華為能突破美國封殺嗎?中國 EDA 產業是關鍵,但有 3 大難題需要克服

EDA

(本文經合作夥伴 品玩 授權轉載,並同意 TechOrange 編寫導讀與修訂標題,原文標題為 〈芯片设计国家队来了,它能把掐着华为脖子的那只黑手推开么?〉。)

【為什麼我們要挑選這篇文章】美國以國安為由封殺華為,此舉促進中國本土的半導體供應鏈發展。其中,有晶片設計之母之稱的 EDA,更是中國半導體的發展重點。然而中國 EDA 市場仍由外國企業主導,中國 EDA 廠要趕上國際企業,讓華為擺脫美國的封殺,仍需先突破 3 大難題。下文,是中國媒體對其國內半導體市場的研究,供我們了解半導體美中之爭的近況與發展。(責任編輯:郭家宏)

EDA 對許多人曾經是個非常陌生的概念,但在華為遭遇制裁後,這個被譽為「晶片設計之母」的產業成了普通人也在談論的話題——它是晶片領域被「卡脖子」的典型代表,目前的市場份額來看,中國國內和國際 EDA 市場由國際三巨頭新思科技(Synopsys)、楷登電子(Cadence)和西門子 EDA 絶對主導。

不過,就在 6 月底,兩家中國 EDA 企業開始正式進入上市流程,國產 EDA 第一股之爭也隨之展開。而這給了人們客觀地一探國產 EDA 真實實力的機會。

晶片設計公司最怕試產失敗,EDA 是高精密電路設計的關鍵工具

晶片設計公司最害怕的是什麼?

在今年晶片短缺的背景下,恐怕不少人會說,是晶片設計公司預約不到晶圓廠的產能幫助其流片,這個答案說對了一半,對資金實力有限的 IC 設計公司而言,更害怕的其實是流片(試產)失敗。

也就是說,預約不到產能只是晶片短缺下的「特殊問題」,而流片失敗則是一個一直存在的普遍問題。畢竟,流片所需的花費不菲,歷史上因數次流片失敗而倒閉的晶片公司不在少數。

而流片成功與否的關鍵,就在於前期晶片內部結構的設計是否合理。

過去,設計人員必須手工完成晶片的設計和佈線,可隨著晶片製程越來越先進,其內部的複雜程度也呈幾何級增長,這對 IC 設計人員來說,不管是工作量還是工作難度都在與日俱增,這就客觀要求 IC 設計人員利用輔助性工具來解決這個問題,EDA(Electronic Design Automation,電子設計自動化)也因此產生。

具體來說,EDA 是指利用電腦輔助設計軟體,完成超大規模積體電路晶片的功能設計、綜合、驗證、物理設計等流程的設計方式,它能使晶片設計的效率得到數百倍的提升。也因為 EDA 工具的日臻完善,從而大大減少了晶片設計公司流片失敗的機率。

用數據更直白的來看,有專業機構曾做過一個估算,在 2011 年,一個約 4000 萬美元的 SoC 設計若不使用 EDA 工具,其花費會上升至驚人的 7 億美元。因此,這個僅占全球積體電路產業規模 3% 左右的 EDA,被譽為晶片設計之母,可以說沒有 EDA 就沒有當今高度複雜精密的積體電路。

中國 EDA 市場仍由國際廠商主導,本土 EDA 巨頭仍需政府補貼

今年 6 月底,有中國 EDA 龍頭之稱的華大九天和另一家 EDA 企業上海概倫電子遞交的招股書,先後得到了主管單位的受理。那麼,今天中國國產 EDA 的成果究竟如何?

華大九天是中國 EDA 產業元老級的企業,雖然公司成立於 2009 年 5 月,但其初始團隊部分成員來自北京整合電路設計中心(後更名為中國華大整合電路設計中心),曾參與中國第一款具有自主知識產權的全流程 EDA 系統——「熊貓 ICCAD 系統」的研發工作。華大九天的現任董事長劉偉平博士自 1989 年 8 月就一直在北京整合電路設計中心,後隨公司 EDA 部門獨立(即現華大九天)來到了現崗位,是不折不扣的 EDA 老專家。

因此,華大九天有著純正的國資血統,公司承擔著 2008 年國家科技重大專項「核心電子器件、高端通用晶片及基礎軟體產品」專項的研發任務,包括此刻在衝刺科創板的另一家 EDA 企業概倫電子,成立於 2010 年,可以說也是受該國家專項政策的推動而成立的。

在主營業務上,兩家公司雖然都是向下游廠商出售 EDA 工具以及技術開發服務,但不同點也很明顯。華大九天在模擬電路設計和平板顯示電路設計方面實現全流程工具覆蓋,概倫電子則圍繞設計 – 工藝協同優化(DTCO)方法學,聚焦於特定細分領域的工具,在細分市場打開局面。

