核心觀點
半導體産業鍊國産化勢在必行，EDA自主可控加速推進，下遊新場景拓寬EDA發展空間，帶來産業投資新機遇。預計我國EDA市場中期規模望超三百億元，支撐萬億級半導體産業。伴随産品能力提升、IP産品豐富、産業生态完善，國産力量有望快速崛起。重點看好EDA領域龍頭廠商長期機遇。
EDA：晶片設計必備工具，半導體産業鍊皇冠上的明珠。EDA面向電子設計領域，提供電路設計、布線、驗證、仿真等功能，是晶片設計必備工具。軟體品質和生态建設是龍頭廠商構築EDA壁壘的核心利器，半導體知識産權是EDA廠商的重點發力方向，幫助降低晶片設計難度，拓寬産品邊界。EDA起于上世紀70年代，從“手工設計”走向“人機互動”，功能不斷豐富。現代EDA工具貫穿內建電路設計、制造、封裝、測試全産業鍊，加速內建電路産業的技術革新，是半導體産業鍊皇冠上的明珠。
全球格局：百億美金賽道撬動四千億美元半導體産業鍊，國際三巨頭以産品/IP/生态構築壁壘。根據ESD Alliance、WSTS資料，2020年全球EDA市場規模為115億美元，全球半導體市場規模為4404億美元，EDA占半導體産業鍊比重為2.6%，占比逐漸增加，價值凸顯。全球三巨頭Synopsys、Cadence和Mentor Graphics(現為Siemens EDA部門)合計市占率超六成，産品/IP/生态是其核心競争力，其中IP業務快速增長，有望成為EDA發展的主要驅動力。龍頭公司形成了“利潤累計-加大研發-技術提升-降本增效”的良性循環。
國内格局：群雄逐鹿，瓜分近七十億元市場。根據賽迪咨詢、WSTS資料，2020年中國EDA市場規模為66億元，中國半導體産業市場規模1517億美元，EDA占半導體産業鍊比重僅為0.6%，遠低于2.6%的世界平均水準。目前，國内EDA市場多被海外龍頭占據，其市場佔有率近九成。國産EDA廠商以提供點工具為主，少有EDA廠商擁有針對部分半導體産品的全流程解決方案，與海外龍頭存在一定差距。伴随全球半導體産業鍊第三次轉移向中國，我國EDA市場有望快速增長，并培育出一批國内優質EDA公司。
未來展望：多措并舉，以點帶面，劍指三百億市場。國家政策、資金支援、人才培養、生态建構為中國EDA軟體發展保駕護航，國産EDA廠商快速崛起。對比國内外半導體與EDA行業發展曆史與現狀，我們認為國内半導體設計/制造等全鍊條将加速發展，我國EDA在半導體産業的滲透率有望從0.6%提升至2.6%，對應市場規模超300億元，其中國産化比例有望大幅提升。國産龍頭企業有望以點工具為突破口，以點帶面，形成全流程産品與解決方案，加速布局IP并建構上下遊生态，打開廣闊成長空間。
風險因素：技術創新、産品更新不及預期風險;研發投入較高，資金需求風險;行業競争加劇，市場競争風險。
投資政策：半導體産業鍊國産化勢在必行，EDA自主可控加速推進，下遊新場景拓寬EDA發展空間，帶來産業投資新機遇。預計我國EDA中期規模望超三百億元，支撐萬億級半導體産業。伴随産品能力提升、IP産品豐富、産業生态完善，國産力量有望快速崛起。重點看好EDA領域龍頭廠商長期機遇。
正 文
創新之處
1)本報告系統梳理了EDA企業崛起規律，提出核心産品能力及方案完整度、IP能力儲備、産業鍊協同是龍頭公司三大壁壘，其背後是持續的政策/人才/資金支援。
2)通過對比國内外半導體與EDA行業發展曆史與現狀，我們認為在國内半導體設計/制造等全鍊條加速發展的背景下，EDA在國内半導體産業的滲透率有望從0.6%提升至2.6%，産值望超300億元，其中國産化比例有望大幅提升。
3)本報告梳理了海外與國内産業的生态格局，不同廠家在不同功能點上競争優劣差異，為未來研究跟蹤公司産品競争力指明了方向。
EDA：半導體産業皇冠上的明珠
EDA概述：晶片設計必備工具，繪制半導體國産化新藍圖。
分類：EDA屬工業軟體類研發設計軟體。工業軟體是在工業領域應用的軟體，包括系統軟體、程式設計語言、應用軟體和中間件等。按照産品形态、用途和特點的不同，工業軟體市場可進一步細分為研發設計軟體、生産控制軟體、資訊管理軟體以及嵌入式軟體。在多類工業軟體中，研發設計軟體位于“卡脖子”環節，價值高，研發難度大。研發設計軟體對人才素質要求高、産品可靠性需求強、行業know how知識需求大。
概念：EDA軟體面向電子設計領域，提供電路設計、布線、驗證、仿真等功能。EDA是電子設計自動化軟體，其前身是計算機輔助設計CAD和計算機輔助工程CAE。CAD的研發起源于20世紀60年代，旨在通過計算機及相關裝置輔助設計人員工作。電子設計領域中，設計師起初通過CAD軟體進行IC版圖設計、PCB布線布局等。随着電路逐漸複雜，仿真需求日漸凸顯，CAE通過增加模拟、仿真、時序分析等功能輔助設計者在設計階段預知産品功能。EDA軟體面向電子設計領域的超大規模內建電路(VLSI)，進一步完善電路設計、布線、驗證、仿真等功能，提供晶片設計解決方案。
