三千亿的IC设计赛道，国产玩家都有哪些？
作者｜高禾投资研究中心
来源｜高禾投资（ID：GHICapital）
导读
集成电路作为中国最大的单一进口产品，2019年进口额超过3000亿美元，全球集成电路设计行业的市场规模约为1139美元，国际市场被海外巨头如博通、高通、英特尔等垄断，上述公司在国内也有一定市场份额。
在国家政策的大力支持下，越来越多的本土企业进入了芯片设计行业。公开数据显示，2015年国内芯片设计企业只有736家，2018年这一数据已暴增至1698家。整个行业竞争在加剧。
但由于起步晚，目前国内芯片行业从基础的元器件，到核心的芯片设计、制造，长期处于全球产业的中低端环节，在技术上仍与第一梯队国际知名IC企业有较大差距。目前国际厂商在核心技术方面仍引领细分行业的发展，国产芯片厂家在中低端领域通过性价比优势抢占市场，逐步往中高端领域升级。
今天我们就来了解一下集成电路设计行业。
三千亿的IC设计赛道，国产玩家都有哪些？
一、集成电路设计行业市场综述
（一）集成电路设计行业定义及分类
1. 定义
集成电路设计（Integrated circuit design, IC design），亦可称之为超大规模集成电路设计（VLSI design），是指以集成电路、超大规模集成电路为目标的设计流程。集成电路设计涉及对电子器件（例如晶体管、电阻器、电容器等）、器件间互连线模型的建立。所有的器件和互连线都需安置在一块半导体衬底材料之上，这些组件通过半导体器件制造工艺（例如光刻等）安置在单一的硅衬底上，从而形成电路。
2. 分类
集成电路按应用领域的不同大致分为标准通用集成电路和专用集成电路。其中，标准通用集成电路是指应用领域比较广泛、标准型的通用电路，如存储器、微处理器及微控制器等；专用集成电路是指为某一领域或某一专门用途而设计的电路，如智能终端芯片、网络通信芯片、数模混合芯片、信息安全芯片、数字电视芯片、射频识别芯片、传感器芯片等。
（二）集成电路设计行业发展历程
从半导体发展进程来看，全球半导体产业商业模式经历了在美国诞生兴起以及随后70年代日本因家电市场对半导体技术及产量的需求不断完善产业链的IDM时代，其中的代表公司包括美国的仙童半导体、TI以及随后在日本崛起的索尼、松芝、日立等企业。
随着半导体制造的环节技术难度加大、资本开支需求不断增加，制造和设计环节分离、通过满足多个客户制造需求从而提高制造环节效率的Fabless + Foundry模式应运而生，台积电成为晶圆代工产业的引领者，而在此过程中为了满足芯片设计公司和晶圆厂之间的技术衔接与匹配的需求，首次催生了芯片设计服务行业的诞生。
而随着个人计算机产业向手机产业迈进，终端产品更加复杂多样，使得芯片设计难度快速增加，研发成本持续增加，使得半导体产业链分工继续细化，芯片设计产业进一步分拆出IP产业，形成“IP+IC设计+Foundry”的模式，ARM、 Imagination等公司成为IP公司代表。在产业分工细化过程中，设计代工独立出来的轻设计的产业模式也得到发展。
来源：高禾投资研究中心
（三）集成电路设计行业市场规模
1. 全球集成电路设计行业市场规模
近年来随着全球集成电路行业整体景气度的提升，集成电路设计市场也呈增长趋势。根据IC Insights统计，全球集成电路设计行业销售额从2014年的881亿美元增长至2018年的 1139亿美元，年均复合增长率约为10.03%。
来源：IC Insights、高禾投资研究中心
2. 中国集成电路设计行业市场规模
从产业规模来看，中国集成电路设计行业销售规模从2014年的1047亿元增长至2018年的2519亿元，年均复合增长率约为25.50%。
来源：集成电路材料产业技术创新联盟、国际半导体产业协会、高禾投资研究中心
（四）集成电路设计行业产业链分析
集成电路设计的产业链由上游的EDA工具、IP、设计服务，中游的集成电路设计以及下游的系统厂商组成。上述产业链各环节的关系如下：
来源：高禾投资研究中心
1. 上游分析
集成电路设计上游的EDA等工具供应商和半导体IP供应商分别提供芯片设计所需的自动化软件工具和搭建SoC所需的核心功能模块；设计服务供应商提供各个研发环节部分或全部的研发服务及后续晶圆制造、封装及测试的委外管理。
2. 中游分析
集成电路设计属于创新密集型、轻资产型行业。我国集成电路起步于产业链最低端的封装测试起家，近年来得益于国家政策支持、市场驱动等因素，我国集成电路设计产业得到明显提升，中低端市场产品占有率持续提升，无论是销售额还是IC设计企业数量均呈现出井喷式增长。
