2022年华大九天研究报告 华大九天数字设计EDA工具处于国际领先水平

1.华大九天致力于成为全球EDA行业领导者

传承自“熊猫”，国产EDA龙头。公司创始人参与设计中国第一款具有自主知识产权的EDA工具“熊猫ICCAD系统”，技术功底扎实，行业经验丰富。公司成立于2009年，主要从事EDA工具软件的开发、销售及相关服务。主要产品有模拟电路设计全流程EDA工具系统、数字电路设计EDA工具、平板显示电路设计全流程EDA工具系统和晶圆制造EDA工具等EDA工具软件。根据赛迪智库数据，2020年华大九天营收占我国EDA市场约6%的份额，占国产EDA市份额超过50%，居本土EDA企业首位。

十年三步成为全球顶尖EDA厂商。华大九天宗旨是为我国集成电路产业持续健康发展提供支撑和保障，致力于成为全球顶尖的EDA提供商。公司给出了清晰的发展目标，分三步走，总共用十年时间（2021-2030年）成长为全球领先的EDA服务商：到2023年补齐关键环节核心EDA产品短板；到2025年完成IC设计所需全流程工具系统的建设，以及完成晶圆制造EDA核心工具的开发；到2030年实现长期目标，全面实现IC设计和制造各领域的EDA工具全流程覆盖。IPO募资主要用于第一阶段现有模拟设计工具的升级和数字设计EDA工具全流程的补全开发，为完成2023年的短期目标而努力。

营收规模国内最大，高度重视技术研发。华大九天2021年营收5.79亿元，同比增长40%，为国产EDA厂商中规模最大的公司。2021年归母净利润为1.39亿元，同比增长35%。EDA行业为技术密集型行业，华大九天高度重视技术研发，2018-2021年研发费用维持在40%以上，2021年公司研发人员占比高达75%。截至2021年12月31日，公司拥有已授权专利150项和已登记软件著作权67项。

EDA软件销售为主要收入来源，2021年全流程EDA主营业务营收占比达62%。公司营收类型分为EDA软件销售和技术开发服务。EDA软件销售主要是EDA工具软件的授权收费，2021年占主营业务收入的比重为86%，毛利率高达100%。EDA软件销售主要包括全流程EDA（模拟芯片和平板）、数字电路设计EDA和晶圆制造EDA，其中2021年全流程EDA主营业务收入占比达62%，数字电路设计EDA工具主营业务收入占比15%。技术开发服务主要为设计支持服务和晶圆制造工程服务，主要包括测试芯片设计、半导体器件测试分析等，该部分业务定制化程度较高，毛利率较低，2021年毛利率为35%。

EDA软件的盈利模式为授权模式，2021年固定期限内一次授权方式营收占比达55%。根据授权期间的不同，EDA软件的销售方式可以分为永久期限授权和固定期限授权。对软件换代需求不迫切的企业，通常采购永久期限授权软件；对软件换代需求迫切的企业，通常采购固定期限授权软件。公司的固定期限授权通常为1-3年，多次授权模式下，公司分次向客户提供license，于每次提供license后取得收货（安装）确认单，并确认收入。

产品定价策略为casebycase。公司EDA工具软件产品可以分为多种类型，不同类型、不同版本、不同模块定价不同；其次，公司通常在报价的基础上根据客户购买的数量和授权期限的长短、客户的规模、客户所在地区的竞争程度等来定价。

2.EDA是半导体皇冠上的明珠

EDA行业杠杆效应较大，支撑超过4000亿美元半导体市场。根据ESDAlliance和WSTS数据，2020年全球EDA市场规模仅为115亿美元，却撬动着4404亿美元市场规模的半导体行业。一旦EDA这一产业链基础软件出现问题，整个半导体产业都会受到重大影响，因此，EDA行业是容易被外国“卡脖子”的关键领域。

