（报告出品方/作者：华安证券，尹沿技）

1.从辅助设计到自动化设计，EDA成为芯片产业链支点

1.1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，来完成超大规模集成电路芯片的功能设计、综合、验证、物理设计(布局、布线、版图、设计规则检查等)等流程的设计方式。从功能来看整个集成电路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、逻辑综合、布局布线等各级设计。2）仿真工具。验证设计的正确性并优化设计结构，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、进行制造工艺和成品的数据分析等。从底层技术来看，EDA工具需要对数千种情境进行快速设计探索，实现性能、功耗、面积、成本等芯片物理指标和经济指标的平衡，需要计算机、数学、物理、电子电路、工艺等多种学科的紧密配合，是典型的技术与知识密集型产业。

EDA是集成电路设计发展的必然选择，电子产业的根基技术。随着半导体行业的发展，集成电路的复杂程度指数级上升，现在集成度最高的芯片已经集成了数万亿个晶体管，未来芯片的集成度会越来越高，人工绘图已经是不可能完成的任务，因此利用计算机辅助手段解决集成电路设计问题的EDA工具成为IC设计的必需品。同时EDA工具也是IC设计企业降本增效的必然选择，根据加州大学圣迭戈分校AndrewKahng教授的推测，EDA技术进步让设计效率提升近倍，将消费级SoC的设计成本从77亿美元降低到万美元。从应用来看，EDA工具贯穿电子设计的多个环节，覆盖的环节包括数字芯片设计、模拟设计、平板显示电路设计、晶圆制造、封装测试、系统仿真等。从市场价值来看，百亿美元的EDA市场构筑了万亿电子产业的根基。

应用角度：EDA工具广泛应用于多个设计场景，贯穿芯片设计各个环节。EDA工具种类繁多，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。以EDA工具的主要应用场景数字设计为例，其前后端设计的多个环节均需要依赖EDA工具实现，前端设计：1）HDL编码：将模块功能以代码（硬件描述语言）来描述实现。2）仿真验证：检验编码设计的正确性。3）逻辑综合：把设计实现的HDL代码翻译成门级网表。4）静态时序分析（SAT），在时序上对电路进行验证，检查电路是否存在建立时间和保持时间的违例。5）形式验证：从功能上对综合后的网表进行验证。

后端设计：1)可测性设计：在设计的时候就考虑芯片自带的测试电路。2)布局规划：放置芯片的宏单元模块，在总体上确定各种功能电路的摆放位置。3)时钟树综合：时钟的布线，时钟信号在数字芯片起全局指挥作用，对称式地连到各个寄存器单元时延迟差异最小。4)布线：各个标准单元之间的走线。

产业链角度：芯片是电子信息技术产业的根本，EDA是芯片设计的最上游。芯片现在已融入信息社会的各个方面，军、民、商各类电子信息设备的核心都是芯片，电子信息技术产业发展的根基也是芯片。而EDA是芯片设计与生产的核心，从整个产业链来看，EDA是芯片制造的最上游产业，是衔接集成电路设计、制造和封测的关键纽带，对行业生产效率、产品技术水平有重要影响。设计方面，设计人员必须使用EDA工具设计几十万到数十亿晶体管的复杂集成电路，以减少偏差、提高成功率及节省费用。制造方面，基于新材料、新工艺的下一代EDA技术将给集成电路性能提升、尺寸缩减带来新的发展机遇。

市场角度：EDA对芯片制造的作用举足轻重，是万亿电子信息产业的支点。随着芯片工艺水平的精细，流片的成本越来越高昂，EDA技术成为芯片制造中不可替代的部分。EDA技术可以帮助设计者极大地提高效率、缩短设计周期、节省设计成本。从EDA市场本身来看，根据华经产业研究院数据，年EDA市场实现10%的增速，为近五年的最高增速，而根据researchandmarkets数据，预计到年全球EDA市场规模将达到亿美元。从电子行业来看，EDA直接支撑的半导体制造产业市场规模高达亿美元，再向上更是支撑着万亿规模的数字经济，杠杆效应接近倍。国内的集成电路市场相较于全球其他地区规模最大、增速最快，EDA工具的杠杆效应更加明显。