3. 下游分析
集成电路制造属于资本和技术密集型，需要消耗大量的资金，其最关键的技术为制造流程的精细化技术，攻克最先进制程需巨额资本开支及研发投入。智能手机、PC等下游应用和产品升级要求高端芯片在性能及功耗指标上进一步提升，目前仍有赖于半导体技术节点的持续缩小来实现。目前台湾地区在集成电路代工行业遥遥领先，数据显示，全球前十大代工企业有四家台湾企业上榜，台积电、格罗方德、联电位居前三。
二、集成电路设计行业驱动因素
（一）全球集成电路市场需求旺盛
集成电路产业发展的大环境为半导体产业，二者的发展景气度高度一致。受全球经济起伏的影响，半导体行业周期波动明显，但长期的增长趋势始终未发生变化，其最重要的原因是以技术进步为基石而带来的新兴应用的推陈出新。从个人电脑及周边产品和宽带互联网到智能手机和移动互联网的技术更替，使得半导体产业的市场前景和发展机遇越来越广阔。
目前，半导体产业已进入继个人电脑和智能手机后的下一个发展周期，其最主要的变革力量源自于物联网、云计算、人工智能、大数据和5G通信等新应用的兴起。根据IBS报告，这些应用驱动着半导体市场将在2030年达到10527.20亿美元，而2019年为4008.81亿美元，年均复合增长率为9.17%。
就具体终端应用而言，无线通信为最大市场，其中智能手机是关键产品；而包括电视、视听设备和虚拟家庭助理在内的消费类应用，为智能家居物联网提供了主要发展机会；此外，汽车电子市场持续增长，并以自动驾驶、下一代信息娱乐系统为主要发展方向。
根据 IBS 报告，中国在全球半导体市场规模中占比超过50%，并呈持续扩大趋势。2019年中国半导体市场规模为2121.86亿美元，占全球市场的52.93%；预计到2030年，中国半导体市场规模将达到6212.10亿美元，占全球市场高达59.01%，其中中国半导体市场的年均复合增长率达10.26%。
这不仅因为中国是全球最大的电子设备生产基地，还因为中国的半导体技术和产业环境正在快速升级，并在5G、自动驾驶、人工智能和智慧物联网等领域先发布局。2018年中国半导体市场自给率12.2%，预计2027年有望达到31.2%，中国半导体产业具有较大发展空间。
（二）集成电路产能向中国大陆转移
中国大陆已是全球最大的电子设备生产基地，因此也成为了集成电路器件最大的消费市场，而且其需求增速持续旺盛。根据IBS统计，2018年中国消费了全球53.27%的半导体元器件，预计到2027年中国将消费全球62.85%的半导体元器件。强劲的市场需求促使全球产能中心逐渐转移到中国大陆，进而扩大了大陆集成电路整体产业规模。
根据SEMI的数据，2017~2020年，62座新晶圆厂将投入运营，其中26座在中国大陆，占比42%。中国大陆晶圆厂建厂潮，为国内集成电路设计行业在降低成本、扩大产能、地域便利性等方面提供了新的支持，对于整个集成电路产业的发展起到了拉动作用。
同时，大陆市场的旺盛需求和投资热潮也促进了我国集成电路设计产业专业人才的培养及配套产业的发展，集成电路产业环境的良性发展为我国集成电路设计产业的扩张和升级提供了机遇。
（三）本土初创公司快速发展和芯片设计项目快速增加
随着中国芯片制造及相关产业的快速发展，本土产业链逐步完善，为中国的初创芯片设计公司提供了国内晶圆制造支持，加上产业资金和政策的支持，以及人才的回流，中国的芯片设计公司数量快速增加。
ICCAD公布的数据显示，自2016年以来，我国芯片设计公司数量大幅提升，2015年仅为736家，2019年则增长至1780家，年均复合增长率为24.71%。由于中国大陆芯片设计公司的不断崛起，本土设计项目在全球设计项目中的占比不断增高。根据IBS报告，2018年中国芯片设计公司规划中的设计项目数为1797项，该数据预计将于 2027年达到3232项，年均复合增长率约为 6.74%。
三、集成电路设计行业制约因素
（一）高端技术和人才的缺乏
集成电路设计行业是典型的技术密集行业，企业的技术研发实力源于对专业人才的储备和培养，对于技术人员的知识背景、研发能力及项目管理经验积累均有较高要求。近几年来随着国家对集成电路设计行业给予鼓励和支持，集成电路设计行业的从业人员逐步增多，但专业研发人才供不应求的情况依然普遍存在。
而由于近几年市场对于集成电路设计人才的需求急剧增加，新进入企业聘用这些人才的成本已接近国际顶尖集成电路企业。未来一段时间，专业人才相对缺乏仍将成为制约行业发展的重要因素之一。
