上海EDA企业的突围之路
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阿基米德有一句名言：“给我一个支点，我就能翘起地球。”在集成电路工艺技术的持续演进的背景下，EDA已成为撬动整个产业尤其是设计业发展的重要支点。2/3nm工艺、3DIC、第三代半导体、AI芯片等炙手可热的技术中都缺少不了它，EDA也因此被称为“芯片之母”。
芯片是中国科技行业目前发展受限的重要环节，而EDA工具是芯片设计的必备工具。为了不让芯片产业受制于人，上个世纪80年代中后期，我国便开始投入自有集成电路计算机辅助设计系统的开发，并在攻坚多年之后，成功推出首套国产EDA——熊猫系统。这也是中国EDA产业的开端。
随着EDA对集成电路产业的战略意义不断提高，在国产替代需求旺盛、国家扶持政策加码、人工智能和云计算技术领先等多重利好推动下，国内涌现出了众多新兴EDA公司，它们或正迎来“最好的时代”。
上海作为我国集成电路产业的标杆性城市，早已将EDA列为重点布局的领域。目前上海已聚集了国微思尔芯、芯和半导体、概伦电子、立芯软件、阿卡思微电子、瞬曜电子、合见工软、伴芯科技、九霄智能等EDA公司。就在前段时间发布的《新时期促进上海市集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》中，EDA再次被划为重点，提出“实施EDA生态建设专项行动”等重要措施，这将助力EDA企业驶入发展快车道。
▲上海EDA企业概况
国产EDA已跨入“觉醒年代”，上海EDA企业还有哪些新机会，未来将走向何方？梳理EDA行业发展历程和上海EDA企业的奋起之路，或将为2022年接棒向前铺路。
以史为鉴：EDA巨头是怎样炼成的？
EDA的故事要从上世纪70年代说起，彼时芯片复杂度低，芯片设计人员可以通过手工操作完成电路图的输入、布局和布线。后来随着集成电路的诞生和发展，集成度逐渐提升，电路设计的复杂程度也随之提高，设计人员开始尝试使用CAD工具，以设计工程自动化替代手工绘图。当时CAD的主要功能是交互图形编辑、晶体管级版图设计、布局布线、设计规则检查、门级电路模拟和验证等。
进入80年代，伴随超大规模集成电路的出现和发展，电路设计复杂度进一步提高，设计工具功能开始包括自动布局布线、定时分析、逻辑模拟、仿真故障等，EDA行业开始进入到计算机辅助工程（CAED）时代。这个时期EDA的商业化也逐渐得到发展，现在美国EDA三大厂商巨头Synopsys（新思科技）、Cadence（楷登电子）和Siemens EDA（西门子EDA，原名Mentor）相继成立。
▲EDA三大巨头公司概况
90年代后，集成电路产业进入成熟期，芯片已经可以集成上亿个晶体管，硬件语言也实现标准化，推动了EDA设计工具的进一步发展和普及。设计工程师开始从电路设计转向系统设计，以高级语言描述、系统级仿真和综合技术为特点的EDA就此出现，行业进入电子系统设计自动化（EDA）时代。
也正是在这个时期，EDA行业经历多番合纵连横，逐渐形成了Synopsys、Cadence和Siemens EDA三足鼎立的市场格局。这三家企业巩固自身优势的同时，开启了大规模并购来实现全工具链覆盖，在国内多地也设立了研发机构，形成了如今Synopsys占据36%，Cadence占据25%，Siemens EDA占据14%的行业格局。
回顾全球EDA行业60多年的变迁史，除了技术变革对EDA行业发展和公司成功抓住机遇的推动，拥有全流程工具对于EDA企业来说显得至关重要。目前EDA行业三巨头在个别技术领域都拥有完整且优势明显的EDA解决方案，其中行业排名第一的Synopsys拥有业界最完整的产品线，不但为芯片设计和验证提供工具，还能够提供强大的IP核以及安全方案，建立了完整的芯片设计数字化流程。
以史为鉴，EDA创业公司若能在各细分技术领域（例如模拟设计、数字实现或数字验证等）提供完整与差异化的解决方案或平台，就有望满足市场需求，突破巨头垄断格局。
