国产EDA缓慢突围！单点突破到建立生态圈

为遏制中国半导体产业发展，美国近年来“杀招”不断，从芯片设计、芯片制造再到芯片设备等诸多领域都遭受到不同程度的冲击。今年10月中旬，美国商务部下属工业和安全局(下称BIS)再度扩大芯片产业相关企业对中国出口的限制，剑指我国人工智能 (AI)、超级计算机、数据中心等相关行业的发展。

不过，也正因为诸多阻拦，更多人意识到了国产高端芯片自主可控的重要性，而处于芯片产业链上游、小而精的EDA（Electronic Design Automation，电子设计自动化）工具，也因在先进制程芯片设计中的重要性而备受关注。

01

国产EDA厂商遭诘问

面对EDA国际三巨头近三十年积累的技术壁垒，投身于其中的国产EDA企业既要上下求索在产品上寻求突破，也要在存量市场中生存下去。而在机遇与风险交织中，不乏“真研发”与“PPT立项”之争。

“我就是想问问你们到底实际给客户导入了几个机框？导入了多少FPGA？”近日一场EDA产业峰会上，国内EDA数字验证解决方案提供商芯华章的演讲者刚刚介绍完公司的新产品，一位听众就发出了上述质疑。

傅晓质疑芯华章产品应用情况

提问者是海思半导体平台验证部部长傅晓，所说的“机框”是指芯片设计的边框，一般是芯片设计输入的第一步，常见的就是矩形或圆形，复杂边框则对EDA性能提出更高要求；FPGA（现场可编程门阵列）则是指可以通过编程来改变内部结构的硬件元件，这种验证方式比流片便宜、比仿真要快，是芯片开发流程中的重要一环。

当芯华章演讲者对傅晓的问题避而不答时，他嗤道：“那就是又吹牛逼。”

此后一番言论被现场人员拍成视频，当成“爽文”在网络上流传，傅晓也被戏称为“EDA判官”。当然，也有人质疑其是否有自我炒作意图。傅晓也很快在朋友圈发文为自己的态度道歉，不过他仍指出，国内企业想要解决超大规模芯片的工程问题和泛化问题非常之难，尤其是在EDA这一工业软件环节。

大部分业内人士能够理解这一担忧，毕竟在技术、人才、产业链完整度等多环节存在短板的背景下，国产EDA厂商的追赶之路仍然漫长。正如傅晓所言，我们最终要解决中国的EDA工具卡脖子的问题，“不能靠PPT发布，得靠实事求是的工作作风，一点一点在实际项目中解决无数问题”。

02

EDA软件：芯片研发之始

在探究EDA产业的历史与现状之前，我们还是要先简单解释一下，这个看似不起眼的软件为什么能掌握芯片的“命脉”。

EDA软件主要是用于芯片设计、布线、验证等环节，是芯片产业的起始点，对于设计超大规模集成电路来说，是不可或缺的关键工具，因此业界称之为“芯片之母”。具体来看，EDA分为设计工具、仿真工具、验证工具三种类型，而前述企业芯华章，其产品研发主要聚焦的就是验证环节。

之所以说EDA“不起眼”，大多是从其全球市场规模来看。EDA行业全球规模约为110亿美元，相对于5000亿美元的半导体产业，仅占2%，放大到近40万亿美元的数字经济中也是位卑言轻。

EDA软件处于行业的最上游。图源：企查查

但如果没有了这块基石，全球所有的芯片设计公司都会立即停摆，半导体倒金字塔也会瞬间坍塌。

在EDA出现前，传统集成电路的设计根本没法达到复杂的程度，整个半导体设计环节都很粗糙，所有芯片都是由设计人员手动完成设计和布线等基础工作。业内人士解释，上世纪60、70年代，芯片可能就几个晶体管，前端可以手工完成其功能的计算，后端版图就根据电路图，将管连线，用笔转移为几何图形再画出胶带。这个阶段，芯片设计比较简单，手工也不容易出错。

而现在，几纳米的面积上可以集成上百亿个晶体管，这是人工难以达到的成就。EDA的出现就像一支“神笔”，利用计算机软件就能完成大规模集成电路的各流程环节设计。芯片设计工程师只需要将硬件描述用编程代码（HDL code）的形式喂给EDA，EDA就会根据逻辑闸设计图的规格对该代码进行修改和调整，生成功能正确的电路图，最后供给后端进行布局模拟和电路制作，形成光罩也就是掩膜，然后由制造商支持流片到成品。