（二）核心技术薄弱
国际市场上主流的集成电路公司大都经历了数十年以上的发展，国内集成电路设计企业在技术积累方面与国外厂商存在较大差距。尽管我国政府和企业愈发重视对集成电路产业的研发投入，但由于技术发展水平、人才培 养等方面的滞后性，以及企业资金实力不足等原因，我国集成电路产业的研发力量薄弱、缺乏自主创新能力的状况依然存在。
就模拟芯片设计行业而言，在高精度运放、低噪声仪表放大器、高速接口芯片、高性能电源管理、高速ADC芯片等高端模拟芯片细分领域，国内企业在设计环境、设计工具、设计人才和设计经验方面与世界先进水平还存在较大差距。
（三）融资环境仍不成熟
集成电路设计行业投资周期长，研发投入大，为保持公司的技术优势，需要长期、持续不断的研发投入，社会资本不倾向于投资集成电路设计行业，因此目前行业内企业主要资金来源于股东投入和政府补贴，导致行业资金不足，因此融资渠道单一限制了国内产业的发展。
四、集成电路设计行业相关政策分析
集成电路行业是信息技术产业的核心，是支撑一个国家经济发展的战略性、基础性和先导性产业，其发展程度是一个国家科技发展水平的核心指标之一，影响着社会信息化进程，因此受到各国政府的大力支持。我国政府将集成电路产业确定为战略性产业之一，并颁布了一系列政策法规，以大力支持集成电路行业的发展，主要如下:
来源：高禾投资研究中心
五、集成电路设计行业发展趋势分析
（一）集成电路特征器件线宽缩小，催生FinFET和FD-SOI
随着摩尔定律的不断演进，集成电路器件的工艺节点朝着先进10nm、7nm 等方向不断缩小，器件微观结构对芯片速度、可靠性、功耗等性能影响越来越大。实践证明，当晶体管的线宽逐步缩小到28nm以下时，由于短沟道效应和泄漏电流的影响，传统的平面场效应管的尺寸已经很难继续缩小。
近年来，为继续延续摩尔定律的演进，两种集成电路新工艺节点技术的诞生打破了技术瓶颈，分别是FinFET和FD-SOI。FinFET和FD-SOI两种技术都是晶体管进一步缩小所需要发展的核心手段。
两者相比较而言，FinFET相对具有更高的集成度和较快的速度，适合高性能以及大规模计算的产品；FD-SOI相对具有更好的模拟和射频性能，更低的软错误率，更优的能耗比，适合高性能射频芯片、物联网以及可穿戴设备等对功耗要求较高的产品。集成电路器件的结构随着技术节点的推进不断迭代改变，未来或可能出现新的工艺节点技术使得器件的线宽向3nm及以下的方向继续缩小。
（二）IP的复用性和多样性带来SoC芯片的革新
随着科技持续进步，商业化场景日益丰富，集成电路设计行业被要求不断提升产品性价比、缩短上市周期，SoC芯片技术应运而生。
SoC芯片技术是从设计的角度出发，将系统所需的组件进行高度集成，将原本不同功能的集成电路以功能模块的形式整合在一颗芯片中。借由这个方法，不但可以缩小芯片面积，还可以缩短不同集成电路间的距离，提升芯片的计算速度。
系统级芯片技术中，可重复使用的即插即用的IP模块，被认为是最关键和高效的一环。若每一次新的SoC产品都要实现每个模块从头设计进而进行系统整合与验证的话，必定会导致开发周期越来越长，设计质量越来越难于控制，芯片设计成本越趋昂贵。所以在设计新的SoC时，通常都会重复使用预先设计并验证过的IP模块。目前大部分的SoC设计公司仅需要通过获取IP授权、集成IP再经过物理实现就可以设计制造一款SoC芯片。随着IP以及各种接口种类的不断增多，这种复用性也面临着使用复杂度提升和兼容性挑战。未来，集成电路设计产业中基于平台的设计，即以应用为导向，预先集成各种相关IP，从而形成可伸缩和扩展的功能性平台，是一种可升级的IP复用性解决方案，可以快速实现产品升级迭代，同时降低设计风险与设计成本。
（三）开放指令集架构RISC-V的发展
RISC-V是一个免费、开放的指令集架构，是加州大学伯克利分校图灵奖得主David Patterson教授及其课题组，历经三十多年研发的第五代基于RISC的CPU指令集架构。2015年，加州伯克利大学将RISC-V指令集架构开源，并成立由工业界和学术界成员组成的非营利组织RISC-V基金会，来指导RISC-V的发展方向并促进其在不同行业的应用。目前，RISC-V基金会已经有超过300家会员，这些会员包括谷歌、西部数据、IBM、英伟达、华为、高通、三星等国际领军企业，以及加州大学伯克利分校、麻省理工学院、中科院计算所等顶尖学术机构。
