三家公司主導著全球半導體軟件命門

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2022-03-17 08:15:06 6

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2019年至今的兩年多里，由于華為海思、中芯國際等事件持續發酵，以芯片為核心的半導體技術從實驗室進入街頭巷尾，一度成為*話題，重倉半導體的廣發基金劉格崧也成為公募一哥。

與此同時，一批海外科技巨頭的名字曝光量也與日俱增，成為茶余飯后高談闊論的必備談資：壟斷光刻機的荷蘭阿斯麥，掌握代工話語權的中國臺灣臺積電，作為安卓手機賣點的美國高通……

但有一個細分的軟件產品EDA（電子設計自動化），大家對其了解甚少。但實際上，EDA對于全球半導體的重要程度，絲毫不亞于做代工的臺積電和做光刻機的阿斯麥——稱其為半導體的軟件命門絲毫不為過。

迄今為止，躺在這一半導體軟件命門上賺錢的核心公司是三家美國血統公司——Synopsys（新思科技）、Cadence（鏗騰電子）、Mentor Graphics（明導國際），它們在過去30年，以接近80%的穩定毛利率主宰著全球半導體產業的沉浮。

*分工造就EDA

EDA全球市場規模僅100億美元左右，但是要真正理解這個行業，我們必須將其放在整個半導體的大盤子中（市場規模接近5000億美元），從整個產業鏈捋起。

為了將沙子（硅）化腐朽為神奇最終做成幾乎無所不能的集成電路（芯片），工程師們需要在半導體制造的每一個環節都使用最*的技術。正是因為各個領域都需要將技術逼向*，半導體行業形成了極其特殊的商業模式——*分工。

從上游往下游依次看過去，半導體產業鏈可以分為輕資產的IC設計（也稱為fabless廠）、重資產的制造、封裝測試。其中芯片設計公司的典型特征是輕資產高技術，代表公司有高通（NASDAQ:QCOM）、英偉達(NASDAQ:NVDA)等，他們只需要將設計好的芯片版圖交由產業鏈中下游去制造和封測即可，為了更好的支持這些芯片設計公司完成芯片設計工作，逐漸演化出配套的專業化的軟件和知識產權包，即EDA和IP，這部分現如今也由專門的廠商來完成。

IP之前在起底ARM的文章中有過解讀，本篇重點在EDA，IP只是帶到。

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圖1：半導體產業鏈，資料來源：錦緞研究院繪制

對于半導體行業來說，*分工的本質是一種的風險分擔機制，畢竟沒有一家企業能攻克半導體行業方方面面的技術難點，而產業鏈不遺余力地細化分工，就能讓每一個參與者在自己的領域把技術推向*。

細數半導體行業發展的歷史，有三個商業模式的革新深刻反映了半導體行業的*分工，也對行業發展影響深遠：

【1】制造環節單獨出來，具有劃時代的意義

制造環節單獨出來大幅降低了芯片制造的門檻，使得一窮二白的草臺班子也具有逆襲的可能。以專注于做代工的臺積電為例，靠掌握*精密制造技術，其成為摩爾定律的有力推動者。

正是由于臺積電們解決了制造難題，創業企業不一定需要選擇重資產的 IDM（Integrated Device Manufacture）模式，而大部分轉向為fabless，即無晶圓的設計公司，攢齊幾個頭腦聰明的設計工程師，就可以擼起袖子開始干。

在這個領域，誕生的最具代表性的公司就是大名鼎鼎的臺積電，映射到A股就是中芯國際。這個版塊大家了解很多，筆者在此不再贅述。

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圖2：臺積電

【2】專業軟件誕生，解放了IC設計工程師

但實際情況是光有臺積電還不夠。由于在設計芯片的時候，可能需要在單位平方厘米上的狹小空間上布局數億個晶體管及相關電路，顯然，這已經遠遠超出了人手動操作的能力，為了完成自動化畫圖，EDA軟件應運而生。