2.1.EDA是服务于芯片设计生产全周期的工业软件

EDA是用来辅助超大规模集成电路设计生产的工业软件。EDA全称是电子设计自动化（ElectronicDesignAutomation）是指利用计算机辅助设计软件，来辅助完成超大规模集成电路芯片的设计、制造、封装、测试整个流程。随着芯片设计的复杂程度不断提升，基于先进工艺节点的集成电路规模可达到数十亿个半导体器件，不借助EDA已经无法完成芯片设计。EDA与产业链结合愈加紧密，已经成为提高设计效率、加速技术进步的关键推手。EDA几乎涉及集成电路的各个方面。从设计生产流程方面，EDA包括从芯片系统设计、制造、封装、测试全流程，有给芯片设计公司使用的设计类软件和给晶圆厂使用的晶圆制造软件等。从电子系统层级上看，EDA包括芯片、多芯片模块和印制电路（PCB）板多个层级。

针对不同种类芯片，EDA有不同的工具。集成电路芯片（IntegratedCircuitChip，简称IC）从结构上可以分为数字IC、模拟IC和数模混合IC。数字IC指用于进行传递、加工、处理数字信号（0或1的非连续信号）的IC。模拟IC指处理连续性的光、声音、速度、温度等自然模拟信号的IC。数模混合IC指同时包含模拟电路部分和数字电路部分的IC。数模混合IC中通常模拟电路是核心，数字电路用来控制模拟电路实现特定的算法。在IC设计部分，EDA软件主要有模拟IC和数字IC的两大类设计软件。从设计步骤上芯片设计分为前端设计和后端设计。前端设计和后端设计并没有统一严格的界限，根据具体公司和产品会略有不同。一般来讲用设计的电路实现想法就是前端设计，将设计的电路制造出来，在工艺上实现想法就是后端设计。这就好比修盖房屋，建筑设计图就属于前端设计，设计出房子的外部造型和内部结构；建筑施工图属于后端设计，细化到建筑材料的用量和选材。

从设计维度上芯片设计可以分为五个层级。设计类EDA工具根据设计方法学的不同，按照设计层级自上而下，可进一步细分为行为级、系统级、RTL级、门级、晶体管级EDA工具。各层级EDA工具的仿真和验证精度依次提升、速度依次降低，其拟实现的目标和应用场景也有所不同。例如高层级的系统和行为级仿真和验证主要适用于产品设计早期的原型验证，评估产品原型的性能和功能；最底层的晶体管级仿真和验证则主要决定了最终产品的性能和良率。针对于大规模集成电路，设计方法往往从系统和行为级设计开始，逐层设计、仿真、验证和实现，并输出可以交付制造的晶体管级版图信息。

数字芯片和模拟芯片设计流程有很大不同。数字IC设计主要在抽象级别上完成，不需要关注门/晶体管级放置和路由的细节，对设计人员经验要求相对较低。模拟IC设计通常涉及每个电路的个性化特点，甚至涉及每个晶体管的大小和细节，设计和验证更为复杂，对设计人员经验要求更高。从设计自动化程度上芯片设计又可以分为全定制、半定制设计，全定制主要用于模拟芯片，半定制用于数字芯片。全定制设计是指基于晶体管级，所有器件和互连版图都用手工生成的方法。这种设计的很多工作要由人工完成，不便于直接利用现存电路的成果，设计周期较长，成本也高。全定制设计多用于模拟IC和数模混合IC。半定制设计是基于门阵列和标准单元的，按用户所需功能，把成熟的、已优化的单元连接起来。半定制设计成本低、周期短、芯片利用率低，适合于小批量、速度快的生产，多用于数字IC。对于EDA工具，半定制的技术门槛往往高于全定制。

