三家公司主導(dǎo)著全球半導(dǎo)體軟件命門

發(fā)布時間：2022-03-17作者來源：薩科微瀏覽：1421

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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(xù)發(fā)酵，以芯片為核心的半導(dǎo)體技術(shù)從實驗室進(jìn)入街頭巷尾，一度成為全民話題，重倉半導(dǎo)體的廣發(fā)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(jī)的荷蘭阿斯麥，掌握代工話語權(quán)的中國臺灣臺積電，作為安卓手機(jī)賣點的美國高通……

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

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

[敏感詞]分工造就EDA

EDA全球市場規(guī)模僅100億美元左右，但是要真正理解這個行業(yè)，我們必須將其放在整個半導(dǎo)體的大盤子中（市場規(guī)模接近5000億美元），從整個產(chǎn)業(yè)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(dǎo)體制造的每一個環(huán)節(jié)都使用最[敏感詞]的技術(shù)。正是因為各個領(lǐng)域都需要將技術(shù)逼向[敏感詞]，半導(dǎo)體行業(yè)形成了極其特殊的商業(yè)模式——[敏感詞]分工。

從上游往下游依次看過去，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈可以分為輕資產(chǎn)的IC設(shè)計（也稱為fabless廠）、重資產(chǎn)的制造、封裝測試。其中芯片設(shè)計公司的典型特征是輕資產(chǎn)高技術(shù)，代表公司有高通（NASDAQ:QCOM）、英偉達(dá)(NASDAQ:NVDA)等，他們只需要將設(shè)計好的芯片版圖交由產(chǎn)業(yè)鏈中下游去制造和封測即可，為了更好的支持這些芯片設(shè)計公司完成芯片設(shè)計工作，逐漸演化出配套的專業(yè)化的軟件和知識產(chǎn)權(quán)包，即EDA和IP，這部分現(xiàn)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。

圖1：半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈，資料來源：錦緞研究院繪制

對于半導(dǎo)體行業(yè)來說，[敏感詞]分工的本質(zhì)是一種的風(fēng)險分擔(dān)機(jī)制，畢竟沒有一家企業(yè)能攻克半導(dǎo)體行業(yè)方方面面的技術(shù)難點，而產(chǎn)業(yè)鏈不遺余力地細(xì)化分工，就能讓每一個參與者在自己的領(lǐng)域把技術(shù)推向[敏感詞]。

細(xì)數(shù)半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展的歷史，有三個商業(yè)模式的革新深刻反映了半導(dǎo)體行業(yè)的[敏感詞]分工，也對行業(yè)發(fā)展影響深遠(yuǎn)：

【1】制造環(huán)節(jié)單獨出來，具有劃時代的意義

制造環(huán)節(jié)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[敏感詞]精密制造技術(shù)，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(chuàng)業(yè)企業(yè)不一定需要選擇重資產(chǎn)的 IDM（Integrated Device Manufacture）模式，而大部分轉(zhuǎn)向為fabless，即無晶圓的設(shè)計公司，攢齊幾個頭腦聰明的設(shè)計工程師，就可以擼起袖子開始干。

在這個領(lǐng)域，誕生的[敏感詞]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。

圖2：臺積電

【2】專業(yè)軟件誕生，解放了IC設(shè)計工程師

但實際情況是光有臺積電還不夠。由于在設(shè)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?jǐn)?shù)億個晶體管及相關(guān)電路，顯然，這已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了人手動操作的能力，為了完成自動化畫圖，EDA軟件應(yīng)運而生。

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

這個領(lǐng)域的壟斷性企業(yè)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(nèi)尚無對應(yīng)企業(yè)上市，但已有華大九天、廣立微等在接受券商輔導(dǎo)，未來我們將看到他們的IPO。

圖3：新思科技（Synopsys）

【3】隨著行業(yè)的發(fā)展，IP概念也逐漸誕生

設(shè)計自動化的革新不僅限于誕生了EDA，由于在設(shè)計芯片的過程中，工程師們發(fā)現(xiàn)很多東西都是可以復(fù)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(shè)計IP核（Intellectual Property Core）。

IP核指在芯片設(shè)計中可以重復(fù)使用的、具有自主知識產(chǎn)權(quán)功能的設(shè)計宏模塊，這些成熟可靠的IP方案可實現(xiàn)某個特定功能，讓芯片設(shè)計公司購買IP核進(jìn)行設(shè)計，再次極大簡化了芯片設(shè)計過程。經(jīng)過演化，IP核已經(jīng)變成系統(tǒng)設(shè)計中的基本單元。

