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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.

Ao mesmo tempo, os nomes de vários gigantes tecnológicos estrangeiros têm sido cada vez mais expostos, tornando-se tópicos essenciais para conversas após o jantar: a holandesa ASML, que monopoliza as máquinas de fotolitografia; a chinesa Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd., que tem o direito de opinar sobre fabricantes de equipamentos originais (OEMs); e a americana Qualcomm, que é um diferencial de vendas para celulares Android...

Mas existe um produto de software segmentado.EDA (Automação de Projeto Eletrônico), little is known about it. But in fact, EDA is as important to global semiconductors as TSMC, which is a foundry, and ASML, which is a lithography machine. It is not an exaggeration to call it the software vitality of semiconductors.

Até agora,As principais empresas que lucram com a indústria de software para semicondutores são três empresas de origem americana:Synopsys, Cadence, Mentor GraphicsElas têm dominado os altos e baixos da indústria global de semicondutores com uma margem de lucro bruto estável de cerca de 80% nos últimos 30 anos.

01

A divisão final do trabalho cria a EDA (Agência de Desenvolvimento Econômico).

O mercado global de EDA (Automação de Projeto Eletrônico) tem um tamanho de apenas cerca de US$ 10 bilhões, mas para realmente entender esse setor, precisamos contextualizá-lo dentro do mercado de semicondutores como um todo (cujo tamanho se aproxima de US$ 500 bilhões), começando por toda a cadeia produtiva.

Para transformar areia (silício) em magia e finalmente criar circuitos integrados (chips) praticamente onipotentes, os engenheiros precisam usar a tecnologia mais avançada em todos os aspectos da fabricação de semicondutores. Justamente porque cada área precisa levar a tecnologia ao extremo, a indústria de semicondutores desenvolveu um modelo de negócios extremamente peculiar.A divisão de trabalho definitiva.

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.

O conceito de IP já foi explicado no artigo sobre ARM. O foco deste artigo é a EDA, e o IP é apenas mencionado aqui.

Figura 1: Cadeia da indústria de semicondutores, fonte dos dados: elaborado pelo Brocade Research Institute

Para a indústria de semicondutores, a essência da extrema divisão do trabalho reside em um mecanismo de compartilhamento de riscos. Afinal, nenhuma empresa consegue superar todas as dificuldades técnicas do setor, e a cadeia produtiva não mede esforços para aprimorar essa divisão, permitindo que cada participante leve a tecnologia ao extremo em sua respectiva área.

Ao analisar detalhadamente a história do desenvolvimento da indústria de semicondutores, identificamos três inovações em modelos de negócios que refletem profundamente a divisão de trabalho essencial nesse setor e têm um impacto significativo em seu desenvolvimento:

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

A separação do processo de fabricação reduziu drasticamente as barreiras de entrada para a produção de chips, possibilitando que até mesmo as equipes mais humildes e com poucos recursos reajam. Tomemos como exemplo a TSMC, que se concentra na fabricação de componentes em fundição. Ao dominar a tecnologia de fabricação de precisão de ponta, ela se tornou uma poderosa promotora da Lei de Moore.

Justamente porque a TSMC resolveu os problemas de fabricação, as startups não precisam necessariamente optar pelo modelo IDM (Fabricação Integrada de Dispositivos) com grande investimento em ativos. A maioria delas se volta para o modelo fabless, ou seja, empresas de design fabless. Depois de reunir alguns engenheiros de design talentosos, elas podem arregaçar as mangas e começar a trabalhar.

Nesse setor, a empresa mais representativa que surgiu é a famosa TSMC, e a mais listada no mercado de ações A é a SMIC. Todos conhecem bastante esse segmento, então não entrarei em detalhes aqui.

Figure 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, sigla para Electronic Design Automation (Automação de Projeto Eletrônico), significa automação de projeto eletrônico. Quando os engenheiros projetam chips, eles precisam apenas usar programas para planejar as funções do chip e, em seguida, usar ferramentas EDA para converter os programas em desenhos de circuitos reais. Portanto, o EDA é essencialmente um software industrial especializado, mas é famoso por sua aplicação na área de chips e se tornou uma ferramenta essencial para todo engenheiro de projeto 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: Sinopse

【3】Com o desenvolvimento da indústria, o conceito de propriedade intelectual (PI) surge gradualmente.