EDA，全稱Electronic Design Automation，即電子設計自動化，工程師在設計芯片時，只需要用程序規劃芯片功能，再通過EDA 工具讓程序轉換成實際的電路設計圖。所以，EDA本質上就是一種特殊的工業軟件，只不過應用在芯片領域而名聲大噪，成為每個芯片設計工程師的必備工具箱。

這個領域的壟斷性企業就不為大家熟知了，主要代表公司是Synopsys（新思科技）、Cadence和Mentor。國內尚無對應企業上市，但已有華大九天、廣立微等在接受券商輔導，未來我們將看到他們的IPO。

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圖3：新思科技（Synopsys）

【3】隨著行業的發展，IP概念也逐漸誕生

設計自動化的革新不僅限于誕生了EDA，由于在設計芯片的過程中，工程師們發現很多東西都是可以復用的，也就是“模塊化”，因此有一些只做這個部分的公司專門設計IP核（Intellectual Property Core）。

IP核指在芯片設計中可以重復使用的、具有自主知識產權功能的設計宏模塊，這些成熟可靠的IP方案可實現某個特定功能，讓芯片設計公司購買IP核進行設計，再次極大簡化了芯片設計過程。經過演化，IP核已經變成系統設計中的基本單元。

這個領域名氣最大的公司就是ARM，此前我們的文章《起底ARM：留給中國隊的時間不多了》曾進行過詳細解讀；特別值得一提的是，IP公司中排名靠前的很多都是EDA公司，其實這很容易理解，因為天天做自動化設計軟件的公司，本來就對IP核了如指掌。現在A股上市公司中，也有了一家以IP核為主業的公司——芯原股份(SH:688521)。

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圖4：全球半導體IP市場格局（2019年），資料來源：IPnest

正是有了以上三個重要的商業模式革新，芯片行業形成與傳統行業截然不同的商業模式，整個設計流程簡圖如下所示。IC設計公司和代工企業、EDA軟件公司&IP提供商，相互之間緊密合作，形成了十分牢固的鐵三角關系，共同完成快速的的產品開發和迭代，也使得芯片的成本大大降低。

得益于EDA、IP以及代工，行業創業門檻大幅降低，我們才能看到眾多國內公司能在10多年的時間內快速崛起，大家討論比較多的公司如韋爾股份、圣邦股份、兆易創新、恒玄科技、斯達半導等等無一例外都是選用這樣的模式。

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圖5：Fabless模式芯片設計企業的產品制作流程，資料來源：半導體行業觀察，方正證券

我很小，但我是半導體的命門

【1】我很小，但我很關鍵

不同于代代工市場高達近千億美元的量級，半導體領域的EDA和IP著實稱得上極其細分的領域，由于處于芯片產業鏈的最上游，其市場規模其實都很小。全球EDA市場規模經過幾十年的發展也才將將摸到百億美元的門檻；而IP市場空間就更小了，接近全球40%市場份額的龍頭ARM的收入規模也僅不到20億美元。

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圖6：全球EDA市場規模僅百億美元左右，資料來源：EDAC

雖然小，但不夸張地沒有了EDA和IP，*的科技發展就將停滯。

在Synopsys（新思科技）的官網上，有張圖就十分準確地描繪了這個關系：EDA和IP雖然合計市場規模僅100多億美元，但是整個1.65萬億美元的電子系統卻正是以此為根基，形成了典型的倒金字塔模型。也就是沒有EDA和IP的話，整個金字塔將轟然坍塌。

而且，EDA和IP是非常非常難做的，它需要隨著芯片制程的微縮、工藝參數的革新等等而進行不停的迭代，每次迭代底層代碼就要進行大量更新。現如今，隨著人工智能和物聯網時代的到來，且后摩爾時代的限制下，該領域的創新也掙面臨更大的挑戰。

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圖7：EDA和IP是半導體創新的核心，資料來源：新思科技官網

