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Ces deux dernières années, depuis 2019, la multiplication des affaires comme celles de Huawei HiSilicon et SMIC a propulsé la technologie des semi-conducteurs, et notamment les puces, du laboratoire à la rue, faisant l'objet d'un débat national. Liu Gesong, du fonds Guangfa, acteur majeur du secteur, s'est lui aussi lancé dans la levée de fonds publique.

Dans le même temps, les noms de plusieurs géants technologiques étrangers ont été de plus en plus mis en avant, devenant des sujets incontournables des discussions d'après-dîner : le néerlandais ASML, qui monopolise les machines de photolithographie, le chinois Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd., qui a toute latitude pour s'exprimer sur les équipementiers, et l'américain Qualcomm, argument de vente majeur pour les téléphones Android…

Mais il existe un produit logiciel segmentéEDA (automatisation de la conception électronique)On en sait peu sur le sujet. Pourtant, l'EDA est aussi essentielle à l'industrie mondiale des semi-conducteurs que TSMC, fonderie, ou ASML, fabricant de machines de lithographie. On peut sans exagérer la qualifier de véritable vitalité logicielle pour les semi-conducteurs.

Jusqu'à présent,Les principales entreprises qui tirent profit de cette industrie des logiciels pour semi-conducteurs sont trois entreprises d'origine américaine :Synopsys, Cadence, Mentor Graphics, elles ont dominé les hauts et les bas de l'industrie mondiale des semi-conducteurs avec une marge bénéficiaire brute stable de près de 80 % au cours des 30 dernières années.

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La division ultime du travail crée l'EDA

Le marché mondial de l'EDA ne représente qu'environ 10 milliards de dollars américains, mais pour bien comprendre ce secteur, il faut le replacer dans le contexte de l'ensemble du marché des semi-conducteurs (dont la taille avoisine les 500 milliards de dollars américains), en commençant par l'ensemble de la chaîne industrielle.

Pour transformer le sable (le silicium) en magie et créer des circuits intégrés (puces) quasi omnipotents, les ingénieurs doivent utiliser les technologies les plus pointues à chaque étape de la fabrication des semi-conducteurs. C’est précisément parce que chaque domaine exige de repousser les limites de la technologie que l’industrie des semi-conducteurs a développé un modèle économique tout à fait particulier.La division ultime du travail.

En observant la chaîne de valeur de l'industrie des semi-conducteurs de l'amont vers l'aval, on peut la diviser en trois étapes : la conception de circuits intégrés (également appelée usine sans usine), la fabrication, l'encapsulation et les tests. Les sociétés de conception de puces se caractérisent généralement par des actifs limités et une haute technologie. Qualcomm (NASDAQ : QCOM) et NVIDIA (NASDAQ : NVDA) en sont des exemples. Elles n'ont qu'à transmettre le schéma de la puce aux maillons intermédiaires et inférieurs de la chaîne de valeur pour la fabrication, l'encapsulation et les tests. Afin de mieux accompagner ces sociétés de conception, des logiciels professionnels et des solutions de gestion de la propriété intellectuelle (EDA et IP) se sont progressivement développés. Cette partie est désormais également prise en charge par des fabricants spécialisés.

La propriété intellectuelle (PI) a déjà été expliquée dans l'article consacré à ARM. Le présent article porte sur l'automatisation de la conception électronique (EDA) et aborde simplement la PI.

Figure 1 : Chaîne de valeur de l'industrie des semi-conducteurs, source des données : Brocade Research Institute

Dans l'industrie des semi-conducteurs, la division extrême du travail constitue un mécanisme de partage des risques. En effet, aucune entreprise ne peut surmonter toutes les difficultés techniques du secteur, et la chaîne de valeur met tout en œuvre pour optimiser cette division, permettant à chaque acteur de repousser les limites technologiques dans son domaine.

En examinant en détail l'histoire du développement de l'industrie des semi-conducteurs, on constate trois innovations en matière de modèles commerciaux qui reflètent profondément la division ultime du travail dans ce secteur et qui ont un impact considérable sur son développement :

【1】Le processus de fabrication est séparé, ce qui revêt une importance historique.

