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自2019年以來的兩年間，由於華為、海思、中芯國際等事件的不斷發酵，以晶片為核心的半導體技術從實驗室走向街頭，一度成為全國關注的焦點。在半導體領域擁有雄厚實力的廣發基金創辦人劉革松也因此成為公眾募款人。

同時，一些海外科技巨頭的名字也越來越多地出現在公眾視野，成為人們餐後熱議的話題：壟斷光刻機的荷蘭ASML，在OEM領域擁有話語權的中國台積電，以及安卓手機的賣點——美國高通公司…

但軟體產品是分段式的。EDA (Electronic Design Automation)人們對EDA知之甚少。但事實上，EDA對全球半導體產業的重要性堪比晶圓代工廠台積電和光刻機製造商ASML。稱其為半導體產業的軟體命脈毫不為過。

到目前為止，從半導體軟體產業獲利的核心公司是三家美國公司——Synopsys、Cadence、Mentor Graphics在過去的 30 年裡，它們憑藉著接近 80% 的穩定毛利率，主導了全球半導體產業的起伏。

01

最終的勞動分工創造了EDA。

EDA 的全球市場規模只有約 10 億美元，但要真正了解這個產業，我們必須將其放在整個半導體市場（市場規模接近 500 億美元）的背景下，從整個產業鏈開始分析。

為了將沙子（矽）變成魔法，最終製造出幾乎無所不能的積體電路（晶片），工程師需要在半導體製造的各個環節運用最尖端的技術。正因為每個領域都需要將技術推向極致，半導體產業才形成了極為特殊的商業模式——終極分工。

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.

IP 已在先前關於 ARM 的文章中解釋過。本文重點在於 EDA，IP 只是順帶提及。

圖1：半導體產業鏈，資料來源：博科研究院繪製

對半導體產業而言，極致分工的本質是一種風險共擔機制。畢竟，沒有一家公司能夠克服半導體行業的所有技術難題，產業鏈也竭盡全力去細化分工，使每個參與者都能在各自的領域內將技術推向極致。

詳細檢視半導體產業的發展史，有三種商業模式創新深刻反映了半導體產業的最終勞動分工，並對產業發展產生了深遠的影響：

【1】製造過程被分離出來，具有劃時代的意義。

製造流程的分離大大降低了晶片製造的門檻，使得即使是實力較弱的基層團隊也能參與競爭。以專注於晶圓代工的台積電為例，它透過掌握尖端精密製造技術，成為了摩爾定律的強力推手。

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.

在這個領域，最具代表性的公司當屬著名的台積電，而成功打入A股的則是中芯國際。這部分內容大家都很了解，所以我就不再贅述了。

圖2：台積電

【2】專業軟體的誕生解放了積體電路設計工程師

但現實情況是，僅靠台積電是不夠的。因為在設計晶片時，每平方公分的空間內可能需要佈局數億個電晶體和相關電路。顯然，這遠遠超出了人工操作的能力範圍。為了實現自動化繪圖，EDA軟體應運而生。

EDA，全稱為電子設計自動化，指的是電子設計自動化。工程師在設計晶片時，只需使用程式規劃晶片功能，然後使用EDA工具將程式轉換為實際的電路設計圖即可。因此，EDA本質上是一種專用的工業軟體，但它因其在晶片領域的廣泛應用而聞名，並已成為每位晶片設計工程師必備的工具箱。

這個領域的壟斷企業並非人盡皆知。主要代表企業有新思科技（Synopsys）、凱迪斯科技（Cadence）和門托科技（Mentor）。目前國內還沒有相應的公司上市，但華大九天、廣利威等公司正接受證券公司的指導。未來我們會看到它們的IPO。

圖 3：Synopsys

【3】隨著產業的發展，智慧財產權的概念逐漸誕生。

設計自動化的創新並非僅限於EDA的誕生。在晶片設計過程中，工程師發現許多東西可以重複使用，也就是「模組化」。因此，一些專門從事這部分工作的公司專注於IP核（知識產權核）的設計。

IP核是指具有獨立智慧財產權、可在晶片設計中重複使用的設計宏模組。這些成熟可靠的IP解決方案能夠實現特定功能，使得晶片設計公司可以購買IP核進行設計，從而大大簡化了晶片設計流程。經過發展，IP核已成為系統設計的基本單元。

這個領域最有名的公司是ARM，我們在先前的文章《ARM：中國團隊時間緊迫》中已經詳細介紹；尤其值得一提的是，許多頂尖的IP公司都是EDA公司。事實上，這很容易理解，因為每天開發自動化設計軟體的公司對IP核早已非常熟悉。現在，在A股上市公司中，也有一家公司的主要業務就是IP核－芯原(上海：688521）。

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

正是由於上述三項重要的商業模式創新，晶片產業形成了與傳統​​產業截然不同的商業模式。整個設計流程的簡化圖如下。C 設計公司、代工廠、EDA 軟體公司和 IP 供應商密切合作，形成非常牢固的鐵三角關係，共同完成快速的產品開發和迭代，這也大大降低了晶片的成本。

