件？软件、互联网产品可以先有雏形，再逐步迭代优化，更换成本较低。

而芯片产品只要制造出来就不可更改，所以需要用EDA软件进行虚拟的设计、模拟、仿真，以便在真实产线上流片生产的时候一次性成功，从而减少设计成本和时间成本。

百亿市场驱动万亿电子产业创新

2019年全球EDA软件市场规模103亿元，同比增长6%。相对4500亿美元的全球半导体市场，EDA软件在整个半导体产业链中的产值较小，增速和半导体增速相近。

虽然，市场规模只有100亿美元左右，但是EDA软件主宰着全球4000亿美元的全球半导体市场，以及1.7万亿美元的整个电子产业。

EDA软件是电子产业最上游、最高端的产业，驱动芯片设计、制造、终端应用。反过来说，下游的任何创新，都需要EDA软件的创新支持，从而驱动EDA的创新。

新应用新算法可扩展市场至300亿美元规模

除了电子产业之外，具有工业软件属性的EDA软件还受益于很多领域的技术创新，例如金融、医疗、汽车等。

人工智能时代的需求是机器学习、深度神经网络学习在人工智能芯片的设计与验证，以及相应的IP解决方案。

为汽车的自动驾驶的软件，提供高质量、高安全、高靠性的仿真、验证。

这些不同等级的系统越复杂，对EDA的需求越多，因为每个行业信息化的核心都涉及到从软件级到芯片级的仿真、验证。

芯片的关键尺寸缩小到65nm、28nm、14nm、7nm，每一代芯片设计的算法都会有50%的代码需要重新编写。而到3nm纳米级的时候，还会出现更多未知的物理现象，这些对EDA软件的要求会越来越高。

而这些新算法，目前还存在与EDA软件不相通的情况，例如AI芯片设计、软件算法开发。

这既是EDA的挑战，也是EDA未来的大机会。新应用、新算法可将EDA市场规模扩张200%至300亿美元。例如新陈代谢和基因为主的生物仿真、类脑芯片的仿神经计算芯片等。

三巨头垄断EDA软件市场

Synopsys、Cadence、Mentor三大EDA巨头合计市场份额达到76%，在集成电路设计领域，三者的市场份额更高。

易守难攻的平台型生意

与传统工具软件不同，EDA与工艺联盟

EDA软件不同于一般工具软件，与建筑领域的广联达软件相似，更像工业软件。一是，EDA软件运行是在Linux平台而不是Windows，因为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。这些工具出现的时候还没有微软的Windows。工程软件被移植到Windows上去是2000年以后的事。

二是，一般的工具软件功能只是一种逻辑、算法，版本的更新也只是有新算法新逻辑。而EDA软件是基于工艺参数的，只要工艺参数更新，EDA就要更新一次。

当代工厂开发新工艺，EDA软件厂商就需要获得代工厂新工艺的PDK工具包，基于PDK工具包开发新版本软件。

所以，想要做好EDA软件这门生意，首先，是要和代工厂保持密切沟通，其次才是算法和模型。

Cadence的优势在于模拟芯片设计，模拟芯片设计更加注重底层器件。Cadence旗下的virtuoso优势在于仿真工具在联合代工厂开发PDK方面做的最好，

破解版软件的思路在EDA软件领域行不通，特别是工艺越来越先进以后。在90nm以上，用破解版软件尚可，因为90nm以上的工艺基本定性，改变小。而90nm以下的先进工艺，随着应用的增多，各种测试反馈，会不断调整晶体管器件模型、设计规则、不断优化迭代让良率达到最高。最频繁的时候一个月就要更新一次工艺库，而只要工艺库更新，EDA软件就要跟着更新，更新一次EDA软件就要收费一次，且每次购买的有效使用时长在3年左右。

所以，从收费模式看，EDA软件工厂的收入随着代工厂工艺更新而增加。越先进的工艺，更新越频繁，EDA软件厂越受益。

摩尔定律迫使研发投入高

从EDA行业龙头发展历程看，EDA行业是厚积薄发的生意，需要很长的前期积累。Synopsys和cadence两大巨头为了维持行业地位和紧跟技术发展，他们的研发费用分别高达35%、40%+。