也就是一個大而全,一個細而精。

在營收上,2018 到 2020 年的報告期內,華大九天營業收入分別為 1.51 億元、2.57 億元、4.15 億元;淨利潤分別為 4851.94 萬元、5715.77 萬元、1.04 億元。概倫電子的營業收入分別為 5194.86 萬元、6548.66 萬元、13748.32 萬元;其淨利潤分別為為 -790.32 萬元、-87736.02 萬元、2789.17 萬元。(以上貨幣單位皆為人民幣)

雖然華大九天的營收明顯好於概倫電子,但存在一個晶片行業常見的問題: 華大九天仍需大量政府補貼。

據華大九天招股書顯示,報告期內公司計入其他收益的政府補助分別為 4389.2 萬元、5430.27 萬元和 7040.57 萬元(人民幣),占當期利潤總額的比例分別為 90.46%、95.00% 和 67.99%,占比較高。政府補助的主要內容為軟體產品增值稅即征即退款和 EDA 項目補助等。

EDA 是演算法密集型的大型工業軟體系統,是典型的技術密集型行業。其開發過程需要電腦、數學、物理、電子電路、工藝等多種學科和專業的高端人才,這就要求 EDA 企業在產品升級和研發費用上投入更多。2018 ~ 2020 三年內,華大九天的研發費用占營業收入的比例分別為 49.81%、52.50%、44.22%,概倫電子研發投入占營業收入比例分別為 51.16%,361.94%,38.91%。

EDA 行業狀況與積體電路產業發展情況息息相關。在近年來全球積體電路產業基本保持穩定向好的發展態勢下,全球 EDA 工具總銷售額也保持穩定上漲,2020 年實現總銷售額 72.3 億美元,同比增長 10.7%。中國 2020 年 EDA 行業全年總銷售額約為 66.2 億元(人民幣), 同比增長 19.9%,實現連續增長。其中,中國自主 EDA 工具企業在本土市場營業收入約為 7.6 億元(人民幣),同比增幅 65.2%。

雖然中國 EDA 產業正在蓬勃發展過程中,但目前國內和國際 EDA 市場仍由國際三巨頭新思科技、楷登電子和西門子 EDA 絶對主導,三巨頭能夠提供全套的晶片設計 EDA 解決方案。

根據賽迪智庫數據,2020 年中國 EDA 市場銷售額約 80% 由國際三巨頭佔據。中國 EDA 供應商目前所占市場份額較小。即便是中國 EDA 龍頭企業華大九天,也僅佔據中國 2020 年 EDA 市場約 6% 市佔,遠在國際三巨頭之後。

中國 EDA 廠要趕上國際企業,必須先突破三大難題

華為遭美國制裁後,便因為三大廠商不再對其更新 EDA 版本和後續服務,使得海思麒麟難以持續研發,華大九天則在 16 nm 以下的先進製程工藝上還未突破,無法為華為提供軟體技術支撐。那麼對中國 EDA 企業而言,趕上國際領先 EDA 企業的難點在哪?

從國際 EDA 三巨頭的發展歷史上來看,首先是 規模效應

這三家企業均具備超過三十年的發展歷史,各自進行過 50 起以上的兼併收購,其中新思科技更是透過 100 起以上的兼併收購,成為全球第一大 EDA 公司,建構了較高的生態壁壘,這就致使全球包括蘋果、高通、英特爾在內的晶片巨頭也不得不向三大廠商中的幾家採購軟體和服務。

其次是 產業鏈的協同 ,EDA 工具與下游晶片製造工藝關係緊密。EDA 工具仿真的結果與晶片製造企業的具體工藝細節息息相關,這就需要理論模型與工藝結果之間相互驗證,當晶圓代工廠開發新的工藝,EDA 工具軟體廠商就需要獲得代工廠新工藝的相關數據,基於此來開發新的版本。

因此,EDA 工具軟體要支持最先進工藝節點,就必須與代工廠保持緊密合作,根據代工廠的工藝特點開發相應的演算法和模型,在這一過程中實現自身產品和技術的進步,國際三大 EDA 龍頭企業的成長都伴隨著與全球各大晶片廠商的密切交流。

可以說,未來中國晶圓代工廠的先進製程能力,決定了中國 EDA 工具軟體的先進程度。

最後,也是最關鍵的一點。EDA 終究是半導體產業鏈中的一環,中國 EDA 企業的發展壯大脫離不了 市場需求和獲利 ,政策和補貼固然是前期羸弱的 EDA 企業發展的重要一環,但如何在市場中獨立生存並獲利,則是國資背景 EDA 企業一步步完成上市後,更加需要考慮的問題。

(本文經合作夥伴 品玩 授權轉載,並同意 TechOrange 編寫導讀與修訂標題,原文標題為 〈芯片设计国家队来了,它能把掐着华为脖子的那只黑手推开么?〉。首圖來源:PxHere CC Licensed

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