由於採用EDA、IP和代工技術，產業創業門檻已大幅降低，我們看到許多國內企業在十多年間迅速崛起。像威爾科技、盛邦科技、兆基半導體、恆軒科技、星芯半導體等備受關注的企業，無一例外都採用了這種模式。

圖5：無晶圓廠模式晶片設計公司的產品生產流程，來源：半導體產業觀察，方正證券

02

我年紀雖小，卻是半導體產業的生命線。

【1】我雖小，但至關重要

與規模高達近千億美元的晶圓代工市場不同，半導體領域的EDA和IP市場確實是高度細分的領域。由於它們位於晶片產業鏈的頂端，其市場規模實際上非常小。經過數十年的發展，全球EDA市場規模將達到數百億美元；IP市場空間則更小，即使是佔據全球近40%市場份額的領先企業ARM，其營收也僅不足20億美元。

圖 6：全球 EDA 市場規模僅約 10 億美元。來源：EDAC

雖然影響不大，但毫不誇張地說，如果沒有EDA和IP，世界技術發展將會停滯不前。

存在新思在官方網站上，有一張圖片非常準確地描繪了這種關係：儘管EDA和IP的總市場規模只有10多億美元，但1.65兆美元的整個電子系統卻以此為基礎，形成了一個典型的倒金字塔模型。換句話說，如果沒有EDA和IP，整個金字塔就會崩塌。

此外，EDA和IP的開發難度非常大。隨著晶片製程尺寸的縮小、製程參數的變化等等，需要不斷迭代，而每次迭代都需要對底層程式碼進行大量更新。如今，隨著人工智慧和物聯網時代的到來，以及後摩爾時代的限制，該領域的創新也面臨更大的挑戰。

圖7：EDA和IP是半導體創新的核心，來源：Synopsys官方網站

[2] 從EDA&IP視角檢視中美基礎研究差距。

正是因為隨著時間的推移，這個產業的技術門檻越來越高。目前EDA領域只剩下三家巨頭，分別是Synopsys、Cadence和Mentor Graphics。這三家擁有30多年歷史的「老牌公司」可以說是EDA的創始者：

• 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：成立於1988年，是一家美國公司。早在1992年，該公司就已成為EDA行業的領導者。然而，它在2008年被Synopsys超越​​，目前營收超過2億美元。

• Mentor：成立於1981年，是美國最早的EDA公司之一。其EDA工具的全面性不如Synopsys和Cadence，因此營收規模約為1億美元，但在PCB設計工具等某些領域相對領先。 Mentor於2016年被德國西門子公司收購。

以上三大巨頭均為美國公司，合計市佔率超過70%。正是在這個時候，華為遭遇了封鎖。業內人士擔心，如果EDA軟體的銷售受到限制，中國晶片設計產業將會遭受重創。而我們，對此卻無能為力。

圖8：EDA軟體全球競爭格局，資料來源：前瞻性產業研究院

Naturally, some people will ask, since it is software, if it is restricted, can I make each cracked version first? The answer is no. As mentioned earlier, EDA software does not remain unchanged after being written. With changes in downstream applications, changes in materials, and improvements in manufacturing processes, EDA needs to constantly iterate to update the process library, most frequently once a month. To give an analogy that may not be appropriate, if your office requires major upgrades every month before it can be used, then there will naturally be no room for pirated versions to survive.

除了幾乎不可能被破解之外，這款軟體還擁有極高的用戶黏性。一方面，EDA軟體在這些公司的成本項目中佔比很小，而且對價格並不敏感。它至關重要，因此客戶通常不會輕易更換供應商。另一方面，EDA的本質是為客戶提供一整套解決問題的工具包。這些海外領導企業能夠提供一站式服務。

因此，憑藉擁有強大知識產權優勢的科技公司 Synopsys 等，可以從半導體產業的發展中獲益。

目前，國內EDA企業仍處於起步階段。知名企業包括華大九、廣利微電子和博達微電子。然而，它們的製造流程主要集中在20nm以上，無法提供全套工具。因此，它們在競爭中處於相對被動的地位，面臨許多挑戰。但挑戰背後也蘊藏更大的機會。隨著國內半導體產業自主品牌的崛起以及對智慧財產權保護的重視，國內EDA企業終於看到了扭轉局面的機會。

03

來自另一座山的石頭：以 Synopsys 為例

知己知彼，百戰不殆。

Synopsys 作為 EDA 領域的絕對領導者，已連續 13 年穩居業界領先地位。此外，近年來，該公司順應產業發展趨勢，迅速拓展 IP 業務，目前在 IP 領域位居全球第二，僅次於 ARM。 EDA 和 IP 是半導體產業的關鍵環節，因此毫不誇張地說，Synopsys 是這關鍵環節的守護者。博科研究院將從財務角度對領先的 EDA&IP 公司 Synopsys 進行深入剖析。

