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自2019年以来的两年间，由于华为、海思、中芯国际等事件的不断发酵，以芯片为核心的半导体技术从实验室走向街头，一度成为全国关注的焦点。在半导体领域拥有雄厚实力的广发基金创始人刘革松也因此成为公众募款人。

与此同时，一些海外科技巨头的名字也越来越多地出现在公众视野，成为人们餐后热议的话题：垄断光刻机的荷兰ASML，在OEM领域拥有话语权的中国台积电，以及安卓手机的卖点——美国高通公司……

但软件产品是分段式的。EDA（电子设计自动化）人们对EDA知之甚少。但事实上，EDA对全球半导体行业的重要性堪比晶圆代工厂台积电和光刻机制造商ASML。称其为半导体行业的软件命脉毫不为过。

到目前为止，从半导体软件行业中获利的核心公司是三家美国公司——Synopsys、Cadence、Mentor Graphics在过去的 30 年里，它们凭借接近 80% 的稳定毛利率，主导了全球半导体行业的起伏。

01

最终的劳动分工创造了EDA。

EDA 的全球市场规模只有约 10 亿美元，但要真正了解这个行业，我们必须将其放在整个半导体市场（市场规模接近 500 亿美元）的背景下，从整个产业链开始分析。

为了将沙子（硅）变成魔法，最终制造出几乎无所不能的集成电路（芯片），工程师需要在半导体制造的各个环节都运用最尖端的技术。正因为每个领域都需要将技术推向极致，半导体行业才形成了一种极其特殊的商业模式——终极分工。

从上游到下游，半导体产业链可以分为轻资产的IC设计（也称无晶圆厂）、重资产的制造、封装和测试。其中，芯片设计公司通常具有轻资产、高技术的特点，代表公司包括高通（NASDAQ: QCOM）、英伟达（NASDAQ: NVDA）等。它们只需将设计好的芯片布局交给产业链中下游进行制造和封装测试即可。为了更好地支持这些芯片设计公司完成芯片设计工作，配套的专业软件和知识产权软件包，即EDA和IP，逐渐发展起来。目前，这部分工作也由专业厂商完成。

IP 已在之前关于 ARM 的文章中解释过。本文重点在于 EDA，IP 只是顺带提及。

图1：半导体产业链，数据来源：博科研究院绘制

对于半导体行业而言，极致分工的本质是一种风险共担机制。毕竟，没有哪家公司能够克服半导体行业的所有技术难题，产业链也竭尽全力去细化分工，使每个参与者都能在各自的领域内将技术推向极致。

详细审视半导体产业的发展史，有三种商业模式创新深刻反映了半导体产业的最终劳动分工，并对产业发展产生了深远的影响：

【1】制造过程被分离出来，具有划时代的意义。

制造流程的分离极大地降低了芯片制造的门槛，使得即使是实力较弱的基层团队也能参与竞争。以专注于晶圆代工的台积电为例，它通过掌握尖端精密制造技术，成为了摩尔定律的有力推动者。

正因为台积电解决了制造难题，初创公司才不一定需要选择资产密集型的IDM（集成器件制造）模式。大多数初创公司会转向无晶圆厂模式，也就是无晶圆厂设计公司。在聚集了几位优秀的工程师之后，他们就可以撸起袖子开始工作了。

在这个领域，最具代表性的公司当属著名的台积电，而成功打入A股的则是中芯国际。这部分内容大家都很了解，所以我就不再赘述了。

图2：台积电

【2】专业软件的诞生解放了集成电路设计工程师

但现实情况是，仅靠台积电是不够的。因为在设计芯片时，每平方厘米的空间内可能需要布局数亿个晶体管和相关电路。显然，这远远超出了人工操作的能力范围。为了实现自动化绘图，EDA软件应运而生。

EDA，全称为电子设计自动化，指的是电子设计自动化。工程师在设计芯片时，只需使用程序规划芯片功能，然后使用EDA工具将程序转换为实际的电路设计图即可。因此，EDA本质上是一种专用的工业软件，但它因其在芯片领域的广泛应用而闻名，并已成为每位芯片设计工程师必备的工具箱。