A inovação na automação de projetos não se limita ao surgimento do EDA (Design and Automation). Durante o processo de projeto de chips, os engenheiros descobriram que muitos elementos podem ser reutilizados, ou seja, "modulares". Portanto, algumas empresas que se dedicam exclusivamente a essa parte se especializam no projeto de núcleos de IP (Intellectual Property Core).

Um núcleo IP refere-se a um macromódulo de projeto com direitos de propriedade intelectual independentes que pode ser reutilizado no projeto de chips. Essas soluções de IP maduras e confiáveis ​​podem implementar uma função específica, permitindo que as empresas de projeto de chips adquiram núcleos IP para seus projetos, o que simplifica consideravelmente o processo de desenvolvimento. Com a evolução, o núcleo IP tornou-se a unidade básica no projeto de sistemas.

A empresa mais famosa nesse campo é a ARM, que explicamos detalhadamente em nosso artigo anterior "ARM: O tempo está se esgotando para a equipe chinesa"; vale a pena mencionar que muitas das principais empresas de IP são empresas de EDA. Na verdade, isso é fácil de entender, pois as empresas que desenvolvem softwares de projeto automatizados diariamente já conhecem muito bem os núcleos de IP. Atualmente, entre as empresas listadas na Bolsa de Valores de Xangai (A-shares), também existe uma empresa cujo principal negócio é núcleos de IP.VeriSilicon(SH:688521).

Figura 4: Panorama do mercado global de propriedade intelectual (IP) de semicondutores (2019), fonte: IPnest

It is precisely because of the above three important business model innovations that the chip industry has formed a completely different business model from the traditional industry. A simplified diagram of the entire design process is shown below. IEmpresas de design em C, empresas de fundição, empresas de software EDA e fornecedores de IP trabalham em estreita colaboração, formando uma relação de triângulo de ferro muito forte, e realizam em conjunto o rápido desenvolvimento e iteração de produtos, o que também reduz significativamente o custo dos chips.

Graças à EDA, à propriedade intelectual (IP) e à fundição, o limiar para o empreendedorismo no setor foi significativamente reduzido, e pudemos observar que muitas empresas nacionais conseguiram crescer rapidamente em pouco mais de 10 anos. Empresas que têm sido muito comentadas, como Weill Technology, Shengbang Technology, GigaDevice, Hengxuan Technology, Star Semiconductor, etc., adotaram esse modelo sem exceção.

Figure 5: Product production process of Fabless mode chip design companies, source: Semiconductor Industry Observation, Founder Securities

02

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

【1】Sou pequeno, mas sou 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.

Figura 6: O mercado global de EDA movimenta apenas cerca de 10 bilhões de dólares americanos. Fonte: EDAC

Although small, it is no exaggeration to say that without EDA and IP, the world's technological development will stagnate.

existirSynopsysNo site oficial da empresa, há uma imagem que retrata essa relação com muita precisão: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.. In other words, without EDA and IP, the entire pyramid will collapse.

Moreover, EDA and IP are very, very difficult to make. It requires constant iterations as the chip process shrinks, process parameters change, etc., and the underlying code requires a large number of updates for each iteration. Nowadays, with the advent of the era of artificial intelligence and the Internet of Things, and under the constraints of the post-Moore era, innovation in this field is also facing greater challenges.

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

[2] Analisando a lacuna na pesquisa básica entre a China e os Estados Unidos na perspectiva da EDA&IP

Isso ocorre precisamente porque as barreiras técnicas neste setor estão se tornando cada vez maiores com o passar do tempo.Atualmente, restam apenas três gigantes no campo da EDA, nomeadamente Synopsys, Cadence e Mentor Graphics.Essas três "empresas antigas", com mais de 30 anos de história, podem ser consideradas as precursoras da EDA:

• Synopsys: Fundada em 1986, é uma empresa americana criada por uma equipe de engenheiros da General Electric liderada por Aart de Geus. Em 2008, tornou-se líder mundial em ferramentas de software EDA e continua sendo até hoje, com receita anual superior a US$ 3 bilhões nos últimos anos.

