芯片產(chǎn)業(yè)“卡脖子”的關(guān)鍵技術(shù)！EDA軟件已被這三大巨頭壟斷全球近七成市場份額

（全球TMT2022年8月20日訊）近日，芯片行業(yè)對于EDA軟件的關(guān)注度大幅提升，原因是美國商務(wù)部工業(yè)和安全局發(fā)布了一項臨時最終規(guī)則。從8月15日開始，將金剛石、氧化鎵兩種半導(dǎo)體材料、用于GAAFET架構(gòu)集成電路所必須的ECAD（EDA）軟件、用于燃氣渦輪發(fā)動機的壓力增益燃燒技術(shù)加入到商業(yè)管制清單，對其出口進行管控。

在這項臨時最終規(guī)則中，“用于GAAFET架構(gòu)集成電路所必須的ECAD（EDA）軟件”尤其引人關(guān)注。一方面是因為EDA是芯片IC設(shè)計中不可或缺的重要部分，處于整個芯片產(chǎn)業(yè)鏈的上游，甚至在行業(yè)內(nèi)被稱為“芯片之母”。另一方面，GAAFET工藝是突破3nm及以下技術(shù)節(jié)點的主流工藝架構(gòu)，而GAAFET結(jié)構(gòu)所必須的EDA軟件也是所有半導(dǎo)體公司進入先進制程后都無法避開的一個環(huán)節(jié)。

什么是EDA ？

EDA，全稱為Electronic design automation，即電子設(shè)計自動化。它是指利用計算機輔助設(shè)計軟件(CAD)，來完成超大規(guī)模集成電路芯片的功能設(shè)計、綜合、驗證、物理設(shè)計（包括布局、布線、版圖、設(shè)計規(guī)則檢查等）等流程的設(shè)計方式，是芯片IC設(shè)計中必不可少的基礎(chǔ)工具。簡單來說，使用EDA能夠設(shè)計、控制和管理上百億顆晶體管，在一顆芯片里面協(xié)同工作。

早在EDA出現(xiàn)之前，設(shè)計人員必須手工完成集成電路的設(shè)計、布線等工作，即使是在集成電路的復(fù)雜程度還遠不算高的時代，這項工作也并不容易。而隨著研發(fā)人員開始嘗試將整個設(shè)計過程自動化，既使得芯片的復(fù)雜度和精準度顯著提升，也直接加速了芯片開發(fā)的進程，使大規(guī)模芯片開發(fā)變?yōu)榭赡?。芯片由此可以被賦予更多的功能，也不斷向著更先進的制程工藝挺進。從1981年開始，電子設(shè)計自動化逐漸開始商業(yè)化。

按照設(shè)計對象的不同，EDA 工具可分為模擬設(shè)計類、數(shù)字設(shè)計類、晶圓制造類、封裝類、系統(tǒng)類五大類，貫穿整個集成電路生產(chǎn)流程?，F(xiàn)在，EDA軟件工具已經(jīng)成為芯片工程師完成電路設(shè)計、版圖設(shè)計等工作的必要工具。

EDA市場三巨頭

全球半導(dǎo)體市場近年來投資加碼不斷，持續(xù)火爆，雖然EDA市場規(guī)模大概只有一百多億美元，但其卻影響著整個芯片產(chǎn)業(yè)鏈，可謂是“小而精”產(chǎn)業(yè)的代表之一。

第三方數(shù)據(jù)分析機構(gòu)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院的報告顯示（以2020年數(shù)據(jù)為準），EDA行業(yè)從上個世紀九十年代的百家爭鳴發(fā)展至今，全球已經(jīng)形成了新思科技(Synopsys)、鏗騰電子(Cadence)和Siemens EDA(原Mentor Graphics)三足鼎立的局勢，這三大巨頭合計占據(jù)了全球EDA近70%的市場份額。中國也是這三家EDA公司的主要市場。第三方研究機構(gòu)賽迪智庫的統(tǒng)計顯示，2020年在中國的EDA市場中，三巨頭占據(jù)了合計超77%的市場份額。

新思科技(Synopsys)

新思科技成立于1986年，總部位于美國硅谷，是全球排名第一的電子設(shè)計自動化(EDA) 解決方案提供商，全球排名第一的芯片接口IP供應(yīng)商，專注于芯片設(shè)計和驗證、芯片知識產(chǎn)權(quán)和計算機安全。該公司由現(xiàn)任首席執(zhí)行官阿特·德吉亞斯博士(Aart J. de Geus)與來自北卡羅來納州通用電氣微電子中心的幾位工程師共同創(chuàng)建。公司最初名為Optimal Solutions，主要從事開發(fā)與銷售通用電氣開發(fā)的邏輯綜合技術(shù)，此后在發(fā)展過程中依靠不斷地并購活動獲取新的技術(shù)來完善自身產(chǎn)品線。新思科技目前擁有14800多名員工，分布在全球132個分支機構(gòu)。2019財年營業(yè)額逾33億美元，擁有3300多項已批準專利。自1995年在中國成立新思科技以來，新思科技已在北京、上海、深圳、廈門、武漢、西安、南京、香港、澳門九大城市設(shè)立機構(gòu)，員工人數(shù)超過1300人。

