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En los últimos dos años, desde 2019, debido a la continua sucesión de incidentes como los de Huawei HiSilicon y SMIC, la tecnología de semiconductores, con los chips como núcleo, ha pasado del laboratorio al mercado general y se ha convertido en un tema de interés nacional. Liu Gesong, del Fondo Guangfa, que tiene una importante presencia en el sector de los semiconductores, también se ha convertido en un promotor de la recaudación de fondos.

Al mismo tiempo, los nombres de varios gigantes tecnológicos extranjeros han salido cada vez más a la luz, convirtiéndose en temas esenciales para las conversaciones después de la cena: la holandesa ASML, que monopoliza las máquinas de fotolitografía; la china Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd., que tiene derecho a opinar sobre los fabricantes de equipos originales (OEM); y la estadounidense Qualcomm, que es un argumento de venta para los teléfonos Android...

But there is a segmented software productEDA (Automatización de diseño electrónico)Se sabe poco al respecto. Pero, de hecho, la automatización del diseño electrónico (EDA) es tan importante para la industria global de semiconductores como TSMC, que es una fundición, y ASML, que es una empresa de litografía. No es exagerado decir que es el motor del software en la industria de semiconductores.

Hasta el momento,Las principales empresas que obtienen beneficios de esta industria del software para semiconductores son tres empresas de origen estadounidense.Synopsys, Cadence, Mentor GraphicsHan dominado los altibajos de la industria mundial de semiconductores con un margen de beneficio bruto estable cercano al 80% en los últimos 30 años.

01

La división final del trabajo crea EDA

El mercado global de EDA (Automatización Electrónica de Datos) tiene un tamaño de tan solo unos 10 millones de dólares estadounidenses, pero para comprender realmente esta industria, debemos situarla en el contexto de todo el mercado de semiconductores (cuyo tamaño ronda los 500 millones de dólares estadounidenses), partiendo de toda la cadena de valor.

Para transformar la arena (silicio) en magia y, finalmente, crear circuitos integrados (chips) casi omnipotentes, los ingenieros necesitan utilizar la tecnología más avanzada en cada aspecto de la fabricación de semiconductores. Precisamente porque cada sector necesita llevar la tecnología al límite, la industria de los semiconductores ha desarrollado un modelo de negocio sumamente particular.The ultimate division of labor.

Looking from upstream to downstream, the semiconductor industry chain can be divided into asset-light IC design (also called fabless factory), asset-heavy manufacturing, packaging and testing. Among them, chip design companies are typically characterized by light assets and high technology. Representative companies include Qualcomm (NASDAQ: QCOM), NVIDIA (NASDAQ: NVDA), etc. They only need to hand over the designed chip layout to the middle and lower reaches of the industry chain for manufacturing and packaging testing. In order to better support these chip design companies in completing chip design work, supporting professional software and intellectual property packages, namely EDA and IP, have gradually evolved. This part is now also completed by specialized manufacturers.

Ya se explicó el concepto de propiedad intelectual (IP) en el artículo sobre ARM. Este artículo se centra en EDA, y la propiedad intelectual se menciona aquí brevemente.

Figura 1: Cadena de la industria de semiconductores, fuente de datos: elaborado por el Instituto de Investigación Brocade.

Para la industria de los semiconductores, la esencia de la extrema división del trabajo reside en un mecanismo de reparto de riesgos. Al fin y al cabo, ninguna empresa puede superar todas las dificultades técnicas del sector, y la cadena de valor no escatima esfuerzos para perfeccionar la división del trabajo, permitiendo que cada participante impulse la tecnología al máximo en su propio campo.

Al examinar en detalle la historia del desarrollo de la industria de los semiconductores, se observan tres innovaciones en los modelos de negocio que reflejan profundamente la división del trabajo en dicha industria y que tienen un profundo impacto en su desarrollo:

【1】El proceso de fabricación está separado, lo cual tiene una importancia trascendental.

La separación del proceso de fabricación ha reducido considerablemente el umbral para la producción de chips, lo que permite incluso a los equipos más modestos competir. Tomemos como ejemplo a TSMC, especializada en la fabricación de semiconductores. Gracias a su dominio de la tecnología de fabricación de precisión de vanguardia, se ha convertido en un importante impulsor de la Ley de Moore.