這個領(lǐng)域名氣[敏感詞]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(jìn)行過詳細(xì)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(shè)計軟件的公司，本來就對IP核了如指掌。現(xiàn)在A股上市公司中，也有了一家以IP核為主業(yè)的公司——芯原股份(SH:688521)。

圖4：全球半導(dǎo)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(yè)模式革新，芯片行業(yè)形成與傳統(tǒng)行業(yè)截然不同的商業(yè)模式，整個設(shè)計流程簡圖如下所示。IC設(shè)計公司和代工企業(yè)、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(guān)系，共同完成快速的的產(chǎn)品開發(fā)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(yè)創(chuàng)業(yè)門檻大幅降低，我們才能看到眾多國內(nèi)公司能在10多年的時間內(nèi)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(chuàng)新、恒玄科技、斯達(dá)半導(dǎo)等等無一例外都是選用這樣的模式。

圖5：Fabless模式芯片設(shè)計企業(yè)的產(chǎn)品制作流程，資料來源：半導(dǎo)體行業(yè)觀察，方正證券

我很小，但我是半導(dǎo)體的命門

【1】我很小，但我很關(guān)鍵

不同于代代工市場高達(dá)近千億美元的量級，半導(dǎo)體領(lǐng)域的EDA和IP著實稱得上極其細(xì)分的領(lǐng)域，由于處于芯片產(chǎn)業(yè)鏈的最上游，其市場規(guī)模其實都很小。全球EDA市場規(guī)模經(jīng)過幾十年的發(fā)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(guī)模也僅不到20億美元。

圖6：全球EDA市場規(guī)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，世界的科技發(fā)展就將停滯。

在Synopsys（新思科技）的官網(wǎng)上，有張圖就十分準(zhǔn)確地描繪了這個關(guān)系：EDA和IP雖然合計市場規(guī)模僅100多億美元，但是整個1.65萬億美元的電子系統(tǒng)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(shù)的革新等等而進(jìn)行不停的迭代，每次迭代底層代碼就要進(jìn)行大量更新。現(xiàn)如今，隨著人工智能和物聯(lián)網(wǎng)時代的到來，且后摩爾時代的限制下，該領(lǐng)域的創(chuàng)新也掙面臨更大的挑戰(zhàn)。

圖7：EDA和IP是半導(dǎo)體創(chuàng)新的核心，資料來源：新思科技官網(wǎng)

【2】從EDA&IP維度審視中美基礎(chǔ)研究的差距

正是由于這個行業(yè)技術(shù)壁壘隨著時間的推移越來越高，EDA領(lǐng)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(dǎo)國際），這三家都有著30多年歷史的“老企業(yè)”，可謂是EDA的開山鼻祖：

Synopsys：成立于1986年，美國企業(yè)，由Aart de Geus帶領(lǐng)通用電氣工程師團(tuán)隊創(chuàng)立，在2008年成為全球排名[敏感詞]的EDA軟件工具領(lǐng)導(dǎo)廠商并持續(xù)至今，最近年營收在30億美元以上。

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

Mentor：成立于1981年，最早為美國企業(yè)，EDA工具全面性弱于Synopsys和Cadence，因此營收規(guī)模在10億美元左右，但在有些領(lǐng)域如PCB設(shè)計工具等相對領(lǐng)先。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(tǒng)的企業(yè)，合計市場份額達(dá)到70%以上。這也正是華為遭遇封鎖時，產(chǎn)業(yè)曾擔(dān)憂如果限制EDA軟件的銷售，那中國芯片設(shè)計行業(yè)將原地休克。而我們，對于此，可以說一點辦法都沒有。

圖8：EDA軟件全球競爭格局，資料來源：前瞻產(chǎn)業(yè)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(yīng)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(dāng)?shù)念惐龋悄愕膐ffice每個月都要進(jìn)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(guān)鍵，所以客戶不到萬不得已，也一般不會更換供應(yīng)商。另一方面，EDA本質(zhì)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(wù)。

因此，躺在帶有護(hù)城河的知識產(chǎn)權(quán)上，新思科技等可以坐收半導(dǎo)行業(yè)發(fā)展紅利。

目前，中國EDA企業(yè)仍處于起步階段，比較知名的企業(yè)有華大九天、廣立微、博達(dá)微等，但制程都在20nm以上，而且不能提供全套工具，導(dǎo)致在競爭中相當(dāng)被動，面臨重重挑戰(zhàn)。但挑戰(zhàn)的背后更大的是機(jī)遇，隨著國內(nèi)半導(dǎo)體行業(yè)自主品牌的崛起，和對知識產(chǎn)權(quán)的重視，國產(chǎn)EDA公司終于看到翻身的機(jī)會。