1.2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。EDA发展至今已经成为整个半导体行业生态链中最上游、最高端的节点，芯片制造的全流程几乎都有EDA的参与。回顾EDA发展的50年，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，随着电路集成度的提升，设计人员开始尝试使用CAD工具进行设计工程自动化来替代手工绘图，当时CAD的主要功能是交互图形编辑、晶体管级版图设计、布局布线、设计规则检查、门级电路模拟和验证等。

第二阶段：计算机辅助工程（CAED）时代。EDA工具功能开始包括自动布局布线、定时分析、逻辑模拟、仿真故障等，主要对设计电路的功能检测问题进行处理。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年代之后，硬件语言的标准化和微电子技术的突飞猛进（芯片可以集成上亿晶体管），推动了EDA设计工具的发展和普及。设计师开始从电路设计转向系统设计，以高级语言描述、系统级仿真和综合技术为特点的EDA就此出现，真正实现了设计的自动化。

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不断发展，EDA技术在多种产业广泛应用，从设计、性能测试、特性分析、产品模拟等，都可在EDA环境下进行开发与验证。同时随着智能手机、4G/5G、物联网等技术的发展，射频EDA软件迎来了发展的黄金阶段。

1.3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，EDA软件业务享受近90%毛利率。正如前文所说，EDA是算法密集型产业，需要对数千种情境进行快速设计探索，涉及计算机、数学、物理等多基础学科的结合应用。这种基础学科技术的不断突破和应用，需要通过长时间的技术研发投入和专利积累来实现。目前，头部企业对EDA的长期高强度的技术研发投入成为其保持长久竞争力的关键之一，成熟的EDA企业纷纷形成了极高的技术壁垒。过去十年间，世界头部EDA企业Cadence和Synopsys的研发投入始终保持在30%以上。另一方面，超高的研发投入与技术壁垒让行业内的企业享受到了近90%的毛利率，行业内头部企业Synopsys和Cadence的总体毛利率常年维持在80%左右，并呈现持续上升的趋势。

商业模式从License授权，到IP核和硬件加速器，EDA企业服务范围不断扩大。EDA行业的商业模式不断创新，由单一EDA软件的销售演进到现在的License证书授权、IP核（IntellectualProperty)以及仿真加速器的三部分销售。1）License证书授权：标准EDA软件包，售价昂贵，下游客户通常需要购买多套license才能满足需求，三年license费用高达百万美金。而随着半导体工艺和EDA技术的不断进步，客户需要重复购买，使EDA行业的利润得到很大程度上的保障。2）IP核：把拥有知识产权的电路设计方案整合为一体，构成集成电路的基本单位，这些基本单位被以功能扩展包的形式出售。不同功能的IP被组合起来可以构造不同功能晶片的基础系统。3）加速器：加快仿真速度，提升客户产品完成效率。

1.4EDA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。回顾EDA的过去50年，由于EDA工具种类繁多、分工精细、领域内技术壁垒高筑的特点，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，依靠技术+资本的双重力量，在扩充加强产品线的同时将潜在的挑战者“扼制”在萌芽状态。

自三巨头成立以来至今，Synopsys进行了近百次的收购，Cadence本身就是并购形成，50年间进行了超过70次的收购，MentorGraphics则进行了近50次的收购。从市场规模也可以看出收并购最频繁的Synopsys占有了全球最多的市场份额。具体来看，有多次重要的收购导致了三巨头现在的市场格局，比如，1年Synopsys收购Avanti，一举补齐了数字集成电路EDA全流程技术，获得了后端布局布线近四成的市场；8年Synopsys又通过收购Synpicity成功进入FPGA和快速增长的原型市场。

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、技术难却不可或缺，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。自年EDA初步商业化开始，以美国为首的发达国家就从未停止过对EDA领域的支持。美国政府方面，主要由国家科学基金（NSF）和半导体研究共同体（SRC）为EDA研究保驾护航，两者交互配合，弥合创新前段由于知识需求和商业

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