这个领域的垄断企业并非人尽皆知。主要代表企业有新思科技（Synopsys）、凯迪斯科技（Cadence）和门托科技（Mentor）。目前国内还没有相应的公司上市，但华大九天、广利威等公司正在接受证券公司的指导。未来我们会看到它们的IPO。

图 3：Synopsys

【3】随着产业的发展，知识产权的概念逐渐诞生。

设计自动化的创新并非仅限于EDA的诞生。在芯片设计过程中，工程师们发现许多东西可以重复使用，也就是“模块化”。因此，一些专门从事这部分工作的公司专注于IP核（知识产权核）的设计。

IP核是指具有独立知识产权、可在芯片设计中重复使用的设计宏模块。这些成熟可靠的IP解决方案能够实现特定功能，使得芯片设计公司可以购买IP核进行设计，从而极大地简化了芯片设计流程。经过发展，IP核已成为系统设计的基本单元。

这个领域最著名的公司是ARM，我们在之前的文章《ARM：中国团队时间紧迫》中已经详细介绍过；尤其值得一提的是，许多顶尖的IP公司都是EDA公司。事实上，这很容易理解，因为每天开发自动化设计软件的公司对IP核早已非常熟悉。现在，在A股上市公司中，也有一家公司的主营业务就是IP核——芯原(SH:688521）。

图 4：全球半导体 IP 市场格局（2019 年），数据来源：IPnest

正是由于上述三项重要的商业模式创新，芯片行业才形成了与传统行业截然不同的商业模式。整个设计流程的简化图如下所示。C 设计公司、代工厂、EDA 软件公司和 IP 提供商密切合作，形成非常牢固的铁三角关系，共同完成快速的产品开发和迭代，这也大大降低了芯片的成本。

得益于EDA、IP和代工技术，行业创业门槛已大幅降低，我们看到许多国内企业在十余年间迅速崛起。像威尔科技、盛邦科技、兆基半导体、恒轩科技、星芯半导体等备受关注的企业，无一例外都采用了这种模式。

图5：无晶圆厂模式芯片设计公司的产品生产流程，资料来源：半导体行业观察，方正证券

02

我年纪虽小，却是半导体行业的生命线。

【1】我虽小，但至关重要

与规模高达近千亿美元的晶圆代工市场不同，半导体领域的EDA和IP市场确实是高度细分的领域。由于它们位于芯片产业链的顶端，其市场规模实际上非常小。经过几十年的发展，全球EDA市场规模将达到数百亿美元；IP市场空间则更小，即使是占据全球近40%市场份额的领先企业ARM，其营收也仅不足20亿美元。

图 6：全球 EDA 市场规模仅约 10 亿美元。来源：EDAC

虽然影响不大，但毫不夸张地说，如果没有EDA和IP，世界技术发展将会停滞不前。

存在新思在官方网站上，有一张图片非常准确地描绘了这种关系：尽管EDA和IP的总市场规模只有10多亿美元，但1.65万亿美元的整个电子系统却以此为基础，形成了一个典型的倒金字塔模型。换句话说，如果没有EDA和IP，整个金字塔就会崩塌。

此外，EDA和IP的开发难度非常大。随着芯片工艺尺寸的缩小、工艺参数的变化等等，需要不断迭代，而每次迭代都需要对底层代码进行大量更新。如今，随着人工智能和物联网时代的到来，以及后摩尔时代的限制，该领域的创新也面临着更大的挑战。

图7：EDA和IP是半导体创新的核心，来源：Synopsys官方网站

[2] 从EDA&IP视角审视中美基础研究差距。

正是因为随着时间的推移，这个行业的技术门槛越来越高。目前EDA领域只剩下三家巨头，分别是Synopsys、Cadence和Mentor Graphics。这三家拥有30多年历史的“老牌公司”可以说是EDA的创始者：