功能：EDA幫助設計師實作自抽象到具體的全流程設計，同時提供多層級仿真驗證，確定功能可靠。
1) 架構設計：根據客戶需求提出具體設計架構，劃分子產品功能;
2) 設計實作：通過硬體描述語言(VHDL、Verilog HDL等)對子產品功能進行描述，實作RTL級代碼;
3) 邏輯綜合：将HDL代碼轉換為門級網表netlist;
4) DFT實作：為後續測試進行測試電路實作;
5) 實體設計：為實際布局布線。
與晶片設計不同階段對應，EDA軟體提供不同層級的驗證、仿真等功能，包括設計規則、布局布線、版圖檢查等。根據Synopsys資料，設計流程中仿真驗證步驟占約70%時間。以7/5nm以下工藝的設計規則檢查DRC(Design Rule Check)檢測為例，DRC檢測需數天完成一次疊代，其中包括10萬次DRC計算操作和1萬條複雜規則。仿真驗證功能至關重要，仿真驗證在晶片設計階段估計晶片性能，確定半導體晶片成品滿足使用者需求。
EDA特點：軟體品質、生态建設構築壁壘，知識産權拓展産品邊界。
EDA軟體的三大評估次元是可靠性、及時性和功能子產品的豐富性，軟體品質、生态建設、半導體知識産權分别展現了可靠性、及時性、豐富性，構築EDA壁壘。可靠性指的是基于EDA軟體進行的晶片設計、模拟仿真等步驟是否能幫助晶片設計者在設計階段解決晶片設計問題，預知晶片表現。及時性指的是EDA軟體能否及時更新下遊代工的最新工藝，進而保證晶片設計人員能夠根據下遊代工廠的生産工藝進行布局布線。豐富性指的是EDA廠商提供的半導體IP的豐富程度能否滿足晶片設計師的需求。我們認為，軟體品質的高低決定了軟體可靠性，生态建設的程度決定了EDA軟體工藝更新的及時性，半導體IP的數量和品質決定了EDA軟體的豐富性。
從軟體品質層面看，高素質人才、用于研發并購的資金是決定軟體品質的重要因素。
高素質人才：EDA軟體開發難度大，需要具備高素質複合型人才。根據Synopsys公司官網，EDA工具的複雜性和開發難度對于人才品質需求較高，掌握數學、實體、計算機、晶片設計等多行業知識的複合型人才備受青睐。根據Synopsys官網資料，培養一名成熟的EDA研發人員往往需要十年時間，期間經曆高校培養、企業實習、項目實踐、不斷精進等。EDA軟體的發展離不開高素質人才，EDA廠商是否有足夠的高素質研發人員是衡量EDA企業競争力的重要标準之一，晶片設計産業的發展決定于高校的人才梯隊建設。
用于研發、并購的資金：并購成就EDA巨頭，研發維持龍頭地位。國際EDA龍頭廠商Synopsys和Cadence 2020年營收分别為36.9、26.8億美元，研發費率分别為35%、39%，近年來龍頭企業持續進行高研發支出。EDA廠商通常難以以一己之力建構全流程EDA軟體，國際EDA三巨頭的發展過程中共并購200餘次。從零打造具有全流程解決方案的EDA軟體廠商，其成功的必要條件之一為用于研發和并購的資金充裕。由于半導體産業特點為投資的回報周期較長，是以具有國家或者相關産業基金支援的廠商更有底氣進行高研發投入和大規模并購。
從生态建設層面看，産業鍊上下遊的雙向疊代是生态建設重要方式，幫助EDA軟體提升工藝更新的及時性。與下遊代工廠的深度結合有助于EDA廠商加快軟體革新。晶片設計廠商根據下遊代工廠提供的PDK(Process Design Kit)工具進行布局設計，複雜晶片的流片成本以百萬元計價，時間以月為機關，穩定的EDA軟體可保證流片成功率。和下遊代工廠進行深入綁定的EDA廠商生态體系完善，有能力提供更加穩定和及時的工藝革新，為晶片設計公司提供及時的工藝制程。
從知識産權層面看，半導體IP提供成熟的功能子產品，幫助晶片設計人員提升晶片設計效率，拓寬EDA産品邊界。為了簡化晶片設計難度，EDA廠商将固定的功能子產品化為半導體IP(SIP, Semiconductor Intellectual Property)，降低晶片設計難度，半導體下遊新場景如5G等催發面向EDA軟體的新需求，促進EDA軟體提供面向新場景的相關功能實作。相關産業發展對半導體需求增加，下遊新場景催生面向新業務SIP子產品，推動EDA軟體市場規模持續增長。晶片設計公司根據需求進行晶片設計，成熟的功能可通過采購SIP實作高效、可靠的晶片設計。以Synopsys為例，公司在接口、存儲器、處理器、安全性等多領域具有豐富的SIP經驗積累。
EDA的曆史與未來：産品功能由點及面，四大驅動力引領未來。
EDA軟體曆史程序：EDA軟體的發展曆經三個大階段，第一階段是CAD階段，第二階段是CAED階段，第三階段是EDA系統設計階段，第四階段是現代化EDA階段。
第一階段：計算機輔助設計(CAD)階段。上世紀七八十年代，由于晶片複雜度低，晶片設計人員可以通過手工操作完成電路圖的輸入、布局和布線。七十年代中期，可程式設計邏輯設計技術的出現使得晶片設計自動化成為可能，互動圖形編輯、半導體版圖設計、規則檢查等功能提升了晶片設計的自動化程度。