La séparation des étapes de fabrication a considérablement abaissé le seuil de production de puces, permettant même aux équipes les plus modestes de se positionner avantageusement. Prenons l'exemple de TSMC, entreprise spécialisée dans la fonderie. En maîtrisant des technologies de fabrication de précision de pointe, elle est devenue un acteur majeur de la loi de Moore.

Grâce aux solutions apportées par TSMC aux problèmes de fabrication, les startups n'ont plus forcément besoin d'opter pour le modèle IDM (Integrated Device Manufacture), gourmand en actifs. La plupart se tournent vers des entreprises de conception sans usine (fabless). Une fois qu'elles ont réuni quelques ingénieurs concepteurs compétents, elles peuvent se mettre au travail sans tarder.

Dans ce secteur, l'entreprise la plus emblématique est sans conteste TSMC, et SMIC est cotée sur le marché des actions A. Ce domaine étant largement connu, je n'entrerai pas dans les détails.

Figure 2 : TSMC

【2】La naissance des logiciels professionnels a libéré les ingénieurs en conception de circuits intégrés

Mais en réalité, TSMC ne suffit pas à lui seul. Lors de la conception d'une puce, il peut être nécessaire d'intégrer des centaines de millions de transistors et de circuits associés dans un espace réduit par centimètre carré. De toute évidence, cela dépasse largement les capacités d'une intervention humaine manuelle. C'est pourquoi les logiciels de CAO électronique ont été développés pour automatiser le dessin.

L'EDA, acronyme de Electronic Design Automation (automatisation de la conception électronique), est un logiciel d'automatisation de la conception électronique. Lors de la conception de puces, les ingénieurs utilisent des programmes pour planifier leurs fonctions, puis des outils EDA pour convertir ces programmes en schémas de circuits. L'EDA est donc un logiciel industriel spécialisé, particulièrement répandu dans le domaine des semi-conducteurs, et est devenu un outil indispensable pour tout ingénieur en conception de puces.

Les entreprises monopolistiques de ce secteur sont peu connues du grand public. Les principales sont Synopsys, Cadence et Mentor. Aucune entreprise chinoise correspondante n'est encore cotée en bourse, mais BGI Jiutian, Guangliwei, etc., bénéficient du soutien de sociétés de courtage. Leur introduction en bourse est probable à l'avenir.

Figure 3 : Synopsys

【3】Avec le développement de l'industrie, le concept de propriété intellectuelle est progressivement né.

L'innovation en matière d'automatisation de la conception ne se limite pas à la naissance des outils de CAO électronique. Lors de la conception de puces, les ingénieurs ont constaté que de nombreux éléments pouvaient être réutilisés, c'est-à-dire « modulaires ». Par conséquent, certaines entreprises spécialisées dans ce domaine conçoivent des cœurs IP (Intellectual Property Cores).

Un cœur IP désigne un macro-module de conception doté de droits de propriété intellectuelle indépendants et réutilisable dans la conception de puces. Ces solutions IP éprouvées et fiables permettent de réaliser une fonction spécifique, ce qui permet aux entreprises de conception de puces d'acquérir des cœurs IP et de simplifier considérablement le processus de conception. Au fil de son évolution, le cœur IP est devenu l'unité de base de la conception de systèmes.

L'entreprise la plus connue dans ce domaine est ARM, que nous avons présentée en détail dans notre précédent article « ARM : Le temps presse pour l'équipe chinoise ». Il convient de souligner que nombre des principaux fournisseurs de propriété intellectuelle (PI) sont des entreprises spécialisées dans les outils de conception électronique (EDA). Cela se comprend aisément, car les entreprises qui développent quotidiennement des logiciels de conception automatisée maîtrisent parfaitement les cœurs de PI. Parmi les sociétés cotées en bourse (actions A), on trouve désormais une entreprise dont l'activité principale est la fabrication de cœurs de PI.VeriSilicon(SH : 688521).