数字芯片设计流程中涉及到的环节如下：系统架构设计。首先要明确芯片规格，包括芯片需要达到的具体功能和性能方面的要求，给出一个列表。然后，芯片架构师会根据芯片规格要求，给出设计解决方案和具体的实现架构，划分功能模块，将不同的功能模块交给不同的小组来完成。HDL编码。使用硬件描述语言（VHDL、VerilogHDL等）将模块功能以代码来描述实现，形成RTL（寄存器传输级）代码。仿真验证。仿真验证就是检验代码编写设计的正确性，检验标准就是预先设定好的芯片规格。如有不满足的地方，需要修改直至满足。逻辑综合。逻辑综合就是把设计实现的HDL代码翻译成门级网表（Netlist）。综合会设定约束条件，如面积、时序等目标参数。综合完成之后需要再次仿真验证（称为后仿真，之前的仿真称为前仿真）。

加入DFT（Designfortest），可测性设计。加入DFT的目的就是在设计的时候就考虑将来的测试。DFT的常见方法就是在设计中插入扫描链，将非扫描单元（如寄存器）变为扫描单元。静态时序分析（StaticTimingAnalysis，STA）。STA是验证的一个步骤，检查电路的建立时间和保持时间是否违例。当一个寄存器出现两个时序违例时，将无法正常工作。形式验证。形式验证从功能上（STA是时序上）对综合后的网表进行验证。典型的形式验证方法是等价性检查方法，以功能验证后的HDL设计为参考，对比综合后的网表功能，检查两者功能是否等价，确保逻辑综合步骤未改变原先HDL描述的电路功能。前端设计的流程结果是得到了芯片的门级网表（用门级电器元件描述电路元件相互之间连接关系的文件）。

后端设计：布局规划（Floorplan）。布局规划就是放置芯片的宏单元模块，在总体上确定各种功能电路的摆放位置。宏单元模块有IP模块、RAM、I/O引脚等。时钟树综合（ClockTreeSynthesis，CTS）。时钟树综合就是时钟的布线。时钟信号在数字芯片中具有指挥作用，相当于人的心脏。设计中需要布线使得从同一个时钟源发出的时钟信号尽可能同时到达各个寄存器。布线（Place&Route）。这里的布线就指的是普通电信号的布线。平时常说的制程加工工艺就是这里的金属布线可以达到的最小宽度，从微观上看就是MOS管的沟道长度。

寄生参数提取。由于导线本身存在电阻，相邻导线之间的互感、耦合电容会在芯片内部产生信号噪音，串扰和反射，这些干扰的值，称之为寄生参数。需要提取寄生参数进行再次的分析验证，分析信号是否完整。版图物理验证。对完成布线的物理版图进行功能和时序上的验证。主要的验证项目有LVS（LayoutVsSchematic），将版图与逻辑综合后的门级电路图进行对比验证；DRC（DesignRuleChecking），设计规则检验，检查连线间距，连线宽度是否满足工艺要求；ERC（ElectricalRuleChecking），电子规则检验，检查短路和开路等电气问题。后端设计的结果是得出可以让晶圆厂用来加工的物理版图（GDSII格式）。

模拟芯片设计流程：定义设计规格：定义电路的功能，设计的性能、功耗和面积（即成本）目标。电路设计：不同于数字电路设计是RTL级的设计，模拟芯片是根据需求，设计晶体管级的模拟电路结构。电路仿真（前仿真）。这一步采用模拟芯片设计专有的SPICE仿真工具对设计的电路进行仿真。模拟电路前端设计的结果是得出晶体管级的网表（用晶体管级电器元件描述电路元件相互之间连接关系的文件）。

版图设计。按照设计规则，绘制电路图对应的版图几何图形。版图不仅反映了电路图的连接关系和各种元器件规格，也反映了芯片的制造过程和工艺。版图验证。版图设计完之后，要进行一系列检验确定版图是能够准确反映设计功能并且无错的。主要验证版图的工艺规则、电气规则以及版图电路图一致性检查等。后仿真。后仿真需要输入包含原始信息和寄生信息的网表，是最接近真实电路的网表文件。后端设计的结果是得出可以让晶圆厂用来加工的物理版图（GDSII格式）。（报告来源：未来智库）

