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In the past two years since 2019, due to the continuous fermentation of incidents such as Huawei HiSilicon and SMIC, semiconductor technology with chip as the core has entered the streets from the laboratory and once became a national topic. Liu Gesong of Guangfa Fund, which has a heavy position in semiconductors, has also become a public fundraiser.

동시에, 여러 해외 기술 대기업들의 이름이 점점 더 많이 거론되며 저녁 식사 후 대화의 필수 주제가 되고 있다. 사진 석판 인쇄 장비를 독점하는 네덜란드의 ASML, OEM 시장에서 막강한 영향력을 행사하는 중국의 대만 TSMC, 그리고 안드로이드폰의 핵심 판매 요소인 미국의 퀄컴 등이 그 예다.

But there is a segmented software productEDA(전자 설계 자동화)EDA에 대해서는 알려진 바가 거의 없습니다. 하지만 사실 EDA는 파운드리 업체인 TSMC나 리소그래피 장비 업체인 ASML만큼이나 글로벌 반도체 산업에 중요한 역할을 합니다. EDA를 반도체 산업의 소프트웨어적 생명력이라고 부르는 것은 결코 과장이 아닙니다.

지금까지,반도체 소프트웨어 산업에서 수익을 올리고 있는 핵심 기업은 미국 기업 세 곳입니다.Synopsys, Cadence, Mentor Graphics그들은 지난 30년 동안 80%에 가까운 안정적인 총이익률을 유지하며 세계 반도체 산업의 부침 속에서도 주도적인 역할을 해왔습니다.

01

궁극적인 분업이 EDA를 만들어냅니다.

The global market size of EDA is only about US$10 billion, but to truly understand this industry, we must put it in the context of the entire semiconductor market (the market size is close to US$500 billion), starting from the entire industry chain.

모래(실리콘)를 마법으로 바꾸어 거의 전지전능한 집적 회로(칩)를 만들기 위해서는 엔지니어들이 반도체 제조의 모든 측면에서 최첨단 기술을 활용해야 합니다. 모든 분야에서 기술을 극한까지 끌어올려야 하는 바로 그 특성 때문에 반도체 산업은 매우 특별한 비즈니스 모델을 구축해 왔습니다.The ultimate division of labor.

반도체 산업 사슬은 상류에서 하류로 갈수록 자산이 가벼운 IC 설계(팹리스 공장이라고도 함), 자산이 많은 제조, 패키징 및 테스트 단계로 나눌 수 있습니다. 그중 칩 설계 회사는 일반적으로 자산은 적고 기술력은 높은 것이 특징입니다. 대표적인 기업으로는 퀄컴(NASDAQ: QCOM), 엔비디아(NASDAQ: NVDA) 등이 있습니다. 이들은 설계된 칩 레이아웃만 제조 및 패키징 테스트를 위해 산업 사슬의 중하류 업체에 넘겨주면 됩니다. 이러한 칩 설계 회사의 설계 작업을 더욱 효율적으로 지원하기 위해 전문 소프트웨어 및 지적 재산권 패키지, 즉 EDA와 IP가 점차 발전해 왔으며, 현재는 이 부분 또한 전문 제조업체들이 담당하고 있습니다.

IP는 이전 ARM 관련 글에서 이미 설명했습니다. 이 글의 초점은 EDA에 있으며, IP는 간단히 언급하는 것입니다.

그림 1: 반도체 산업 사슬, 자료 출처: 브로케이드 연구소 작성

반도체 산업에서 극단적인 분업의 본질은 위험 분담 메커니즘입니다. 결국 어떤 기업도 반도체 산업의 모든 기술적 난관을 극복할 수는 없으며, 산업계는 각 참여자가 자신의 분야에서 기술을 극한까지 끌어올릴 수 있도록 분업을 더욱 정교하게 다듬는 데 모든 노력을 기울입니다.

반도체 산업 발전의 역사를 자세히 살펴보면, 반도체 산업 내 궁극적인 분업을 심층적으로 반영하고 산업 발전에 지대한 영향을 미친 세 가지 비즈니스 모델 혁신이 있습니다.

【1】The manufacturing process is separated out, which has epoch-making significance.

Separating the manufacturing process has greatly lowered the threshold for chip manufacturing, making it possible for even the poor grass-roots teams to counterattack. Take TSMC, which focuses on foundry manufacturing, as an example. By mastering cutting-edge precision manufacturing technology, it has become a powerful promoter of Moore's Law.

Precisely because TSMC has solved manufacturing problems, startups do not necessarily need to choose the asset-heavy IDM (Integrated Device Manufacture) model. Most of them turn to fabless, that is, fabless design companies. After gathering a few smart design engineers, they can roll up their sleeves and start working.