如果有新进入者首先需要经历无收入的巨额投入和有收入的亏损阶段，从企业经营的角度看，没有动力新进EDA行业，除非不能使用现有EDA厂商的产品。

高研发投入的原因是：由于EDA软件与工艺绑定，半导体在摩尔定律的驱动下，工艺更新一次EDA就要跟着更新，EDA厂商就需要再次的研发投入。

从财务数据也能体现出来。与美股典型的软件公司研发投入比较，Cadence和Synopsys的研发投入比例大幅高于其它公司。

行业增速低难保内生高增长

Synopsys在1986年成立，至今33年的历史，才取得33.6亿美元的收入（2019年）。2003~2019年收入的年复合增速只有6.8%，略高于过去20年全球半导体销售复合增速（5%）。

Cadence在1988年成立，至今有31年的历史才取得23.4亿美元的收入（2019年）。2003~2019年收入的年复合增速只有4.7%，略低于过去20年全球半导体销售复合增速（5%）。

并购扩张形成易守难攻的平台型

芯片设计流程有多个步骤，从写代码开始到最终交给代工厂生产的版图，涉及到Verilog代码、前仿真、后端设计、验证、后仿真等步骤。

为了省时省力，对芯片设计公司来说，更倾向于平台化的EDA采购，而不是每个步骤用不同的EDA软件。所以，EDA两大龙头Synopsys、Cadence是平台型的发展战略，从头包到尾。Synopsys优势在于数字前端、数字后端、静态时序验证确认，以及各种模拟、数字IP的完整提供。Cadence优势在模拟芯片设计、数字后端、设计服务、提供双倍速率同步动态随机存储器IP等，Mentor的优势在后端验证确认、可测试性设计、光学临近修正。

基于代工厂和EDA软件的联盟关系，芯片设计公司拿到的是基于Synopsys、Cadence两大巨头的PDK工具包，其它EDA软件想进来，只能做兼容产品。

所以，想要做好EDA软件，必须做大做强才有市场，小而美只能依附于人。

EDA软件的历史，是一部并购史。EDA软件分类很复杂，涉及到90多种不同技术。按照美国《半导体工程》杂志的清单列举中，EDA软件一共有900多家小公司。任何一家公司很难把这么多的技术都通吃，而只有通吃才能做成平台型公司，所以，并购成为了行业共识。

根据南山工业书院的统计，在美国EDA公司的并购历史上，仅仅由Top3的三家巨头直接参与的并购就达到了惊人的200次。每家企业的并购数量平均达到70次。如果考虑许多并购公司在此之前也是吃东吃西，总并购次数大约在300次左右。

最近十几年EDA软件行业的并购有以下特征：

1.每年的并购次数分布比较均匀

2.并购频率高、金额小。

3.没有出现黑马挑战者。

EDA并购特征说明这个产业已经很成熟，强者通过并购越来越强大。EDA具有工业软件属性，以积少成多的汇聚方式形成巨大的知识壁垒，后来者很难追上。行业龙头很稳定地占据易守难攻的产业制高点。

商业模式创新造就两大巨头Cadence、Synopsys

属于小而美的软件类公司

Synopsys和Cadence两大巨头成立30多年，各自收入规模也30亿美元左右，相当于大约每年增加1亿美元收入。从收入规模及增速看，没有高成长属性。

从利润率比较看，两大EDA巨头的毛利润率、净利润率，与美股主流软件公司相当。

从人均指标看，人均收入、人均毛利也与软件公司相当。

IP成为EDA公司增长点

EDA软件是Synopsys的最大收入来源，但IP收入占比在增加，增速也远超EDA增速，将成为Synopsys的主要增长点。

这个很好理解，因为全球半导体市场增速是放缓的，约5%左右，那么对EDA软件的需求也是同样变化趋势。半导体整体市场增速慢，说明新品少，芯片设计公司、半导体代工竞争激烈，大家都趋于同质化。

EDA软件公司的客户的产品趋于同质化的结果是，芯片设计逐渐模块化、IP化，由第三方提供足够的IP库，芯片设计公司可以快速做出产品。

所以，IP供应商将越来越有生意可做。过去三年，Synopsys的IP收入占比从28%提升到31%。Synopsys的IP收入占比提升，带来毛利率提升。虽然公司没有公布三项业务各自毛利率，但是我们知道IP业务相比较EDA软件，没有后期的维护成本，毛利率高于EDA。