• Synopsys：成立于1986年，是一家美国公司，由Aart de Geus领导的一群通用电气工程师创立。2008年，该公司成为全球排名第一的EDA软件工具领导者，并一直保持领先地位至今，近年来年收入超过3亿美元。

• Cadence：成立于1988年，是一家美国公司。早在1992年，该公司就已成为EDA行业的领导者。然而，它在2008年被Synopsys超越​​，目前营收超过2亿美元。

• Mentor：成立于1981年，是美国最早的EDA公司之一。其EDA工具的全面性不如Synopsys和Cadence，因此营收规模约为1亿美元，但在PCB设计工具等某些领域相对领先。Mentor于2016年被德国西门子公司收购。

以上三大巨头均为美国公司，合计市场份额超过70%。正是在这个时候，华为遭遇了封锁。业内人士担心，如果EDA软件的销售受到限制，中国芯片设计产业将会遭受重创。而我们，对此却无能为力。

图8：EDA软件全球竞争格局，数据来源：前瞻产业研究院

当然，有些人会问，既然是软件，如果受到限制，我能不能先制作破解版？答案是否定的。正如前面提到的，EDA软件编写完成后并非一成不变。随着下游应用的变化、材料的变化以及制造工艺的改进，EDA需要不断迭代更新工艺库，通常每月更新一次。打个比方（虽然可能不太恰当），如果你的办公室每月都需要进行重大升级才能使用，那么盗版软件自然就没有生存空间。

除了几乎不可能被破解之外，这款软件还拥有极高的用户粘性。一方面，EDA软件在这些公司的成本项目中占比很小，而且对价格并不敏感。它至关重要，因此客户通常不会轻易更换供应商。另一方面，EDA的本质是为客户提供一整套解决问题的工具包。这些海外领先企业能够提供一站式服务。

因此，凭借拥有强大知识产权优势的科技公司 Synopsys 等，可以从半导体行业的发展中获益。

目前，国内EDA企业仍处于起步阶段。知名企业包括华大九、广利微电子和博达微电子。然而，它们的制造工艺主要集中在20nm以上，无法提供全套工具。因此，它们在竞争中处于相对被动的地位，面临诸多挑战。但挑战背后也蕴藏着更大的机遇。随着国内半导体行业自主品牌的崛起以及对知识产权保护的重视，国内EDA企业终于看到了扭转局面的契机。

03

来自另一座山的石头：以 Synopsys 为例

知己知彼，百战不殆。

Synopsys 作为 EDA 领域的绝对领导者，已连续 13 年稳居行业领先地位。此外，近年来，该公司顺应行业发展趋势，迅速拓展 IP 业务，目前在 IP 领域位居全球第二，仅次于 ARM。EDA 和 IP 是半导体行业的关键环节，因此毫不夸张地说，Synopsys 是这关键环节的守护者。博科研究院将从财务角度对领先的 EDA&IP 公司 Synopsys 进行深入剖析。

【1】财务数据稳定性堪比虚假数据

根据该公司最早可追溯至1991年的财务数据，初步分析结果显示其财务状况稳定。我们选取了两个指标：公司营收和毛利率：

1）营收从40万美元稳步增长至3.7亿美元，年均增长率达17%。几乎看不出任何周期性波动的迹象。自2005年以来，营收从未出现过下滑；

2）毛利率更是被夸大了。过去30年里，无论公司营收规模和业务结构如何变化，毛利率都稳定在80%左右，这看起来很不真实。

根据该公司最新发布的半年报，2021财年上半年，公司营收达2亿美元，同比增长17.6%，毛利率高达79%，再次延续了过去30年来的稳定财务表现。不得不惊叹：兄弟，稳！

正是在这种稳步增长的背景下，该公司的市值从最初的 400 亿美元增长到目前的 38 亿美元，成为一只彻头彻尾的“牛股”。

另一家领先公司是 Cadence（腾腾电子）它也展现出类似的特征。之所以会出现如此神奇的财务运营指标，是因为该行业的技术门槛极高，客户粘性极强，且对价格不敏感。这些公司即使在干旱洪涝等恶劣天气下也能维持收入，甚至可以躺着赚钱。