Figure 4 : Panorama du marché mondial de la propriété intellectuelle des semi-conducteurs (2019), source : IPnest

C’est précisément grâce à ces trois innovations majeures en matière de modèle économique que l’industrie des semi-conducteurs a développé un modèle économique totalement différent de celui de l’industrie traditionnelle. Un schéma simplifié de l’ensemble du processus de conception est présenté ci-dessous.Les sociétés de conception C, les fonderies, les éditeurs de logiciels EDA et les fournisseurs de propriété intellectuelle travaillent en étroite collaboration, formant un triangle de fer très solide, et réalisent conjointement un développement et une itération rapides des produits, ce qui réduit considérablement le coût des puces.

Grâce à l'automatisation de la conception électronique (EDA), à la propriété intellectuelle (IP) et aux fonderies, les barrières à l'entrée pour les entreprises du secteur ont été considérablement abaissées, et nous avons constaté que de nombreuses entreprises nationales ont connu une croissance rapide en moins de dix ans. Des entreprises souvent citées, telles que Weill Technology, Shengbang Technology, GigaDevice, Hengxuan Technology et Star Semiconductor, entre autres, adoptent toutes ce modèle sans exception.

Figure 5 : Processus de production des puces en mode Fabless, source : Semiconductor Industry Observation, Founder Securities

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Je suis très jeune, mais je suis le moteur de l'industrie des semi-conducteurs.

【1】Je suis petit, mais je suis essentiel

Contrairement au marché de la fonderie, qui atteint près de 100 milliards de dollars américains, les secteurs de l'EDA et de la propriété intellectuelle (IP) dans l'industrie des semi-conducteurs sont extrêmement segmentés. Situés en amont de la chaîne de valeur de l'industrie des puces, leur marché reste en réalité très restreint. Après des décennies de développement, le marché mondial de l'EDA devrait atteindre plusieurs dizaines de milliards de dollars ; celui de l'IP est encore plus petit, et le chiffre d'affaires d'ARM, leader du marché et détenant près de 40 % des parts de marché mondiales, est inférieur à 2 milliards de dollars américains.

Figure 6 : Le marché mondial de l’EDA représente environ 10 milliards de dollars américains. Source : EDAC

Bien que modeste, il n'est pas exagéré de dire que sans EDA et IP, le développement technologique mondial stagnera.

existerSynopsysSur le site officiel de , on trouve une image qui illustre très précisément cette relation :Bien que la taille totale du marché de l'EDA et de la PI ne dépasse pas les 10 milliards de dollars américains, tout le système électronique, d'une valeur de 1 650 milliards de dollars américains, repose sur ce marché, formant un modèle typique de pyramide inversée.Autrement dit, sans EDA et IP, toute la pyramide s'effondrera.

De plus, la conception électronique (EDA) et la création de propriété intellectuelle (IP) sont extrêmement complexes. Elles nécessitent des itérations constantes, car la finesse de gravure des puces diminue, les paramètres de fabrication évoluent, etc., et le code sous-jacent requiert de nombreuses mises à jour à chaque itération. Aujourd'hui, avec l'avènement de l'intelligence artificielle et de l'Internet des objets, et compte tenu des contraintes de l'ère post-Moore, l'innovation dans ce domaine est confrontée à des défis encore plus importants.

Figure 7 : L’EDA et la propriété intellectuelle sont au cœur de l’innovation dans le secteur des semi-conducteurs (source : site web officiel de Synopsys).

[2] Analyse de l’écart en matière de recherche fondamentale entre la Chine et les États-Unis du point de vue de l’EDA et de la PI

C’est précisément parce que les barrières techniques dans ce secteur deviennent de plus en plus élevées au fil du temps,Il ne reste actuellement que trois géants dans le domaine de la CAO électronique, à savoir Synopsys, Cadence et Mentor Graphics.Ces trois « vieilles entreprises », fortes d'une histoire de plus de 30 ans, peuvent être considérées comme les initiatrices de l'EDA :

• Synopsys : Fondée en 1986, cette entreprise américaine a été créée par une équipe d'ingénieurs de General Electric dirigée par Aart de Geus. En 2008, elle est devenue le leader mondial des logiciels de CAO électronique et le reste encore aujourd'hui, avec un chiffre d'affaires annuel dépassant les 3 milliards de dollars américains ces dernières années.

