30 EDA行业深度研究报告（一）

一、EDA行业简介

芯片产业链包括设计、制造、封装、测试、销售，其中芯片设计占据重中之重的地位，而芯片设计离不开芯片设计软件 EDA。

（一） EDA功能简介

EDA是广义 CAD 的一种，是细分的行业软件。对于芯片来说，好的布局和布线会节省面积，提高信号的完整性、稳定性，直接提高芯片的可靠性，所以EDA软件对于芯片设计至关重要。借助这个电子自动工具，工程师们就可以在电脑上对芯片设计的 前后端技术和验证技术进行操作，帮助芯片更好地走线、验证和仿真。EDA技术的出现，极大地提高了电路设计的效率和可操作性，减轻了设计者的劳动强度。

 

芯片设计和生产流程图

芯片设计可分为前端和后端，前端主要负责逻辑实现，后端跟工艺紧密结合。前端技术主要将设计HDL编码转化为netlist门级网表，并进行一系列的仿真、验证，使门级电路图从规格、时序、功能上符合要求；后端主要是将对门级电路图布局、布线，生成版图，同时对信号完整性、版图的合规性、工艺要求等进行验证。 

EDA行业按照功能和使用场合，可以分为电路设计与仿真工具、PCB 设计软件、IC设计软件、PLD设计工具等。

EDA工具软件分类

（二） EDA行业发展历程

在集成电路（IC）产业发展早期，芯片设计采用人工布线的方法（当时只有几千到几万个晶体管），随着计算机进入商用阶段、芯片集成度提升，人工布线满足不了芯片设计的需求，CAD 软件行业进入黄金时代，EDA 也应运而生。1980 年卡弗尔米德和琳康维发表论文《超大规模集成电路系统导论》，提出通过编程语言进行芯片设计的思想，被视为EDA发展到下一阶段的重要标志，1986和1987年两种硬件描述语言Verilog、VHDL应运而生，并成为最流行的高级抽象设计语言。

EDA产业发展历程分析情况

1.早期阶段（1964-1978年）

CAD被认为对于电子系统行业，尤其是其中的计算机行业，具有战略性的价值。IBM以及其他涉及计算机设计的大公司都非常重视它，并在这方面投入了大量资金和资源，这些公司内部的CAD部门的工程能力都非常强大。第一代CAD公司支持几乎相同的设计工作：在定制工作站上进行艺术作品编辑。它们商业模式的中心是工作站的销售；而软件则只被认为是硬件的附属物。这些初代CAD公司没有一家存活到了今天。

2.黄金时代（1979-1993年）

在1979到1993年间，EDA领域的各个方面都出现了爆发式的增长。从物理验证到版图综合，从逻辑综合到形式验证，从系统级设计到硬件加速，EDA的各个层面都出现了大量重要成果。技术领域一直扩展到了非线性和组合优化、控制、人工智能、逻辑等领域。那些最成功的EDA公司也在这些年里成立了。

第二代公司Daisy、Mentor以及Valid都是在1980-1981年这个时间段内成立的，它们给数字设计市场带来了基于工作站的原理图数据（schematic data）输入与仿真产品。Daisy和Valid采用了像第一代公司那样的传统方法，自己生产工作站，而Mentor则是通过OEM协议销售Apollo工作站。对于所有这三家公司来说，硬件销售在公司收入中都是极其重要的一部分。

1986年，以Aartde Geus为首的团队创办了Synopsys的前身，1987年正式命名为Synopsys。可以说Synopsys诞生于第三代EDA技术的十字路口。正如公司的名字一样，Synopsys从成立到今天，在逻辑综合市场几乎没有竞争对手。

1982年，SDA和ECAD成立了。它们是最早出现的“只做软件的公司”——它们的商业模式并不是基于硬件的。在最开始，ECAD和SDA本是一家公司，但是因为PaulHuang比较早地就完成了Dracula并想要快速投入市场，然而SDA方面尚未准备妥当，于是便分成两家。后来，由于SDA决定于1987年上市——上市日期正是在那个令人至今难忘的“黑色星期一”，这两家公司又合并到了一起。黑色星期一之后的数个季度内的糟糕的股市状况阻碍了一切IPO；于是Joe Costello、JimSolomon、Paul Huang和Glen Antle一致认为最好的策略是与ECAD合并。1988合并后的公司名为Cadence。Cadence的诞生是一段激动人心的时期。Don Pederson的做法是把在Berkeley的所有结果和开发的软件公开。事实上，开源运动（Open Source movement）的诞生就可以追溯到这一决定。这样的做法使得研究结果更容易传播，也促进了工具软件的应用。

