在 《EDA产业的变迁(上篇)》中,我们聊到了EDA的起源,从in-house工具转向商用EDA工具的过程,EDA如何进入襁褓中的中国IC市场,以及EDA进入系统设计阶段的一些变化。在今天的下篇中我们将就2008年全球金融危机对EDA产业的冲击,在摩尔定律走向消亡的十字路口EDA产业的选择,以及中国EDA能否逃出“长不大的小鱼”魔咒?等问题跟大家一起分享与讨论。


2008年是EDA产业的一个节点


2008年,Cadence公司提出以16亿美元对 Mentor 的收购邀约,但该报价未得到 Mentor Graphics董事会同意。同年,Mentor Graphics以6000万美元现金收购 Flomerics PLC公司。而这是在这一年,Synopsys兼并了 FPGA 实现和调试领域是领导者 Synplicity,进入了 FPGA 和快速增长的原型市场,同年超越 Cadence ,成为全球最大的 EDA 工具厂商。


 
图 | 2008-2009全球EDA营收情况,图源:Gary Smith EDA


2008年还是金融危机席卷全球的一年,即使是高科技公司也难逃危机的笼罩。就是在这样的大背景下,2004年继任Cadence CEO一职的Michael Fister(来自Intel)黯然辞职,直到2009年著名风险投资家Lip-Bu Tan(陈立武)走马上任前,Cadence一直是由临时执行委员会代理的。


 
图 | 2008年金融危机


Lip-Bu Tan的执掌下,Cadence开启了收购狂潮。2010年,Cadence收购Denali,拥有了为Memory建立模型和提供IP的业务;2011年,Cadence收购Altos,将Cadence的流程与Foundry进一步捆绑;2013年,Cadence收购Tensilica,奠定了在可重构处理器IP方面的领头羊地位;同年,Cadence还收购了Cosmic Circuits、Evatronix,以及Transwitch等公司的IP业务,开始发力IP市场;2014年,Cadence收购Forte Design Systems,拥有了高阶综合工具(Cadence Stratus-HLS的前身);此外,Cadence还收购了Jasper Design Automation,让JasperGold验证技术进入了Cadence大家庭。


回到2009年,我们来看一下又一次EDA头部排名变化,Mentor Graphics超过Cadence成为EDA市场全球销售额依产品计的第二,这也意味着市场向ESL方法论的过渡。而在2010年,Mentor Graphics以5000万美元收购Valor Computerized Systems 后,更是成为了PCB设计的全球第三(IC设计居全球第二)。


前面讲述了2008年对于EDA全球的特殊存在,事实上,对于中国来讲,2008年也是很特别的一年。


 
图 | 核高基专家组验收会议,图源:sina


2008 年 4 月,“核高基”科技重大专项方案经国务院审议通过。EDA 行业作为《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020 年)》所确定的十六个重大专项之一,重新获得了鼓励和扶持。国内 EDA 领域开始涌现出一批优质的企业,比如概伦电子、广立微电子、 国微集团和芯和半导体等,中国本土 EDA 企业虽占比不高,但正在逐步进入全球视野。


摩尔定律逐渐失效,EDA将走向何方?


经过2008年金融危机下的洗牌,EDA三大家的阵容基本定型,Synopsys、Cadence 和 Mentor Graphics各领风骚。虽然说这三大EDA厂商都能提供比较全面的芯片设计解决方案,包括模拟、数字前端(图形编辑、逻辑综合)、后端(Layout)、DFT(可测性设计)、Signoff 等,但究其强项,其实他们是互补的一种状态。比如,Cadence 的强项是模拟和混合信号的模拟仿真和版图设计,Synopsys的强项是逻辑综合、数字前端、数字后端和PT signoff,而Mentor的强项是 Calibre signoff和DFT,在PCB设计方向更显特色。


此外,对于IP的定位也不同,据悉早在2004年,Mentor Graphics就选择了退出IP市场,从而将更好的资源聚焦于EDA这边,而Synopsys和Cadence则认为IP会成为EDA公司的重要创利点,而fabless会沦为“组装”公司。诚然,IP是一门很好的生意,以Synopsys为例,2020财年Synopsys IP销售额约57亿元,同比增长23.4%,占该年度总营收247.77亿元的23%,并呈逐年增长趋势。这一方面体现了不同的决策会导致不同的结果(也许Mentor Graphics最终于2017年被Siemens收购也有这方面的因素所在),另一方面也说明了EDA衍生品也是很有市场的。


