1、集成电路设计之脑，万亿电子产业之基
EDA是集成电路领域的CAD加CAE，典型的技术与知识密集型产业。电子设计自动化（EDA）是利用计算机辅助设计软件，完成超大规模集成电路的设计、综合、验证等流程的设计方式。从功能来看 EDA 工具通常可以分为三大类。1）综合设计工具。主要应用于Fabless厂，完成系统整合、布局布线等各级设计。2）仿真工具。验证并优化设计结构，包括电路仿真与验证、物理设计规则检查等。3）测试与数据管理工具。主要应用于Foundry厂，完成测试芯片的设计、提升测试精度、数据分析等。从底层技术来看，EDA工具需要多种学科的紧密配合来实现芯片各类指标的平衡，是典型的技术与知识密集型产业。
集成电路设计发展的必然选择，万亿数字经济的根基技术。应用角度：随着集成电路的复杂程度上升，设计自动化代替人工绘图，叠加EDA降本增效的作用，其成为IC设计的必需品。具体应用来看，EDA广泛应用于数字设计、模拟设计、晶圆制造、封装、系统五大类场景。产业链角度：EDA是芯片设计的最上游，是衔接设计、制造和封测的关键纽带。市场角度：根据华经产业研究院数据，2020年EDA市场增速为10%，是近五年最高，根据research and markets数据，预计2025年全球EDA市场规模将达到145亿美元。EDA直接支撑的半导体制造产业市场规模高达700亿美元，再向上更是支撑着万亿规模的数字经济，杠杆效应接近200倍。
图表 2 集成电路产业链
资料来源：华安证券研究所整理
2、历经50年改进，从CAD发展为EDA
从CAD到现代EDA，逐渐成为半导体行业的核心节点。回顾过去50年，EDA共经历了四个发展阶段：
第一阶段：计算机辅助设计（CAD）时代。20世纪70年代中期，随着电路集成度提升，设计人员开始使用CAD来替代手工绘图，当时CAD的主要功能是交互图形编辑、晶体管级版图设计等。
第二阶段：计算机辅助工程（CAED）时代。1980年卡弗尔米德和琳康维发表《超大规模集成电路系统导论》，第一次提出用语言编程方式设计芯片。EDA功能开始包括自动布局布线、定时分析等。这个时代EDA商业化逐渐成熟，现在的EDA三巨头Mentor、Cadence和Synopsys相继成立。
第三阶段：电子系统设计自动化（EDA）时代。90年代，硬件语言的标准化和微电子技术的突飞猛进，推动了EDA设计工具的发展和普及。以高级语言描述、系统级仿真和综合技术为特点的EDA出现，真正实现了设计自动化。
第四阶段：现代EDA时代。随着大规模集成电路、计算机和电子系统设计技术的发展，设计、性能测试、特性分析、产品模拟等步骤均可在EDA 环境下开发与验证。同时随着智能手机、4G/5G、物联网等技术的发展，射频EDA迎来了发展的黄金阶段。
图表 3 EDA发展四阶段
资料来源：华安证券研究所整理
3、超高技术壁垒带来超高毛利率，EDA产业模式独特
EDA产业技术壁垒高筑，软件业务享受近90%毛利率。EDA是算法密集型产业，头部企业对EDA长期保持高强度的研发投入，形成了极高的技术壁垒。世界头部EDA企业Cadence和Synopsys的研发投入始终保持在30%以上，常年享受高达80%的毛利率，并呈现持续上升的趋势。
从License到IP核和加速器，EDA企业服务范围不断扩大。EDA行业商业模式不断创新，由单一软件销售演进到License、IP核以及仿真加速器的三部分销售。1）License：标准EDA软件包。随着半导体工艺和EDA技术的进步，客户需要重复购买，使EDA行业的利润得到保障。2）IP核：把电路设计方案整合为一体，构成集成电路的基本单位。3）加速器：加快仿真速度，提升客户产品完成效率。
图表 6 EDA的软件许可、IP核和加速器
资料来源：华安证券研究所整理
4、EDA企业的三大发展动能：收并购、政策支持、产业链协同
收购和并购：EDA企业扩张的核心手段，促使产品由点及面快速完善。EDA工具种类繁多、分工精细、领域内技术壁垒高筑，行业内的三巨头均是在某一特定领域崛起后依靠收并购来拓展自己的产品线。Synopsys进行过近百次的收购，Cadence进行过超过70次的收购，Mentor Graphics则进行过近50次的收购。
