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EDA行业营收,逆风创历史

02/19 09:20
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作者:米乐

SEMI 电子设计市场数据报告显示,2023 年第 3 季度全球EDA收入增长创纪录。这是自 1998 年第四季度以来最高的总体增长。EDA是如何从半导体行业的“边缘人物”变成当红炸子鸡的呢?

不容小觑的市场潜力

EDA软件半导体产业链中的重要环节之一,在多个领域中都发挥着至关重要的作用,近年来行业发展速度不断加快。目前我国EDA软件行业主要由国内和国外厂商所组成,以Synopsys、Cadence、Siemens EDA等为代表的国外大型厂商排在第一市场梯队,其凭借着技术和资金等方面积累的优势占据市场主导地位;之后为华大九天、国微集团和概伦电子等国内领先厂商位于第二市场梯队,相比其他本土企业,这类厂商在个别细分领域的市场份额占比较高,在整体市场中有着一定的话语权;此外其他本土EDA软件厂商排在第三市场梯队,整体市场竞争力比较弱。

担任中国台湾大学电机资讯学院院长的张耀文教授以实际应用说明半导体产业的重要性:人工智能5G 物联网、云端服务、高性能计算、大数据分析、智慧医疗、自驾车和机器人等新科技创造当今人类的新文明,这些新科技的实现,都必须仰赖半导体技术的发展,而且相辅相成地成为技术发展的主要驱动力。

在了解各国半导体领域版图前,必须先了解半导体是怎么来的。从半导体原料到指尖上一块小小的芯片,涵盖了数百道加工步骤和长长的全球价值链(Global Value Chain),由各国企业分工不同阶段的制程。阳明交通大学副校长、电子研究所的李镇宜教授表示,半导体整体产业的发展与板块移动,属于跨国、跨企业在多年的良性竞争与互补合作下,诞生的共创机制。

半导体价值链可分为设计与制造两大部分,后者又可分为前端的晶圆制造生产与后端的封装测试。设计端包含开发基本电路模组、电子设计自动化(Electronic Design Automation, EDA)软件,以及提供指令集架构的公司。

半导体产业的全球价值链,可分为设计与制造两大部分,由各国企业分工协作。

进行电路设计的公司,大部分都没有自行生产芯片的工厂(无厂半导体企业),因此需要委托晶圆代工厂来制造芯片,全球市占率6 成的的台积电即为国际晶圆代工龙头。前端工程的晶圆代工厂,会将电路设计图转印到晶圆上,而后端的企业则负责裁切晶圆,制成芯片后进行封装测试。

根据半导体产业协会(SIA)与波士顿顾问集团(BCG)于2021 年4 月合作发表的分析报告,可见美国在最上游的芯片设计与半导体制造设备(如掺杂技术〔Doping〕 与制程控管所需机具),都扮演极具分量的角色,而这些主要技术,也成为美国在地缘政治中的关键施力点。

美国针对半导体产业链各重点环节对中国展开的芯片制裁,一方面,英伟达与AMD被美国限制向中国出口现成的高阶芯片,以拦截尖端科技发展。高阶芯片在进行大数据分析的高效能运算(high performance computing)系统中必不可缺,势必影响阿里巴巴、腾讯与百度的云端服务的布局,以及未来AI 发展。

另一方面,中国被禁止取得美国的半导体设备,阻绝高阶芯片的制造。巧妇难为无米之炊,尤其半导体机具设备并非一次性购入即可,还需厂商提供长期维修保养、排除故障问题等服务。美国的禁令旨在使中国半导体大厂的芯片制程大幅落后。不只是现成的芯片与制造设备,美国还对半导体制造设备的必要元件下禁令,意图让中国无法发展本土的半导体制造设备。

如果中国国内无法制造,难道不能委托其他晶圆代工厂协助?事情没那么简单,别忘了美国也管制国产EDA 软件出口到中国,相当于扼杀中国自行设计高阶芯片的能力。因为拥有约八成市占率的EDA 软件三大巨头——新思科技(Synopsys)、Cadenc与西门子(Siemens),其总部都在美国,而中国国内的EDA 企业均未具备设计先进电路制程的能力。