3.成熟时期（1993年至今）

1993年是EDA领域新的一个阶段的开端。技术创新的步伐开始放缓，从华尔街的角度来看，产业界已经变得成熟，越来越不倾向于冒险。这一时期恰逢网络（Web）及其应用的爆发，人才及风险投资也纷纷瞄向了互联网企业。与此同时，半导体行业继续驱动着工艺沿摩尔定律发展，给EDA带来了越来越大的技术挑战。此外，片上系统（SOC，System-on-Chip）开始吸引人们的目光，并在2007年进入了人们关注的中心。

在这些压力下，那些已成立的厂商中出现了约20%的裁员，很多人进入了互联网和EDA领域的创业公司。到了1999年，在EDA领域有大约80家创业公司！在这一时期，诸如Avanti、Ambit、Magma、Monterey、Get-to-Chip、Verisity、Verplex等公司纷纷成立，想要挑战这一行业内的大玩家。所有这些公司后来都被Cadence和Synopsys收购了。不过，如果我们看看后互联网泡沫时代，我们可以看到一幅全然不同的景象：IPO只占极少数，而企业合并是唯一的退出策略。

这段时期就像过山车，商业模式不断地调整以获得更高的收益，这使EDA行业更加稳定、可预测，但也带来了一些短暂的剧变。

（三） EDA市场规模及竞争格局

随着EDA行业的发展，相关软件产品的增多，同时在全球芯片制造中的需求加大，行业市场规模不断提高，但整体增速较低。据统计，2018年全球EDA行业市场规模为97.04亿美元，较2017年同比增长4.49%。2019年第一季度行业收入为26.06亿美元，同比增长12.89%。

 2014-2019年Q1全球EDA行业市场规模及增长

从行业具体产品与服务来看，2017年SIP（半导体知识产权）市场规模就已经超过CAE规模，2019年第一季度，SIP市场规模约为8.66亿美元，占行业总收入的比重约为33.23%，PCB和MCM（印刷电路板和多芯片模块）市场规模2.24亿美元，占比约为8.6%；CAE（计算机辅助工程）市场规模约为8.41亿元，占比约32.26%。

 2019年Q1全球EDA行业分产品市场规模占比

EDA是集成电路产业链相对产值较小但又极其重要的关键环节，具有体量小、集中度高的特点。经过三十余年长足发展，目前全球EDA产业竞争格局主要由Cadence、Synopsys和西门子旗下的MentorGraphics垄断，三大EDA企业占全球市场的份额超过70%。在中国市场，集中度更高，EDA 销售额的95%由以上三家瓜分。三巨头几乎都可以提供芯片设计全流程工具 ， 但是Synopsys的优势在于数字芯片和FPAG逻辑综合相关工具 ， 其逻辑综合工具DesignCompiler 、静态时序分析工具PrimeTime 、 调试工具Verdi在业界具有近乎垄断性的地位， 2019年6月Synopsys在SNUG2019也推出了更为先进的工具；Cadence在模拟IC全流程工具方面具有绝对优势 ， 而且近几年旗下的数字布局布线工具Innovus攻城略地， 获得了非常好的市场份额；Mentor目前已经被德国西门子收购 ， 虽然在全流程方面相对较弱 ， 但是Calibre signoff和DFT方面一骑绝尘 。

芯片设计是一个准入门槛极高的领域，对产品可靠性和历史口碑要求到极其苛刻，在虚拟仿真阶段任何微小错误都有可能造成芯片流片失败，流片失败则意味着数年的工作毁于一旦，公司面临市场失守的悲惨境地。因此，在芯片设计领域，全球几乎没有任何一家EDA公司有和三大巨头掰手腕的实力。在EDA领域，创业最成功的结局就是被上述三大巨头收购。因此，三大巨头的EDA工具几乎是Fabless公司的唯一选择。

 2018年全球EDA行业市场结构

（四） EDA行业在产业链中的位置

半导体行业包括集成电路、敏感器件、光电子器件、分立元件等，其中集成电路占比超过80%，集成电路又分为IC 设计、晶圆制造及加工、封测三个环节，EDA 为集成电路的上游支撑行业。