第二階段：計算機輔助工程(CAE)階段。20世紀80年代，EDA技術進入發展和完善階段，推出的EDA工具以邏輯模拟、定時分析、故障分析、自動布局和布線為核心，重點解決功能檢測等問題，利用這些工具，設計師能在産品制作之前預知産品功能和性能。80年代後期，EDA工具已可以進行設計描述、綜合與優化和設計結果驗證。
同時期，EDA商業化雛形顯現。1980年，Mead, C.和Conway, L.出版《超大規模內建電路系統導論》，論文提出使用程式設計語言進行晶片設計，進而啟發了VHDL和Verilog等工具的誕生。使用程式設計語言進行晶片設計進一步降低了晶片設計師工作的複雜程度，是EDA商業化中的重要推動力。
第三階段：電子系統設計自動化(EDA)階段。二十世紀九十年代，随着晶片設計流程的标準化發展以及內建電路設計方法論的完善，EDA晶片設計工具百花齊放：可程式設計邏輯陣列、标準單元庫、全/半定制設計、專用內建電路設計等。通過抽象封裝，晶片設計師從底層的布局布線的繁雜工作中解脫出來，根據晶片應用需求通過自頂向下，自抽象到具象的設計方法成為主流。
第四階段：現代EDA技術。進入21世紀後，EDA工具快速發展，并已貫穿內建電路設計、制造、封裝、測試的全部環節。在仿真驗證和設計兩個層面支援标準硬體語言的EDA軟體工具功能更加強大，更大規模的可程式設計邏輯器件不斷推出，系統級、行為級硬體描述語言趨于更加高效和簡單，EDA工具的發展加速了內建電路産業的技術革新。
四大因素驅動EDA軟體未來發展：摩爾定律、設計方法學創新、AI賦能、EDA上雲。随着內建電路的發展，晶片的複雜性、內建度日益增加，EDA工具有效保證晶片設計中不同層次設計的可靠性，提升設計效率，進而縮短設計周期。
1)摩爾定律：硬體工藝革新趨緩，EDA軟體重要性凸顯，引領摩爾定律實作。英特爾公司創始人戈登摩爾于1975年在IEEE國際電子元件大會上送出論文，預言每兩年半導體晶片上內建的半導體和電子數量翻一倍。半導體工藝制造制程進步使得晶片每機關面積可布置更多的半導體，目前常用的內建電路通常內建數十億半導體。半導體制造廠商、晶片設計廠商從硬體、軟體兩方面推動摩爾定律預言實作。受到研發成本高、量子效應等因素影響，半導體制造廠商的生産工藝革新趨緩，對摩爾定律驅動力減弱，進而導緻EDA軟體重要性愈發凸顯。
以Intel研發模式為例，半導體制造技術、晶片架構設計合力驅動晶片性能提升。根據Intel官網資料，為實作摩爾定律預言，英特爾采取Tick-Tock的研發模式，在研發的Tick周期以晶片制造技術的進步實作摩爾定律預言，在Tock周期以晶片架構的革新實作摩爾定律預言。受研發成本高、量子效應等影響，制程工藝革新趨緩，硬體革新出現瓶頸，是以EDA軟體重要性凸顯，幫助實作晶片架構快速更新。
我們認為，制程革新的趨緩主要有研發成本、量子效應兩點因素，對應凸顯了EDA軟體的價值：
a)研發成本因素：伴随晶片制程的提升，研發投入加速增長，由于硬體成本較高，是以EDA軟體的改進重要性凸顯，幫助晶片架構更新。根據市場研究機構IBS資料，5nm制程晶片研發費用為4.76億美元。3nm制程晶片研發費用為5-15億美元;工藝開發成本為40-50億美元;晶圓廠營運成本為150-200億美元。目前具備世界先進制程研發能力的廠商僅有台積電、三星、英特爾等。2018年，因高昂的研發成本，當時排名世界第二的代工廠格羅方德放棄7nm制程的研發。中芯國際能夠量産14nm制程晶片，12nm、7nm制程晶片處于研發過程中。低制程晶片研發成本加速提升，是以，EDA軟體的改進對晶片性能的提升顯得尤為重要，EDA軟體革新可進一步幫助改進晶片架構。
b)量子效應因素：量子效應阻礙工藝革新，EDA模拟仿真可将量子效應帶來的影響考慮在内，在設計環節提供仿真驗證方式。根據Semiconductor Engineering資料，量子效應在5nm制造技術中的相關影響可以通過代工廠的限制性設計規則在晶片設計階段規避。但是當制程進入3nm及以下，晶片設計者在晶片設計階段就需要考慮到量子效應所帶來的影響。對納米級半導體設計進行模拟仿真是EDA軟體的新賽道，也是半導體制程能否進一步降低的關鍵。
面對工藝制程更新趨緩，三個不同次元的演進路徑有望進一步推動摩爾定律預言發展。延續摩爾定律指引：延續摩爾定律旨在單晶片上內建更多的半導體，進一步提升晶片性能;擴充摩爾定律指引：擴充摩爾定律旨在将邏輯、模拟、存儲等功能的子產品疊加在同意晶片上，對EDA軟體的複雜設計功能提出更高的要求;超越摩爾定律指引：超越摩爾定律則是基于新工藝、材料、器件等進行創新，對EDA工具在新器件的模拟仿真提出更高要求。