• Cadence : Fondée en 1988, cette entreprise américaine s’est imposée dès 1992 comme leader du secteur des outils de conception électronique (EDA). Elle a cependant été détrônée par Synopsys en 2008 et réalise aujourd’hui un chiffre d’affaires supérieur à 2 milliards de dollars américains.

• Mentor, fondée en 1981, est la plus ancienne entreprise américaine du secteur. Son offre d'outils de CAO électronique est moins complète que celle de Synopsys et Cadence, ce qui explique son chiffre d'affaires d'environ un milliard de dollars. Cependant, elle est relativement en avance dans certains domaines, comme les outils de conception de circuits imprimés. Mentor a été rachetée par Siemens (Allemagne) en 2016.

Ces trois géants sont tous des entreprises américaines, détenant à elles seules plus de 70 % du marché. C'est précisément à ce moment-là que Huawei a été confrontée à un blocus. Le secteur craignait que la restriction des ventes de logiciels de CAO électronique ne paralyse l'industrie chinoise de la conception de puces. Et nous, force est de constater que nous étions impuissants face à cette situation.

Figure 8 : Paysage concurrentiel mondial des logiciels EDA, source : Institut de recherche industrielle Qianzhan

Naturellement, certains se demanderont, puisqu'il s'agit d'un logiciel, si son utilisation est restreinte, est-il possible de créer une version piratée au préalable ? La réponse est non. Comme mentionné précédemment, les logiciels de CAO électronique évoluent constamment après leur développement. Avec les changements dans les applications en aval, les modifications des matériaux et les améliorations des procédés de fabrication, les logiciels de CAO électronique doivent être mis à jour en permanence, généralement une fois par mois, afin d'actualiser leur bibliothèque de processus. Pour illustrer cela par une analogie qui peut paraître inappropriée, si votre bureau exige des mises à jour majeures chaque mois avant de pouvoir être utilisé, il n'y aura évidemment aucune place pour que des versions piratées survivent.

En plus d'être pratiquement inviolable, ce logiciel bénéficie d'une fidélisation client exceptionnelle. D'une part, les logiciels de CAO électronique représentent une faible part des coûts de ces entreprises et sont peu sensibles aux variations de prix. Ils sont essentiels, si bien que les clients ne changent généralement de fournisseur qu'en cas de nécessité. D'autre part, l'essence même de la CAO électronique est de fournir aux clients une suite d'outils pour résoudre leurs problèmes. Ces leaders internationaux proposent des services complets.

Par conséquent, en s'appuyant sur des droits de propriété intellectuelle protégés par des avantages concurrentiels, Synopsys et d'autres peuvent récolter les fruits du développement de l'industrie des semi-conducteurs.

À l'heure actuelle, les entreprises chinoises spécialisées dans les outils de conception électronique (EDA) sont encore à leurs débuts. Parmi les plus connues figurent BGI9, Guangli Micro et Boda Micro. Cependant, leurs procédés de fabrication, supérieurs à 20 nm, ne leur permettent pas de proposer une gamme complète d'outils. De ce fait, elles restent relativement passives face à la concurrence et rencontrent de nombreux obstacles. Mais derrière ces difficultés se cachent de grandes opportunités. Avec l'essor des marques indépendantes dans l'industrie chinoise des semi-conducteurs et l'importance accordée aux droits de propriété intellectuelle, les entreprises chinoises d'EDA entrevoient enfin la possibilité d'un redressement.

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Une pierre venue d'une autre montagne : utiliser Synopsys comme référence

Connais-toi toi-même et connais ton ennemi, et tu pourras livrer cent batailles sans danger.