• 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.

• Mentor: Fundada em 1981, é a empresa americana mais antiga. A abrangência de suas ferramentas EDA é menor que a da Synopsys e da Cadence, portanto, seu faturamento gira em torno de US$ 1 bilhão, mas ela se destaca em algumas áreas, como ferramentas de projeto de PCBs. A Mentor foi adquirida pela Siemens da Alemanha em 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 de software EDA, fonte: Instituto de Pesquisa Industrial Qianzhan

Naturalmente, algumas pessoas perguntarão: já que se trata de um software, se ele é restrito, posso criar versões piratas primeiro? A resposta é não. Como mencionado anteriormente, o software EDA não permanece inalterado após ser escrito. Com mudanças em aplicações subsequentes, alterações em materiais e melhorias nos processos de fabricação, o EDA precisa de iterações constantes para atualizar a biblioteca de processos, geralmente uma vez por mês. Para usar uma analogia que talvez não seja apropriada, se o seu escritório exige grandes atualizações todos os meses antes que o software possa ser usado, então, naturalmente, não haverá espaço para versões piratas.

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.

Portanto, confiando em direitos de propriedade intelectual com vantagens competitivas, a Synopsys e outras empresas podem colher os frutos do desenvolvimento da indústria de semicondutores.

Atualmente, as empresas chinesas de EDA ainda estão em seus estágios iniciais. Empresas conhecidas incluem BGI9, Guangli Micro e Boda Micro. No entanto, seus processos de fabricação são superiores a 20 nm e elas não conseguem fornecer um conjunto completo de ferramentas. Como resultado, elas são bastante passivas na competição e enfrentam muitos desafios. Mas por trás dos desafios, existem grandes oportunidades. Com o surgimento de marcas independentes na indústria nacional de semicondutores e a ênfase nos direitos de propriedade intelectual, as empresas chinesas de EDA finalmente enxergam a oportunidade de se reinventar.

03

Uma Pedra de Outra Montanha: Usando a Synopsys como Referência

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

A Synopsys, líder absoluta no setor de EDA, ocupa a posição de destaque há 13 anos. Além disso, a empresa expandiu rapidamente seus negócios de propriedade intelectual (IP) em resposta às tendências de desenvolvimento do setor nos últimos anos, e atualmente ocupa o segundo lugar no mundo, atrás apenas da ARM, nesse segmento. EDA e IP são os pilares da indústria de semicondutores, portanto, não é exagero dizer que a Synopsys é a guardiã desse pilar fundamental. O Instituto de Pesquisa Brocade analisará a Synopsys, empresa líder em EDA e IP, sob uma perspectiva financeira.

【1】Os dados financeiros são tão estáveis ​​quanto falsos.

De acordo com os primeiros dados financeiros da empresa, datados de 1991, a primeira impressão após a análise é de estabilidade. Selecionamos dois indicadores: a receita e a margem de lucro bruto da empresa.

1) Revenue has grown steadily from US$40 million to US$3.7 billion, with an average annual growth rate of 17%. You can hardly see the shadow of cycles in it. There has been no year of revenue decline after 2005;

2)A margem de lucro bruto é ainda mais exagerada. Nos últimos 30 anos, independentemente das mudanças no volume de receita e na estrutura de negócios da empresa, ela permaneceu estável em torno de 80%, o que parece falso.

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.

Foi graças a esse crescimento constante que o valor de mercado da empresa aumentou dos US$ 400 milhões iniciais para os atuais US$ 38 bilhões, tornando-se uma verdadeira "ação de alta".