2)設計方法學創新：EDA工具助力晶片設計研發成本降低。2013年，美國加州大學聖地亞哥分校Andrew Kahng教授測算，2011年設計一款面向消費端市場的晶片成本為四千萬美元，如果EDA技術自1993年開始止步不前，那麼這款晶片的設計成本将為77億美元。可重複利用IP子產品，異構晶片等驅動EDA技術進步。EDA軟體與晶片設計技術共同進步，提升晶片設計效率，降低研發成本。
3)AI賦能：通過學習晶片設計師的設計經驗，進一步提升晶片設計效率。從RTL級别程式設計至GDSII級别檔案生成需要晶片設計師數月的時間完成設計、仿真、綜合、模拟等環節，本世紀早期，EDA公司就在嘗試使用機器學習算法進行輔助。随着晶片設計相關資料的積累，計算機計算能力的提升，晶片設計複雜性增加以及人工智能技術的進展等因素的驅動，人工智能在晶片設計領域的重要性初步顯現，EDA軟體中的規律性、調試性的性能有望在AI的支援下自動化實作，進而提高EDA軟體易用性，降低晶片設計成本，提高晶片設計效率。國家級、企業級的項目着眼AI賦能EDA軟體。
案例一：美國國防部進階研究計劃局(DARPA)在2017年提出“電子複興計劃(ERI)”，其中電子裝置智能設計(IDEA)項目對于AI賦能EDA工具進行設想，其目标為“設計工具在版圖設計中無人幹預”，即将晶片設計師的設計經驗固化為機器學習模型的輸出目标，建構統一的版圖生成器，進而實作版圖設計的自動化、智能化，并進一步提升設計效率。
案例二：Synopsys公司對于AI的布局主要涉及AI驅動的設計應用程式DSO.ai解決方案;機器學習增強型設計工具;AI晶片設計解決方案。其AI解決方案的客戶主要有三星電子、英國人工智能晶片制造商Graphcore、薩瑞電子等。
案例三：谷歌公司刊發在《自然》雜志2021年6月刊上的文章表明，AI在數字電路布局布線領域取得一定進展，使用AI設計的電路布局有望應用在谷歌公司下一代TPU産品上。
4)EDA上雲：雲化EDA具備計算能力強、資本支出友好等多項優勢。雲化EDA主要是通過雲技術将EDA軟體部署在雲端，建構EDA雲平台，主要優勢有如下四點：
雲端伺服器具有較強的計算能力，晶片設計企業如需設計複雜晶片，具有強大計算能力的雲伺服器是晶片設計的底層保障;
雲端伺服器無需前期大額費用，晶片設計企業無需在晶片設計前購置本地軟硬體設施，可根據企業需求靈活使用計算資源;
雲端伺服器的通路不受地理環境限制，晶片設計企業的設計師們可以随時随地對于雲端軟體進行通路;
雲端伺服器提供EDA軟體配套環境，便于EDA廠商向高校等機構推廣自身EDA産品，進行人才梯隊建設。
全球格局：巨頭三足鼎立，産品與
生态展現核心能力
市場規模：百億美金“卡脖子”賽道，撬動四十倍半導體産業鍊
半導體産業：四千億美元規模增長穩健，亞太地區市占率穩居第一，半導體産業方興未艾。根據WSTS世界半導體貿易統計協會資料，2020年世界半導體領域市場規模達4404億美元，2014-2020年CAGR為4.62%。其中內建電路2020年市場規模達3612億美元，占半導體産業規模82%，2014-2020年CAGR為4.50%。根據WSTS預測，全球半導體産業在2021、2022年增速将分别達到19.7%、8.8%，對應市場規模5270、5730億美元，半導體産業發展方興未艾。
根據地區劃分：亞太地區增速引領。根據WSTS預測，2021年，半導體産業市場規模各地區增速中，亞太地區23.5%、歐洲21.1%、日本12.7%、美國11.1%，半導體産業鍊第三次轉移促成亞太增速引領。
根據産品劃分：存儲器等新興領域有望快速發展。2021年，半導體産業市場規模增速中，存儲器将達到31.7%、傳感器22.4%、模拟電路21.7%、光電器件9.8%、Mos Micro(MPU、MCU等)8.1%。
EDA軟體：EDA軟體處半導體産業鍊最上遊，2020年全球市場規模達115億美元。根據ESD Alliance(Electronic System Design Alliance)電子系統設計聯盟資料，2020年全球EDA市場規模115億美元，同比增長11.6%，2015年至2020年CAGR為8%。
根據地區劃分：美國、亞太地區占比近八成，亞太地區增速引領，規模有望超美國成全球第一。2020年美國、歐洲中東非洲、日本、亞太地區營收分别為48.8、16.0、9.7、40.2億美元，占比分别為43%、14%、8%、35%，分别同比增長9.9%、6.3%、8.2%、17.1%，2015-2020年CAGR分别為6.7%、5.9%、4.3%、11.9%。亞太地區EDA軟體市場規模持續高增長。
根據産品劃分：CAE/SIP/IC三者占比超八成，SIP保持高增速成主驅動力。半導體産業鍊上遊EDA軟體根據類型可分為計算機輔助工程CAE、半導體知識産權SIP、IC實體設計、印刷線路闆PCB和多晶片子產品MCM以及其他相關服務。2020年SIP規模40.4億美元，占比35%，增速17.1%，引領EDA軟體行業增長。
