在“華為事件”的刺激下，“卡脖子”之痛很難隱去。在中美關係緊張的局勢下，中國半導體產業正處於如劍在喉的不確定處境。
EDA軟體在全球不過區區100億美元的產值，卻主宰著將4500億美元的全球半導體市場。一旦EDA受制於人，如同如劍在喉，整個晶片軟體發展都將會擺停。
這便是來自“晶片之母”的魅力，體量不大，容易被人忽視。可一旦到了關鍵時刻，就會變成致命的武器。
整理 |?機器之能
資料顯示，2019年全球EDA軟體市場規模103億美元。對於4500 億美元的全球半導體市場而言不值得一提。但如果缺少EDA，全球所有的晶片設計公司都將停擺，由此可見EDA的重要性。
當前，EDA市場份額被國外三大EDA巨頭，Synopsys、Cadence和被西門子收購的Mentor Graphics緊緊掌握著，這三大“龍頭”佔據全球EDA市場的份額超過60%。
再將EDA市場進一步聚焦可見，2018年，中國以華大九天、廣立微、芯禾科技為首的10餘家EDA公司銷售額約3.5億元，只佔到全球市場份額的0.8%。全球視野下的國內份額與巨頭份額形成巨大反差。
更讓人捉摸不透的是，國外三大EDA巨頭在國內的銷售額佔據95%，而留給國內EDA企業的份額僅有不到5%。為何會產生如此大的差距，又該如何補齊？
一 位居晶片產業寶座
EDA究竟有多重要？一句話概括，EDA是晶片之母，是晶片產業皇冠上的明珠。
這句話聽起來有點虛，簡而言之，EDA的重要性可以理解為，EDA是積體電路產業鏈裡極其重要的關鍵環節，晶片設計離不開EDA。
為什麼晶片設計必須要EDA軟體?一般而言，軟體、網際網路產品可以先有雛形，再逐步迭代最佳化，更換成本較低。而晶片產品只要製造出來就不可更改，需要用到EDA軟體進行虛擬的設計、模擬、模擬，就像在米粒上刻畫航空母艦模型。這樣一來，方便在真實產線上流片生產的時候一次性成功，從而減少設計成本和時間成本。
晶片產業鏈及晶片設計程
然而，EDA並不是單純只指一種軟體或者某種程式，而是指利用輔助設計軟體來完成積體電路設計中的一系列工作，又稱電子設計自動化。如果將EDA按照晶片設計的不同流程劃分，具體用到的EDA工具型別又可分為功能設計、佈局、驗證、模擬模擬等。
晶片設計流程有多個步驟，從寫程式碼開始到最終交給代工廠生產的版圖，涉及到Verilog程式碼、前模擬、後端設計、驗證、後模擬等步驟。
與工具軟體不同的是，一般用到的工具軟體更新需要新演算法、新邏輯的支援，而EDA軟體是基於工藝引數的，只要工藝引數更新，EDA就要更新一次。鑑於這一點，晶片EDA工具軟體最大的特點是，與晶片代工廠高度繫結。
晶片設計過程需要代工廠提供工藝設計工具包,稱之為PDK，裡面包含器件資訊、工藝資訊和驗證檔案等。當晶片代工廠開發新工藝時，EDA軟體廠商就需要獲得代工廠新工藝的PDK工具包，基於PDK工具包開發新版本的軟體。
要做好EDA這門生意，不僅要與晶片代工廠密切聯絡，還需要牽涉諸多精細化且複雜的設計流程。而這門生意被三大美國EDA巨頭（Synopsys、Cadence和西門子旗下的MentorGraphics）牢牢掌握著，中國在這一塊的佈局甚是少，且起步晚。
在當前如此緊張的中美關係下，面對晶片設計如此重要的環節，如果一旦受制於人，相當於扼住了中國的所有牽涉高階晶片產業的咽喉。
現在中國在這一塊的佈局又手握著多大的籌碼呢？
二 巨頭瓜分國內市場，僅剩不到5%