28nm的SOC人工设计和EDA软件设计的成本难以相提并论

美国芯片行业研究人员曾分析，如果不使用EDA工具，一颗28纳米SOC（系统级芯片）需要花费77亿美元；借助于EDA工具，这笔费用将会骤降至4000万美元。EDA因此被推上产业金字塔塔尖，伴随由摩尔定律引领60余年的半导体行业共同飞速发展。

03

起底EDA三巨头：冰冻三尺非一日之寒

前面我们讲到了EDA到底有什么用途，为什么它对芯片制造行业如此重要。那么接下来我们就来梳理一下全球范围内的EDA行业巨头都是谁。事实上谈到EDA，就很难绕开三家公司：Synopsys（新思科技）、Cadence（铿腾电子）和Mentor Graphics（明导国际），被行业内部称为EDA三巨头，这三家企业占据了全球EDA工具近80%的市场。

那么，我们如何理解EDA工具的市场占比，换句话说就是如何像认识不同手机品牌那样，区分它们之间的异同？其实是可以的，因为这三巨头的历史发展进程和侧重点其实并不完全重叠，我们甚至可以从它们各自擅长的领域，来判断整个芯片行业的现状和前景。

悉数诞生于1980年代，各占山头又互相竞争

我们知道，一个完整的集成电路设计和制造流程主要包括工艺平台开发、集成电路设计和集成电路制造三个阶段，而这三个阶段均需要对应的EDA工具作为支撑，包括用于支撑工艺平台开发和集成电路制造两个阶段的制造类EDA工具，以及支撑集成电路设计阶段的设计类EDA工具。

而且在每一个阶段，根据设计维度的不同，EDA软件还可以进一步细分为行为级、系统级、RTL级、门级、晶体管级EDA工具，各层级EDA工具的仿真和验证精度依次提升，速度依次降低，其拟实现的目标和应用场景也有所不同。另外，EDA软件还要分为模拟芯片和数字芯片这两个大类……不难看出，EDA工具就像一颗盘根错节的大树，细分领域非常复杂。

EDA三巨头的市场占比非常惊人

从历史沿革来看，Synopsys（新思科技）成立于 1986 年，在2008年成为全球排名第一的 EDA 软件工具领导厂商，市场占有率约 30%，它的特点就是全面开花：模拟前端的XA，数字前端的VCS，后端的sign-off tool，功能都很强大，垄断了90%的TCAD 器件仿真和50%的DFM工艺仿真，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。

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，到1992年成为EDA行业龙头地位，但到2008年被全面发展的Synopsys超越。旗下EDA工具同样涵盖了电子设计的整个流程，强项在于模拟或混合信号的定制化电路和版图设计，PCB（印刷电路板）工具相对也较强，但是后端的Sign off工具偏弱。

排名第三的Mentor Graphics（明导国际）其实成立得最早，1981年就成立了但在1990年代遇到经营困境，软件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 94 年公司组织结构大调整后，才重新崛起，2016年被德国西门子收购。其业务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，工具没有前两家全面，无法涵盖整个芯片设计和生产环节，但在有些领域，如PCB设计工具等方面有相对独到之处。

咱们耳熟能详的各大芯片厂商都是EDA三巨头的客户

04

扎根中国已久，行业黏性十足

我国作为全球最大的芯片消费市场，EDA三巨头早早就已完成布局，Cadence（铿腾电子）1992年进入了中国大陆及香港市场，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，进行数字和模拟方面的产品研发，包括现在与人工智能相关的产品都是在国内研发的。

1994年，Synopsys（新思科技）向清华大学捐赠了20套Design Compiler软件，总价值约500万美元，随后该公司和清华成立了“清华大学——新思科技高层次电子设计中心”，开始推动中国EDA人才的培养。1995年正式进入中国市场，在北京、上海、深圳、西安、武汉、南京、厦门、香港、澳门等城市设立机构，员工人数超1200人，建立了完善的技术研发和支持服务体系。2018年和2019年又分别成立了芯思原和全芯智造两家合资公司，前者意在加强芯片IP领域的本土合作，助力本土晶圆厂和设计企业实现自主研发，掌握核心技术，后者旨在加强制造类EDA领域的本土合作，带动国内技术能力。

Mentor Graphics（明导国际）在1989年就进入中国，但没有在国内设立研发中心，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。

所以，虽然经历了“华为事件”，但三巨头仍在加大对中国的布局，不断推进本土化和“产学研”支持，通过支持国产EDA形成更多维度的“包围”。由于目前国产EDA相比美国EDA整体仍有较大差距，加上新EDA、新IP、新工艺及PDK，互相促进、互为一体，用户更换EDA软件的成本极高，所以黏性也是超乎想象的强。