Precisamente porque TSMC ha resuelto los problemas de fabricación, las startups no necesitan necesariamente optar por el modelo IDM (Fabricación Integrada de Dispositivos), que requiere una gran inversión en activos. La mayoría se decanta por el modelo sin fábrica propia, es decir, por empresas de diseño sin fábrica propia. Tras reunir a unos cuantos ingenieros de diseño cualificados, pueden ponerse manos a la obra y empezar a trabajar.

En este sector, la empresa más representativa es la famosa TSMC, y la que cotiza en el mercado de acciones A es SMIC. Todo el mundo conoce bien este sector, así que no entraré en detalles aquí.

Figura 2: TSMC

【2】El nacimiento del software profesional liberó a los ingenieros de diseño de circuitos integrados

But the reality is that TSMC alone is not enough. Since when designing a chip, hundreds of millions of transistors and related circuits may need to be laid out in a small space per square centimeter. Obviously, this is far beyond the ability of human manual operation. In order to complete automated drawing, EDA software came into being.

EDA, acrónimo de Electronic Design Automation (Automatización del Diseño Electrónico), se refiere a la automatización del diseño electrónico. Cuando los ingenieros diseñan chips, solo necesitan usar programas para planificar sus funciones y, posteriormente, herramientas EDA para convertir esos programas en diagramas de circuitos. Por lo tanto, EDA es esencialmente un software industrial especializado, pero es muy conocido por su aplicación en el campo de los chips y se ha convertido en una herramienta esencial para todo ingeniero de diseño de chips.

Monopolistic companies in this field are not well known to everyone. The main representative companies are Synopsys, Cadence and Mentor. There is no corresponding domestic company listed yet, but BGI Jiutian, Guangliwei, etc. are receiving guidance from securities companies. We will see their IPOs in the future.

Figura 3: Sinopsis

【3】Con el desarrollo de la industria, el concepto de propiedad intelectual nace gradualmente.

La innovación en la automatización del diseño no se limita al surgimiento de la EDA. Durante el proceso de diseño de chips, los ingenieros descubrieron que muchos componentes se pueden reutilizar, es decir, son modulares. Por ello, algunas empresas que se dedican exclusivamente a esta parte se especializan en el diseño de núcleos IP (Intellectual Property Core).

El núcleo IP se refiere a un macromódulo de diseño con derechos de propiedad intelectual independientes que puede reutilizarse en el diseño de chips. Estas soluciones IP maduras y fiables permiten implementar una función específica, lo que facilita a las empresas de diseño de chips la adquisición de núcleos IP para sus diseños, simplificando así considerablemente el proceso. Tras su evolución, el núcleo IP se ha convertido en la unidad básica del diseño de sistemas.

The most famous company in this field is ARM, which we have explained in detail in our previous article "ARM: Running out of time for the Chinese team"; it is particularly worth mentioning that many of the top IP companies are EDA companies. In fact, this is easy to understand, because companies that make automated design software every day already know the IP core very well. Now among A-share listed companies, there is also a company whose main business is IP core——VeriSilicon(SH: 688521)

Figura 4: Panorama del mercado global de propiedad intelectual de semiconductores (2019), fuente: IPnest

Es precisamente debido a las tres innovaciones importantes en el modelo de negocio mencionadas anteriormente que la industria de los chips ha formado un modelo de negocio completamente diferente al de la industria tradicional. A continuación se muestra un diagrama simplificado de todo el proceso de diseño.C design companies, foundry companies, EDA software companies & IP providers work closely with each other, forming a very strong iron triangle relationship, and jointly complete rapid product development and iteration, which also greatly reduces the cost of chips.

Gracias a EDA, IP y fundición, el umbral para emprender en la industria se ha reducido significativamente, y hemos podido observar que muchas empresas nacionales han crecido rápidamente en poco más de 10 años. Empresas muy conocidas, como Weill Technology, Shengbang Technology, GigaDevice, Hengxuan Technology, Star Semiconductor, etc., adoptan este modelo sin excepción.