根據 ESD Alliance 資料，2019 年全球 EDA 軟體市場規模為 105 億美元，同比增長 8.3%。全球大部分 EDA 軟體市場被美國三大EDA巨頭佔據，全球市場份額超過 64%。而這三大EDA巨頭在中國的市場份額更是超過95%。
令人尷尬的是，留給中國的市場份額就僅剩不到5%，部分被Ansys等其它外國公司佔據，留給華大九天、芯願景、芯禾科技等國產EDA公司的就僅剩極少份額。
中國EDA產業的發展可用“起得早卻趕了個晚集”來形容。國內EDA產業發展始於上世紀八十年代中後期，1994 年之前，“巴黎統籌委員會”對中國實施禁運管制，國內無法買到國外的 EDA 軟體工具，倒逼國內自主研發 EDA 工具。
國內於1986年開始研發國產首款EDA熊貓系統，1991年熊貓系統原型釋出，打破國內設計軟體空缺的狀態，直到1993 年該系統正式問世。當時熊貓系統與國外的商業EDA軟體相比，差距僅有五年左右。
好景不長，1994年“巴統”解散，國外EDA公司迅速進入中國市場。最先進入國內市場的EDA巨頭是Cadence公司，是EDA行業銷售排名第二的公司，在1988年由SDA與ECAD兩家公司兼併而成。Cadence於1994年在京參加亞洲電子設計自動化及測試研討展覽會，不久便宣佈成立北京辦事處。
緊接著第二年，Synopsys（新思）公司也宣佈在北京成立辦事處。Synopsys僅次於Cadence，於1995年進入中國市場。
當時國內重心在快速發展積體電路產業，無暇顧及自主化設計軟體。在“造不如買”思維的驅使下，大多國內企業依賴國外EDA企業的技術與工具。據瞭解，在Synopsys北京辦事處成立之前，北京積體電路設計中心、華晶半導體公司、電子部54所、清華大學、復旦大學等均已採用了Synopsys的產品和技術。
轉眼之間，國內EDA市場發生巨大的變化。受限於市場、技術等方面的因素，留給國產EDA生存環境十分狹小，即使能夠研發出全套的EDA工具，在短期內也難以與三巨頭企業的產品抗衡。這一窘境導致國內公司（華為、聯想等）在使用EDA軟體時不得不依賴國外廠商。
國內公司所用EDA軟體基本情況，圖片來自東興證券研究所
例如，華為用的是Synopsys的HAPS（專為ASIC/SOC設計者提供的高效能、高容量的基於FPGA的原型驗證板）、以及Cadence的Allegro（先進PCB設計佈線工具）以及Mentor Graphics的DxDesigner(前端管理工具)。
聯想用的是Cadence的Allegro以及Mentor Graphics的PADS（製作PCB板的軟體）。
三巨頭基本都能提供全套的晶片設計EAD解決方案。例如Synopsys的產品線相對全面，其優勢產品包括數字前端、數字後端和PTsignoff。Synopsys有壟斷市場90%的TCAD器件模擬和壟斷50%的DFM工藝模擬。
晶片設計部分流程使用的三大EDA廠商工具
Cadence產品涵蓋電子設計的整個流程，包括系統級設計、功能驗證、積體電路綜合及佈局佈線、IC物理 驗證、模擬混合訊號及射頻積體電路設計、全定製積體電路設計、PCCE設計和硬體模擬建模等。Mentor Graphic在後端佈局佈線、PCB方面比較有優勢。
據方正證券提供的資料顯示，2018年，Synopsys全球EDA市場佔比達到32.10%；Cadence次之，佔比為22.00%；Mentor Graphic佔比為10%。