二、EDA三巨头基本情况

EDA三巨头主要指EDA市场份额占据前三位的三家企业Synopsys、Cadence和被西门子收购的Mentor Graphics。

（一）EDA三巨头基本发展状况

1.Synopsys（新思科技）

Synopsys（新思科技）成立于1986年，由Aart de Geus带领通用电气公司微电子研究中心的工程师团队创立，在2008年成为全球排名第一的EDA软件工具领导厂商，为全球电子市场提供技术先进的集成电路设计与验证平台。Synopsys在EDA行业的市场占有率约30%，它的逻辑综合工具DC和时序分析工具PT在全球EDA市场几乎一统江山。

2010-2018年Synopsys营业收入及增速情况

2010-2018年Synopsys净利润及增速情况

2. Cadence（铿腾电子）

Cadence（铿腾电子）是EDA行业销售排名第二的公司，在1988年由SDA与ECAD两家公司兼并而成，Cadence通过不断扩展、兼并、收购，到1992年已占据EDA行业龙头地位，但到2008年被Synopsys超越。 

Cadence产品涵盖了电子设计的整个流程，包括系统级设计、功能验证、集成电路综合及布局布线、IC物理验证、模拟混合信号及射频集成电路设计、全定制集成电路设计、PCCE设计和硬件仿真建模等，致力于为客户提供电子设计自动化、软件、硬件以及解决方案等服务，旨在帮助其缩短将电子设备打入市场的时间和成本。全球知名半导体与电子系统公司均将Cadence软件作为其全球设计的标准。Cadence的Virtuso工具历经27年不衰，成为业内传奇。

 2010-2018年Cadence营业收入及增速情况

 2010-2018年Cadence净利润及增速情况

3. Mentor Graphics（明导国际）

Mentor Graphics（明导国际，2016年被德国西门子收购）1981年成立，90年代遇到经营困境，软件的研发严重落后于进度，大量长期客户流失，难以与其他两家公司竞争。直到1994年公司组织结构大调整后，才重新崛起。 

Mentor Graphics 是一家EDA软件和硬件公司，也是电路板解决方案的市场领导者，主要提供电子设计自动化先进系统电脑软件与模拟硬件系统。Mento的工具虽没有前两家全面，没有涵盖整个芯片设计和生产环节，但在有些领域，如PCB（印刷电路板）设计工具等方面有相对独到之处。 

 2010-2016年Mentor营业收入及增速情况

 2010-2016年Mentor净利润及增速情况

从股市表现来看，Synopsys和Cadence股价均稳步上升，当前 Synopsys市值有204.5美元，市盈率47倍；Cadence市值有211.3亿美元，市盈率61倍。

 股价走势

 市盈率比较情况

（二）EDA三巨头产品及客户 

1. 总体比较

EDA 公司提供给IC公司的一般都是全套工具，因此EDA集成度高的公司产品更有优势。三巨头基本都能提供全套的芯片设计EAD解决方案。 

Synopsys 最全面，它的优势在于数字前端、数字后端和PT signoff。模拟前端的XA，数字前端的VCS，后端的sign-offtool，还有口碑极好的PT、DC 和ICC功能都很强大。Synopsys有垄断市场90%的TCAD器件仿真和垄断50%的DFM工艺仿真,这是其在EDA产业竞争中的一把利器。 

Cadence的强项在于模拟或混合信号的定制化电路和版图设计，功能很强大，PCB 相对也较强，但是Sign off的工具偏弱。

Mentor Graphic也是在后端布局布线这块比较强，在PCB上也很有优势，它的优势是Calibresignoff 和DFT，但Mentor Graphic在集成度上难以与前两家抗衡。 

此外，除了卖 license 以外，EDA 企业还可以提供 IP 授权（硬核和软核），这个对于很多中小规模的设计公司是很有吸引力的。授权的IP通常有 memory，Serdes和Powermanagement之类的研发成本或门槛相对较高的硬核。 

Mentor 在 IP业务上和Synopsys与Cadence几乎没有竞争力，目前 Synopsys 企业的IP业务全球排名第二，Cadence企业的IP业务销售额也在逐年增加。