工研院产科国际所杨瑞临研究总监分析,美国从产业链的设计与制造端紧抓要害,全方位围堵中国的半导体产业发展。

半导体产业中不可或缺的芯片之母——EDA

虽然EDA 软件的市场价值在2021 年约100 亿美元,与半导体市场将近6000 亿美元的规模相比不到十分之一,但它可是半导体价值链中至关重要的芯片之母。

不像1970 年代时,IC 上只有数以千计的晶体管,如今迈入超大型集成电路(Very Large Scale Integration,VLSI)世代,一块IC 上就有上亿个晶体管。(以iPhone 14 所用的A16 仿生芯片为例,其一平方公分的晶圆面积上就布满约160 亿颗晶体管!)IC 上的各个区块肩负不同功能,每个区块都需由一组团队设计,光是一块IC,背后就需要上千人的团队才能开发成功。巨量的元件大大提升后期整合的难度, 设计工程师绝不可能将一个个晶体管手动排列上去,一定得仰赖EDA 的辅助。EDA 让工程师可以利用程式规划芯片功能,再交由EDA 将程式码转换成电路设计图,达成高效率设计。

EDA 之所以强大,是因为它不只能优化设计,还可以提供模拟和验证的功能。规划IC 架构后,工程师能在投入实体制作前,先行在不同条件参数与运作方式下模拟电路的表现,知道IC 布局是否能起作用。工程师可以针对效能最强、面积最小或发热最低等不同目标来模拟,进行调整除错,找出最佳化的设计。

除了设计端,制造端与EDA 同样密不可分。EDA 的验证功能可以协助检验芯片的设计是否正确连接,有无遵循晶圆代工厂的生产规格,确保制作良率可以符合量产的效益。建置EDA 软体与设计环境的公司,和负责研发先进制程的晶圆代工厂商,两者之间需紧密沟通往来,才可以让设计跟上最新制程资料,不停向前推进半导体纳米微缩的技术节点。

EDA 就像是建筑师的蓝图,可以预先在一定的施工条件下,构想好空间配置,确保每个工班做出来的东西可以流畅地衔接在一起。

EDA新趋势

2024年1月16日,EDA及半导体IP大厂新思科技和工业软件大厂Ansys正式宣布,双方已经就新思科技收购Ansys事宜达成了最终协议。

根据该收购协议条款,Ansys股东将以每股Ansys股票换取197.00美元现金和0.3450股新思科技普通股,按2023年12月21日新思科技普通股的收盘价(559.96美元/股)计算,该收购总价值约为350亿美元,是2024年开年最大的并购案,同时从成交金额350亿美元(约2500亿人民币)来看,此次收购是近年来科技行业宣布的最大交易之一。从新思科技(Synopsys)并购史来看,自其创立之初到2023年,并购次数次数高达42起,其中仅2023一年就有四起。相对于Ansys于2023年12月21日的收盘价溢价约29%,比Ansys截至同日的60天成交量加权平均价格溢价约35%。根据协议条款,预计Ansys股东将拥有合并后公司约16.5%的预估股权。

为了完成这笔巨额收购,新思科技计划通过现金和债务融资相结合的方式为190亿美元的现金对价提供资金。新思科技已获得160亿美元的全额承诺债务融资。该交易预计将于2025年上半年完成,但需获得Ansys股东的批准、获得必要的监管部门批准以及其他惯例成交条件。

值得注意的是,此次新思科技对于Ansys的收购正值新思科技的权利交接之际,现任董事长兼CEO Aart de Geus 于2024年1月1日转任新思科技董事会执行主席,Sassine Ghazi 正式出任公司全球总裁兼首席执行官。行业人士猜测,这笔重大收购可能将是Sassine Ghazi谋求推动新思科技进一步改变和壮大的关键举措。

公开资料显示,Ansys成立于1970年,总部位于宾夕法尼亚州的Canonsburg,是一家专门从事工程仿真软件开发和销售的公司,同时也是全球最大的CAE(Computer Aided Engineering,工程设计中的计算机辅助工程)软件大厂之一,同时也是全球EDA软件大厂。

随着RISC-V技术深入各领域,它以开源、简洁和高度可扩展的特性正逐步塑造未来。尽管RISC-V潜力巨大,其生态系统仍存在待完善之处。特别是其独立、灵活和弹性的设计理念让系统碎片化的问题剧增。

EDA的任务就是倾听客户需求,来满足他们在不同应用对产品设计或生态系统的支持。

为了应对这些挑战,国内思尔芯为RISC-V提供了涵盖微架构分析、系统整合、规范符合性测试以及软件性能评估的一系列优化解决方案。通过思尔芯的“芯神匠”的系统&应用性能分析、“芯神瞳”的评估架构配置/软件性能分析、“芯神鼎”的规范符合性测试等策略,构建一个更高效和稳定的RISC-V平台。

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