2.2.全球EDA市场成熟，国际三大巨头垄断

2020年全球EDA市场规模为115亿美元，已经进入平稳发展期。根据ESDAlliance数据，2020年全球EDA市场规模为115亿美元，2010-2020年10年复合增速为8%。根据VerifiedMarketResearch数据，2028年全球EDA市场规模有望达到215.6亿美元，2020-2028年8年复合增速为8.21%。总体来看，全球EDA市场增速已经较为平稳。

三大巨头垄断全球EDA市场。根据ESDAlliance数据，新思科技（Synopsys）、楷登电子（Cadence）与西门子EDA（2017年收购的MentorGraphics）三大寡头2020年全球EDA营收市场份额占比约为70%。三大巨头是全球仅有的拥有设计全流程EDA工具解决方案的企业，其他企业缺少布局设计全流程工具技术的实力，他们分别在某个细分领域或者个别环节有自己擅长的产品。

2.3.人才、技术和产业链协同是竞争要素

人才是EDA发展的核心。EDA软件涉及半导体、数学、芯片设计三方面知识，需要掌握这三方面知识的复合人才。根据新思科技中国区副总经理陈志昌先生所言，培养一个EDA人才不容易，从高校课题研究到能够真正实践从业，往往需要十年的时间。根据第23届中国集成电路制造年会披露数据，全球EDA行业从业人数仅有4万人左右，因此EDA人才培养体系十分重要。持续技术研发是EDA永恒的主题。EDA软件是是算法密集型的大型工业软件系统，EDA开发需要涉及到计算机、物理、数学等多方面知识。芯片设计更迭速度不断加快，EDA软件公司需要不断加大研发投入，确保自己技术领先。同时，EDA巨头们有着大量的知识产权，很难被跨越。全球三大巨头垄断的格局在2000年后就较为稳定，2010-2020年三大巨头营收增速都接近10%，但仍然保持着30%-40%的研发费用率，个别年份超过40%，2020年，Synopsys和Cadence的研发费用分别高达13亿美元和10亿美元，几乎是中国EDA市场销售规模的两倍。

产业链协同是EDA发展的保障。芯片设计的先进工艺是由晶圆厂、设计公司和EDA软件厂商共同推进的成果。晶圆厂从材料、化学、工艺过程等制造步骤来寻求工艺突破；EDA公司借助晶圆厂的测试数据和工艺细节文件来改进EDA软件；芯片设计公司使用新的EDA模型进行设计、试生产，反馈到晶圆厂和EDA公司改善制造工艺和软件模型。晶圆厂、EDA软件公司、设计公司相辅相成，互相合作，共同推进技术进步。

并购是EDA企业成长的重要手段。全球三大巨头的成长史就是一部并购史，其中全球EDA巨头Synopsys自1986年成立至2021年4月，共完成112起收并购案。并购在EDA行业如此兴盛的原因有：1）行业小细分领域繁多。根据VerifiedMarketResearch和WSTS数据，2020年全球EDA行业只有108亿美元，相比于下游半导体行业4404亿美元的规模，是一个“小行业”，但由于EDA软件要服务于芯片生产的整个周期，EDA的技术流程很长，需要种类繁多的点工具相互配合形成工具链，同时，客户希望EDA厂商能够提供整体解决方案。2）技术更新迭代速度快。在摩尔定律的驱动下，芯片更新换代速度很快，新技术不断涌现，作为上游设计软件的EDA厂商每年要投入大量的研发资金来配合技术的革新，同时会有很多创业公司创造出全新的点工具。行业小细分领域繁多，更新迭代速度快，客户又希望EDA厂商提供完整解决方案，于是EDA厂商在不断想办法补全、升级自己的产业链。但由于技术的快速迭代，行业内不断有小公司带着创新点工具出现，行业小导致自研技术去取代这些公司成本较高，并购成为了最佳选择。

