关于国产EDA破局的思考

1、什么是EDA软件

EDA的全称是Electronic design automaTIon，即电子设计自动化（英语：缩写：EDA）。它是指利用计算机辅助设计（CAD）软件，来完成超大规模集成电路（VLSI）芯片的功能设计、综合、验证、物理设计（包括布局、布线、版图、设计规则检查等）等流程的设计方式。

这里有两个重点，自动化和全流程。

1.1自动化

体现了EDA的定位，要知道在没有EDA软件的时代，也是可以做电子设计工作的。

类似于板级电路上的分立器件，一开始芯片中MOS管的数量并没有那么多，根据器件参数和电路基础知识尤其是电流方程、电压方程是可以手动设计并计算电路中的各种器件的尺寸、连接以及对应的性能表现的。

至于那个年代的版图设计阶段说出来就更硬核了，人工几何学方法把电路图用笔画出胶带之后，甚至于有一道人工的检查环节，由经验丰富的工程师拿着放大镜一点点进行DRC（设计规则检查），要不是笔者在读研的时候听老教师说过这样的例子实在难以想想这个魔幻的场面。

1.2全流程

全流程则体现了现代EDA的范围，刚才的例子中提到的设计、计算（前仿）、布局布线、后仿等所有环节，目前都出现了EDA软件的身影。

同时，对应跟随摩尔定律而一路飞涨的电路规模，现代芯片产业已经无法想象脱离EDA软件的样子了（想象一下一块芯片中有百亿级别的晶体管，人工计算每个管子工作状态的海量工作以及随之而来肉眼可见的低良率）。

1.3一个实例

以EDA软件在一个CPU的设计、生产生命周期扮演的角色总结一下，在前端设计时，模拟电路部分是以电路图的形式存在的，我们需要用到Cadence Virtuoso，在前仿时，同样是Cadence家的Spectre是一个非常优秀的工具。

在后端设计和后仿时，我们需要用到版图设计工具Cadence Virtuoso 、版图提参工具Cadence QRC和物理验证工具Mentor Calibre。

而数字电路部分以笔者最为熟悉的Synopsys 公司生态为例，在RTL（register-transfer level）设计阶段则是Verilog代码的形式，在RTL工具中最具有代表性的就是Synopsys Design compiler（DC）。

在前仿阶段，则会用到Synopsys的VCS。在数字后端设计时，则会用到ICC。此外还会用到验证工具，比如说ICV，此外还有可测性设计工具DFT Compiler 、时序分析工具PT等。

2、EDA软件美国三巨头

从上面的小例子中其实就可以发现，目前芯片行业用得比较多的EDA工具基本都出自三家，Synopsys， Mentor和Cadence。三者的共同点是总部都位于美国，而且很巧的是都成立于上世纪90年代。

首先来看Cadence公司，因为它在模拟电路设计中的领导地位，所以笔者对其最为熟悉。从公司层面来说，1992 年 Cadence 就已经进入中国大陆及香港市场，并且在北京、上海陆续设立了多个研发中心，总员工数超过8000。

Cadence家的Spectre可以说是模拟IC设计的不二选择。不少从业者从在校学习阶段到进入模拟芯片公司工作，都一直在用Cadence全家桶工具。

而Synopsys公司的业务则更加全面，而且事实上也是目前EDA 三巨头的老大。

财大气粗的Synopsys更是多年举办面向世界高校和研究院所青年IC设计人才的国际微电子奥林匹亚竞赛，一度在校园内的影响力颇大。

在三家竞争中，Synopsys的优势更在于数字前端、数字后端和PT signoff。

mentor graphic名列第三，体量也远比前两家要小，但是始终在EDA厂商中有一席之地，其拳头产品Calibre signoff和DFT功不可没。

可以说在目前的市场格局下，2016年被德国西门子收购的Mentor 选择了一条最适合自己的发展路线，不做大而全，只做小而美。

综合三家发展情况，作为世界第一的EDA公司，近几年来Synopsys公司的经营业绩规模持续扩大，去年公司营业收入达到33.61亿美元，同比增长7.68%。

而作为老二的Cadence公司，去年的营收是23.36亿美元。而Mentor被西门子收购不在单独披露收入数据，17年时营收规模不足Synopsys一半。

总体来看，EDA市场规模其实发展比较平稳，但是总量依旧惊人，去年已经跨过百亿美元的门槛，而就在这百亿美元的市场中，过半都在三巨头Synopsys、Cadence和Mentor Graphic的手中。

3、国内EDA厂商现状梳理

在全球市场份额被三巨头吃掉70%的情况下，国内市场当然也不例外。

目前中国芯片业EDA销售额的95%由上文提及的Synopsys、Cadence和Mentor Graphic三家瓜分。相比于这个悲观的绝对数值，国内一些EDA公司的发展趋势还是不错的。

国产EDA市场也有一些发展得相对突出的国内公司，下面将重点介绍两家，一家堪称目前国内EDA领头羊，另外一家则选择了非常具体的应用场景，因为其上市进程，可以说备受关注和争议。