EDA軟體之于半導體産業鍊：百億美金卡脖子賽道，撬動四十倍半導體産業鍊。根據ESD Alliance電子系統設計聯盟資料，2020年EDA軟體産業規模達115億美元，結合WSTS測算的半導體産業2020年市場規模4404億美元，EDA軟體占半導體産業規模2.6%。EDA軟體位處半導體産業鍊最上遊，EDA軟體是下遊半導體産業鍊的“卡脖子”環節，地位不言而喻。
主要參與者：三巨頭市占率超六成，需求釋放促進龍頭高增。
全球市場中，Synopsys、Cadence和Mentor Graphics呈三足鼎立之勢，對EDA軟體具備深度了解，也與下遊電子設計與制造廠商綁定較深。
Synopsys：成立于1986年，創始團隊曾就職于通用電氣的微電子中心，創始人Aart de Geus博士的導師是加州大學伯克利分校SPICE模拟程式之父Rohrer教授，公司初期公司具備邏輯綜合技術，融資來自于下遊企業通用電氣和哈裡斯半導體公司。Synopsys公司目前是EDA軟體工具廠商，并提供技術先進的內建電路設計與驗證平台，半導體知識産權和設計服務。
Cadence：由SDA公司和ECAD公司在1988年合并而成，其中SDA公司成立于1983年，創始團隊為加州大學伯克利分校的學生和貝爾實驗室的研究員，融資來自于下遊企業(愛立信、通用電氣、哈裡斯半導體公司、美國國家半導體公司各100萬美元)以及風險投資公司(共計100萬美元)。SDA公司盡管初期遇到困難，但是憑借其合夥模式最終實作持續盈利。Cadence公司目前提供EDA軟體、仿真硬體和知識産權等。
Mentor Graphics：成立于1981年，創始團隊來自于美國俄勒岡州電子制造公司Tektronix，創始團隊同樣具有半導體制造産業背景。2017年Mentor被德國西門子公司收購成為其EDA部門。
全球EDA行業按照營業收入規模大體可分為三個梯隊。參與者根據營收分類，第一梯隊為Synopsys、Cadence和Mentor公司，年營收大于10億美元，在EDA行業具有顯著領先優勢;第二梯隊為Ansys等公司，年營收在五千萬至四億美元之間，具有部分領域的全流程工具進而具備局部領先優勢;第三梯隊包含國微集團、概倫電子等公司，年營收小于三千萬美元，主營業務為聚焦于某些特定領域的點工具，在産品矩陣的內建度、完整度等方面與前兩梯隊具有一定差距。
Synopsys、Cadence和Mentor Graphics總營收占全球EDA軟體市場佔有率超60%。根據ESD Alliance資料，2020年EDA全球市場規模114.67億美元。根據營業收入，我們測算Synopsys、Cadence公司市場佔有率分别為32.14%、23.40%。Mentor Graphics 2017年被西門子公司收購後，營收不單獨披露。2017年，根據ESD Alliance資料，全球EDA軟體規模為93.58億美元，經我們測算得Synopsys、Cadence和Mentor Graphics的市場佔有率分别為29.12%、20.76%、13.71%，三者共計63.59%。2018-2020年Synopsys、Cadence公司毛利率為76%以上及87%以上。
營收增速：巨頭增速高于行業，集中度提升，龍頭優勢地位加深。Synopsys、Cadence公司2020年營收分别為36.9、26.8億美元，分别同比增長9.66%、14.83%。Synopsys、Cadence 2015-2020年營收CAGR分别為10.4%、9.5%，營收增速均高于EDA軟體平均8%的CAGR。根據Synopsys公司2020年報披露，公司營收同比增長9.66%主要由SIP的license授權和服務營收增加所緻。根據Cadence公司2020年報，公司營收同比增長14.83%主要由軟體和SIP收入增長所緻。
EDA巨頭全球布局，美國營收占比近半，市場機會廣闊。2020年Synopsys公司營收根據區域劃分，美國營收貢獻48.1%，占比近半，歐洲、中國、南韓分别占比10.5%、11.4%和10.6%;2020年Cadence公司營收根據區域劃分，美國營收貢獻占比40.9%，中國、除中國外其他亞洲地區、歐洲中東非洲分别占15.2%、18.2%和17.5%。晶片設計領域相關産業需求強勁，促進EDA軟體需求高速增長。
龍頭崛起規律1：重視拳頭産品打磨，加碼布局半導體知識産權。
EDA廠商各有拳頭産品，依托拳頭産品建構全流程解決方案。Synopsys公司主攻數字晶片設計、靜态時序驗證确認以及SIP提供;Cadence公司主攻模拟、數模混合平台，數字後端、DDR4 IP等;Mentor主攻後端驗證、可測試性設計、光學臨近修正等，各家分别有主打的拳頭産品，同時也有配套的全流程工具。晶片設計公司可根據其設計的晶片類型采購對應EDA廠商的全流程工具。