并购需要有丰沃的土壤。并购需要的不仅仅是资金，还有可以并购的标的。EDA的并购历史是持续的，从1990年开始，EDA每10年发生的并购是均匀的，趋势并未有减弱趋势。持续的并购意味着源源不断的可并购标的，这与国外，尤其是美国繁荣的EDA行业生态有关，根据crunchbase数据，2020年，海外共有600多家（美国200多家），这为巨头并购提供了丰沃的土壤。

2.4.政策资本加持，国产化势在必行

与国际市场相比，中国EDA市场规模增速更快。根据赛迪智库数据，2018年，我国EDA市场营收规模为44.9亿元，而到2020年我国EDA市场营收规模已经达到66.2亿元，2年复合增速为21.42%，远高于全球市场营收规模2018-2020年2年9%的复合增速。

中国EDA市场国产化率极低，三大巨头仍然垄断。虽然中国EDA市场营收规模增速远高于全球增速，但由于我国EDA厂商起步较晚，在产品性能与生态协同方面均处于劣势，国内市场份额大多为国外厂商所占据。根据赛迪智库和前瞻产业研究院数据，2020年国际EDA三大巨头Synopsys，Cadence和SiemensEDA在我国合计营收规模市场份额占比为78%，国产厂商占比不到15%，国产化率极低，国产替代空间广阔。

政策资本双支持，国产EDA迎来东风。EDA的国产之路起于20世纪80年代，20世纪90年代初，中国历史上第一款具有自主知识产权的EDA工具“熊猫”诞生，并获得多个国际大奖。但随后国外EDA厂商进入中国，在“造不如买”思潮下，国产EDA产业陷入了十几年的沉寂。直到2008年国家“核高基”项目将EDA列入其中，国产EDA产业才重新焕发生机。同时，中兴、华为事件使人们意识到关键基础技术的重要性，资本市场也开始关注EDA行业。根据芯思想研究院数据，2020年EDA行业融资次数已经达到16次，远超2010年的1次。

国产EDA厂商逐渐增多，生态逐渐壮大。在国家政策与资本双重支持下，国产EDA厂商数目不断增加，星星之火逐渐燃烧起来。根据芯思想研究院数据，2020年国内已有约49家EDA企业，生态逐渐繁荣。国产EDA厂商中，除华大九天可以提供全流程的EDA产品之外，其他厂商主要还是提供只服务于芯片设计生产某个或某几个小环节的点工具。

3.唯一国家队，国产EDA之巅

3.1.产业链：唯一国家队，强产业链支持

股权分散，发行后国有股份持股超40%。华大九天股权分散，没有单个股东持股份额超过50%，因此公司无控股股东及实际控制人。截至2022年7月11日，华大九天最大的股东为中国电子集团，预计发行后，其通过全资子公司中国电子有限及中电金投共持有公司31.70%的股份。国有股东总计持股份额超过40%，华大九天为国产EDA唯一国家队。

公司已有优质的客户群体公司。芯片设计的先进工艺是设计厂商、EDA软件厂商和晶圆厂共同努力的成果，拥有优质的客户群体能有力地推动EDA软件产品的迭代和完善。华大九天深耕EDA行业13年，技术国内领先，已经获得行业内较多客户的认可，与国内外主要集成电路设计企业、晶圆制造厂商建立了良好的业务合作基础，为公司软件的发展奠定了基础。

唯一国家队，中国电子给予华大九天强产业链支持。华大九天第一大股东中国电子信息产业集团有限公司（简称：中国电子，CEC）是中央直接管理的国有重要骨干企业。CEC成功突破高端通用芯片、操作系统等关键核心技术，构建了兼容移动生态、与国际主流架构比肩的安全先进绿色的“PKS”自主计算体系。根据CEC官网数据，截至2021年底，中国电子拥有27家二级企业、17家上市公司、19余万员工，实现全年营业收入2710.1亿元。CEC旗下半导体企业众多，如飞腾、成都华微电子、澜起科技、中国振华等，为华大九天产品的技术迭代和生态建设甚至是收购兼并提供了强有力的产业链支持。第二大股东大基金一期二期对半导体产业链从原材料到封装测试进行了全面投资，能够为华大九天的产品提供全产业链支持。

