国外足球欧赔app: 全球 EDA IC 設計深度報告

2019-09-05 11:10:36 來源: 華強微電子
標簽:
EDA   芯片   新思   IC   PCB   人工智能   PDK

彩票app开发制作 www.skcnxn.com.cn 1   EDA全景概述
EDA是IC設計必需、也是最重要的集成電路軟件設計工具,EDA產業是IC設計最上游的產業。經過幾十年發展,從仿真、綜合到版圖,從前端到后端,從模擬到數字再到混合設計,以及后面的工藝制造等等,現代EDA工具幾乎涵蓋了IC設計的方方面面,具有的功能十分全面,可以粗略的劃分為前端技術、后端技術和驗證技術,各個技術之間有所重合。EDA工具也非常豐富,按照功能和使用場合,可以分為電路設計與仿真工具、PCB設計軟件、IC設計軟件、PLD設計工具等。

 


國內從上世紀八十年代中后期開始,就投入到EDA產業的研發當中。國內為了更好發展集成電路產業,在1986年開始研發我國自有集成電路計算機輔助設計系統——熊貓系統,并在攻堅多年之后,于1993年國產首套EDA熊貓系統問世。之后的國內EDA發展曲折而緩慢。


因各種因素影響,國產EDA產業沒有取得實質成功,但在成長過程中,國內已出現多個EDA廠商萌芽。2008年,國內從事EDA研究的公司有華大電子、華天中匯、芯愿景、愛克賽利、圣景微、技業思、廣立微和訊美等。此后十年發展,華大九天、芯禾科技、廣立微、博達微等幾個企業從國產EDA陣型中展露生機。

 


EDA在集成電路產業領域內屬于“小而精”的產業鏈環節。數據顯示,2018年整個EDA的市場規模僅為97.15億美元,2014-2018年復合增長率在6.89%左右,相對于幾千億美金的集成電路產業來說不值一提??墑僑綣鄙倭蘇飧霾?,全球所有的芯片設計公司都得停擺。


在2017年,IP核的交易已經超越了EDA工具和服務本身,成為EDA產業交易規模最大的一部分。但與2017年IP核強勁增長相比,2018年IP核帶來的收入顯著下降,同比減少11.8%,這一下降部分源于第四季度IP供應商的會計和報告變化,并導致2018年第四季度EDA產業收入同比下降3.1%至2.57億美元。全年來看,EDA產業收入略有增長,同比增長3.83%。


經過三十余年長足發展,目前全球EDA產業競爭格局主要由Cadence、Synopsys和西門子旗下的Mentor Graphics壟斷,三大EDA企業占全球市場的份額超過60%。其中,Synopsys是全球最大的EDA企業,2018年的市場份額已達到32.1%;Cadence僅次于Synopsys,2018年市場占有率為22.0%;Mentor Graphics在被收購之前也能保持超過10%的市場占有率。


在2017年中國工業軟件企業排行榜中,Synopsys排名35位,Cadence和Mentor Graphics分列第47、48位。


2 EDA三巨頭Synopsys、Cadence和Mentor Graphics
EDA三巨頭主要指EDA市場份額占據前三位的三家企業Synopsys、Cadence和被西門子收購的Mentor Graphics。


2.1 EDA三巨頭基本發展狀況
Synopsys(新思科技)成立于1986年,由Aart de Geus帶領通用電氣公司微電子研究中心的工程師團隊創立,在2008年成為全球排名第一的EDA軟件工具領導廠商,為全球電子市場提供技術先進的集成電路設計與驗證平臺。Synopsys在EDA行業的市場占有率約30%,它的邏輯綜合工具DC和時序分析工具PT在全球EDA市場幾乎一統江山。

 


Cadence(鏗騰電子)是EDA行業銷售排名第二的公司,在1988年由SDA與ECAD兩家公司兼并而成,Cadence通過不斷擴展、兼并、收購,到1992年已占據EDA行業龍頭地位,但到2008年被Synopsys超越。


Cadence產品涵蓋了電子設計的整個流程,包括系統級設計、功能驗證、集成電路綜合及布局布線、IC物理驗證、模擬混合信號及射頻集成電路設計、全定制集成電路設計、PCCE設計和硬件仿真建模等,致力于為客戶提供電子設計自動化、軟件、硬件以及解決方案等服務,旨在幫助其縮短將電子設備打入市場的時間和成本。全球知名半導體與電子系統公司均將Cadence軟件作為其全球設計的標準,Cadence的Virtuso工具歷經27年不衰,成為業內傳奇。