Figura 5: Proceso de producción de productos de empresas de diseño de chips en modo Fabless, fuente: Observación de la industria de semiconductores, Founder Securities

02

I am very young, but I am the lifeblood of semiconductors

【1】I am small, but I am crucial

A diferencia del mercado de fundición, que alcanza casi los 100 mil millones de dólares, el diseño electrónico asistido por ordenador (EDA) y la propiedad intelectual (IP) en el sector de los semiconductores son campos extremadamente segmentados. Dado que se encuentran en la cúspide de la cadena de valor de la industria de los chips, su tamaño de mercado es, en realidad, muy reducido. Tras décadas de desarrollo, el mercado global de EDA alcanzará el umbral de las decenas de miles de millones de dólares; el mercado de IP es aún más pequeño, y los ingresos de ARM, líder del sector y con una cuota de mercado cercana al 40% a nivel mundial, apenas superan los 2 mil millones de dólares.

Figura 6: El tamaño del mercado global de EDA es de tan solo unos 10 mil millones de dólares estadounidenses. Fuente: EDAC

Aunque parezca insignificante, no es exagerado decir que sin EDA y IP, el desarrollo tecnológico mundial se estancará.

existeSinopsisOn the official website of , there is a picture that depicts this relationship very accurately:Aunque el tamaño total del mercado de EDA y IP es de poco más de 10 millones de dólares estadounidenses, todo el sistema electrónico, valorado en 1.65 billones de dólares estadounidenses, se basa en ello, formando un típico modelo de pirámide invertida.En otras palabras, sin EDA y IP, toda la pirámide se derrumbará.

Además, el diseño electrónico asistido por ordenador (EDA) y la propiedad intelectual (IP) son extremadamente difíciles de desarrollar. Requieren iteraciones constantes a medida que el proceso de fabricación del chip se reduce, los parámetros del proceso cambian, etc., y el código subyacente requiere un gran número de actualizaciones en cada iteración. Hoy en día, con la llegada de la inteligencia artificial y el Internet de las Cosas, y bajo las limitaciones de la era posterior a Moore, la innovación en este campo también se enfrenta a mayores desafíos.

Figura 7: EDA y IP son el núcleo de la innovación en semiconductores, fuente: sitio web oficial de Synopsys

[2] Examinando la brecha en la investigación básica entre China y Estados Unidos desde la perspectiva de EDA&IP

Es precisamente porque las barreras técnicas en esta industria son cada vez más altas con el paso del tiempo,Actualmente solo quedan tres gigantes en el campo de la automatización del diseño electrónico (EDA): Synopsys, Cadence y Mentor Graphics., these three "old companies" with a history of more than 30 years can be said to be the originators of EDA:

• Synopsys: Founded in 1986, it is an American company founded by a team of General Electric engineers led by Aart de Geus. In 2008, it became the world's number one EDA software tool leader and continues to this day, with annual revenue exceeding US$3 billion in recent years.

• Cadence: Fundada en 1988, es una empresa estadounidense. Ya en 1992, se había convertido en líder del sector EDA. Sin embargo, Synopsys la superó en 2008, con unos ingresos que actualmente superan los 2 millones de dólares estadounidenses.

• Mentor, fundada en 1981, es la primera empresa estadounidense del sector. Su catálogo de herramientas EDA es menos completo que el de Synopsys y Cadence, por lo que sus ingresos rondan los 1 millones de dólares, aunque se encuentra relativamente por delante en algunos ámbitos, como las herramientas de diseño de PCB. Mentor fue adquirida por Siemens de Alemania en 2016.

The above three giants are all companies of American origin, with a combined market share of more than 70%. This was exactly when Huawei encountered a blockade. The industry was worried that if the sales of EDA software were restricted, China's chip design industry would go into shock. And we, it can be said that there is nothing we can do about this.

Figura 8: Panorama competitivo global del software EDA, fuente: Instituto de Investigación Industrial Qianzhan

Naturalmente, algunos preguntarán: dado que se trata de software, si está restringido, ¿puedo crear primero una versión pirata? La respuesta es no. Como se mencionó anteriormente, el software EDA no permanece inalterado después de su desarrollo. Con los cambios en las aplicaciones posteriores, los materiales y las mejoras en los procesos de fabricación, EDA necesita iterar constantemente para actualizar la biblioteca de procesos, generalmente una vez al mes. Para ilustrarlo con una analogía que quizás no sea la más adecuada, si su oficina requiere actualizaciones importantes cada mes antes de poder usarse, entonces, naturalmente, no habrá espacio para versiones piratas.