In this field, the most representative company born is the famous TSMC, and mapped to the A-share market is SMIC. Everyone knows a lot about this section, so I won’t go into details here.

그림 2: TSMC

【2】The birth of professional software liberated IC design engineers

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, the full name of Electronic Design Automation, is electronic design automation. When engineers design chips, they only need to use programs to plan chip functions, and then use EDA tools to convert the programs into actual circuit design drawings. Therefore, EDA is essentially a special industrial software, but it is famous for its application in the chip field and has become an essential toolbox for every chip design engineer.

이 분야의 독점 기업들은 일반인들에게 잘 알려져 있지 않습니다. 대표적인 기업으로는 시놉시스(Synopsys), 케이던스(Cadence), 멘토(Mentor) 등이 있습니다. 국내 상장 기업은 아직 없지만, BGI 지우톈(BGI Jiutian), 광리웨이(Guangliwei) 등이 증권사로부터 상장 권유를 받고 있으며, 향후 기업공개(IPO)를 앞두고 있습니다.

Figure 3: Synopsys

【3】산업이 발전함에 따라 IP라는 개념이 점차 생겨났다.

설계 자동화의 혁신은 EDA의 탄생에만 국한되지 않습니다. 칩 설계 과정에서 엔지니어들은 많은 부분을 재사용할 수 있다는 점, 즉 "모듈화"가 가능하다는 점을 발견했습니다. 따라서 이러한 부분만을 전문으로 하는 기업들이 IP 코어(지식재산 코어) 설계에 주력하게 되었습니다.

IP core refers to a design macro module with independent intellectual property rights that can be reused in chip design. These mature and reliable IP solutions can realize a specific function, allowing chip design companies to purchase IP cores for design, which once again greatly simplifies the chip design process. After evolution, IP core has become the basic unit in system design.

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——베리 실리콘(SH:688521)。

Figure 4: Global semiconductor IP market landscape (2019), source: IPnest

위에서 언급한 세 가지 중요한 비즈니스 모델 혁신 덕분에 반도체 산업은 전통 산업과는 완전히 다른 비즈니스 모델을 구축할 수 있었습니다. 전체 설계 프로세스를 간략하게 나타낸 그림은 아래와 같습니다.C 언어 설계 회사, 파운드리 회사, EDA 소프트웨어 회사 및 IP 제공업체는 서로 긴밀하게 협력하여 매우 강력한 삼각 관계를 형성하고, 공동으로 신속한 제품 개발 및 반복 작업을 수행하여 칩 비용을 크게 절감합니다.

EDA, IP, 파운드리 덕분에 업계 창업 진입 장벽이 크게 낮아졌고, 지난 10여 년 동안 많은 국내 기업들이 빠르게 성장하는 모습을 볼 수 있었습니다. 웨일 테크놀로지, 생방 테크놀로지, 기가디바이스, 헝쉬안 테크놀로지, 스타 반도체 등 많은 주목을 받고 있는 기업들은 예외 없이 모두 이러한 모델을 채택하고 있습니다.

그림 5: 팹리스 모드 칩 설계 회사의 제품 생산 공정, 출처: 반도체 산업 관찰, 파운더증권

02

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

【1】I am small, but I am crucial

Unlike the foundry market, which is as high as nearly 100 billion US dollars, EDA and IP in the semiconductor field are indeed extremely segmented fields. Since they are at the top of the chip industry chain, their market size is actually very small. After decades of development, the global EDA market will reach the threshold of tens of billions of dollars; the IP market space is even smaller, and the revenue of leading ARM, which is close to 40% of the global market share, is only less than 2 billion US dollars.

Figure 6: The global EDA market size is only about 10 billion US dollars. Source: EDAC

비록 규모는 작지만, EDA와 IP가 없다면 세계 기술 발전이 정체될 것이라고 말하는 것은 과장이 아닙니다.

있다SynopsysOn the official website of , there is a picture that depicts this relationship very accurately:Although the total market size of EDA and IP is only more than 10 billion US dollars, the entire electronic system of 1.65 trillion US dollars is based on this, forming a typical inverted pyramid model.다시 말해, EDA와 IP가 없으면 전체 피라미드가 무너질 것입니다.

게다가 EDA와 IP는 제작하기가 매우 어렵습니다. 칩 공정이 미세해지고 공정 매개변수가 변경되는 등 끊임없는 반복 작업이 필요하며, 각 반복 작업마다 기본 코드도 수많은 업데이트가 요구됩니다. 오늘날 인공지능과 사물인터넷 시대의 도래와 포스트 무어 시대의 제약 속에서 이 분야의 혁신은 더욱 큰 어려움에 직면하고 있습니다.