資金投入、研發人才是促成EDA廠商拳頭産品的關鍵因素。EDA企業的資金需求主要來源于研發需求和并購需求，人才需求主要來源于對綜合型專業人才的需求。
1)研發需求：行業巨頭持續高研發提升産品品質，進而形成高營收、高研發、優化産品、降本增效的良性循環。根據Synopsys和Cadence公司财報資料，2015-2020年兩公司管理費率維持7%波動;銷售費率随着市場格局逐漸穩定進而穩步下降;研發費率保持較高水準，Synopsys公司研發費率約34%，Cadence公司研發費率約40%。高昂的研發費率維持行業巨頭領先優勢，持續固化技術壁壘。
2)并購需求：EDA三巨頭曆史并購上百次，補全産品矩陣。根據南山工業書院工業軟體組統計，EDA國際三巨頭曆史并購共200餘次，并購範圍覆寫工具、SIP公司等。一家EDA軟體公司難以獨立研發出色的EDA軟體前端後端全流程，收購點技術出色的EDA軟體公司并進行整合成就EDA巨頭。
3)複合人才需求：EDA軟體依賴相關複合型人才提升産品品質。根據前文對EDA軟體人才需求的介紹，EDA軟體青睐具有數理背景、計算機知識以及晶片設計經驗的複合型人才。複合型人才能夠在求解方程、仿真可靠性等方面提升産品的性能和可靠性，為晶片設計廠商順利流片保駕護航。根據Synopsys年報，截至2020年10月31日，公司擁有雇員15036名，約80%以上是工程師，其中近半數擁有碩士及以上學位。
半導體知識産權SIP成新增長點，EDA廠商布局于此建構完成解決方案，競逐增量市場。根據Synopsys和Cadence公司發展曆史，其前期收購主要是通過收購點工具公司，不斷完善自身産品矩陣，最終形成全流程解決方案。近些年收購主要布局SIP子產品及面向新場景的仿真測試工具。以Synopsys為例，公司近兩年分别收購德國汽車軟體開發、仿真、測試工具企業QTronic GmbH;FPGA電路闆解決方案公司DINI Group;存儲器、接口SIP公司eSilicon;存儲器、接口SIP公司INVECAS等。
海外巨頭SIP營收高速增長，占比持續提升，有望成為業務高速增長的主驅動力。根據Synopsys和Cadence财報資料，Synopsys公司IP和系統內建部份營收占比從2017年的28%提升至2020年的33%，2017-2020年CAGR為17%;Cadence公司IP部分占比從2016年的11%提升至2020年的14%，2016-2020年CAGR為17%。SIP業務對目标功能的設計進行封裝，提高晶片設計人員開發效率。受半導體下遊新應用場景催化，SIP業務占比持續提升。
龍頭崛起規律2：上下遊生态綁定緊密，下遊廠商是EDA的試金石。
EDA軟體脫胎于半導體生産垂直整合模式，蘊含晶片生産基因。根據《芯路》(作者：馮錦鋒、郭啟航)描述，上世紀中葉，半導體發展早期，惠普公司HP、德州儀器TI等公司下設CAD部門，并以加州伯克利Pederson教授所開發的仿真程式SPICE為基礎進行半導體研發。随着內建電路複雜性增大，晶片設計廠商難以單獨承受高昂研發費用，促使EDA軟體從垂直整合模式向獨立軟體方向發展，但是上下遊關聯依然緊密。
以Cadence為例，1982年，來自加州伯克利和貝爾實驗室的科學家們建立Cadence，Cadence邀請下遊廠商GE、愛立信、IBM等半導體廠商入股，各100萬美元，幾家VC入股不超過100萬美元，下遊廠商有意願将最新的制造技術回報給Cadence公司。Synopsys公司創始團隊出自通用電氣微電子中心，同樣具有相關技術背景。
建構上下遊生态體系，下遊帶動上遊EDA軟體革新。如前文所述，EDA軟體廠商、晶片設計廠商和下遊代工廠三方面合力構築生态體系。以台積電為例，其大聯盟生态是半導體行業規模最大的生态平台之一，其生态體系包括EDA廠商、獨立IP廠商等，Synopsys、Cadence和Siemens EDA部門均在生态體系中占據一席之地。
根據格羅方德官網資料，公司在2016年成立合作夥伴計劃FDXcelerator，旨在促進22FDX®片上系統(SoC)設計的生态系統，以縮短客戶的産品上市時間。FDXcelerator合作夥伴計劃的初始合作夥伴包括：Synopsys(EDA)，Cadence(EDA)，INVECAS(IP和設計解決方案)，VeriSilicon(ASIC)，CEA Leti(服務)，Dreamchip(參考解決方案)和Encore Semi(服務)。
國内推演：群雄逐鹿，劍指三百億元
市場機遇
市場規模：近七十億元市場空間，半導體高景氣驅動EDA快速增長。