【2】從EDA&IP維度審視中美基礎研究的差距

正是由于這個行業技術壁壘隨著時間的推移越來越高，EDA領域目前基本只剩下三大巨頭，分別是Synopsys（新思科技）、Cadence（鏗騰電子）、Mentor Graphics（明導國際），這三家都有著30多年歷史的“老企業”，可謂是EDA的開山鼻祖：

Synopsys：成立于1986年，美國企業，由Aart de Geus帶領通用電氣工程師團隊創立，在2008年成為全球排名*的EDA軟件工具領導廠商并持續至今，最近年營收在30億美元以上。

Cadence：成立于1988年，美國企業，早在1992年公司已成為EDA行業龍頭地位，但到2008年被Synopsys反超，現年營收超過20億美元。

Mentor：成立于1981年，最早為美國企業，EDA工具*性弱于Synopsys和Cadence，因此營收規模在10億美元左右，但在有些領域如PCB設計工具等相對*。Mentor公司在2016年被德國西門子收購。

以上三家巨頭，均是美國血統的企業，合計市場份額達到70%以上。這也正是華為遭遇封鎖時，產業曾擔憂如果限制EDA軟件的銷售，那中國芯片設計行業將原地休克。而我們，對于此，可以說一點辦法都沒有。

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圖8：EDA軟件全球競爭格局，資料來源：前瞻產業研究院

那自然有人要問了，既然是軟件，如果被限制了，我先做各破解版的行不行？答案是否定的。正如前文講到，EDA軟件并不是寫好之后就一成不變的，隨著下游應用的變化、材料的改變、制程的提高，EDA需要不停的迭代去更新工藝庫，最頻繁的時候一個月就要更新一次。舉個可能不太恰當的類比，要是你的office每個月都要進行重大升級才能使用，那盜版的自然就沒有了生存空間。

除了基本不可能使用破解外，這個軟件用戶粘性還特別高。一方面是由于EDA軟件占這些公司成本項很少的部分，價格根本不敏感，其十分關鍵，所以客戶不到萬不得已，也一般不會更換供應商。另一方面，EDA本質是提供一攬子的工具包給客戶解決問題，這些海外龍頭能夠提供一站式服務。

因此，躺在帶有護城河的知識產權上，新思科技等可以坐收半導行業發展紅利。

目前，中國EDA企業仍處于起步階段，比較知名的企業有華大九天、廣立微、博達微等，但制程都在20nm以上，而且不能提供全套工具，導致在競爭中相當被動，面臨重重挑戰。但挑戰的背后更大的是機遇，隨著國內半導體行業自主品牌的崛起，和對知識產權的重視，國產EDA公司終于看到翻身的機會。

他山之石：以新思科技為參照

知己知彼，百戰不殆。

新思科技作為EDA領域*龍頭，已經在*的寶座上待了13年之久，此外，公司近些年順應行業發展規律快速發展IP業務，目前在IP領域已經成為僅次于ARM的全球第二。EDA和IP是半導體的命門，因此說新思科技是命門的看門人毫不為過。錦緞研究院將從財務角度嘗試解構EDA&IP的龍頭企業新思科技。

【1】財務數據穩得像假的一樣

根據能找到公司最早到1991年的財務數據，分析完*反應就是穩。我們選取公司的收入和毛利率兩個指標：

1）收入，穩步從4000萬美元增長到37億美元，年均增長17%，你幾乎在它身上看不到周期的影子，在2005年之后沒有出現過收入下滑的年份；

2）毛利率就更為夸張，近30年不管公司收入體量、業務結構的變化，就穩定在80%左右，看起來跟假的一樣。

根據公司最新的半年財報，2021上半財年，公司收入20億美元，同比增長17.6%，毛利率79%，再次契合近30年一貫的財務表現，不得不令人驚嘆一句：老哥，穩。

正是在穩定的增長下，公司的市值也從最初的4億美元增長到現在的380億美元，成為一個不折不扣的“牛股”。

另外一個龍頭公司Cadence（鏗騰電子）也表現出來類似的特點，之所以有如此神奇的財務經營指標，就是因為這個行業技術壁壘極高，客戶粘性又極強且對價格不敏感，這些企業得以旱澇保收，躺著賺到安穩錢。