Synopsys的IP收入增速保持在20%附近，而公司的EDA业务收入增速只是微弱增长。

Cadence的IP收入占比较少，公司没有独立披露。EDA软件公司向IP发展已经是共识了，两家巨头都很重视IP业务，由于Synopsys的IP主要是靠收购而来的，所以目前Synopsys的IP收入较Cadence多。

商业模式创新造就行业巨头

EDA软件的诞生，是用美国加州伯克利分校的数学理论与数值分析知识，实现了方程组的求解，最终完成了电路仿真程序SPICE的开发。

EDA软件巨头的出现、地位的巩固，都离不开商业模式的创新。从下游客户角度看，任何一家芯片设计厂商为了成本以及制衡，一般都会同时采购2家EDA公司的产品，不会出现一家独大的局面。

Cadence的两大商业模式创新：

一是脱离硬件，单独卖软件。刚开始的EDA软件是和硬件绑在一起出售，类似国内现在的网络安全业务，安全软件要加载在硬件上面出售。Cadence在1981年成立，开创“只卖软件”的EDA模式。

二是引入客户投资模式。将下游半导体厂商客户变为股东，由于EDA开发需要半导体厂商提供工艺、提供反馈，这种“股东+客户”模式确保“EDA和半导体制造”联盟更加紧密。

Synopsys的两大商业模式创新：

一是创建标准单元库，预先设计好各种基础单元逻辑门电路，让芯片设计工程师直接调用，这样可以快速设计出规模更大电路。

二是开创IP授权模式，将各种设计库虚拟化，再授权给芯片设计公司使用。IP和单元库的区别可以这样理解，IP是封闭的、黑匣子形式的复杂单元库，单元库是最简单的、透明的IP。

竞争壁垒高，低增速也有高估值

EDA软件生意的高壁垒决定了既是业绩是低增长，也可以拥有高估值。

Cadence的过去8年的涨幅主要有估值提升推动。市盈率从2012年以来呈现上升趋势，从2012年的9倍上升到2019年的55倍，而同期收入增速维持在8%左右。

稳定的行业地位、高竞争壁垒，可以支持估值提升的逻辑。前面我们已经论述，EDA软件与半导体制造联盟，要跟随半导体制造工艺升级，越往先进制程发展，竞争对手越少、盗版软件越少。

Synopsys的估值表现和Cadence一致，最近几年的PE一直处于上升趋势，已经达到60倍（20200610）。而同期的收入增速并不乐观，并且一直在以并购进行外延扩张。

前面我们已经论述EDA行业本身增速不高、技术分散，只有通过并购实现全流程全功能集中，最终实现做大规模。

Synopsys的并购的好处开始显现，虽然收入增速不高，但是并购整合后运营效率提升，带来的净利润增速远超收入增速。Synopsys的过去5年的净利增速分别为5%、14%、23%、19%、36%。从PEG的角度看，Synopsys的市盈率高估值是有业绩支撑的。

因为有进口依赖，国产EDA错失黄金期

国产EDA的三大差距

相对国际巨头，国产EDA差距有三方面：

1.缺少数字芯片设计的核心工具模块，无法支撑数字芯片全流程设计。

2.对先进工艺支撑不够，暂未进入先进代工厂的联盟。

3.缺乏制造及测试EDA系统，无法支持集成电路封测的应用需求。

虽然国产EDA企业难以提供全流程产品，但在部分细分领域具有优势，个别工具功能强大。例如，广立微电子的良率优化、博达微的快速参数测试、仿真端的华大九天和概伦电子实力强劲、后端的芯禾实力较强。

1994年之前与世界同步

1994年之前，“巴黎统筹委员会”对中国实施禁运管制，国内无法买到国外的EDA软件工具，倒逼国内自主研发EDA 工具。1978年“数字系统设计自动化会议”召开，中国的EDA开启了自主化之路，直到1993年国产首套EDA熊猫系统问世。目前三大EDA巨头都是在1981~1988年之间成立的，可以说，1994年之前，我们的EDA软件是与世界同步的。

1994~2008年依赖进口，自主化进入沉寂期

1994年EDA公司取消了对中国的禁运，国内重心在快速发展集成电路产业，却又无暇补上设计软件，对国外的EDA公司的依赖性也就一直延续到了现在。

2009~至今重启国产化

国内EDA龙头华大九天，2009年中国华大集成电路设计集团的EDA部门独立出来，专门从事EDA，标志着EDA国产化重启。

芯愿景：项目形式的EDA软件商

业务以项目形式为主

公司2002年成立，目前有三项业务：IC 分析服务、IC 设计服务及 EDA 软件授权三大板。从收入结构和成本结构看，公司不是纯正的EDA软件公司。除了收入占比3%的EDA软件，IC分析服务和IC设计服务都是项目型的订单，定制化程度较高，2019年人工费用占营业成本比例70.91%。