RISC-V旨在通过开放标准的协作而促进CPU的设计创新，给业界提供了高层次的开放的可扩展的软件和硬件设计自由，使得芯片设计公司可以更容易地获得操作系统、软件和工具开发者的广泛支持;由于开放架构，RISC-V可以有更多的内核设计开发者，这为RISC-V将来的发展提供了更多机会。在架构设计上，RISC-V是目前唯一一个可以不破坏现有扩展性，不会导致软件碎片化的实现可扩展的指令集架构。RISC-V的出现极大地促进了开源硬件的发展。
到目前为止，业内已经有30多个基于RISC-V的开源CPU设计可供免费学习和使用。在谷歌、西部数据、NXP、阿里巴巴等公司分别支持下，基于RISC-V的开源硬件组织，如ChipsAlliance和OpenHW等也开始逐步发展，将从CPU设计、软件开发和支持、外围接口电路，片上系统设计等各个方面促进RISC-V在产业界的推广使用。目前，已经有越来越多的公司将RISC-V用在自己的芯片中，如西部数据、英伟达、华米等。
六、集成电路设计行业竞争格局分析
（一）竞争格局概述
从营收排名来看，海思、紫光展锐与北京豪威为大陆集成电路设计前三大企业，营收规模超均超过100亿人民币。
来源：智研咨询、高禾投资研究中心
（二）核心企业分析
1. 海思半导体（未上市）
1) 公司概况
深圳市海思半导体有限公司（以下简称“海思半导体”）是一家半导体公司，海思半导体成立于2004年10月，前身是创建于1991年的华为集成电路设计中心。海思半导体总部位于深圳，在北京、上海、美国硅谷和瑞典设有设计分部。
2) 核心产品
海思半导体的产品覆盖无线网络、固定网络、数字媒体等领域的芯片及解决方案，成功应用在全球100多个国家和地区；在数字媒体领域，已推出SoC网络监控芯片及解决方案、可视电话芯片及解决方案、DVB芯片及解决方案和IPTV芯片及解决方案。
2. 紫光展锐（未上市）
1) 公司概况
北京紫光展锐科技有限公司（以下简称“紫光展锐”）是我国集成电路设计行业的龙头企业，，深耕三大业务领域：消费电子业务为个人的智能化需要服务，工业电子业务支撑工业体系和社会智能化，泛连接业务探索充满创新的新网络领域。紫光展锐在国内的北京、天津、上海、杭州、苏州、合肥等地有12个研发中心，在国外的印度、美国等地也有3个研发中心。
2) 核心产品
公司的核心产品为移动通信解决方案和物联网解决方案。在移动通信领域紫光展锐提供5G、智能机、功能机芯片如虎贲T7510、虎贲T7520、SC9863A、SC9820A、SC9820E等。在物联网领域紫光展锐提供电视、泛链接、射频前端、物联网芯片如SL8781、SL8541等。
3. 中兴微电子（未上市）
1) 公司概况
深圳市中兴微电子技术有限公司（以下简称“中兴微电子”）于2003年注册成立。作为中国领先的通信集成电路设计公司，中兴微电子专注于通信网络、智能家庭和行业应用等通信芯片开发，自主研发并成功商用的芯片达到100多种，覆盖通信网络“承载、接入、终端”领域，服务全球160多个国家和地区，连续多年被评为“中国十大集成电路设计企业”。中兴微电子在全球设有多个研发机构，研发人员超过2000人。经过十多年的发展，中兴微电子掌握了国际一流的集成电路设计与验证技术，拥有先进的EDA设计平台、COT设计服务、开发流程和规范，可为客户提供一站式设计服务。秉承持续的自主创新，中兴微电子已申请的芯片专利超过4000件，其中PCT国际专利超过1800件,5G芯片专利超过200件。
2) 核心产品
公司核心产品涉及手机、多媒体、有线、无线。手机产品提供包括基带处理器（Modem）、射频（RF）、应用处理器（AP）、电源芯片（PMU）等产品。多媒体产品包括多媒体应用处理器、视频图像处理器、电源芯片、PA芯片。有线产品包括固网终端芯片、以太网互联芯片。无线产品中心在无线通信芯片定义、SoC系统架构、关键通信IP、产品参考设计和方案软件几方面都有着深厚的技术和专利积累。
4. 华大半导体（未上市）
1) 公司概况
华大半导体有限公司（以下简称“华大半导体”）是中国电子信息产业集团有限公司（CEC）整合旗下集成电路企业而组建的专业子集团。华大半导体旗下包含16家子公司，其中3家为上市公司，员工总数超过4000人，总资产达160亿元。
2) 核心产品
华大半导体的核心产品包括宽禁带半导体（SIC）；MCU如超低耗能MCU、通用类MCU、电机类MCU、车规MCU；功率器件半导体如HSA6880-S、HSA8000-N等。