半導體産業：中國半導體産業鍊穩步增長，2020年市場規模達1517億元。根據WSTS資料，中國2020年半導體産業市場規模達1517億美元，同比增長5.0%，占全球半導體産業34.4%。根據中國半導體行業協會測算，2020年中國內建電路市場規模為8848億元，2014-2020年CAGR為19.7%，保持快速增長。半導體産業鍊第三次轉移向中國進一步穩固中國在全球半導體産業鍊中市場地位。
EDA軟體：2020年中國EDA市場規模為66億元，市場規模快速擴張。根據賽迪智庫資料，2018-2020年中國EDA軟體市場規模從44.9億元增長至66.2億元，CAGR為21.4%。結合ESD Alliance資料，2018-2020年中國EDA軟體市場規模占全球比例從7%增長至9%，遠低于中國半導體産業鍊占全球半導體産業鍊的比例。
下遊晶片設計廠商數目顯著增加，晶片設計行業景氣高增長。根據中國半導體行業協會內建電路設計分會年會資料，中國晶片設計企業規模持續增長，2020年達2218家，同比增長24.6%，北京、上海、深圳等地設計企業聚集。半導體産業及晶片設計高景氣帶動EDA軟體需求迅速增長。
主要參與者：國産EDA點工具較多，以點帶面提升産品能力。
中國EDA起步較早，受國内國際兩方面影響未大規模推廣。自建國初期，巴統(巴黎統籌委員會)對中國實施禁運，EDA軟體受政策影響無法進入中國。1986年，國家動員全國17個機關和200餘位專家在北京內建電路設計中心聯合研發EDA軟體，于1993年釋出熊貓EDA軟體。熊貓EDA随後獲兩項國際大獎。
受1994年“巴統”解散，美國解除對中國的EDA軟體封鎖和國内“造不如買、買不如租”的思想兩方面原因影響，熊貓EDA未能被廣泛使用。
2008年4月，“核高基”科技重大專項方案經國務院審議通過。EDA行業作為《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006-2020年)》所确定的十六個重大專項之一，重新獲得了鼓勵和扶持。國内EDA領域湧現出一批優質的企業，如概倫電子、廣立微電子、國微集團和芯和半導體等，中國本土EDA企業逐漸進入全球視野。
提供點工具企業衆多，看好頭部企業以點帶面式發展。中國EDA軟體大多以點工具為突破口，少有EDA廠商擁有針對某種半導體産品的全流程解決方案，與下遊代工廠、晶片設計廠商構築生态體系者寥寥。
擁有點工具尖端技術公司料将通過并購等方式擴大産品矩陣，強化産品的技術壁壘，實作以點帶面的發展。概倫電子于2019年并購北京博達微科技有限公司，持有80%股份，意在利用博達微的AI驅動的測試和模組化技術，增強概倫電子在半導體模組化和測試的領先地位。我們認為，擁有尖端點技術公司、資金充沛的公司有能力通過并購的方式以點帶面發展，并以全流程解決方案為盾堅守市場佔有率。
成長邏輯：EDA國産化勢在必行，三百億空間前景廣闊。
“卡脖子”賽道國産化替代勢在必行。随着EDA國際巨頭對中國晶片設計企業斷供，其對中國晶片設計企業的影響主要有三點：1)無法使用最新版本的EDA軟體進行晶片設計;2)無法使用先進的IP進行晶片設計;3)無法獲得下遊代工廠的生産工藝PDK。EDA軟體作為“卡脖子”賽道，自主可控勢在必行。結合中國目前市場環境和上世紀日韓半導體崛起經驗，我們從政策、人才、資金、上下遊産業鍊的角度對國産EDA軟體崛起驅動因素進行分析。
資金、人才打造優質産品，上下遊生态初具雛形。
1)政策層面：工業軟體、內建電路政策鼓勵。EDA軟體屬于産品創新數字化軟體，同時位處半導體産業鍊上遊，相關政策對EDA軟體影響顯著。近年來，随着國際EDA巨頭和相關下遊制造廠商對中國半導體行業的斷供，中央、地方政府政策頻出，促進EDA軟體發展。
日韓啟示：國家支援，整合業界資源是半導體産業發展的先決條件。日韓半導體的崛起與國家支援緊密相關，國家在政策、行業整合、資金等多方面的大力支援才能夠扶持起半導體這一規模龐大但至關重要的産業。
日本于1974年準許“VLSI計劃”，聯合日立、NEC、富士通、三菱、東芝公司研發DRAM存儲器。1982年，日本DRAM市場佔有率排名第一。舉國體制、行業資源整合實作技術攻堅。1980-1989年，世界半導體份額占比，美國從57%下降至35%，年均下降2pcts，日本從27%上漲至52%。
半導體産品研發成本較高，為加速半導體制造技術追趕程序，南韓以三星等公司為主要力量進行半導體工業先進技術研發。
2)資金層面：大基金及産業資金支援，龍頭企業IPO進展加速。國家大基金于2018年9月投資EDA産業龍頭公司中國電子、建元投資等跟投。華為旗下投資公司哈勃科技布局EDA軟體，分别投資湖北九同方微電子有限公司、無錫飛譜電子資訊技術有限公司和上海立芯軟體科技有限公司。九同方微電子專注IC設計軟體，提供IC流程設計工具、IC電路原圖設計、電路原理仿真等工具。飛譜電子專注為晶片設計、制造、封測廠商提供解決信号及電源完整性、電磁相容及幹擾等挑戰的産品。上海立芯軟體科技有限公司專注實體設計和邏輯綜合等IC工具研發。