 
图 | 走向消亡的摩尔定律,来源:AMD


为什么IP在近几年会异常火爆,并且在未来的十年中只会越来越红火呢?这是因为近几年芯片产业的发展所致,摩尔定律正在走向消亡。在2005年左右,EDA企业们服务最多的还是晶圆制造厂,包括系统公司和小型的fabless公司(一开始主要是做系统的公司去开发生产晶圆和芯片)。再观今日,在系统的复杂性、重要性以及研发、制造的成本压迫下,只有三家晶圆生产fab能够承担高级晶圆生产制程所需。当这些做系统或芯片设计的公司从制造端抽离后,看似减负前行,实则面临更为严峻的数字化的考验。


众所周知,摩尔定律其实是以产业利润为前提来制定的,尤其是对于fab厂而言,任何一代制程的更新都代表着高额度的资本投入。以台积电预备在中国建的一个28nm工艺月产能20000片的晶圆厂为例,预计投入187亿元,这还不算高端制程,而所有的上游成本都将转嫁至下游。因此,那些系统和芯片设计厂商如何才能在摩尔定律即将消亡之际寻求突破?比如降低产品功耗,提高能效,缩短研发生产周期,提升可靠性和差异化竞争优势等,这时候IP复用技术的地位就被凸显了出来(IP内核的生命周期要比IC的工艺周期长得多)。


面对集成电路设计越来越复杂的迭代,对于系统和芯片设计厂商而言,除了采用已经被验证过了的可重复使用的IP(硬核和软核)以外,他们还在寻求新的 EDA设计工具应对当今市场的激烈竞争。值得一提的是,根据针对市场需求的调研结果显示 ,EDA技术创新的重点将放在系统验证及 DFM两大领域


另一侧,对于EDA厂商而言,继续提高设计方法和流程的抽象层级,是一种屡试不爽的惯用招数,至于如何实现?除了聚焦于高级封装和Chiplet,将设计平台和AI、云技术的融合是当今的两条主线,一方面解决对于不同工艺尤其是硅工艺的建模和抽象难题,使得人类能更好地控制不同工艺,尤其先进工艺,另一方面降低芯片设计的门槛,让更多的人参与到芯片设计中来,满足人类不断发展的性能需求。


中国EDA能否逃出“长不大的小鱼”魔咒?


回到中国市场,我们深知目前这种三足鼎立结构的稳定性,短期内本土EDA产业是不可能撼动这种大局势的。这从2008年国家开始扶持EDA产业后,本土EDA企业近些年在全球市场上的占比情况也可见一斑。据ESD Alliance的研究整理显示,2020年Synopsys、Cadence 和 Mentor Graphics(现已更名为Siemens EDA)三大EDA巨头全球市占率达60%以上,其中Synopsys以32.14%排名第一,Cadence和Siemens EDA以23.4%和14%分别排名第二和第三。而根据2020世界半导体大会EDA产业发展分论坛上,赛迪顾问分析师吕芃浩的介绍,2019年中国本土EDA厂商总营收不到4.2亿元,规模只占全球市场份额的0.6%,中国EDA国产化率约为10%。


 
图 | 2015-2020年国际EDA厂商份额占比情况一览,图源:Wind
注:Mentor Graphics被Siemens收购后,财务不再单独披露


不过在过去的几年中,中国本土EDA如雨后春笋般在涌现,有人说是资本在炒作EDA的概念,这些资本眼中比行业发展更看重的是概念的虚拟价值,这种说法或许有些意思,但不得不承认的是,大众包括资本对半导体、EDA行业的关注正在加大,这种现象也许会带来表象性的繁荣,但哪一种行业不是经历乱象丛生的做大,然后才能优胜劣汰,从大浪淘沙中涌现出一批优质的企业呢?所以我们不妨来看看这些企业的现状。