公司在半导体工艺节点方面服务能力范围350nm~7nm，覆盖绝大部分半导体工艺，可以满足所有市场需求。

IC 分析服务，属于逆向设计，就是要想办法弄清楚别人是怎么设计芯片的。具体方法是把成品芯片一层层解剖，一看工艺结构，二看电路设计。最终为客户提供的价值是，一是防止竞争对手抄袭芯片设计专利，二是绕开别人的专利设计自己的芯片。

IC设计服务，是帮客户完成所有设计芯片的工作，可以理解为客户的芯片设计外包部门。

EDA软件，定位于上述IC分析服务和设计服务领域的所用到的软件。

芯愿景2019年收入1.6亿元，其中IC分析服务占比83%，IC设计服务占比14%，EDA软件占比3%。

业务属性决定毛利率存在波动性

公司主营业务成本主要由人工费用、IC代工费用和其他费用构成，分别占比70.91%、8.77%、20.32%。IC代工费用主要是量产外包业务所采购的晶圆流片、封装、测试等代工费用；其他费用主要包括IC分析服务及IC设计服务业务中所分摊的房租、设备折旧费、外协技术服务费、办公费等。

三项业务毛利率最高的是EDA软件业务的100%，但是收入占比很低，2019年只有3%。收入占比超80%的IC分析服务，过去三年毛利率分别为74.16%、78.17%、74.16%，毛利率也存在一定的波动，这主要是行业属性决定：

一是芯片工艺升级，公司的分析服务必须跟着升级，从而带来业务工作量增加和完成订单时间拉长。

二是涉及IC知识产权问题，实际工作量和工时与报价存在误差。

三是新进员工需要培训以及员工的业务能力存在差别。

第二大业务IC设计服务，过去三年毛利率分别为33.65%、52.47%、81.06%，呈上升趋势。主要因高毛利率水平的IP授权业务收入占比逐年提高，同时低毛利率水平的 IC 量产外包业务收入占比有所下降。公司授权客户使用的IP均为自主研发，前期投入均在研发当期进行费用化处理，IP业务毛利率为100%。

IC设计服务毛利率较IC分析服务低的主要原因是：IC分析服务业务交付的是分析报告，而IC设计服务业务交付的产品是芯片，成本里面包含制造成本。2017年没有IP收入，最能体现该业务的模式。2017年IC设计服务收入1050万元，对应营业成本700万元，占比70%；IC设计服务中的IC量产外包收入890万元，成本640万元，毛利率只有28.2%。

业务属性决定盈利能力较强

芯愿景盈利能力较强，过去三年ROE逐渐上升，2019年达到31%。净利润率也呈现上升趋势，2019年达到47%，2019净利润7500万元。

主要原因是公司的业务属性决定的：

一是由于公司的业务是以逆向设计为市场的服务，公司的客户在自己的领域内属于跟随者，公司自己无需大规模研发投入。

二是反向工程研究方法，有利于缩短技术探索周期，降低新技术研发成本和风险。国内芯片正向设计起步慢难度大，逆向设计需求旺盛，无需大规模销售费用开支。

分阶段收费确保现金流稳定

公司主业IC分析服务业务开展中，由于客户是按照项目进度分阶段付款，并最终一次性对项目进行验收确认，所以应收账款较少。经营性现金流净额占净利润比例较高，过去三年净现比分别为150%、133%、88%。

未来看点是IP和EDA软件授权

IC分析和设计服务，属于项目型的订单业务。IP和EDA软件授权是平台型的业务，收入可以快速增加，且毛利率100%。

公司IC分析和设计服务项目的积累和成熟，有利于发展通用型的IP和EDA软件业务，芯愿景的未来看点是在IP和EDA授权。

投资建议

投资建议：关注美股的两大巨头Cadence、Synopsys，以及即将上市的芯愿景。

行业投资风险

第一，芯片结构出现颠覆性创新，需要新的EDA工具。

第二，美国限制高技术出口政策，导致两家巨头公司的海外收入减少。
       责任编辑:tzh