2.各自特点

Synopsys 提供的产品与服务主要分为四类：EDA、IP、制造解决方案、专业服务与其他，其中EDA产品占Synopsys总收入中的一半以上。Synopsys是EDA三大巨头之首。占据统治地位的产品为逻辑综合工具DC(designcompiler)，时序分析工具 PT(prime time)。 通过这两大产品Synopsys建立了完整的芯片ASIC设计FLOW。包括，verilog 仿真工具VCS，逻辑综合工具DC，物理布局布线工具ICC，形式验证工具formality，时序分析工具PT，参数提取工具STAR-RC，版图检查工具 Hercules。DFT工具直接插入DC工具中，还有ATPG工具 TetraMAX，可以说是集：广、大、全于一身。

2013-2018 年 Synopsys 各类产品或服务营收占比情况 

Synopsys的EDA和IP客户通常是半导体和电子系统公司，Synopsys的解决方案帮助这些公司开发电子产品、降低设计和制造成本。除此之外，Synopsys还为包括电子、金融服务、媒体、汽车、医药、能源和工业等不同行业客户提供软件安全解决方案。 

Intel是Synopsys最大客户，2016-2018三年公司总营业额中分别有15.9%、17.9%、15.4%来自Intel。除此之外，公司没有占总收入份额超过 10%的客户。 

Cadence将主营业务分为五类，分别是验证、数字设计、模拟、PCB、 IP，其中前三项的地位更为重要， 占主营业务收入的份额在75%左右。

 2018年 Cadence 各细分领域占营业额的比重

Cadence为EDA业界第二厂商，工具集中在模拟电路，PCB 电路，FPGA 工具。Cadence也有一套完整的ASIC设计工具，但在与Synosys竞争中处下风。但在全定制设计中Virtuso仍然非常强大，Cadence之所以稳居第二，决定于其强大的模拟电路设计工具。

Mentor公司为业界第三，虽然排行第三，但体量比前两家要小不少。Mentor在EDA厂商中始终占有一席之地的原因是其点工具做得非常好，比如Mentor的PCB设计工具，全面而且信号分析准确。比如ASIC流程中的 Calibre在版图LVS，DRC中占有率超出其他两家，比如DFT工具 DFTAdvisor在DFT工具中绝对占据优势地位。但由于Synopys的销售策略，在DC销售时免费搭 DFT compiler，对 DFTAdvisor造成一定的市场冲击。但Mentor平台并非像前两家一样大而全，虽然点工具做的很精致，但在 Synopsys、Cadence的竞争压力下，发展空间日渐狭小。 

 四大EDA 公司主要客户情况

3.在华布局

Cadence 是上述三家企业中在华布局进行最好的，1992年 Cadence 进入中国大陆及香港市场，然后陆续建立了北京、上海、深圳、香港四个办事处以及北京研发中心、上海研发中心，Cadence 在北京和上海都有R&D 团队，进行数字和模拟方面的产品研发，包括现在新的与AI相关的产品都是在国内研发的。 

2017 年11月13日，Cadence 与南京市浦口区人民政府正式签署战略合作备忘录以及投资协议，宣布在南京江北新区成立新本土化公司南京凯鼎电子科技有限公司。据 CEO Lip-Bu Tan（陈立武）先生表示南京公司是Cadence IP方面对中国公司提供密切服务的第一步。Cadence与南京公司以后专注的方向是互补的：Cadence专注于尖端的技术和先进节点，而南京公司主攻成熟技术的需求。 

Synopsys 仅次于Cadence，自1995年进入中国市场以来，Synopsys已在北京、上海、深圳、西安、武汉、南京、厦门、香港、澳门九大城市设立机构，员工人数超1200人，建立了完善的技术研发和支持服务体系。2017年11 月10日，Synopsys区域总部宣布落户南京江北新区。 

Mentor 中国总部设立于上海金茂大厦，分别在北京和深圳设有销售办公室。 

EDA 三巨头几乎在所有细分领域都有产品涉及，而EDA行业入门门槛高，成本弹性大，对性能依赖性强，其他的EDA公司若想突围十分困难。

 国内公司所用 EDA 软件基本情况

（三）EDA三巨头成功因素：内生、外延、国家政策扶持三管齐下

EDA企业若想保持核心竞争力需要靠技术支持，与其他高新技术企业相似，EDA企业获取技术优势的途径有：收购兼并其他企业的成熟技术、高研发投入和政府扶持。

1.内生：高额的研发投入

除大量收购有潜力的公司以外，Synopsys 和 Cadence 还一直重视新技术的开发，每年投入大比例资金用于研发，研发费用是公司最大的营运开支。尤其是 Cadence 公司，近两年研发支出占总营收的比例超过40%。 

