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半导体

中国EDA/IP规模化商用提速

EDA是电子设计自动化(Electronic Design Automation)软件的简称,其是集成电路产业链最上游、最高端的行业。EDA工具为芯片设计所需的自动化软件工具,利用EDA工具,芯片的电路设计、性能分析、IC版图设计的整个过程都可以由计算机自动处理完成。IP核(Intellectual Property Core)是一段具有特定电路功能的硬件描述语言程序,是指在集成电路设计中那些可以已验证的、可重复利用的、具有某种确定功能的、具有自主知识产权功能的设计模块,其与芯片制造工艺无关,可以移植到不同的集成电路工艺中。随着在我国对集成电路的重视程度提高,EDA/IP产业进入快速发展阶段。

2023年市场规模将达100亿元

《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》为产业发展注入新的活力,2020年中国的EDA/IP市场规模达到72.5亿元。随着国家和地方“国民经济和社会发展第十四个五年规划”的相继出台,集成电路市场将迎来更加广阔的空间,全国主要城市都在加速集成电路EDA公共服务平台建设和扩容,使得EDA的购买需求量越来越多。近年来中国集成电路设计企业成长极为迅速,2020年全国营收过0.5亿元的集成电路设计企业接近500家,预计2023年将超过700家,这也会极大地带动国内EDA/IP市场的增长。预计到2023年,中国EDA/IP市场规模将达到100亿元,2018-2023年的复合增长率为10.2%。另外,中国拥有本科院校2700余所,目前跟集成电路强相关的国家示范性微电子学院仅有28所,随着集成电路成为一级学科,会有更多高校院校和科研机构都会成立集成电路院系,需要大量的EDA工具作为支撑,将成为EDA市场增长最为迅速的一个领域。

在IP领域,随着国内对知识产权的不断重视,以及开源架构带来芯片的多元化,产品快速迭代带来的芯片开发周期缩短的需求,IP核开发和复用的需求会快速增加。另外,线宽的缩小使得芯片中晶体管数量大幅提升,使得单颗芯片中可集成的IP数量也大幅增加,28nm工艺节点单颗芯片中集成的IP数量为80多个,而7nm工艺节点集成的IP数量接近180个,从而推动半导体IP市场进一步发展。再者,国内设计企业不断发展壮大,公共服务平台越来越多,也会加速 IP的需求进一步释放。

应用企业快速接纳国内产品服务

EDA/IP产业链主要分为两个层面,基础层和应用层。基础层即EDA/IP的提供商,主要分为EDA工具和IP核。EDA工具是芯片设计的平台,主要包含计算机辅助设计(CAE)、集成电路物理设计与验证(IC Physical Design & Verification)、PCB&MCM。IP核主要分为软IP (soft IP core )、固IP (firm IP core)和硬IP (hard IP core )。应用层一是企业应用服务,主要有集成电路设计企业、制造企业、封测企业和IC设计服务企业购买EDA工具和IP核进行集成电路的设计、制造和封装测试;二是政府应用服务,主要是政府搭建的公共服务平台;三是科研应用服务,主要有高等院校、科研单位、培训中心以及一些联合实验室购买EDA/IP进行教学、科学研究和培训。

2020年以来,国内EDA/IP产业热度激增,企业规模快速成长,涌现出一批具有竞争力的企业。而在国际形势不确定性增加和国内“双循环”新发展格局的驱动下,应用层企业也在快速接纳和适应国内企业的产品和服务。整个行业呈现出一些新的发展趋势。

从基础层来看,首先是工艺节点的演进和新应用的兴起催生IP需求。IP核本身是产业链不断专业化的产物,是半导体产业链升级的重要方向。当前随着摩尔定律的不断深入,芯片的线宽不断缩小,单颗芯片上可容纳的晶体管数量快速增加,高性能芯片设计难度不断在加大,采用先进工艺节点的芯片设计成本逐渐提高。而IP核能降低芯片设计环节中的成本,降低错误发生的风险,提高芯片设计效率。随着5G手机的普及,物联网、云计算、人工智能和大数据等新应用的兴起,芯片市场容量不断扩大,芯片的品类、数量和更迭速度要求持续提升,对于IP核的需要更强烈,IP行业将得到进一步的发展。