05

成功背后的逻辑

并购与长期投资扶持是关键

不难发现，EDA三巨头的发展时间线，其实就是与芯片行业并轨前行的，而且和芯片巨头们一样，EDA三巨头在发展过程中也通过不断扩展、兼并、收购来提升行业影响力，一来可以通过并购补全自己的工具链，比如2002年Synopsys（新思科技）以 8.3 亿美元收购与 Cadence（铿腾电子）结束专利诉讼的Avanti公司，直接衔接了前端和后端工具，让它成为 EDA 历史上第一家可以提供顶级前后端完整IC设计方案的EDA工具供应商，这正是它在2008年超越Cadence（铿腾电子的关键；二来则是将潜在的挑战者“扼制”在萌芽状态。

也正是靠着这种吞并式的扩张，EDA三巨头们才形成了一道不可逾越的知识产权鸿沟，并形成了非常稳固的“三分天下”之势——自1996年至2023年，三巨头在全球EDA市场占比始终维持在50%以上。

机构和政策扶持是美国EDA行业发展初期最重要的支撑

还有一个关键的原因就是政策扶持，在美国，是国家科学基金（NSF）和半导体研究共同体（SRC）为EDA研究插上了翱翔蓝天的翅膀。据统计数据显示，从1984年到2015年，有将近1190个国家科学基金研究课题与EDA强相关，也就是每年40个项目，持续30年的基础研究投入。

半导体研究共同体作为以应用材料、格罗方德、IBM、英特尔、美光、雷神、德州仪器和联合技术为主要合作伙伴的技术研究联盟，关注的重点一贯是“未来可以卡脖子”的前沿性技术，1982年成立的时候，EDA就是它的主要研究目标之一，预算占比高达四分之一，时至今日依然专设“计算机辅助设计和测试”研究领域。

这些组织存在的价值，就是考虑到各家企业单独用来进行EDA基础研究的资金十分有限，即使在经济形势好的时候，也难以支持EDA的研究需求，需要通过共同体将研究资金聚集起来，集中力量进行产业共性技术创新。再加上EDA研究极其需要理论研究，而这些理论研究大概率难以在短时间内获得商业汇报，而企业更青睐能够迅速见效的短期项目。所以这些风险更大、周期更长、商业应用更不明确而又十分必要的研究项目，就需要国家科学基金及半导体研究共同体这样的非盈利服务机构投资并组织研发。

以模型检查和模型简化这两个典型的EDA技术为例，从编程语言理论开始发展，到成熟的软件诞生经历了二十多年，在最初的10年里，它完全是由国家科学基金会支持的，可以说如果没有这些长期资助就不可能目前的技术水平。

06

下一代技术或继续厚积薄发

随着层出不穷的应用新方向，EDA 行业依然有着非常巨大的发展空间，比如现阶段非常火爆的人工智能和云计算，都离不开EDA工具。

人工智能将成为EDA的下一个发展风口

人工智能领域，深度学习等算法能够提高EDA软件的自主程度，提高设计效率，缩短芯片研发周期，据 Cadence（铿腾电子）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、布局和线路以及电路仿真模型。

除此之外，Synopsys（新思科技）也推出了相关的人工智能套件“Synopsys.ai”，让人工智能承担各类重复性任务，如设计空间探索、验证覆盖和测试码生成，并且还能提升这些任务结果的质量，这为开发团队腾出了大量时间，让其得以专注于完成各种增值任务，如实现产品差异化、快速创建新功能或衍生设计等。

借由云计算，EDA工具对中小型企业也不再“遥不可及”

而EDA工具在云计算时代最大的特点就是“上云”，大多中小微企业面临人手短缺，设计能力匮乏等问题，尤其是设计团队在进行仿真和验证时，往往缺乏大规模的算力集群支持，所以EDA工具与云计算的结合在当前就成为了一个需求量极大的蓝海，三巨头也都有自家对应的云端托管仿真解决方案，属于仍处在高速发展赛道上的未来之星。

07

EDA国产化浪潮势不可挡

目光回到当下，在美国一系列遏制中国购买或制造先进芯片的禁令下，机会也来到了国内厂商身上。作为半导体行业发展突破的关键一环，EDA软件也将迎来“国产化”的重任，国内华大九天、概论电子等一众企业已经投入其中。

