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              EDA產業發展研究

              來源:高瞻產業研究智庫  瀏覽數:  發表日期:
                1.EDA概述
                EDA是電子設計自動化(ElectronicDesignAutomation)的簡稱,是芯片設計的基礎工具,被稱為“芯片之母”。利用EDA工具,電子工程師可以實現芯片的電路設計、性能分析、出版圖等過程的計算機自動化處理。目前,EDA已經進入發展的4.0階段,功能更為強大且效率更高。EDA行業重要性高、基礎性強,但市場規模只有百億美元左右,僅相當于整個芯片行業銷售額的2.5%。行業規模小但能量大,EDA支撐的是超過3萬億美元的IT大產業,是整個半導體產業鏈皇冠上的明珠。
                隨著超大規模集成電路的持續發展,晶體管密度快速上升,芯片設計難度持續加大,加上工藝變革的加快,電子工程師更加需要利用EDA工具來提升邏輯綜合、布局布線、仿真驗證的效率,EDA變得越來越重要。
                EDA在芯片設計環節發揮的作用:
                將復雜物理問題用數學模型高度精確化表述,在虛擬軟件中重現芯片制造過程中的各種物理效應和問題。
                在確保邏輯功能正確的前提下,利用數學工具解決多目標多約束的最優化問題,求得特定半導體工藝條件下,性能、功耗、面積、電氣特性、成本等的最優解。
                驗證模型一致性問題,確保芯片在多個設計環節的迭代中邏輯功能一致。
                圖表:EDA設計與應用

                資料來源:華大九天招股說明書
                美國在上游設計工具、核心IP以及制造設備等領域有著強大的影響力,尤其是在EDA領域,美國一家的增加值就占到全球的85%,EDA三巨頭中前兩家都是美國公司。美國競爭力最強的三個領域,恰恰是我國半導體行業的短板所在,其中EDA突破的難度和緊迫性都更高。
                國內EDA行業發展經歷十分波折,經歷了西方全面封鎖期、集中突破期、沉寂期、緩慢發展期,2018年之后進入快速發展階段。在1994-2008年間,雖然行業受到海外廠商的全面壓制,但是國產EDA發展的種子依然還保留著。原“熊貓系統”的班底——北京集成電路設計中心,依然在苦苦堅持,2009年成立華大九天,并持續承擔著核高基項目——EDA的研發。
                2016年,習總書記在4.19講話中,闡述了“關鍵技術是買不來的”重要論斷,國內對EDA此類底層工具的關注度開始提升;2020年美國對華為的制裁升級,EDA也出現斷供,政府和資本對該領域的關注度快速上升,支持力度也顯著加大。
                圖表:國內EDA行業發展歷程

                資料來源:高瞻產業研究智庫
                2.全球及中國EDA市場規模
                全球EDA市場呈現三足鼎立格局。Tier1企業:Synopsys、Cadence及SiemensEDA合計占據全球78%市場份額,在集成電路設計全流程上擁有絕對優勢,已形成完善的生態體系、較高的行業壁壘及較強的用戶粘性;Tier2企業:在特定領域關鍵工具上處于領先地位;Tier3企業:在特定技術上有獨到優勢。根據SEMI國際半導體產業協會數據,全球EDA市場規模從2012年的65.36億美元提升到2020年的114.67億美元。賽迪智庫數據顯示,2018-2020年中國EDA市場CR3分別為77.1%、77.4%、77.7%,競爭格局較為集中。在近來諸多利好因素的推動
                下,國內企業如華大九天、芯愿景、概倫電子等有望迎來高速發展。
                圖表:2012-2020年全球及中國EDA市場規模

                資料來源:SEMI國際半導體產業協會,賽迪智庫
                3.IP主要分類
                IP(IntellectualProperty):芯片模塊化設計解決方案
                IP是指在集成電路設計中,經過驗證的、可重復使用且具備特定功能的集成電路模塊。通常由第三方IP供應商開發,并提供成熟的IP模塊給IC設計公司用于集成,該模式可有效縮短芯片設計周期并提升芯片性能。按照開發完成度可劃分為軟核、固核、硬核三類,軟核一般指使用硬件描述語言(HDL)形式提供給客戶的代碼文件,其中不涉及具體電路元件實現等功能,軟核代碼直接參與設計的編譯流程,以HDL代碼形式呈現;固核設計程度介于軟核與硬核之間,用戶可以根據需求重新定義性能參數,內部連線表可根據需求進行優化,最終以HDL門級電路網表呈現;硬核是設計階段最終產品,基于半導體工藝的物理設計,同已有拓撲布局和工藝參數,提供給用戶光掩模圖和全套工藝文件。
                圖表:3IP主要分類

                資料來源:IPnest,芯原股份招股說明書
                4.IP市場競爭格局及需求分類
                伴隨芯片復雜度不斷攀升,為加快產品上市時間,以IP復用、軟硬件協同設計和超深亞微米/納米級設計作為技術支撐的SoC已經成為當今超大規模集成電路的主流方向。根據IBS預測,2027年全球半導體IP市場規模將達101億美元,其中處理器IP將繼續占據最大市場份額。隨著AIoT、汽車ADAS等技術的不斷發展,處理器IP將繼續維持穩定增長。據IBS統計,接口IP份額近年來快速提升,從2015年的16.5%提升至2019年的22.1%,2019年接口IP市場規模為8.7億美元,是2009年市場規模的近4倍。從IP提供商角度看,ARM、Synopsys、Candence近年穩定占據市場前三,龍頭地位穩固。在市場對于國產IP有迫切需求的背景下,芯原股份作為國產IP龍頭,其有望迎來突破性增長。
                圖表:2017-2019年半導體市場競爭格局與分類

                資料來源:IPnest
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