其次是新兴领域芯片是EDA企业重要突破口。随着5G、人工智能、工业互联网、汽车电子、区块链等领域的兴起,提出了很多特色鲜明的IC设计需求,国内EDA工具企业迎来新机会。国内EDA产业正处于快速上升期,目前汽车电子、FPGA、驱动芯片、指纹辨识、电源管理、MOSFET、MCU等领域的中低端芯片需求强劲,市场潜力巨大,是国产EDA工具核心发力点。目前,国内EDA企业借助国内人工智能、云技术的领先优势,对EDA软硬件框架和算法做创新、融合、重构是一个重要发展特征。随着SoC的发展,IP的重要性日益凸显,提供与IP相关的服务与验证工具也是国内EDA企业发展方向。

从应用层来看,国内集成电路设计企业快速发展,制造企业工艺不断突破。随着中国集成电路产业的快速发展,中国的集成电路设计企业数量快速增加,由2015年的736家增长到2020年的2218家,年均复合增长率为24.7%。其中,营收过亿的企业由2015年的143家增加到2020年的289家,年均复合增长率为15.1%,这些企业对于EDA软件的需求旺盛。此外,EDA工具是与制造工艺共同成长的,国内领先的代工企业已经进入14nm工艺,对于国产EDA软件的开发升级有很好的促进作用,国内EDA企业技术水品和产品广度有质的提升,带动未来EDA产业的增长。

此外,Chiplet(小芯片组)的发展为IP复用提供新模式。目前SoC设计企业通过获取IP授权、IP集成,再经过物理实现就可以设计制造一款SoC芯片。随着IP以及各种接口种类的不断增多,IP面临着使用复杂度提升和兼容性挑战。Chiplet(小芯片组)是一种可平衡计算性能与成本,提高设计灵活度,且提升IP模块经济性和复用性的新技术之一。Chiplet的实现开启了IP的新型复用模式,即硅片级别的IP复用。不同功能的IP,如CPU、存储器、模拟接口等。Chiplet的发展演进为IP供应商,拓展了商业灵活性和发展空间。

“开源”和验证或成国内EDA撬动市场重要抓手

针对下一步发展,EDA/IP企业可以采取以下策略:一是在EDA巨头企业主导的产业格局下,“开源”有望成为EDA产业及IC设计产业创新发展的新路径,成为国内EDA企业撬动市场的一个重要抓手。二是在先进工艺制程和先进封装技术的推动下,从芯片到封装到系统的设计和验证EDA流程变得越来越复杂,将人工智能、云计算、大数据等领域的新技术融合到EDA工具中,进一步提升集成电路设计的自动化水平和工作效率,是EDA工具发展的趋势。三是随着5G、云计算、AI、大数据等应用场景迅速落地,SoC集成的设计复杂程度日益提高,EDA验证的应用场景比以往更加广泛,EDA验证市场将呈现指数级的增长, EDA验证工具的开发大有可为。四是下一代EDA将以方法学整合各种先进工艺,实现设计和工艺之间的互联,统一数据结构,实现数据在芯片制造、测试、封装等不同的环节的流动和共享,EDA企业要重视统一的数据平台开发。五是以RISC-V为代表的开源IP将为IP供应商带来新的机遇与挑战,后摩尔时代的产品设计将更加多样化,嵌入式处理器因其功能的多样性和灵活性,将迎来更大的市场空间。六是目前处理器IP仍将占据最大市场份额,但随着各种接口、GPU、数模、存储IP技术的不断成熟,未来非CPU的多种IP份额将会持续提升,接口IP增长最为迅速,接口IP是重要的赛道选择。

随着集成电路受到国家重视,作为芯片设计前端的EDA/IP领域也备重视,加之全球半导体市场迎来复苏,购买EDA/IP企业的数量越来越多。作为集成电路基础的EDA/IP产业快速成长,国内EDA/IP产业将迎来黄金发展期。


责任编辑:陈炳欣


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