Figure 7: EDA and IP are the core of semiconductor innovation, source: Synopsys official website

[2] EDA&IP 관점에서 중국과 미국의 기초 연구 격차를 고찰하다

이는 바로 이 산업 분야의 기술적 진입 장벽이 시간이 지날수록 점점 높아지고 있기 때문입니다.현재 EDA 분야에는 Synopsys, Cadence, Mentor Graphics라는 세 개의 거대 기업만 남아 있습니다.30년 이상의 역사를 가진 이 세 "오래된 회사"는 EDA의 창시자라고 할 수 있습니다.

• 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: Founded in 1988, it is an American company. As early as 1992, the company had become the leader in the EDA industry. However, it was overtaken by Synopsys in 2008, with current revenue exceeding US$2 billion.

• 멘토(Mentor): 1981년에 설립된 미국 최초의 EDA(전자 설계 자동화) 회사입니다. EDA 툴의 포괄성은 시놉시스(Synopsys)와 케이던스(Cadence)에 비해 다소 떨어지지만, PCB 설계 툴과 같은 일부 분야에서는 상대적으로 앞서 있습니다. 멘토는 2016년에 독일의 지멘스(Siemens)에 인수되었습니다.

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.

그림 8: EDA 소프트웨어의 글로벌 경쟁 구도, 출처: 첸잔산업연구소

당연히 어떤 사람들은 소프트웨어이기 때문에 제한이 있다면 크랙 버전을 먼저 만들 수 있냐고 물을 것입니다. 답은 '아니오'입니다. 앞서 언급했듯이 EDA 소프트웨어는 개발 후에도 계속해서 업데이트됩니다. 하위 응용 프로그램의 변경, 재료의 변화, 제조 공정의 개선 등으로 인해 EDA는 프로세스 라이브러리를 지속적으로 업데이트해야 하며, 보통 한 달에 한 번씩 업데이트합니다. 적절하지 않을 수도 있는 비유를 들자면, 사무실에서 매달 대규모 업그레이드를 해야 사용할 수 있다면 불법 복제 소프트웨어가 설 자리는 없을 것입니다.

In addition to being basically impossible to crack, this software has extremely high user stickiness. On the one hand, EDA software accounts for a small part of the cost items of these companies and is not price sensitive at all. It is very critical, so customers generally will not change suppliers unless they have to. On the other hand, the essence of EDA is to provide customers with a package of tool kits to solve problems. These overseas leaders can provide one-stop services.

Therefore, relying on intellectual property rights with moats, Synopsys and others can reap the dividends of the development of the semiconductor industry.

현재 중국의 EDA 기업들은 아직 초기 단계에 머물러 있습니다. BGI9, 광리마이크로, 보다마이크로 등이 잘 알려진 기업들이지만, 이들의 제조 공정은 20nm 이상에 그치고 있으며, 완벽한 툴 세트를 제공하지 못하고 있습니다. 그 결과, 경쟁에서 소극적인 자세를 취하며 많은 어려움에 직면해 있습니다. 하지만 이러한 어려움 속에는 더 큰 기회가 숨어 있습니다. 국내 반도체 산업에서 독립 브랜드들이 부상하고 지적재산권이 중요시됨에 따라, 국내 EDA 기업들은 마침내 전환점을 맞이할 기회를 보고 있습니다.

03

다른 산에서 가져온 돌: Synopsys를 참고 자료로 활용하기

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

EDA 분야의 절대적인 선두주자인 시놉시스는 13년 동안 업계 정상의 자리를 지켜왔습니다. 뿐만 아니라, 최근 몇 년간 업계 발전 추세에 발맞춰 IP 사업을 빠르게 확장해 왔으며, 현재 IP 분야에서 ARM에 이어 세계 2위를 차지하고 있습니다. EDA와 IP는 반도체 산업의 핵심 관문이므로, 시놉시스가 이 핵심 관문의 수호자라고 해도 과언이 아닙니다. 브로케이드 연구소는 EDA 및 IP 분야를 선도하는 기업인 시놉시스를 재무적 관점에서 분석해 보고자 합니다.

【1】Financial data is as stable as fake

According to the company's earliest financial data that can be found in 1991, the first reaction after analysis is that it is stable. We select two indicators: the company’s revenue and gross profit margin:

1) 매출은 40천만 달러에서 3.7억 달러로 꾸준히 증가했으며, 연평균 성장률은 17%에 달합니다. 경기 변동의 흔적은 거의 찾아볼 수 없습니다. 2005년 이후 매출이 감소한 해는 단 한 해도 없었습니다.

2)총이익률은 더욱 과장되어 있습니다. 지난 30년간 회사의 매출액이나 사업 구조 변화와 관계없이 약 80% 수준으로 안정적으로 유지되어 왔는데, 이는 조작된 것처럼 보입니다.