Mentor Graphics(明導國際,2016年被德國西門子收購)1981年成立,90年代遇到經營困境,軟件的研發嚴重落后于進度,大量長期客戶流失,難以與其他兩家公司競爭。直到94年公司組織結構大調整后,才重新崛起。


Mentor Graphics是一家EDA軟件和硬件公司,也是電路板解決方案的市場領導者,主要提供電子設計自動化先進系統電腦軟件與模擬硬件系統。Mentor的工具雖沒有前兩家全面,沒有涵蓋整個芯片設計和生產環節,但在有些領域,如PCB(印刷電路板)設計工具等方面有相對獨到之處。

 


2.2 EDA三巨頭產品比較
EDA公司提供給IC公司的一般都是全套工具,因此EDA集成度高的公司產品更有優勢。三巨頭基本都能提供全套的芯片設計EDA解決方案。


Synopsys最全面,它的優勢在于數字前端、數字后端和PT signoff。模擬前端的XA,數字前端的VCS,后端的sign-off tool,還有口碑極好的PT、DC和ICC功能都很強大。Synopsys有壟斷市場90%的TCAD器件仿真和壟斷50%的DFM工藝仿真,這是其在EDA產業競爭中的一把利器。


Cadence的強項在于模擬或混合信號的定制化電路和版圖設計,功能很強大,PCB相對也較強,但是Sign off的工具偏弱。


Mentor Graphic也是在后端布局布線這塊比較強,在PCB上也很有優勢,它的優勢是Calibresignoff和DFT,但Mentor Graphic在集成度上難以與前兩家抗衡。

 


此外,除了賣license以外,EDA企業還可以提供IP授權(硬核和軟核),這個對于很多中小規模的設計公司是很有吸引力的。授權的IP通常有memory,Serdes和Power management之類的研發成本或門檻相對較高的硬核。


Mentor在IP業務上和Synopsys與Cadence幾乎沒有競爭力,目前Synopsys企業的IP業務全球排名第二,Cadence企業的IP業務銷售額也在逐年增加。


2.3 EDA三巨頭成功因素:內生、外延、國家政策扶持三管齊下
EDA企業若想保持核心競爭力需要靠技術支持,與其他高新技術企業相似,EDA企業獲取技術優勢的途徑有:收購兼并其他企業的成熟技術、高研發投入和政府扶持。


2.3.1 內生:高額的研發投入
除大量收購有潛力的公司以外,Synopsys和Cadence還一直重視新技術的開發,每年投入大比例資金用于研發,研發費用是公司最大的營運開支。尤其是Cadence公司,近兩年研發支出占總營收的比例超過40%。


2.3.2 外延:頻繁并購
經過多年的收購兼并以后,集成電路EDA領域只剩下了Synopsys、Cadence和Mentor這三個巨頭。市場的影響力也日益集中。


自1986年成立以來,Synopsys通過發起幾十余項并購交易,不斷尋找那些已經被市場證明成功的產品及其企業,通過滾動并購操作達到了擴大業務規模、進行技術整合的目的。


2002年,Synopsys以8.3億美元收購與Cadence結束專利訴訟的Avanti公司,和自由工具PC結合在一起整合為強大的ICC,直接銜接Synopsys前端和后端工具,使得Synopsys成為EDA歷史上第一家可以提供頂級前后端完整IC設計方案的領先EDA工具供應商,公司坐穩第二的位置,并在2008年超越Cadence成為全球最大的EDA工具廠商。


MentorGraphics自成立開始,就關注各細分市場的佼佼者,一步步收購了多家在某些細分領域技術上數一數二的中小型EDA公司,從而實現了企業穩步發展成長的目的。

 


2016年11月14日西門子和Mentor Graphics(明導國際)聯合發表聲明,德國西門子將以每股37.25美元的價格收購美國EDA公司Mentor Graphics,總收購價格為45億美元,價溢價21%。西門子方面表示,西門子的愿景是擴大客戶基礎,打造“數字化企業”所需的世界級完整軟件解決方案,Mentor的整套EDA產品對于實現這一愿景至關重要。在收購Mentor后,西門子將增強在電子系統的設計、測試和仿真領域的軟硬件實力。