他山之石：以新思科技為參照

知己知彼，百戰(zhàn)不殆。

新思科技作為EDA領(lǐng)域[敏感詞]龍頭，已經(jīng)在[敏感詞]的寶座上待了13年之久，此外，公司近些年順應(yīng)行業(yè)發(fā)展規(guī)律快速發(fā)展IP業(yè)務(wù)，目前在IP領(lǐng)域已經(jīng)成為僅次于ARM的全球第二。EDA和IP是半導(dǎo)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(wù)角度嘗試解構(gòu)EDA&IP的龍頭企業(yè)新思科技。

【1】財務(wù)數(shù)據(jù)穩(wěn)得像假的一樣

根據(jù)能找到公司最早到1991年的財務(wù)數(shù)據(jù)，分析完[敏感詞]反應(yīng)就是穩(wěn)。我們選取公司的收入和毛利率兩個指標(biāo)：

1）收入，穩(wěn)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(xiàn)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(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)的變化，就穩(wěn)定在80%左右，看起來跟假的一樣。

根據(jù)公司[敏感詞]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(wù)表現(xiàn)，不得不令人驚嘆一句：老哥，穩(wěn)。

正是在穩(wěn)定的增長下，公司的市值也從最初的4億美元增長到現(xiàn)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(xiàn)出來類似的特點，之所以有如此神奇的財務(wù)經(jīng)營指標(biāo)，就是因為這個行業(yè)技術(shù)壁壘極高，客戶粘性又極強(qiáng)且對價格不敏感，這些企業(yè)得以旱澇保收，躺著賺到安穩(wěn)錢。

不過也正是因為這個原因，你幾乎不需要期待這些企業(yè)能有顛覆式創(chuàng)新，也無需期待某年爆發(fā)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(dāng)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(lǐng)域的是成長股獵手。

圖9：新思科技收入情況，資料來源：Bloomberg

圖10：新思科技毛利率情況，資料來源：Bloomberg

【2】EDA行業(yè)建立競爭優(yōu)勢的秘訣：狂堆工程師與瘋狂買技術(shù)

正如上一小節(jié)提到，公司的增速和毛利率都出奇的穩(wěn)，這在科技行業(yè)基本上是相當(dāng)另類的存在。我們所熟知的科技行業(yè)，更像《浪潮之巔》中描繪的那些企業(yè)一樣，各領(lǐng)風(fēng)騷數(shù)年，大起大落、波譎云詭才是常態(tài)，而EDA領(lǐng)域的這幾駕綠皮車，已經(jīng)穩(wěn)穩(wěn)當(dāng)當(dāng)?shù)亻_了30多年，屹立不倒，從結(jié)果很容易推斷出一個結(jié)論，這是一個有護(hù)城河的行業(yè)，不然80%的毛利率早就被新進(jìn)入者拉下來了。

說回新思科技，它[敏感詞]的優(yōu)勢在于全面性，模擬前端的XA、數(shù)字前端的VCS、后端的sign-off tool等等一應(yīng)俱全，且部分工具性能十分強(qiáng)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(yīng)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(yōu)勢的秘訣無他，就是一個狂堆工程師的經(jīng)營模型，堆智力密集型人才，結(jié)果就是研發(fā)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(fā)投入，新思科技每年營收的1/3都需要投入到研發(fā)中，到2020年，每年研發(fā)投入的[敏感詞]金額高達(dá)接近13億美元，未來隨著行業(yè)技術(shù)挑戰(zhàn)越來越多，人力成本越來越貴，13億只是新階段的起點而已。

圖11：新思科技極高的研發(fā)費用，資料來源：Bloomberg

除了內(nèi)部研發(fā)之外，這個行業(yè)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(jīng)被市場證明成功的產(chǎn)品及其企業(yè)，通過并購進(jìn)行技術(shù)整合，龍二和龍三Cadence（鏗騰電子）、Mentor Graphics（明導(dǎo)國際）也分別都進(jìn)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(fā)費用的外部化，作為內(nèi)部研發(fā)的有效補(bǔ)充。

正是靠著內(nèi)部高研發(fā)和外部不停的并購擴(kuò)張，新思科技實現(xiàn)了厚積薄發(fā)、易守難攻的商業(yè)模式，得以實現(xiàn)穩(wěn)定增長、躺著賺錢。

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(zhàn)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(nèi)芯片設(shè)計公司涌現(xiàn)，中國區(qū)收入成為新思重要的來源，2020財年，中國區(qū)收入已經(jīng)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(shè)計行業(yè)的崛起，作為半導(dǎo)體軟件命門守門人的新思，其在中國區(qū)收入占比不出意外將繼續(xù)提升，中國區(qū)成為其增長的重要來源。當(dāng)然，國內(nèi)EDA企業(yè)顯然也盯著這個大機(jī)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。