政策支持：EDA行业发展的护道者，美国政府每年在EDA行业投入数千万美金。EDA行业规模小，却是实现复杂芯片设计的必要工具，因此政府的支持成为行业发展的重要保障。美国政府方面，主要由国家科学基金和半导体研究共同体为EDA研究保驾护航，两者配合弥合创新前段由于知识需求和商业关注的巨大差距形成的“创新死亡谷”。
全产业链协同发展：EDA进步的基础，EDA、Fabless和Foundry是芯片制造的铁三角。从整个产业链来看， EDA进步的背后是整个产业链能力的提升。铁三角的第一个顶点为EDA厂商，其为Fabless提供支持；第二个顶点是Foundry厂商，为EDA厂商在工艺文件、工艺参数（PDK）上提供支持；第三个顶点是Fabless，是EDA工具的主要使用者，其复杂设计的演进会带给EDA厂商新的机会和改进空间。
图表 7 EDA、Fabless和Foundry的铁三角关系
资料来源：华安证券研究所整理
5、产业链升级叠加政策助力，国内EDA行业有望取得突破
国内芯片产业发展迅速，奠定国产EDA发展的土壤。从产业链角度看，我国已经在多个环节实现了自主可控。华为海思等Fabless厂商的技术已经进入世界前列；芯片制造和芯片封装测试环节，我国也均有企业位居世界前十的位置。从市场角度看，一方面，国际技术竞争激烈，芯片全产业链的国产化替代大有可为；另一方面，电子产品市场发展迅速，推动整个芯片产业的发展。综合来看，我国已经初步具备了EDA技术发展的土壤。
政策支持保驾护航，国内EDA市场快速发展人才储备上升。从国内市场来看，Synopsys、Cadence和Mentor Graphics主导市场，国际技术竞争背景下，集成电路设计和EDA工具成为政策支持的重点，国家陆续出台集成电路设计领域的重点布局事项和相关优惠政策。2020年，国务院发布新政，从财税政策、投融资政策、研究开发政策、进出口政策等八大方面为EDA行业助力。目前，国产品牌持续发力，整体市场份额持续上升。根据赛迪顾问数据，国产EDA工具销售额在2018-2020年逐步增长，2020年实现9.1亿元销售额。此外，国内EDA企业持续吸纳相关人才，2018-2020年，我国EDA企业人才由700人增长至2000人。
6 全球市场三巨头领先，国产EDA产业百花齐放
国际市场：现代国际市场三足鼎立，头部企业垄断全球90%市场。从全球范围来看，EDA行业企业可以按照市场规模划分为三类：第一类是Synopsys、Cadence和Mentor Graphics，占据了全球EDA市场约70%的份额。三家企业均拥有完整且优势明显的全流程EDA工具。第二类拥有部分领域的全流程EDA工具，且在局部领域具有绝对优势，占据全球约20%的市场。例如Ansys的热分析、压电分析；Keysight的电磁仿真、射频综合；华大九天FPD面板领域工具。第三类的企业主要聚焦于某些特定领域或用途的点工具，整体规模较小。
国内市场：需求、供给、政策三重共振，国产EDA企业百花齐放。具体来看，国内已经出现了一批各具优势的EDA企业。其中，华大九天是国产EDA龙头，核心成员曾参与中国第一款自主全流程EDA系统——“熊猫ICCAD系统”的研发工作，旗下的EDA工具覆盖了数字电路、模拟电路、平板显示电路和晶圆制造等领域。概伦电子深耕器件建模和电路仿真领域，2010年成立初期公司主攻半导体器件建模软件，随后陆续发布电路仿真领域工具和低频噪声测试仪器。广立微以结构设计测试工具切入市场，致力于提供优化芯片成品率的完整方案。在测试芯片设计领域，公司2007年发布用于测试结构设计的参数化单元创建工具Smtcell和测试平台TCMagic，并在2010年发布用于测试芯片设计的AT Compiler平台。在电性测试领域，公司于2008年成功研发电性能数据测试软件DataExp，后续又在2020年实现了WAT高速电性测试设备的量产，实现了软硬件的有机结合。
图表 9 按照营收划分的三类EDA企业