Synopsys, leader incontesté du secteur des outils de conception électronique (EDA), occupe la première place depuis 13 ans. Par ailleurs, l'entreprise a développé rapidement son activité de propriété intellectuelle (IP) pour répondre aux évolutions du secteur ces dernières années et se classe actuellement deuxième mondiale après ARM dans ce domaine. L'EDA et l'IP sont des éléments essentiels de l'industrie des semi-conducteurs ; on peut donc affirmer sans exagérer que Synopsys en est le garant incontournable. L'institut de recherche Brocade s'attachera à analyser la structure financière de Synopsys, leader des solutions EDA et IP.

【1】Les données financières sont aussi stables que des faux

D'après les premières données financières de l'entreprise, datant de 1991, la première impression après analyse est celle d'une situation stable. Nous avons sélectionné deux indicateurs : le chiffre d'affaires et la marge brute de l'entreprise.

1) Le chiffre d'affaires a progressé régulièrement, passant de 40 millions de dollars US à 3.7 milliards de dollars US, avec un taux de croissance annuel moyen de 17 %. On y décèle à peine des fluctuations. Il n'y a eu aucune année de baisse du chiffre d'affaires depuis 2005 ;

2)La marge brute est encore plus exagérée. Au cours des 30 dernières années, malgré les variations du chiffre d'affaires et de la structure de l'entreprise, elle est restée stable autour de 80 %, ce qui semble illusoire.

D'après le dernier rapport financier semestriel de l'entreprise, son chiffre d'affaires s'élevait à 2 milliards de dollars américains au premier semestre de l'exercice 2021, soit une hausse de 17.6 % par rapport à la même période de l'année précédente. Sa marge brute atteignait 79 %, confirmant ainsi sa performance financière constante des 30 dernières années. Force est de constater sa stabilité.

C’est grâce à cette croissance régulière que la valeur boursière de l’entreprise est passée de 400 millions de dollars américains initialement à 38 milliards de dollars américains actuellement, devenant ainsi une véritable « action haussière ».

Cadence, une autre entreprise de premier plan(Cengteng Electronics)Elle présente également des caractéristiques similaires. Ces indicateurs financiers exceptionnels s'expliquent par les barrières techniques extrêmement élevées dans ce secteur, la fidélité inébranlable des clients et leur faible sensibilité aux prix. Ces entreprises parviennent à maintenir leurs revenus malgré les fluctuations économiques et à générer des profits stables, même en période de vaches maigres.

C’est précisément pour cette raison qu’il ne faut guère s’attendre à ce que ces entreprises réalisent des innovations de rupture, ni à une croissance explosive une année donnée. Elles sont en quelque sorte un train vert, très sûr, qui avance à un rythme tranquille. Bien sûr, c’est aussi devenu l’un des principaux points de critique à leur égard. Après tout, la plupart des spécialistes de ce secteur sont des chasseurs de valeurs de croissance.

Figure 9 : Chiffre d’affaires de Synopsys, source des données : Bloomberg

Figure 10 : Marge bénéficiaire brute de Synopsys, source des données : Bloomberg

【2】Les secrets pour établir des avantages concurrentiels dans l'industrie de l'EDA :Des hordes d'ingénieurs et des achats de technologies démesurés.

Comme mentionné précédemment, le taux de croissance et la marge brute de l'entreprise sont étonnamment stables, ce qui constitue une situation assez atypique dans le secteur technologique. Ce secteur ressemble davantage aux entreprises présentées dans le documentaire « Top of the Wave », qui dominent le marché depuis plusieurs années. Les fluctuations sont monnaie courante. Or, ces entreprises pionnières dans le domaine de la CAO électronique opèrent de manière stable depuis plus de 30 ans et sont toujours là. Ces résultats démontrent clairement qu'il s'agit d'un secteur bénéficiant d'un avantage concurrentiel durable. Autrement, 80 % de la marge brute aurait été grignotée par l'arrivée de nouveaux concurrents.