突围：资本追捧，上海EDA步入快车道
上海是见证我国集成电路产业一步步突破的城市，也是我国集成电路产业的一面旗帜，近年来正聚力构建EDA生态。其中，以张江科学城为代表的集成电路产业集群和以临港新片区“东方芯港”为代表的特色产业园区，在国产EDA振兴的过程中发挥着功不可没的作用。
据了解，张江目前聚集了超200家集成电路企业，临港新片区东方芯港目前已汇聚集成电路亿元以上规模企业60余家，涉及总投资超1500亿元，包括芯片设计领域的艾为、澜起、寒武纪、地平线、江波龙，芯片制造领域的华大、格科、积塔、闻泰，设备制造领域的中微、盛美、凯世通等，关键材料领域的新昇、天岳等一大批国内顶级集成电路企业。
正是如此完善的产业链基础，吸引了国内EDA企业纷纷立足于此，积极探索数字电路设计全流程的自主研发，攻克芯片生产核心工具。早在2020年，上海国微EDA研发中心就在临港康桥园区启动，目前国微集团已经在临港设立了上海思尔芯、上海国微芯芯、上海国微实业等主体，整合资源着力打造国产EDA的龙头企业。
值得关注的是，2021年国内EDA企业也迎来“IPO热潮”。两个月前，位于上海张江的概伦电子成功登陆所科创板，境内资本市场正式迎来首家以EDA为主营业务的上市公司；2021年8月，国微思尔芯于科创板IPO获受理；华大九天于去年11月在创业板提交注册。
除了几家耕耘行业数年的EDA公司纷纷争抢登陆二级市场，上海一些新兴EDA企业如芯和半导体、立芯软件、合见工软、伴芯科技、为昕科技等EDA公司的融资速度也在加快。据不完全统计，2021年，上海至少有5家EDA公司获资本青睐，占据全国40%的份额。其中，芯和半导体获超亿元融资，伴芯科技与合见工软均是在一年内完成了两轮融资。
在获得融资的这些EDA企业中，背后也不乏知名的投资机构，如伴芯科技先后获得了红杉中国、联想创投的投资；华为旗下的哈勃投资于2021年入股了上海立芯软件、阿卡思微电子、国微思尔芯。显然，资本的助力成为国内EDA行业奋进的新“弹药”。
在融资进程加快的同时，上海EDA企业亦在各自擅长的领域深耕，推出面向特定流程或关键环节的工具，在国内外市场奠定或扩大优势。如围绕DTCO方法学，概伦电子的制造类EDA可支持7nm及以下等先进工艺节点和FinFET、FD-SOI等各类工艺路线，构建了较高的技术壁垒；在设计方面，其电路仿真及验证EDA工具已在全球存储器芯片领域取得较强的竞争优势。国微思尔芯则在2021年10月推出了新型原型验证产品——芯神瞳逻辑矩阵LX2，树立了大容量和高性能原型验证新标准。
▲国微思尔芯推出的芯神瞳逻辑矩阵LX2
新兴企业的表现亦可圈可点，发布新品的速度亦不逞多让，在EDA的验证、封装、制造等不同领域全面开打。如芯和半导体联合新思科技发布了全球首款“3DIC先进封装设计分析全流程”EDA平台；在验证和仿真领域，合见工软推出了其第一款商用级仿真器产品Uni Vista Simulator（UVS），这是国内第一个拥有自主知识产权的商用级数字验证仿真器；伴芯科技成立仅一年，就已经设计并制造了数枚基于RISC-V的SoC芯片，展示出了其方法和工具的优越性；EDA新秀瞬曜电子的“瞬”系列Fast Simulation产品已经实现了比商用软件快3-10倍，未来还将充分发挥分布式仿真的核心能力。
星星之火，可以燎原。可以说，上海在EDA领域已实现了从0到1的突破，逐步构建起EDA产业“小高地”，这些燃起的火种将点燃我国EDA产业的燎原希望。
多重挑战：国产EDA企业机遇何在？
“热”火朝天的背后，更需要“冷”思考。随着摩尔定律放缓，EDA行业身处机遇与危机并存的境地，新的隐忧也渐次浮现。
从整体上看，国内EDA业面临寡头垄断、技术壁垒高、投入周期长、人才缺口高等诸多挑战。目前，国内市场的80%以上都被几乎垄断全球的三大海外巨头掌控，国内EDA企业数量依旧十分稀少，不足30家，国产化率约为10%。