根据与非网的统计,国内目前有大大小小35家EDA企业,包括我们熟知的华大九天、芯和、广立微、九同方、概伦电子(2020年完成对博达微的收购)、国微思尔芯、蓝海微、奥卡思、鸿芯微纳、行芯、珂晶达、若贝等。在过去的三年中,本土EDA企业保有数量增长了75%。近期,头部的几家EDA企业华大九天、概伦电子、芯愿景、广立微、国微思尔芯均递交了上市申报稿,争夺EDA第一股。其中,华大九天和广立微选择冲刺创业板上市,芯愿景主动撤回科创板上市后转战深交所主板,概伦电子和国微思尔芯则选择冲击科创板。


关于上市募资详情,华大九天拟募资25.51亿元,用于电路仿真及数字分析优化EDA工具升级、模拟设计及验证EDA工具升级、面向特定类型芯片设计的EDA工具开发、数字设计综合及验证EDA工具开发、补充流动资金;广立微拟募资9.56亿元,用于集成电路成品率技术升级开发项目、集成电路EDA产业化基地项目以及补充流动资金等;芯愿景原拟在科创板募集资金4.65亿元,用于新一代集成电路智能分析平台研发、面向物联网芯片的IP核和设计平台开发及产业化、面向高端数字芯片的设计服务平台研发、研发中心升级强化项目和补充流动资金等;概伦电子拟募资12.10亿元布局设计工艺协同优化和存储EDA流程解决方案、建模及仿真系统升级项目和战略投资收购,目前已接受第一轮问询;国微思尔芯拟募资10亿元,用于高性能数字芯片验证平台项目、研发中心建设项目以及补充流动资金。


 
图 | 数字芯片设计EDA企业产品布局一览,图源:知乎


从产业布局的角度,虽说本土企业还在以点带面式地发展,与巨头间存在较大的鸿沟,但是也不乏一些特色产品的涌现。比如概伦在Spice Model领域一直是行业的领导者,全球拥有超过100多家客户,几乎覆盖了全部的主流代工厂和设计公司。比如作为国家队成员的华大九天(承接了熊猫系统的技术)在FPD领域,是全球唯一的能够提供全流程FPD设计解决方案的供应商,同时它在2020年5月推出了依托自身EDA软件平台RDA和开发资源的一站式晶圆制造工程服务。比如广立微为提高 IC 设计的可制造性、性能、成品率并缩短产品上市时间,而提供的基于测试芯片的软、硬件系统产品以及整体解决方案。又比如行芯在芯片功耗效率、电源完整性、噪声、电迁移和高性能可靠性等方面的设计分析与智能优化工具等。


了解了本土EDA产业的规模与现状,我们再来看看EDA巨头形成过程中的并购狂潮。谁都不是成立即巨头,根据资料显示,Synopsys从1994年5月第一笔收购Logic Modeling Corporation起,到最近的2021年4月收购MorethanIP GmbH为止,共完成112起收并购案例Cadence从1989年9月第一笔收购Gateway Design Automation起,到最近的2021年4月收购Pointwise为止,共完成79起收并购案例;而Mentor Graphics从1990年1月第一笔收购Silicon Compiler Systems起,到独立运营的2018年6月收购Austemper Design Sys为止,共完成56起收并购案例,被收编进Siemens EDA后又完成了从TASS International到OneSpin标的的14起EDA相关的收并购案例。


我们尝试加总这些数字,可以发现在过去的32年终,三家EDA巨头企业共完成了261起收并购案例。在这样一部活生生的大鱼吃小鱼的戏码中,中国EDA企业要如何逃出“长不大的小鱼”魔咒呢?


 
图 | 大鱼吃小鱼


借用行芯科技CEO贺青在ICDIA 2021期间的会议上的表述,“从过去EDA企业的发展历程来看,往往是通过并购茁壮起来的,并购需要钱,是一个很好的动力。而事实上,目前的中国市场并不缺钱,缺少的是合理的并购标地,所以说光靠钱是砸不出一个本土EDA巨头的。在这样的大背景下,我们经常用打鸡血的方式来激励自己,我们正在用三分之一、五分之一的资源,通过十分之一的时间,去完成国外同等水平要很长时间才能完成的一件事,而在这其中,贴近客户是我们的差异化优势,如何将EDA高精尖人才池做大是我们共同面临的难题,共勉之。”