3.2.人才：创始团队强劲，先发优势明显

专注EDA12年，技术积淀深厚。华大九天成立于2009年，自成立以来一直专注于EDA的研发工作。EDA行业属于技术密集型行业，需要长期的资金投入和人力投入并不断试错，先发优势十分明显。华大九天13年来专注于EDA，已经形成了强大的技术积淀和业务基础，相对于行业内其他公司优势明显。创始团队部分人员参与设计“熊猫”EDA，专业实力雄厚。EDA行业对人才要求极高，需要优秀的复合人才。华大九天部分创始团队曾参与设计了中国第一款具有自主知识产权的EDA工具“熊猫ICCAD系统”。“熊猫”EDA系统从1986年开始研发，1993年发布并获得国家科技进步一等奖，后来随着国外EDA三巨头进入中国，国产EDA行业发展变缓。但部分“熊猫”EDA研发团队人员始终坚持不懈，耕耘于国产EDA领域，华大九天创始人刘伟强就是其中一员。2008年4月，国家“核高基”专项进入实施阶段，EDA领域迎来国家支持。借此契机，2009年中国华大集成电路设计集团与国投高科将华大的EDA部门独立出来，成立了华大九天。

员工持股27%，强力激励留住核心人才。截至2022年7月，预计发行后，华大九天员工持股平台九创汇新持股比例为17.63%。EDA行业人才是重要核心，华大九天高持股率、高激励确保留住核心人才，增强团队活力。加强产学研协作，重视后备人才力量的培养。公司将深化与知名高校和科研院所的合作，建立长期稳定的人才输送渠道，形成产学研相互促进的整体环境，为产品研发持续提供技术人才，提升公司技术实力。（报告来源：未来智库）

3.3.技术：产品矩阵最全，核心技术领先

产品线国内最全，更能满足客户需求。华大九天能够提供模拟电路设计全流程EDA工具系统、数字电路设计EDA工具、平板显示电路设计全流程EDA工具和晶圆制造EDA工具，是目前国内产品矩阵最全的EDA公司。截至2022年7月，国内其他本土EDA企业难以提供全流程产品，只是在细分领域点工具上有部分竞争优势。基于客户往往会选择产品谱系更全的EDA供应商，华大九天优势明显。

模拟芯片设计工具从工艺上已满足大部分需求。华大九天各产品在国内技术处于领先地位，其中，模拟电路设计全流程EDA工具全部支持28nm工艺，电路仿真工具支持5nm。虽然部分工具与世界领先水平仍有一定差距，但模拟芯片更关注性能指标、可靠性和成本，因此通常采用更稳定的成熟工艺制程。目前大部分模拟芯片产品仍在使用28nm及以上的成熟工艺制程。因此，从工艺支持角度讲公司模拟电路设计及验证工具已可以满足大部分模拟设计客户的制程需要。

数字设计EDA工具处于国际领先水平。华大九天目前在数字芯片设计领域虽然仅覆盖部分流程，但已发布的6款点工具软件中，有5款支持目前国际最先进的5nm量产工艺制程，处于国际领先水平。

平板显示电路设计EDA全流程覆盖，全球领先。平板显示电路设计与模拟电路的设计理念、设计过程和原则有一定相似性，华大九天基于已有模拟电路设计工具基础上，结合平板显示电路设计的特点，开发了全球领先的平板显示电路设计全流程EDA工具，填补了国内平板设计EDA专业软件的空白。从技术、人才和产业链等角度讲，华大九天未来有望成为国内最强、全球名列前茅的EDA厂商。

编辑：123木头人