3.1北京华大九天

综合来看目前最被看好的是2009年成立的北京华大九天。

在国内EDA软件市场堪称规模最大，目前华大九天可以提供包括模拟/数模混合IC设计全流程解决方案、数字SoC IC设计与优化解决方案、晶圆制造专用EDA工具和平板显示（FPD）设计全流程解决方案在内的一站式服务，在生态建设方面可以是当之无愧的国内龙头企业。

尤其是在液晶平板领域，国内的行业领导者京东方和华星光电都是华大九天的客户，要知道这两家目前在世界范围内都是三星、LG的有力竞争者。

所以搭上了平板这个风口，加上2018年获得国家大基金的投资，可以说华大九天在业内的发展是相当被寄予厚望的。

3.2北京芯愿景

如果你关注国内资本市场的话，想必对这一家公司不会陌生。

今年5月，号称科创板首家EDA企业的北京芯愿景提交上交所IPO申请，吸引了很多人关注国内EDA软件的发展。

但是细细剖析之后，你会发现号称EDA软件厂商的芯愿景，2019年EDA软件授权收入仅为442.07万元，在公司总营收1.55亿元中占比仅为2.85%。

那其他97.15%是什么呢？——公司IC分析服务和IC设计服务。

听上去比较高大上，但是其实和“反向工程”可能关系比较密切，尤其是“电路提取和分析”这一块的内容，可以说是一个细分的方向，并不是传统EDA厂商非常关注的领域。

3.3其他厂商

除了华大九天和芯愿景之外，国内还有一些EDA厂商在各自的方向上有所发展，比如收购了北京博达微并刚刚完成A轮融资的概伦电子，在半导体器件建模和一体化半导体参数测试解决方案方向就处于国内领先地位。

而半导体巨头国微集团旗下的EDA产品，在FPGA验证及仿真系统上已经处于领先地位，值得一提的是，国微集团不仅承担着国家重大科技专项，而且和高校合作紧密，和传统电子名校西安电子科技大学共同成立的EDA研究院，致力于解决EDA人才培养的问题，为产业破局提供了另外一条思路。

其他还有杭州广立微、行芯科技、苏州芯禾科技、珂晶达、成都奥卡思等公司也在芯片测试、功耗分、可靠性分析、工艺仿真等领域有自己的拳头产品。

4、为什么国产EDA会被人“卡脖子”

EDA作为芯片产业中不可缺少的一环，在把芯片行业上升到国家安全的大背景下，可以说破局已经势在必行。从上文梳理的国内外EDA公司对比来看，我们发现了几个亟待解决的难题：

1、对于IC设计企业而言，尤其是数字IC设计业务，先进工艺的流片成本过大，很难拿出这样的勇气来选择巨头公司以外的替代品。

2、面对Cadence或者Synopsys公司提供的全家桶软件，很多公司脱离整个生态的成本过高，IC行业的设计工程师往往是研究生学历起步，很多工程师从学校学习到多年工作一直使用的都是Cadence或者Synopsys公司的产品，用户习惯强大。而且事实上目前也没有一家国内EDA公司可以全流程取代国外巨头。

3、EDA软件的研发对新入局者来说最需要的就是大量资金投入和时间、经验的积累。在市场被巨头瓜分的情况下，恐怕很难有足够的利润、足够的现金流支撑公司一步步发展下去。

4、EDA的下游是设计公司，而设计公司的下游是工艺厂。EDA巨头和工艺厂的捆绑是困扰国内EDA公司的一大难题。尤其是国内很多都是Fabless模式，模拟IC的0.18um或者0.13um工艺还好，一旦涉及到先进工艺，下游Foundry 不给EDA公司足够的支持，整条产业链都无法走通。

5、关于国产EDA破局的思考

对应于上面提到的几个难题，我们也有相应的建议。

1、EDA公司层面，从相对简单的模拟IC入手，一方面模拟IC市场较大，并且工艺相对成熟，巨头们的垄断优势没有那么明显。另一方面芯片公司设计、投产成本没有那么高，尤其是2009年一波模拟IC创业之后，国内的小设计公司还是很多的，可以从一个点切入市场。华大九天可以说就已经证明了这条路可以走通。

2、EDA人才层面，2015年国家已经建立9所微电子示范学院，覆盖了工艺、设计、器件等诸多方向，但是对于EDA人才的培养还需加强，尤其是产学研结合的方向非常值得探索。因为没有太大的商业利益左右，寻求学界的合作往往比撬动一些大的设计公司更加可行。

3、整个行业层面，需要更多的行业扶持。包括美国在内的国家对于在芯片这样的战略行业、顶尖工业行业都是扶持力度巨大的。尤其是在已经落后的情况下，要想奋起直追，当然离不开国家政策、资本的帮助。

4、大方向要选对，不能剑走偏锋，抄袭工具从整个生态的角度上来说肯定会伤害EDA行业甚至是芯片行业的健康发展。
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