對比來看，國內EDA企業與三巨頭差距甚遠。2018年，中國以華大九天、廣立微、芯禾科技為首的10餘家EDA公司銷售額約3.5億元，只佔到全球市場份額的0.8%。2018年，我國EDA軟體市場份額約為5億美元左右，中國EDA企業僅佔5%左右，競爭力較弱。
三 巨大差距如何彌補？
國內EDA產業發展並非一蹶不振。2008年，國家“核高基”重大科技專項正式進入實施階段，EDA領域得到國家的支援，催生出華大九天、芯願景、廣立微、芯禾科技、概倫電子等企業。
本土EDA企業龍頭華大九天也正是在這個時候抓住契機，脫穎而出。2009年中國華大積體電路設計集團，與國投高科技共同投資，將華大的EDA部門獨立出來，成為獨立法人公司。
就算如此，國內EDA企業與國外三巨頭仍然拉開一大段距離，包括技術、工藝等方面。國內IC設計廠商都會謹慎選擇國內EDA企業，一旦未能流片成功，或者是良率很低甚至無法工作，給IC設計廠商留下的損失是巨大的。
面對國內廠商這塊難題，顯然國外EDA廠商佔據天然的優勢。三大EDA公司在新工藝開發階段與全球領先的晶圓製造廠進行全方位合作，因此對工藝理解很到位。國內EDA廠商只能在工藝開發完以後拿到部分資料，無法接觸到先進工藝的核心部分，難以針對先進工藝設計、改良EDA軟體，拉開巨大差距。
國信證券認為，國產EDA差距與國外的差距體現在三個方面。
一是缺少數字晶片設計的核心工具模組，無法支撐數字晶片全流程設計。
二是對先進工藝支撐不夠，暫未進入先進代工廠的聯盟。
三是缺乏製造及測試EDA系統，無法支援積體電路封測的應用需求。
以數位電路為例，在SOC設計主流程的EDA工具中，大多來自Synopsys與Cadence公司，尤其是時序和功耗檢查以及定製設計兩步，完全由這兩家壟斷，國產EDA在許多工具上仍有缺失。
以華大九天為例，單獨評估積體電路產業所需的EDA工具，華大九天已有的產品線佔積體電路所需工具的三分之一左右，另有三分之二是空白。
再者，在研發投入上的差距明顯。據半導體行業觀察資料顯示，華大九天，過去十年間所投研發資金也只有幾個億，而Synopsys2018近一年的研發投入約為10.8億美元，Cadence2018年的研發投入約為8.7億美元。
具體在人數上，我國約有1500人的EDA軟體開發工程師，但在本土EDA公司和研究單位工作的工程師只有300人左右，其他大部分都是在三大巨頭工作。
縱觀半導體產業發展幾十年，可以清晰看到歐美政府對EDA產業提供的長期、持久的支援，政策、資金投入以及人才應有盡有。而國內EDA產業如要實現突圍，絕不是僅靠一時半會真金白銀就能夠砸出來的，這需要長期且持久的投入。在這之前，頂層設計是必不可少的一環。
至於如何做，成為國內EDA企業突圍的關鍵。正視“差距”，放大中國的“後發優勢”。破局的關鍵恰好是中國代工廠。
截至2019年，中國擁有全球頭部的IC設計公司以及全球最多的代工廠，2019年中國大陸光晶圓廠達到86 座。只有EDA軟體、IC設計公司和代工廠一起合力，才能實現國產真正突破。最關鍵的，仍是離不開EDA企業自身的硬核能力，只有不斷提升其軟體的能力才能夠在EDA市場佔領一席之地。
參考資料：
1、中美科技戰系列報告之四：電子設計軟體EDA是美國限制華為封喉之劍
2、國信證券-科技行業商業模式專題研究之四：EDA軟體是易守難攻的好生意
3、國海證券-計算機行業專題研究：晶片之母EDA，下個國產化核心領域
4、方正證券-半導體行業專題報告：EDA行業研究框架
5、從青銅到核武：中國EDA的三次浪潮