但正因如此，你几乎不必指望这些公司会有颠覆性创新，也不必指望它们在某一年实现爆炸式增长。它们就像一列安全系数很高的绿色列车，以悠闲的步伐缓缓前行。当然，这也成为了这类公司饱受诟病的一大原因。毕竟，研究这个领域的大多数人都是成长股的追逐者。

图 9：Synopsys 营收，数据来源：彭博社

图 10：Synopsys 毛利率，数据来源：彭博社

【2】在EDA行业建立竞争优势的秘诀：成群的工程师和疯狂的技术采购

如前所述，该公司的增长率和毛利率异常稳定，这在科技行业实属罕见。我们熟知的科技行业更像是电影《浪潮之巅》中描绘的那些公司，它们引领潮流多年，起伏跌宕是常态。然而，这些EDA领域的“绿色先锋”已经稳定运营超过30年，至今依然屹立不倒。由此可见，这是一个拥有护城河的行业。否则，80%的毛利率早就被新进入者拉低了。

回到 Synopsys，它最大的优势在于其产品的全面性。它拥有模拟前端的 XA、数字前端的 VCS、后端的签核工具等等，其中一些工具功能非常强大。它垄断了 90% 的 TCAD 器件仿真市场（注：TCAD 是 EDA 软件的核心底层）和 50% 的 DFM 工艺仿真市场。如果下游客户不需要支持多个供应商，理论上 Synopsys 的市场份额会更高。

维持 Synopsys 竞争优势的秘诀在于……疯狂工程师的商业模式大量高智力人才的涌入，导致研发费用居高不下。

如前所述，由于需要不断更新迭代，EDA需要极其庞大的研发投入。Synopsys公司每年收入的三分之一都需要投入研发。到2020年，年度研发投入的绝对金额将高达近1.3亿美元。未来，随着行业技术挑战的不断增加，劳动力成本也将持续攀升，1.3亿美元仅仅是一个新阶段的起点。

图 11：Synopsys 极高的研发支出，来源：彭博社

除了内部研发之外，该行业还需要不断进行外部并购。自1986年成立以来，Synopsys已完成了80次并购。并购的目标基本上是已被市场证明成功的产品和公司。技术整合也是通过并购实现的。龙腾电子和龙山凯德斯（现为辰腾电子）以及明特图形（现为明特国际）也分别完成了超过60起并购交易。

从表面上看，并购似乎是收购其他公司和一种投资行为，但实际上，它们是将研发费用外部化，作为对内部研发的有效补充。

Synopsys 正是依靠高水平的内部研发和持续的外部并购，才实现了易于防守但难以攻击的商业模式，从而实现了稳定增长并自主盈利。

图 12：Synopsys 的重要收购案，来源：Founder Securities

【3】中国市场将成为EDA的新主要战场

过去，中国市场微不足道，但近年来，随着国内芯片设计公司的崛起，来自中国的收入已成为 Synaptics 的重要来源。2020财年，中国市场的收入占公司总收入的11.4%。（注：该比例也与中国芯片的自主率相似），成为仅次于美国的第二大市场。

未来，随着中国芯片设计产业的崛起，作为半导体软件的守门人，新思科技在中国的收入份额将持续增长，中国也将成为其重要的增长来源。当然，国内其他EDA公司显然也在密切关注这一巨大机遇。随着它们陆续上市，或许会有更大的动作。我们仍需等待其招股说明书的发布才能做出更深入的解读。

图 13：Synopsys 按地域划分的收入（2020 财年），来源：Synopsys

但有一点需要注意，随着本土化意识的迅速觉醒和​​国内工程师分红浪潮的终结，Synopsys 能否将其在全球赚钱的商业模式复制到中国，确实是一个巨大的问号。

毕竟，中国有一句古老的谚语……我怎样才能让别人在沙发上睡得安稳？。

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