 2013-2018 年 Synopsys与Cadence研发投入（百万美元）及占营业额的比重

2.外延：频繁并购

经过多年的收购兼并以后，集成电路EDA领域只剩下了 Synopsys、Cadence和Mentor 这三个巨头。市场的影响力也日益集中。 

自1986年成立以来，Synopsys 通过发起几十余项并购交易，不断寻找那些已经被市场证明成功的产品及其企业，通过滚动并购操作达到了扩大业务规模、进行技术整合的目的。 

2002 年，Synopsys 以8.3亿美元收购与Cadence 结束专利诉讼的Avanti公司，和自由工具PC结合在一起整合为强大的 ICC，直接衔接 Synopsys 前端和后端工具，使得 Synopsys成为EDA历史上第一家可以提供顶级前后端完整IC设计方案的领先EDA工具供应商，公司坐稳第二的位置，并在2008年超越Cadence成为全球最大的EDA工具厂商。

 Synopsys 主要的收购情况

Cadence公司的发展壮大，同样离不开一系列成功的收购。

 Cadence 主要的收购情况

Mentor Graphics 自成立开始，就关注各细分市场的的佼佼者，一步步收购了多家在某些细分领域技术上数一数二的中小型 EDA 公司，从而实现了企业稳步发展成长的目的。

 Mentor Graphics 主要的收购情况

2016 年 11 月 14 日西门子和Mentor Graphics(明导国际)联合发表声明，德国西门子将以每股37.25 美元的价格收购美国 EDA公司 Mentor Graphics，总收购价格为45亿美元，价溢价21%。 

西门子方面表示，西门子的愿景是扩大客户基础，打造“数字化企业”所需的世界级完整软件解决方案，Mentor 的整套 EDA 产品对于实现这一愿景至关重要。在收购 Mentor 后，西门子将增强在电子系统的设计、测试和仿真领域的软硬件实力。

3.政策扶持：DARPA 推出 ERI 项目扶持芯片发展

纵观半导体产业发展的几十年，可以清晰看到美国在产业发展中的巨大作用。目前，集成电路在摩尔定律的驱动下，面临物理和经济极限；拐点临近，电子技术的进步将进入下一创新阶段。在这种背景下，美国又一次走在了世界前列，推出了一项为期 5 年、总值15亿美元的电子复兴计划（ERI），用以支持芯片技术的开发。美国国会也增加了对ERI的投入，每年额外注资1.5亿美元。 

ERI 的目标是不再依赖摩尔定律的―等比例微缩‖道路，继续推进电子器件性能的大幅提升，保持美国的领先地位，满足国防部需求的同时推动半导体产业发展，被业界誉为将开启下一次电子革命。ERI计划将专注于开发用于电子设备的新材料，开发将电子设备集成到复杂电路中的新体系结构，以及进行软硬件设计上的创新。 

（四）美国EDA巨头下一代技术发展前沿

随着IC 设计复杂度的提升，新工艺的发展，EDA 行业有非常大的发展空间，目前产业两大发展方向：人工智能、云计算等技术应用在 EDA 软件，目前 Cadence 领先。

1.云计算+EDA 

2018 年，Cadence 推出了第一个能够广泛用于电子系统和半导体开发的广泛云产品组合——Cadence Cloud Portfolio。云技术的应用主要有三大优点：快速部署可提高工程效率并加速项目完成；通过灵活的解决方案和大规模可扩展的云就绪工具实现无痛采用；经过验证的解决方案据有很好的安全性，被许多客户信赖和使用。

 Cadence 提供的云服务

2.人工智能+EDA 

芯片敏捷设计是未来发展的一个主要方向，深度学习等算法能够提高EDA软件的自主程度，提高IC设计效率，缩短芯片研发周期。据Cadence的报告显示，机器学习在EDA的应用可以分为四个方面：数据快速提取模型；布局中的热点检测；布局和线路；电路仿真模型。Cadence 致力于研究将机器学习应用在Virtuoso平台上，并参与了ERI中智能设计芯片项目。新思科技也在利用人工智能加速时序验证。