不過也正是因為這個原因，你幾乎不需要期待這些企業能有顛覆式創新，也無需期待某年爆發式增長，基本就是一輛安全性很高的綠皮火車，不緊不慢的勻速前行。當然這也成為公司被詬病的重點之一，畢竟大部分研究這個領域的是成長股獵手。

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圖9：新思科技收入情況，資料來源：Bloomberg

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圖10：新思科技毛利率情況，資料來源：Bloomberg

【2】EDA行業建立競爭優勢的秘訣：狂堆工程師與瘋狂買技術

正如上一小節提到，公司的增速和毛利率都出奇的穩，這在科技行業基本上是相當另類的存在。我們所熟知的科技行業，更像《浪潮之巔》中描繪的那些企業一樣，各領風騷數年，大起大落、波譎云詭才是常態，而EDA領域的這幾駕綠皮車，已經穩穩當當地開了30多年，屹立不倒，從結果很容易推斷出一個結論，這是一個有護城河的行業，不然80%的毛利率早就被新進入者拉下來了。

說回新思科技，它最大的優勢在于*性，模擬前端的XA、數字前端的VCS、后端的sign-off tool等等一應俱全，且部分工具性能十分強悍，其壟斷90%的TCAD器件仿真（注：EDA軟件最核心的底層）和50%的DFM工藝仿真。要不是下游客戶需要扶持多家供應商，理論上新思科技會有更高的市場份額。

而支撐新思科技競爭優勢的秘訣無他，就是一個狂堆工程師的經營模型，堆智力密集型人才，結果就是研發費用高企。

正如前文講到，由于需要不停地更新迭代，EDA需要極其夸張的研發投入，新思科技每年營收的1/3都需要投入到研發中，到2020年，每年研發投入的*金額高達接近13億美元，未來隨著行業技術挑戰越來越多，人力成本越來越貴，13億只是新階段的起點而已。

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圖11：新思科技極高的研發費用，資料來源：Bloomberg

除了內部研發之外，這個行業還需要不停的做外延并購，自1986年成立以來，新思科技并購80次，并購對象基本上是已經被市場證明成功的產品及其企業，通過并購進行技術整合，龍二和龍三Cadence（鏗騰電子）、Mentor Graphics（明導國際）也分別都進行了超過60次并購。

并購表面上看起來是收購其他公司，是投資行為，但實際上是研發費用的外部化，作為內部研發的有效補充。

正是靠著內部高研發和外部不停的并購擴張，新思科技實現了厚積薄發、易守難攻的商業模式，得以實現穩定增長、躺著賺錢。

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圖12：新思科技重要收購，資料來源：方正證券

【3】中國市場將成為EDA新一主戰場

以前中國市場是一個無足輕重的存在，但近幾年，隨著國內芯片設計公司涌現，中國區收入成為新思重要的來源，2020財年，中國區收入已經占到公司收入比重的11.4%（注：這一比例也與中國芯片的自主化率相近），成為僅次于美國的第二大市場。

未來，隨著中國芯片設計行業的崛起，作為半導體軟件命門守門人的新思，其在中國區收入占比不出意外將繼續提升，中國區成為其增長的重要來源。當然，國內EDA企業顯然也盯著這個大機會，隨著他們逐漸上市，可能會有更大的動作，這點仍需要等待其披露招股說明書后才能有更多的解讀。

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圖13：新思科技收入按地理位置拆分（2020財年），資料來源：新思科技

但有一點需要引起重視的是，隨著國產化意識的迅猛覺醒，以及國內工程師紅利浪潮的過寫下，新思科技能否將其在全球躺著掙錢的商業模式如愿復制到中國，的確要畫上一個巨大的問號。

畢竟中國有一句古話，臥榻之處，豈容他人酣睡。

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