如今大多數(shù)先進的FinFET大批量生產(chǎn)芯片設(shè)計都是采用新思科技工具實現(xiàn)的。例如，新思科技近日宣布推出的射頻（RF）設(shè)計參考流程和配套的設(shè)計解決方案套件（DSK），可以加快三星電子的8nm射頻低功耗FinFET工藝的設(shè)計并提高產(chǎn)能。

鏗騰電子(Cadence)

鏗騰電子成立于1988年，是電子設(shè)計自動化（EDA）軟件與工程服務(wù)的重要廠商，主要提供IC設(shè)計、系統(tǒng)單晶片（SoC）、以及印刷電路板（PCB）所需的軟件工具與IP。在1988年，SDA Systems和ECAD兩家公司合并組成鏗騰電子，同年還收購了Ambit Design System。自1990年代起，鏗騰電子通過內(nèi)部開發(fā)以及多項并購行動，逐步建構(gòu)包含布線、合成、以及硬體模擬等完整的設(shè)計解決方案。1999年鏗騰電子收購了Quickturn；2002年收購IBM的硬體模擬業(yè)務(wù)；2003年又收購了Get2Chip等業(yè)務(wù)。2010年起，公司開始強化IP業(yè)務(wù)，再次收購買了記憶體IP廠商Denali。2013年收購可配置處理器IP廠商Tensilica，后來又陸續(xù)收購包括Cosmic Circuits、Evatronix的IP部門、以及Transwitch的HIS部門，建立完整IP產(chǎn)品組合。2021年，鏗騰電子的收入達29.88億美元。目前，鏗騰電子在23個國家擁有員工超9300人。

Siemens EDA（原Mentor Graphics)

Mentor Graphics是一家從事電子設(shè)計自動化（EDA）的跨國公司，僅次于新思科技和鏗騰電子。該公司于1981年創(chuàng)立，其總部位于美國俄勒岡州的威爾森維爾市(Wilsonville)，提供完整的軟件和硬件設(shè)計解決方案。2016年，被西門子收購以45億美元收購，并入西門子數(shù)字化工業(yè)軟件部門，這也使其成為全球最大的跨國公司之一。2021年1月起，Mentor Graphics更名為Siemens EDA。該公司在全球范圍大約有4400名雇員，年收入大約10億美元。

在EDA軟件領(lǐng)域，中國也有接近30家的EDA企業(yè)，包括華大九天、國微集團、概倫電子、芯和半導(dǎo)體、芯華章等公司目前處于國產(chǎn)EDA軟件的一線陣營。

其中，華大九天（北京華大九天科技股份有限公司）是國產(chǎn)EDA龍頭企業(yè)，該公司成立于2009年，一直聚焦于EDA工具的開發(fā)、銷售及相關(guān)服務(wù)業(yè)務(wù)。主要產(chǎn)品包括模擬電路設(shè)計全流程EDA工具系統(tǒng)、數(shù)字電路設(shè)計EDA工具、平板顯示電路設(shè)計全流程EDA工具系統(tǒng)和晶圓制造EDA工具等EDA軟件產(chǎn)品。2021年EDA軟件銷售營收占總營收的85.61%。2022年7月29日，華大九天在創(chuàng)業(yè)板上市。招股書顯示，2020年華大九天已成為我國第四大EDA軟件供應(yīng)商，市場份額6%左右。按照上市日期來算，至8月8日，華大九天上市9天，連漲9天。

此外，在2022世界半導(dǎo)體大會上，江蘇省工業(yè)和信息化廳副廳長池宇表示，將加快推動創(chuàng)新平臺載體的建設(shè)，包括國家級集成電路特色工藝和封裝測試創(chuàng)新中心、國家第三代半導(dǎo)體技術(shù)創(chuàng)新中心，以及南京無錫國家芯火雙創(chuàng)基地等國家級創(chuàng)新平臺載體的建設(shè)。目前，南京EDA創(chuàng)新中心已經(jīng)報到科技部，這是國內(nèi)第一個報到科技部的EDA創(chuàng)新中心，目前在審批中。

再說回來，用于GAAFET架構(gòu)集成電路所必須的ECAD（EDA）軟件主要應(yīng)用于先進制程芯片。例如，三星電子已經(jīng)開始生產(chǎn)基于3納米全環(huán)繞柵極（Gate-All-AroundT,簡稱 GAA）制程工藝節(jié)點的芯片。不過，臺積電和英特爾則認為在3nm制程上，F(xiàn)inFET仍有可為，而臺積電準備在2nm制程中引入GAAFET。

由此可見，對于EDA軟件的管控也主要集中于先進制程，對中國芯片公司短期影響不大，但對于三星和臺積電來說在商業(yè)合作商或許會有限制。