Another leading company, Cadence(Cengteng Electronics)Também apresenta características semelhantes. A razão pela qual existem indicadores financeiros operacionais tão excepcionais é que as barreiras técnicas neste setor são extremamente altas, os clientes são extremamente fiéis e não são sensíveis ao preço. Essas empresas conseguem manter a receita apesar de secas e enchentes, e gerar lucros estáveis ​​mesmo em períodos de baixa atividade.

Mas é precisamente por essa razão que dificilmente se deve esperar inovações disruptivas dessas empresas, nem um crescimento explosivo em um determinado ano. Elas são basicamente um trem verde, com alta segurança, avançando em ritmo tranquilo. Claro, isso também se tornou um dos principais pontos de crítica à empresa. Afinal, a maioria das pessoas que estudam esse setor são caçadoras de ações de crescimento.

Figura 9: Receita da Synopsys, fonte de dados: 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.

O segredo para sustentar a vantagem competitiva da Synopsys é um só.O modelo de negócios dos engenheiros malucos, acumulando talentos com alta capacidade intelectual, o resultado são altos custos de P&D.

Como mencionado anteriormente, devido à necessidade de atualizações e iterações constantes, a EDA exige investimentos em P&D extremamente elevados. Um terço da receita anual da Synopsys precisa ser investido em P&D. Até 2020, o valor absoluto do investimento anual em P&D chegará a quase 1.3 bilhão de dólares. No futuro, à medida que os desafios técnicos do setor aumentarem, os custos de mão de obra se tornarão cada vez mais altos, e 1.3 bilhão é apenas o ponto de partida de uma nova etapa.

Figura 11: Despesas extremamente elevadas de P&D da Synopsys, fonte: Bloomberg

In addition to internal research and development, this industry also needs constant external mergers and acquisitions. Since its establishment in 1986, Synopsys has made 80 mergers and acquisitions.Os alvos de fusões e aquisições são basicamente produtos e empresas que já se provaram bem-sucedidos no mercado. A integração tecnológica é realizada por meio de fusões e aquisições. A Cadence (Chenteng Electronics) e a Mentor Graphics (Mentor International) já realizaram mais de 60 fusões e aquisições cada uma, respectivamente.

Superficialmente, fusões e aquisições parecem ser a aquisição de outras empresas e um comportamento de investimento, mas, na verdade, são a externalização de despesas de P&D como um complemento eficaz à P&D interna.

É precisamente através da aposta em pesquisa e desenvolvimento internos de alto nível e em fusões e aquisições externas contínuas que a Synopsys alcançou um modelo de negócios fácil de defender, mas difícil de atacar, permitindo-lhe obter um crescimento estável e gerar lucro por conta própria.

Figura 12: Aquisições importantes da Synopsys, fonte: Founder Securities

【3】O mercado chinês se tornará o novo campo de batalha principal para a EDA

No passado, o mercado chinês era insignificante, mas nos últimos anos, com o surgimento de empresas nacionais de design de chips, a receita proveniente da China tornou-se uma importante fonte de renda para a Synaptics.No ano fiscal de 2020, a receita proveniente da China representou 11.4% da receita total da empresa.(Nota: Esta proporção também é semelhante à taxa de autonomia dos chips chineses), tornando-se o segundo maior mercado depois dos Estados Unidos.

No futuro, com a ascensão da indústria de design de chips da China, como guardiã do software para semicondutores, a participação da Xinsi na receita da China continuará a aumentar, e a China se tornará uma importante fonte de crescimento. É claro que as empresas nacionais de EDA também estão de olho nessa grande oportunidade. À medida que forem abrindo capital, poderão fazer movimentos ainda maiores. Ainda precisamos aguardar a divulgação de seus prospectos para podermos fazer mais interpretações.

Figura 13: Receita da Synopsys discriminada por região geográfica (ano fiscal de 2020), Fonte: Synopsys

Mas um ponto que merece atenção é que, com o rápido despertar da consciência sobre a localização e a superação da onda de dividendos para engenheiros nacionais, resta saber se a Synopsys conseguirá replicar seu modelo de negócios de lucrar globalmente na China.

Afinal, existe um velho ditado na China,Como posso permitir que outras pessoas durmam tranquilamente no sofá?.

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