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.

이러한 꾸준한 성장 덕분에 회사의 시가총액은 초기 400억 달러에서 현재 38억 달러로 증가하여, 명실상부한 "강세주"로 자리매김하게 되었습니다.

또 다른 선도 기업인 케이던스(청텅 전자)이 또한 유사한 특징을 보입니다. 이처럼 마법 같은 재무 운영 지표가 나타나는 이유는 해당 산업의 기술 진입 장벽이 매우 높고, 고객 충성도가 매우 높으며 가격에 둔감하기 때문입니다. 이러한 기업들은 가뭄이나 홍수와 같은 악천후에도 소득을 유지할 수 있고, 가만히 누워 있어도 안정적인 수익을 창출할 수 있습니다.

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.

Figure 9: Synopsys revenue, data source: Bloomberg

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

【2】Secrets to establishing competitive advantages in the EDA industry:Crazy piles of engineers and crazy buying of technology

As mentioned in the previous section, the company's growth rate and gross profit margin are surprisingly stable, which is basically quite an alternative existence in the technology industry. The technology industry we are familiar with is more like the companies depicted in "Top of the Wave". Each has been leading the trend for several years. Ups and downs and ups and downs are the norm. However, these green cars in the EDA field have been operating steadily for more than 30 years and are still standing. It is easy to infer from the results that this is an industry with a moat. Otherwise, 80% of the gross profit margin would have been pulled down by new entrants.

Back to Synopsys, its biggest advantage lies in its comprehensiveness. It has XA on the analog front end, VCS on the digital front end, sign-off tools on the back end, etc., and some of the tools are very powerful. It monopolizes 90% of TCAD device simulation (note: the core bottom layer of EDA software) and 50% of DFM process simulation. If downstream customers didn't need to support multiple suppliers, Synopsys would theoretically have a higher market share.

The secret to supporting Synopsys' competitive advantage is oneThe business model of crazy engineers지능 집약적인 인재를 축적하는 것은 높은 연구 개발 비용으로 이어진다.

As mentioned earlier, due to the need for constant updates and iterations, EDA requires extremely exaggerated R&D investment. 1/3 of Synopsys' annual revenue needs to be invested in R&D. By 2020, the absolute amount of annual R&D investment will be as high as nearly 1.3 billion US dollars. In the future, as the industry's technical challenges increase, labor costs will become more and more expensive, and 1.3 billion is just the starting point of a new stage.

그림 11: 시놉시스의 매우 높은 연구 개발 비용, 출처: 블룸버그

이 산업은 내부 연구 개발 외에도 지속적인 외부 인수합병이 필요합니다. 시놉시스는 1986년 설립 이후 80건의 인수합병을 진행했습니다., the targets of mergers and acquisitions are basically products and companies that have been proven successful by the market. Technology integration is carried out through mergers and acquisitions. Longer and Longsan Cadence (Chenteng Electronics) and Mentor Graphics (Mentor International) have also conducted more than 60 mergers and acquisitions respectively.

On the surface, mergers and acquisitions appear to be the acquisition of other companies and an investment behavior, but in fact they are the externalization of R&D expenses as an effective supplement to internal R&D.

It is precisely by relying on high-level internal R&D and continuous external mergers and acquisitions that Synopsys has achieved a business model that is easy to defend but difficult to attack, enabling it to achieve stable growth and make money on its own.

Figure 12: Important acquisitions by Synopsys, source: Founder Securities

【3】중국 시장은 EDA의 새로운 주요 경쟁 무대가 될 것입니다

In the past, the Chinese market was an insignificant existence, but in recent years, with the emergence of domestic chip design companies, revenue from China has become an important source of Synaptics.2020 회계연도에 중국 매출은 회사 전체 매출의 11.4%를 차지했습니다.(Note: This ratio is also similar to the autonomy rate of Chinese chips), becoming the second largest market after the United States.

향후 중국 반도체 설계 산업의 성장과 함께 반도체 소프트웨어의 관문 역할을 하는 신시(Xinsi)의 중국 시장 매출 비중은 지속적으로 증가할 것이며, 중국은 신시의 중요한 성장 동력이 될 것입니다. 물론 국내 EDA 기업들도 이러한 큰 기회를 노리고 있습니다. 이들이 점차 기업공개(IPO)를 진행하면서 더욱 적극적인 행보를 보일 가능성이 있습니다. 구체적인 분석은 이들의 IPO招股書(招股書) 공개를 기다려야 할 것입니다.

그림 13: 시놉시스의 지역별 매출 현황(2020 회계연도), 출처: 시놉시스

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.

After all, there is an old saying in China,How can I allow others to sleep soundly on the couch?.

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