Además de ser prácticamente imposible de vulnerar, este software goza de una gran fidelización de usuarios. Por un lado, el software EDA representa una pequeña parte de los costes de estas empresas y no es sensible al precio. Es fundamental, por lo que los clientes generalmente no cambian de proveedor a menos que sea estrictamente necesario. Por otro lado, la esencia del EDA reside en proporcionar a los clientes un conjunto de herramientas para resolver problemas. Estos líderes internacionales ofrecen servicios integrales.

Por lo tanto, al apoyarse en derechos de propiedad intelectual con ventajas competitivas sólidas, Synopsys y otras empresas pueden cosechar los frutos del desarrollo de la industria de los semiconductores.

At present, Chinese EDA companies are still in their infancy. Well-known companies include BGI9, Guangli Micro, and Boda Micro. However, their manufacturing processes are above 20nm and they cannot provide a full set of tools. As a result, they are quite passive in the competition and face many challenges. But behind the challenges are greater opportunities. With the rise of independent brands in the domestic semiconductor industry and the emphasis on intellectual property rights, domestic EDA companies finally see the opportunity to turn around.

03

Una piedra de otra montaña: utilizando Synopsys como referencia

Know yourself and your enemy, and you can fight a hundred battles without danger.

Synopsys, as the absolute leader in the EDA field, has been at the top for 13 years. In addition, the company has rapidly developed its IP business in response to industry development trends in recent years, and currently ranks second in the world after ARM in the IP field. EDA and IP are the vital gate of semiconductors, so it is no exaggeration to say that Synopsys is the gatekeeper of the vital gate. Brocade Research Institute will try to deconstruct Synopsys, the leading EDA&IP company, from a financial perspective.

【1】Los datos financieros son tan estables como los falsos.

Según los primeros datos financieros de la empresa, que datan de 1991, la primera reacción tras el análisis es que es estable. Seleccionamos dos indicadores: los ingresos de la empresa y el margen de beneficio bruto:

1) Los ingresos han crecido de manera constante de US$40 millones a US$3.7 mil millones, con una tasa de crecimiento anual promedio del 17%. Apenas se perciben ciclos en ello. No ha habido ningún año de disminución de ingresos después de 2005;

2)El margen de beneficio bruto es aún más exagerado. En los últimos 30 años, independientemente de los cambios en el volumen de ingresos y la estructura empresarial de la compañía, se ha mantenido estable en torno al 80%, lo que parece una cifra falsa.

According to the company's latest semi-annual financial report, in the first half of fiscal year 2021, the company's revenue was US$2 billion, a year-on-year increase of 17.6%, and its gross profit margin was 79%, which is once again in line with its consistent financial performance in the past 30 years. It has to be said in amazement: Brother, stable.

Gracias a este crecimiento constante, el valor de mercado de la empresa ha pasado de los 400 millones de dólares iniciales a los 38 millones de dólares actuales, convirtiéndose en una auténtica "acción alcista".

Another leading company, Cadence(Cengteng Electronics)También presenta características similares. La razón por la que existen indicadores financieros tan extraordinarios es que las barreras técnicas en este sector son extremadamente altas, los clientes son muy fieles y no son sensibles al precio. Estas empresas son capaces de mantener sus ingresos a pesar de las sequías e inundaciones, y generan ganancias estables incluso en tiempos difíciles.

But it is precisely for this reason that you hardly need to expect these companies to have disruptive innovations, nor do you need to expect explosive growth in a certain year. They are basically a green train with high safety, moving forward at a leisurely pace. Of course, this has also become one of the key points of criticism for the company. After all, most of the people who study this field are growth stock hunters.

Figura 9: Ingresos de Synopsys, fuente de datos: Bloomberg

Figure 10: Synopsys gross profit margin, data source: Bloomberg

【2】Secretos para establecer ventajas competitivas en la industria EDA:Montones desmesurados de ingenieros y compras desmesuradas de tecnología.