一波三折的EDA国产化之路

国内 EDA 行业起步较晚且发展较为曲折。20世纪80年代中后期，国内开始投入EDA 领域的研发。20 世纪70 至？80 年代，由于巴黎统筹委员会对中国实施的禁运管制，中国无法购买到国外的 EDA 工具，中国开始进行 EDA 技术的自主研发与攻关，并在 1988 年启动国产 EDA 工具“熊猫系统”的研发工作。

90 年代初，公司初始团队部分成员研发成功了中国历史上第一款具有自主知识产权的 EDA 工具“熊猫 ICCAD 系统”，填补了我国在这一领域的空白。之后的国内EDA 发展曲折而缓慢，因各种因素影响，国产EDA 产业没有取得实质性成功，但在这个过程中，国内已经出现多个EDA 厂商萌芽。“十一五”“十二五”EDA 重大专项彰显国家支持力度。2008 年以来，国内从事EDA 研究领域涌现了华大电子、芯愿景、广立微等数十家公司，国产EDA 企业方阵逐渐形成。

本土EDA企业发展历程

这些企业虽然在全流程产品上和海外巨头还有不小的差距，在工具的完整性方面与国外企业相比，有明显的差距，但在具体工具上各有所长。EDA 的重要性不断凸显，一旦EDA 受制于人，整个国内芯片产业的发展都可能停摆，发展国产EDA 迫在眉睫。

然而，相比国际EDA三大寡头，国内EDA厂商在产品、人才和生态上具有不小的差距。产品方面，海外EDA 产品矩阵更全，三大巨头实现了芯片设计全流程覆盖；技术更强，海外三巨头产品支持最先进的2nm 工艺制程，而国内厂商不支持或仅有部分产品支持先进工艺；业务更广，IP 业务已经成为海外EDA 巨头的重要营收入来源，但国内EDA 厂商几乎没有IP业务。

人才方面，国内EDA人才匮乏，根据赛迪顾问数据，我国EDA行业从业人员数量约为4400 人，而全球为4 万人，且多服务于海外三巨头。同时，国内EDA人才培养体系尚未成熟，EDA人才后备力量薄弱。生态方面，海外半导体产业链齐全，为海外EDA厂商快速发展提供了强力支持，国内EDA生态也需要时间成长。

不过在全球集成电路及EDA行业发展持续向好、我国集成电路产业保持高速增长的大背景下，我国EDA行业迎来持续良好增长。

整体来看，海外 EDA 巨头的强势领域主要在数字和模拟的全流程工具，但是在一些细分环节的点工具可能不是其发展重心，国内EDA 企业可以从这个角度切入实现弯道超车，EDA 整个版图中，仿真和验证类工具具有一定的独立性，其追求的主要系产品的高效算法带来的运行效率等指标，往往对于设计厂商来说一般会采用多种仿真或者验证工具做配合和交叉验证的工作。例如在器件建模仿真等领域深耕的概伦电子，以及在射频 EDA 领域深耕的九同方和聚焦芯片、封装及系统仿真类产品的芯和半导体等，都是从巨头不是最强势的细分领域切入到EDA 领域。

EDA国产化迎来黄金发展期

我国EDA行业从20世纪 80年代中后期才真正开始，较全球 EDA 行业的发展晚了十年，并且自1986年国产集成电路计算机辅助设计系统“熊猫系统”诞生之后的第二个十年，国内EDA行业并未有实质性的成功。直到21世纪初，在国家政策支持下，国内 EDA 产业才陆续展露出新的生机。在多次国际贸易摩擦、科技封锁事件之下，我国 EDA 行业迎来黄金发展期。

中国作为全球规模最大、增速最快的集成电路市场，国产EDA有着巨大的发展空间和市场潜力。国际半导体产业协会（SEMI）数据显示，近年来全球EDA市场规模不断扩大，预计到2026年将达到183.34亿美元，近五年的复合增速高达6.79%。而其中，我国EDA产业发展速度更是远超世界同期水平。中国半导体行业协会数据显示，2020—2025年，本土EDA产业年平均复合增速将达到14.75%。预计到2025年，本土市场规模将达到185亿元。随着中国集成电路产业的快速发展，中国的集成电路设计企业数量快速增加，EDA工具作为集成电路设计的基础工具，必将受益于高度活跃且不断扩大的下游市场。

经过多年的发展，国内EDA企业目前呈现出两种发展路径，其一是优先突破关键环节核心EDA工具，在其多个核心优势产品得到国际领先客户验证并形成国际领先地位后，针对特定设计应用领域推出具有国际市场竞争力的关航流程解决方案，概论电子就是该路线的代表；另一个路径则是优先突破部分设计应用的全流程解决方案，然后逐步提升关键全流程解决方案中各关键环节核心EDA工具的国际市场竞争力，华大九天则是以该路径为主。