Pour en revenir à Synopsys, son principal atout réside dans son exhaustivité. La plateforme propose XA pour la partie analogique, VCS pour la partie numérique, des outils de validation pour la partie logicielle, etc., et certains de ces outils sont extrêmement performants. Synopsys détient 90 % du marché de la simulation de dispositifs TCAD (la couche inférieure essentielle des logiciels EDA) et 50 % du marché de la simulation de processus DFM. Si les clients en aval n'avaient pas à gérer plusieurs fournisseurs, Synopsys détiendrait théoriquement une part de marché plus importante.

Le secret pour maintenir l'avantage concurrentiel de Synopsys est le suivant :Le modèle économique des ingénieurs fousL’accumulation de talents à forte intensité de connaissances entraîne des dépenses élevées en R&D.

Comme mentionné précédemment, les outils de conception électronique (EDA) nécessitent des mises à jour et des itérations constantes, ce qui engendre des investissements considérables en recherche et développement. Un tiers du chiffre d'affaires annuel de Synopsys est consacré à la R&D. D'ici 2020, ce montant atteindra près de 1.3 milliard de dollars américains. À l'avenir, face à la complexification croissante du secteur, les coûts de main-d'œuvre ne cesseront d'augmenter, et ce montant de 1.3 milliard ne représente que le point de départ d'une nouvelle ère.

Figure 11 : Les dépenses de R&D extrêmement élevées de Synopsys, source : Bloomberg

Outre la recherche et le développement internes, ce secteur a également besoin de fusions-acquisitions externes constantes. Depuis sa création en 1986, Synopsys a réalisé 80 opérations de fusion-acquisition.Les cibles des fusions-acquisitions sont généralement des produits et des entreprises ayant fait leurs preuves sur le marché. L'intégration technologique s'effectue par le biais de ces opérations. Longer & Longsan Cadence (Centeng Electronics) et Mentor Graphics (Mentor International) ont chacune réalisé plus de 60 fusions-acquisitions.

En apparence, les fusions-acquisitions consistent en l'acquisition d'autres entreprises et constituent une opération d'investissement, mais il s'agit en réalité d'une externalisation des dépenses de R&D, venant compléter efficacement la R&D interne.

C’est précisément en s’appuyant sur une R&D interne de haut niveau et sur des fusions-acquisitions externes continues que Synopsys a mis en place un modèle économique facile à défendre mais difficile à attaquer, lui permettant ainsi de réaliser une croissance stable et de générer des profits de manière autonome.

Figure 12 : Acquisitions importantes de Synopsys, source : Founder Securities

【3】Le marché chinois deviendra le nouveau principal champ de bataille pour EDA

Auparavant, le marché chinois était insignifiant, mais ces dernières années, avec l'émergence de sociétés nationales de conception de puces, les revenus provenant de Chine sont devenus une source importante pour Synaptics.Au cours de l'exercice 2020, les revenus en Chine ont représenté 11.4 % des revenus de l'entreprise.(Remarque : ce ratio est également similaire au taux d'autonomie des puces chinoises), devenant ainsi le deuxième marché le plus important après les États-Unis.

À l'avenir, avec l'essor de l'industrie chinoise de la conception de puces, Xinsi, en tant que principal acteur du secteur des logiciels pour semi-conducteurs, verra sa part de revenus en Chine continuer de croître, faisant de ce pays un moteur essentiel de sa croissance. Bien entendu, les entreprises chinoises de CAO électronique lorgnent également sur cette opportunité majeure. Leur introduction en bourse progressive pourrait les amener à prendre des initiatives plus importantes. Il nous faudra attendre la publication de leurs prospectus pour pouvoir tirer des conclusions plus précises.

Figure 13 : Chiffre d’affaires de Synopsys ventilé par zone géographique (exercice 2020), Source : Synopsys

Mais un point mérite d'être souligné : avec la prise de conscience rapide de l'importance de la localisation et la disparition progressive des dividendes versés aux ingénieurs nationaux, la capacité de Synopsys à transposer son modèle économique mondial en Chine reste une question cruciale.

Après tout, il existe un vieux proverbe en Chine,Comment faire pour que les autres dorment paisiblement sur le canapé ?.

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