Como se mencionó en la sección anterior, la tasa de crecimiento y el margen de beneficio bruto de la empresa son sorprendentemente estables, lo cual representa una situación bastante inusual en la industria tecnológica. El sector tecnológico que conocemos se asemeja más a las empresas representadas en "Top of the Wave". Cada una ha liderado la tendencia durante varios años. Los altibajos son la norma. Sin embargo, estas empresas líderes en el campo de la automatización del diseño electrónico (EDA) han operado de manera constante durante más de 30 años y aún se mantienen en pie. Es fácil deducir de los resultados que se trata de una industria con una ventaja competitiva sólida. De lo contrario, el 80% del margen de beneficio bruto se habría visto afectado por la entrada de nuevos competidores.

Volviendo a Synopsys, su mayor ventaja reside en su exhaustividad. Cuenta con XA para la interfaz analógica, VCS para la interfaz digital, herramientas de verificación para la interfaz de producción, etc., y algunas de estas herramientas son muy potentes. Monopoliza el 90 % de la simulación de dispositivos TCAD (la capa base del software EDA) y el 50 % de la simulación de procesos DFM. Si los clientes finales no tuvieran que trabajar con múltiples proveedores, Synopsys tendría, en teoría, una mayor cuota de mercado.

The secret to supporting Synopsys' competitive advantage is oneThe business model of crazy engineersAl acumular talentos que requieren gran capacidad intelectual, el resultado son altos gastos en I+D.

Como se mencionó anteriormente, debido a la necesidad de actualizaciones e iteraciones constantes, el EDA requiere una inversión en I+D extremadamente elevada. Un tercio de los ingresos anuales de Synopsys se destina a I+D. Para 2020, la inversión anual total en I+D alcanzará casi los 1300 millones de dólares estadounidenses. En el futuro, a medida que aumenten los desafíos técnicos del sector, los costes laborales se incrementarán progresivamente, y 1300 millones de dólares representan solo el punto de partida de una nueva etapa.

Figura 11: Gastos extremadamente altos de I+D de Synopsys, fuente: Bloomberg

Además de la investigación y el desarrollo internos, esta industria también necesita fusiones y adquisiciones externas constantes. Desde su fundación en 1986, Synopsys ha realizado 80 fusiones y adquisiciones.Las fusiones y adquisiciones suelen centrarse en productos y empresas que han demostrado su éxito en el mercado. La integración tecnológica se lleva a cabo mediante fusiones y adquisiciones. Longer y Longsan Cadence (Chenteng Electronics) y Mentor Graphics (Mentor International) han realizado más de 60 fusiones y adquisiciones, respectivamente.

En apariencia, las fusiones y adquisiciones consisten en la adquisición de otras empresas y en una actividad de inversión, pero en realidad son la externalización de los gastos de I+D como complemento eficaz a la I+D interna.

Precisamente gracias a una sólida inversión interna en I+D y a continuas fusiones y adquisiciones externas, Synopsys ha logrado un modelo de negocio fácil de defender pero difícil de atacar, lo que le permite alcanzar un crecimiento estable y generar beneficios por sí misma.

Figura 12: Adquisiciones importantes de Synopsys, fuente: Founder Securities

【3】El mercado chino se convertirá en el nuevo campo de batalla principal para EDA.

En el pasado, el mercado chino era insignificante, pero en los últimos años, con la aparición de empresas nacionales de diseño de chips, los ingresos procedentes de China se han convertido en una fuente importante para Synaptics.En el año fiscal 2020, los ingresos de China representaron el 11.4% de los ingresos de la empresa.(Note: This ratio is also similar to the autonomy rate of Chinese chips), becoming the second largest market after the United States.

En el futuro, con el auge de la industria china del diseño de chips, Xinsi, como principal proveedor de software para semiconductores, seguirá aumentando su cuota de mercado en China, convirtiéndose así en una fuente clave para su crecimiento. Por supuesto, las empresas chinas de EDA también están muy interesadas en esta gran oportunidad. A medida que salgan a bolsa, podrían dar pasos de gigante. Aún debemos esperar a que publiquen sus prospectos para poder sacar conclusiones más definitivas.

Figura 13: Ingresos de Synopsys desglosados ​​por geografía (año fiscal 2020). Fuente: Synopsys.

But one thing that needs attention is that with the rapid awakening of localization awareness and the overwriting of the wave of dividends for domestic engineers, whether Synopsys can copy its business model of making money around the world to China is indeed a huge question mark.

Después de todo, hay un viejo dicho en China,¿Cómo puedo permitir que los demás duerman plácidamente en el sofá?.

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