Cadence公司的發展壯大,同樣離不開一系列成功的收購。


2.3.3 政策扶持:DARPA推出ERI項目扶持芯片發展
縱觀半導體產業發展的幾十年,可以清晰看到美國在產業發展中的巨大作用。目前,集成電路在摩爾定律的驅動下,面臨物理和經濟極限;拐點臨近,電子技術的進步將進入下一創新階段。在這種背景下,美國又一次走在了世界前列,推出了一項為期5年、總值15億美元的電子復興計劃(ERI),用以支持芯片技術的開發。美國國會也增加了對ERI的投入,每年額外注資1.5億美元。
ERI的目標是不再依賴摩爾定律的“等比例微縮”道路,繼續推進電子器件性能的大幅提升,保持美國的領先地位,滿足國防部需求的同時推動半導體產業發展,被業界譽為將開啟下一次電子革命。ERI計劃將專注于開發用于電子設備的新材料,開發將電子設備集成到復雜電路中的新體系結構,以及進行軟硬件設計上的創新。


2018年7月23-25日,DARPA為ERI計劃召開了首次年度峰會,在會上,DARPA公布了2017年9月首批啟動的6大項目合作研究團隊,旨在扶持和培養在材料與集成、電路設計和系統架構三方面的創新性研究。


IDEA和POSH兩個項目共同的目標是克服芯片設計日益復雜化和成本的問題。POSH項目的目標是創建一個開源的硅??榭?,IDEA項目希望能夠生成各種開源和商業工具,以實現自動測試這些???,以及將其加入到SoC和印刷電路板中。兩個項目將投入1億美元,成為有史以來投資最大的EDA研究項目之一。EDA三巨頭公司Cadence公司獲得了第一批入圍扶持項目中的最高資助額2410萬美元用以IDEA項目研究,Synopsys在Posh項目的研發也獲得610萬美元的資金補助。
2.4  美國EDA巨頭下一代技術發展前沿


隨著IC設計復雜度的提升,新工藝的發展,EDA行業有非常大的發展空間,目前產業兩大發展方向:人工智能、云計算等技術應用在EDA軟件,目前Cadence領先。


云計算+EDA
2018年,Cadence推出了第一個能夠廣泛用于電子系統和半導體開發的廣泛云產品組合——CadenceCloud Portfolio。云技術的應用主要有三大優點:快速部署可提高工程效率并加速項目完成;通過靈活的解決方案和大規??衫┱溝腦憑托鞴ぞ呤迪治尥床捎?;經過驗證的解決方案據有很好的安全性,被許多客戶信賴和使用。


人工智能+EDA
芯片敏捷設計是未來發展的一個主要方向,深度學習等算法能夠提高EDA軟件的自主程度,提高IC設計效率,縮短芯片研發周期。據Cadence的報告顯示,機器學習在EDA的應用可以分為四個方面:數據快速提取模型;布局中的熱點檢測;布局和線路;電路仿真模型。Cadence致力于研究將機器學習應用在Virtuoso平臺上,并參與了ERI中智能設計芯片項目。新思科技也在利用人工智能加速時序驗證。

 


3  國內EDA產業發展迫在眉睫
EDA市場供應商高度集中,現在的EDA產業主要由Cadence、Synopsys和西門子旗下的MentorGraphics壟斷。在中國市場,EDA銷售額的95%由以上三家瓜分,剩余的5%還有部分被Ansys等其它外國公司占據,給華大九天、芯禾科技等國產EDA公司留下了極少的份額,且后者在工具的完整性方面與三強相比,有明顯的差距。而EDA的重要性不言而喻,一旦EDA受制于人,整個芯片軟件產業的發展都可能停擺,發展國產EDA迫在眉睫。


3.1  國內EDA公司概覽
國內從上世紀八十年代中后期開始,就投入到EDA產業的研發當中。國內為了更好發展集成電路產業,在1986年開始研發我國自有的集成電路計算機輔助設計系統——熊貓系統,并在攻堅多年之后,于1993年國產首套EDA熊貓系統問世。之后的國內EDA發展曲折而緩慢。