【1】財務數據穩定性堪比虛假數據

根據該公司最早可追溯至1991年的財務數據，初步分析結果顯示其財務狀況穩定。我們選取了兩個指標：公司營收和毛利率：

1）營收從40萬美元穩定成長至3.7億美元，年平均成長率達17%。幾乎看不出任何週期性波動的跡象。自2005年以來，營收從未出現過下滑；

2）毛利率更是被誇大了。過去30年裡，無論公司營收規模和業務結構如何變化，毛利率都穩定在80%左右，這看起來很不真實。

根據該公司最新發布的半年報，2021財年上半年，公司營收達2億美元，年增17.6%，毛利率高達79%，再次延續了過去30年來的穩定財務表現。不得不驚嘆：兄弟，穩！

正是在這種穩定成長的背景下，該公司的市值從最初的 400 億美元增長到目前的 38 億美元，成為一隻徹頭徹尾的「牛股」。

另一家領先公司是 Cadence（騰騰電子）它也展現出類似的特徵。之所以會出現如此神奇的財務營運指標，是因為該產業的技術門檻極高，顧客黏性極強，對價格不敏感。這些公司即使在乾旱洪澇等惡劣天氣下也能維持收入，甚至可以躺著賺錢。

但也因為如此，你幾乎不必指望這些公司會有顛覆性創新，也不必指望它們在某一年會爆炸性成長。它們就像一列安全係數很高的綠色列車，以悠閒的步伐緩緩前進。當然，這也成為了這類公司飽受批評的一大原因。畢竟，研究這個領域的大多數人都是成長股的追逐者。

圖 9：Synopsys 營收，資料來源：彭博社

圖 10：Synopsys 毛利率，資料來源：彭博社

【2】在EDA產業建立競爭優勢的秘訣：成群的工程師和瘋狂的技術採購

如前所述，該公司的成長率和毛利率異常穩定，這在科技業實屬罕見。我們熟知的科技業更像是電影《浪潮之巔》中描繪的那些公司，它們引領潮流多年，起伏是常態。然而，這些EDA領域的「綠色先鋒」已經穩定運作超過30年，至今依然屹立不搖。由此可見，這是一個擁有護城河的產業。否則，80%的毛利率早就被新進者拉低了。

回到 Synopsys，它最大的優勢在於其產品的全面性。它擁有模擬前端的 XA、數位前端的 VCS、後端的簽核工具等等，其中一些工具功能非常強大。它壟斷了 90% 的 TCAD 裝置模擬市場（註：TCAD 是 EDA 軟體的核心底層）和 50% 的 DFM 製程模擬市場。如果下游客戶不需要支援多個供應商，理論上 Synopsys 的市佔率會更高。

維持 Synopsys 競爭優勢的秘訣在於…瘋狂工程師的商業模式大量高智力人才的湧入，導致研發費用居高不下。

如前所述，由於需要不斷更新迭代，EDA需要極為龐大的研發投入。 Synopsys公司每年收入的三分之一都需要投入研發。至2020年，年度研發投入的絕對金額將高達近1.3億美元。未來，隨著產業技術挑戰的不斷增加，勞動成本也將持續攀升，1.3億美元只是一個新階段的起點。

圖 11：Synopsys 極高的研發支出，資料來源：彭博社

除了內部研發之外，該產業還需要不斷進行外部併購。自1986年成立以來，Synopsys已完成了80次併購。併購的目標基本上是已被市場證明成功的產品和公司。技術整合也是透過併購實現的。龍騰電子和龍山凱德斯（現為辰騰電子）以及明特圖形（現為明特國際）也分別完成了超過60起併購交易。

從表面上看，併購似乎是收購其他公司和一種投資行為，但實際上，它們是將研發費用外部化，作為內部研發的有效補充。

Synopsys 正是依靠高水準的內部研發和持續的外部併購，才實現了易於防守但難以攻擊的商業模式，從而實現了穩定增長並自主盈利。

圖 12：Synopsys 的重要收購案，資料來源：Founder Securities

【3】中國市場將成為EDA的新主要戰場

過去，中國市場微不足道，但近年來，隨著國內晶片設計公司的崛起，來自中國的收入已成為 Synaptics 的重要來源。2020財年，中國市場的收入占公司總收入的11.4%。（註：此比例也與中國晶片的自主率相似），成為僅次於美國的第二大市場。

未來，隨著中國晶片設計產業的崛起，身為半導體軟體的守門人，新思科技在中國的營收份額將持續成長，中國也將成為其重要的成長來源。當然，國內其他EDA公司顯然也密切關注這一巨大機會。隨著它們陸續上市，或許會有更大的動作。我們仍需等待其招股說明書的發布才能做出更深入的解讀。

圖 13：Synopsys 依地域劃分的收入（2020 財年），資料來源：Synopsys

但有一點需要注意，隨著本土化意識的迅速覺醒和國內工程師分紅浪潮的終結，Synopsys 能否將其在全球賺錢的商業模式複製到中國，確實是一個巨大的問號。

畢竟，中國有一句古老的諺語…我怎麼才能讓別人在沙發上睡得安穩？。

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