日韓啟示：資金購買專利技術加速追趕。對于技術和相關工具的收購有助于我國EDA軟體的快速追趕。根據Synopsys 2020年報，軟體完整性功能海外競争公司有以色列Checkmarx公司、英國Micro Focus International plc公司。根據Cadence 2020年報，海外競争公司有澳洲的Altium Limited;日本的Zuken Ltd.。通過并購的方式可以加速企業全流程解決方案的實作，有望加速國産化替代。
根據《芯路》描述，19世紀50年代，日本的索尼、NEC等公司從美國購買專利并在此基礎上進行研發，內建電路産業快速發展。日美廠商随後成立合資公司，實作半導體技術快速追趕。
在南韓半導體技術追趕的過程中，以三星公司為例，三星希望購買技術的訴求被美國的摩托羅拉、德州儀器，日本的東芝、日立等拒絕。但是三星依然從美國的CITRIX公司購買了CMOS工藝技術;從美光公司購買了256KB DRAM技術;從日本的夏普公司購買半導體生産裝置等。十年時間從組裝切入半導體制造，1979年16KB DRAM研制成功，掌握VLSI技術。
3)人才層面：産學研結合，内資EDA企業人才數目大幅增長。為貫徹《鼓勵軟體産業和內建電路産業發展的若幹政策》，國家教育部、科技部于2003年成立國家內建電路人才培養基地，目标是為國家培養4萬名電路設計人才。支撐機關包括北大、清華、北航等20所高校。高校培養模式中覆寫EDA軟體，如北京大學軟體與微電子學院內建電路方向包括內建電路設計與EDA;清華大學計算機系設定EDA實驗室;北京航空航天大學設定EDA實驗室并開設“計算機EDA設計”課程。國内龍頭EDA廠商與清華、複旦、浙大、福州大學等共建實驗室，鼓勵培養EDA領域人才。在學生培養階段建構軟體使用習慣有助于為企業培養人才梯隊，熟悉相關軟體。
根據2020第三屆半導體才智大會釋出的《中國內建電路産業人才白皮書(2019-2020年版)》資料，晶片設計領域人才需求占內建電路産業81.8%，人才缺口較大。根據賽迪智庫內建電路研究所資料，内資EDA企業人數從2018年約700人增長至2020年約2000人，外資EDA企業同期從2100人增長至2400人。
4)生态層面：上下遊産業關聯，強化軟體、設計、代工生态，本土龍頭正在崛起。EDA軟體、晶片設計、代工廠三方面結合實作良性循環有助于EDA廠商實時更新PDK套件，SIP庫等，與下遊代工廠緊密結合的EDA廠商将更加具有競争優勢。以概倫電子為例，概倫電子提供面向內建電路設計的EDA軟體，其2018-2020年國内客戶包含中芯國際、華力微、上海先進半導體制造有限公司、長江存儲等，國外客戶包含台積電、美光科技、聯電、三星電子等。2020年概倫電子營業收入達1.4億元，2018-2020年CAGR為62.7%。整體來看，我國EDA産業鍊生态初具雛形，上下遊協同發展初見端倪。
空間測算：從半導體産業市場規模和EDA軟體滲透率角度對未來空間進行測算，對應EDA軟體市場規模。
1)半導體産業市場規模：根據WSTS資料，2020年全球半導體市場規模為4404億美元，2014-2020年CAGR為4.62%，WSTS預測2021年全球半導體市場增速将達到19.7%。2020年中國半導體産業市場規模達1517億美元，同比增長5%。受益于下遊新場景如5G、自動駕駛汽車等，半導體産業高景氣;受益于半導體産業鍊向中國轉移，以及半導體産業鍊國産化趨勢明顯，預計中國半導體産業增速将超全球平均水準。我們預計中期中國半導體産業市場規模有望達到2000億美元。
2)國産EDA軟體滲透率：根據ESD Alliance資料，2020年全球EDA軟體市場規模達115億美元，相較于4404億美元的半導體産業鍊，滲透率為2.6%。根據賽迪咨詢資料，2020年中國EDA軟體市場規模為66.2億元，相較于2020年中國半導體産業1517億美元市場規模，滲透率僅為0.6%，近3年年複合增速為21.4%，增長動力強勁。随着半導體産業鍊向中國轉移過程中晶片設計行業高景氣，EDA軟體市場規模有望向國際平均滲透率看齊。我們預計中期中國EDA軟體滲透率達到2.6%。
基于以上假設，我們粗略估計中國EDA軟體中期市場規模超50億美元，對應超300億元人民币。
風險因素
1)技術創新、産品更新不及預期風險;2) 研發投入較高，資金需求風險;3)行業競争加劇，市場競争風險。
投資建議
半導體産業鍊國産化勢在必行，EDA自主可控加速推進，下遊新場景拓寬EDA發展空間，帶來産業投資新機遇。我國EDA中期規模望超三百億元，支撐萬億級半導體産業。伴随産品能力提升、IP産品豐富、産業生态完善，國産力量有望快速崛起。重點看好EDA領域龍頭廠商長期機遇。
本文編選自微信公衆号“中信證券研究”，作者：楊澤原 丁奇;智通财經編輯：莊東骐。