因各種因素影響,國產EDA產業沒有取得實質性成功,但在這個過程中,國內已經出現多個EDA廠商萌芽。據相關資料顯示,在2008年,國內從事EDA研究領域涌現了華大電子、華天中匯、芯愿景、愛克賽利、圣景微、技業思、廣立微和訊美等公司。之后十年發展,華大九天、芯禾科技、廣立微、博達微等幾個企業從國產EDA陣型中展露生機。


國內EDA企業難以提供全流程產品,但在部分細分領域具有優勢,個別點工具功能強大。例如華大九天是世界唯一提供全流程FPD設計解決方案的供應商,具有較強市場競爭力。廣立微電子在良率分析和工藝檢測的測試機方面產品具有明顯優勢。概倫電子在SPICE建模工具及噪聲測試系統方面技術處于領先地位,業內稱“黃金標準”。


3.2  國內EDA產業短板
3.2.1 產品不齊全

目前國內EDA企業面對的第一個短板就是產品不夠全,尤其在數字電路方面。


SOC設計主流程的EDA工具數量中,來自Synopsys與Cadence公司的占有大部分,尤其是時序和功耗檢查以及定制設計兩步,完全由上述兩家壟斷,國產EDA在許多工具上仍有缺失。


傳統EDA公司在數據端,收集數據測試上通常沒有布局,而本土EDA企業的優勢定位在于:廣立微電子在良率優化端的軟件和測試機;在數據端,博達微的快速參數測試方案;在仿真輸入端,中國公司具有很強的主導性;在仿真端,華大九天和概倫電子實力強勁;在后端,芯禾具有完整的解決方案和競爭力。


雖然在局部形成了突破,但在像物理驗證、綜合實力方面離主流差距還是很大,國內EDA廠商還“沒有能力全面支撐產業發展”,總體上還是很難離開三大巨頭公司的平臺。


以華大九天為例,單獨評估集成電路產業所需的EDA工具,華大九天已有的產品線占集成電路所需工具的三分之一左右,另外還有三分之二目前是空白。

 


國內EDA研發崛起策略:一、,目標定位整套EDA工具,國內各廠多樣化合作,在研發上加大投入,積極擴展待開發領域,滿足下游設計和制造領域的多樣化需求;二、在現有從數據到模型再到仿真的一個完整閉環,并在機器學習、算法、數據挖掘上國內技術和國外并無太大差距的基礎上,可以利用數據驅動設計繞開傳統大公司的限制,這是實現本土EDA崛起又一策略。


3.2.2 人才短缺、投入不足
我國約有1500人的EDA軟件開發工程師,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。而放大到全球,對比于Synopsys 7000多的研發人員(當中有5000多從事EDA的研發),這個差距更是明顯。


在研發投入上面,國產EDA與三巨頭相比也差距明顯。據半導體行業觀察資料顯示,本土EDA企業龍頭華大九天,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。


3.2.3 市場培育較難,市場拓展周期較長
目前,EDA市場被三巨頭壟斷,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。國產EDA缺乏市場,反作用于EDA的研發,造成惡性循環。


目前國際環境存在不確定性,美國對中國高新技術產業的限制仍在繼續,這給我國的IC產業帶來了巨大挑戰,但同時也面臨著新的機遇。國產EDA公司化危為機,市場生態迎頭趕上,是實現國產化替代、產業自主可控的重要一步。


3.2.4 缺乏與先進工藝的結合
EDA是設計和工藝對接的紐帶,而國內EDA廠商與先進工藝結合比較弱。


一方面,三大EDA公司有天然優勢,在新工藝開發階段與全球領先的晶圓制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后拿到部分數據,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軟件,造成與三巨頭的客觀差距。


另一方面,國內在PDK方面不足,對國產EDA發展不利。EDA工具與工藝結合的重要支撐是工藝設計套件(PDK),PDK開發非常復雜,需要較大投入,目前國內EDA廠商都比較缺乏PDK基礎,這與中國整個半導體生態不夠成熟直接相關,需要半導體行業整體的進步。


解決與國產EDA與先進工藝方面結合缺失的問題,既需要國內晶圓廠提高自身的制造技術,又需要EDA企業加強和國際先進晶圓廠的合作。打造本土EDA全方位競爭力,需要產業鏈各界的共同努力。

 
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