▲全球EDA行业格局
具体来看，国内EDA公司对全流程的数字电路和先进工艺等支持不足，在全流程产品上和海外巨头还有不小的差距，且竞争格局相对分散，在工具的完整性方面与国外企业相比亦有明显的差距。假如将海外巨头的业务范围比作一个集合，那么国内EDA企业的业务范围便像是一个个子集，很难做大做强。
而且，EDA软件非常复杂，随着半导体业对EDA的要求不断提升，EDA企业必须进一步加强研发、迭代和服务能力，不仅需要团队有扎实的技术积累和深刻的市场洞察，更需要坚持的技术信念和强大的研发能力，以及生态和客户的支持，才能形成闭环，更好地与国外巨头竞争。这也正是上海最新芯片政策的直切重点——组织开展EDA软件技术攻关，支持有条件的企业由点到面实现全流程EDA工具突破。
参照全球EDA三大巨头的崛起之路，并购整合或许能成为EDA产业发展的一种重要手段，但整合不止涉及资本，工具的垂直整合更立竿见影。前不久，上海立芯软件、芯思维与比昂芯科技合作开放工具端口，扩展了全栈EDA工具链解决方案能力，覆盖数模仿真、物理设计和逻辑综合等多个环节，不仅可为客户提供更全面的工具和更好的体验，也将加速实现国产EDA由点及面的突破。
不过，从宏观上看，整个芯片行业对于EDA的需求持续旺盛，新的机会值得把握。EDA产业的驱动力来源于半导体设计业的发展以及后摩尔定律的到来，推动着新架构、新器件和新工艺的层出不穷，带动EDA呈现出新的态势和机会。此外，EDA工具是与封装、制造共同成长，无论是先进封装大行其道，还是制造工艺稳步向前，都促进了EDA的开发升级。
根据Research and Markets的数据，2020年全球EDA市场规模约为115亿美元，预计到2025年达到145亿美元。
更不用说，5G、人工智能、工业互联网、汽车电子、区块链等应用领域的兴起，提出了很多特色鲜明的IC设计需求，亦成为EDA企业的重要突破口。
因此，EDA企业可着重把握技术升级及新应用领域催生EDA工具的新机会，包括先进制程如5nm/3nm的进阶，化合物半导体、光电集成、异构计算以及先进封装、Chiplet等的新需求等，尤其是对先进封装的支持会成为未来争战的焦点。
同时从战术来看，仍要坚持重点突破，占领验证和仿真这一“高地”，打造全流程工具链。在这方面，国微思尔芯作为国内领先的EDA解决方案公司，业务聚焦于集成电路设计前端的原型验证、EDA工具及仿真验证云系统，其产品双核VU19P逻辑系统是一亿门级别ASIC和 SoC原型验证的最佳选择，已被上海磐矽采用，加速芯片验证。
结尾
如果说，上海2021年迎来了EDA产业的良好开局，那么2022年将承担承前启后的重任。毕竟，后疫情时代、产能紧张、地缘政治等因素仍深刻地影响着全球半导体产业链及生态，产业化之路道阻且长，国产EDA还需要重塑开发的新思维。
一方面，AI、云计算等技术的兴起为国产EDA的弯道超车提供了可能。与AlphaGo解决围棋问题类似，人工智能也可以通过从海量数据中学习规律，来帮助EDA工具更快地获得更好的结果。比方说，概伦电子的SDEP，能利用AI把人工建模所需的数周时间缩短到机器建模的数小时，真正把面向优化的迭代变成可能。这种数倍于以往EDA巨头的迭代路径，会成为本土EDA企业实现追赶和超越的一个重要维度。
另一方面，高级封装对于时序、信号完整性和热分析的需求也在提醒国产EDA公司要加强这些基本工具的积累，同时积极地扩大所支持的工具范围。因为对于高级封装来说，能够将多种工具集成在一起的平台才能最终赢得用户的青睐。如果能抓住这两个新的设计范式，国产EDA企业必将获得大的进步。
伴随着上海一批有特色的EDA企业开始在国产EDA阵营中展露生机，新一轮的洗牌与更迭已初见端倪。未来，上海EDA企业将在哪些细分领域强力突围与挺进，时间会给出最终的答案。
作者：强亚娟
编辑：孟竺
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