来源：华大九天招股说明书

而自2022年以来，在中美贸易战和科技战背景下，以及IC产业逆全球化大趋势下，发展本土EDA产业的紧迫性和必要性更加突出。为了实现EDA自主可控，更多的利好政策不断出台，叠加下游应用市场需求的持续释放，国产EDA产业也在加速实现弯道超车。

国产EDA头部阵营逐渐成型

在中国市场，市场竞争格局依旧相对较弱。业内专业人士指出，目前国产EDA工具整体上能够商业化、产品化，能够交付产业界使用的，大概只能覆盖60%～65%的全流程，也就是说还有35%～40%的“点工具”还存在空白。

面对困局，国内厂商逐渐开始从各流程的“点工具”向全流程奋进，从细分领域逐渐实现本土自主化替代。现阶段，华大九天、芯华章、概伦电子、广立微等几家代表性企业已经逐步在特定领域全流程以及部分点工具上形成了突破，为本土EDA产业带来转折。

目前，国内外EDA企业主要的差距主要体现在，国内厂商以点工具为主，对数字电路全流程和先进工艺等支持不足。不过在多年不懈努力下，华大九天已经能够提供模拟电路设计全流程EDA工具系统、数字电路设计EDA工具、平板显示电路设计全流程EDA工具系统和晶圆制造EDA工具等，拥有多项全球领先技术。目前中国其他本土EDA企业难以提供全流程产品，但在部分细分领域也具有一定特点。

数据来源 :1. 中国通信学会：2.前瞻产业研究院，3.致同分析

华大九天之外，在数字验证领域，被当众质问的芯华章其实是国内唯一一家号称能够提供数字验证全流程EDA的公司，只是和成熟企业还有很大差距。而在器件建模、数字仿真及验证EDA领域，概伦电子具有技术领先性。近期，其发布的承载以DTCO理念创新打造EDA全流程的平台产品NanoDesigner，致力于提升产品的PPA、良率和可靠性等核心竞争力。

此外，在提升芯片成品率和快速监控电性测试等方面，广立微的制造类EDA工具，逐步构建了集成电路良品率提升的一站式解决方案。

“点工具”为主的现状虽然很难同三大国际EDA巨头一争高下，但EDA在芯片设计行业，就像家里的电、水等这类基础设施一样，芯片设计对EDA的需求一直不会变，只要项目越多，EDA工具需求就越多。国内EDA企业通过“点工具”的努力和不断突破，何尝不能成为燎原的星星之火呢？

08

AI带来EDA行业变革机会

当前，算力与储存需求爆发式增长，先进SoC的设计、验证压力呈指数级增长，开发者所需要的工具早已不局限在满足功能验证需求，而是需要从设计、架构、软硬协同、功耗等方面协同优化。

对于芯片制造企业而言，为保持竞争优势，不断缩减上市时间，这对流片的成功率也提出了更高的要求。一旦流片失败，将会造成企业重大损失。2023年，Wilson Research Group 发布的一份芯片验证调研报告显示，芯片制造企业首次流片的成功率正在下降，只有24%，这也意味着企业正面临着越来越昂贵的重新设计成本及不断增加的上市时间。

作为芯片设计领域的“基座技术”，EDA的全流程创新将撬动芯片产业的巨大变革。

前端设计的EDA 工具正在发生深刻变化，譬如AI 芯片设计领域所需要的EDA 工具和流程与现有的方案有很大的不同，一方面，国内外在该领域尚处于同一起跑线，国内 EDA 公司可能通过抓住这个机会来实现技术上的赶超，另一方面，国内半导体生态中从事AI 芯片等相关的初创企业采用DSL 语言的较多，这些新的初创公司生态亦将支持相关的下一代前端EDA 工具在中国落地。

在综合和后端领域，目前还看不到取巧的办法实现赶超。综合和后端领域算法多为已知算法，难度在于如何做到最优化。行业龙头Synopsys 和Cadence 都是在经历了多年积累加上大量的客户工程实践中发展起来的。从技术上来说，对于中国EDA 公司来说，想要实现赶超也是需要技术积累的。

相信随着时间的推移，在多方努力之下，国产厂商有望在EDA细分领取率先取得突破甚至成为这些领域的规则制定者，也有望开发出国产IP，对外国企业构筑起护城河。