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2023 Fabless100系列:55家国产EDA/IP厂商调研分析报告

AspenCore分析师团队经过5个月的调查、采访和信息搜集整理,汇编出这份专门针对国产EDA和IP产业及厂商的调研分析报告。作为Fabless100系列分析报告的一部分,EDA/IP报告将为半导体和IC设计业界人士提供完整的EDA和IP市场格局及发展趋势,并展示35家国产EDA厂商和20家国产IP厂商的详细画像,包括核心技术、主要产品及竞争优势。2023年中国IC设计Fabless 100排行榜新增的“前二0 EDA/IP公司”将以该报告为筛选依据。此外,我们也对EDA和IP领域的未来技术趋势做了深度分析。

EDA/IP报告大致分为如下部分:

俗话说:“工欲善其事,必先利其器”,对IC设计工程师来说,EDA就是其成功设计芯片的利器。一般IC设计的流程大都包括如下步骤:系统规范和功能描述、逻辑设计、逻辑综合、物理设计/布局布线、仿真、物理验证和签核、版图-掩膜-流片,以及封装测试等。相应地,EDA工具产品主要有如下类别:模拟设计、数字设计、射频类、晶圆制造、封装测试、仿真类、分析与验证、功能安全,以及服务类产品等。

EDA工具的分类。(来源:华大九天/概伦电子)

复杂的系统级芯片(SoC)设计不但需要得力的EDA工具,还会使用很多经过验证的可复用功能模块(即IP),以便设计团队将有限资源投入到自己的核心优势上,同时加快芯片开发周期和上市时间。跟EDA一样,IP也是由专门的公司针对特定功能需求而开发的标准产品,主要分为处理器IP、有线和无线接口IP、模拟IP、存储IP、物理和基础IP,以及安全和AI加速等IP产品。

IP产品分类。(来源:Synopsys/招商证券)

根据SEMI数据,2017年-2021年,全球EDA市场规模分别为92.87、97.04、102.73、114.67、132.00亿美元,预计2026年全球EDA市场将达到183.34亿美元。

2017年中国EDA市场规模为64.1亿元,而在2020年迅速增长至93.1亿元,预计2026年中国EDA市场规模将达到221.88亿元。

对于IP市场来说,基本不受半导体整体市场变化的影响,即便在衰退期IC设计公司仍然需要继续研发设计新产品而购买IP。据IP Nest统计,2016-2021年期间,全球IP市场增长约10% CAGR,从34.23亿美元增长至54.52亿美元。而从2021至2026期间,市场增长将达到15% CAGR,预计到2026年将达到110亿美元。其中,接口类IP类别增长非常快(比如PCIe和DDR细分类别IP),预计到2026年将达到30亿美元规模。

另据研究机构Omdia的报告,2024年采用芯粒(Chiplet)的处理器芯片全球市场规模将达58亿美元,到2035年将达到570亿美元。Chiplet作为新的IP模式,将为全球IP市场带来巨大的增长。

伴随着半导体产业的发展和芯片设计复杂度的提升,EDA和IP细分市场经过30多年的自然增长和兼并收购,逐渐发展成为少数几家寡头垄断的格局。全球EDA市场现在有四巨头并存,IP行业也逐渐形成3-4家头部企业霸占市场的局面。

Synopsys的2022年营收为50.8亿美元,全球员工超过1.9万人,成为全球EDA/IP市场当之无愧的龙头老大。其主要产品包括EDA、IP、应用安全和测试软件等,具体如下图所示。

作为第二大EDA厂商,Cadence全球员工超过9300人,2022年营收为35.62亿美元,相比2021年的29.88亿美元增长19%。该公司预期2023财年的营收介于40-40.6亿美元。

Cadence的EDA和IP产品类别如下:

自从收购Mentor后,西门子EDA作为西门子数字化工业软件集团的一部分,已经覆盖从IC设计到电子系统设计的全设计链工具,并结合西门子全产品生命周期管理技术,为IC设计公司和系统厂商提供完整的EDA解决方案。

西门子EDA产品主要包括:

专注于工程仿真50年的Ansys公司2022财年营收为20.66亿美元,相比2021年的19.07亿美元增长8%。除持续维持系统仿真领域的技术名列前茅外,该公司最近几年也因着先进封装的市场火热而获益,因为2.5/3D封装面临前所未有的电磁、热和应力仿真挑战。

Ansys的产品涵盖3D设计、数字孪生、声学分析、光学、光电子、材料和结构等领域。其针对半导体设计、验证和仿真的产品包括Clock FX、Exalto、PathFinder-SC、PowerArtist、RaptorH、RedHawk-SC、RedHawk-SC Electrothermal、Totem/Totem-SC、VeloceRF和RaptorQu等。

Ansys的电子设计多物理场方案。(来源:ANSYS)

Ansys的多物理场解决方案正从传统的系统工程仿真深入到半导体设计和制造领域。例如,Ansys RedHawk-SC (数字) 和Ansys Totem (模拟)是全球名列前茅的SoC电源完整性分析工具,可让用户以晶圆厂认证的签核精确度对供电电压变量进行建模,从而可以降低来自封装和PCB板的整体电源噪声影响。其电流密度和电子迁移分析功能可让芯片和封装层的电源金属和信号互联对散热设计有清晰的认知。

根据IP Nest的2022年报告统计,2021年全球IP营收排名前二0公司的总营收为43.52亿美元,占总体市场的80%。除了前面已经介绍的Synopsys和Cadence外,我们挑选了四家以独立公司运营的国际IP厂商,分别是Arm、Imaginaiton、Ceva和Alphawave,可以算是全球IP四巨头,下面我们将逐一介绍。

处理器IP巨头Arm

Arm虽然仍由软银控股,但目前正在寻求独立上市。Arm公司2021财年的营收约为27亿美元,其中IP收入约22亿美元,约占全球IP市场的40%。IP厂商的商业模式一般是通过IP授权(license)和版税(Royalty)赚钱。对Arm来说,一次性的IP授权收入还不如按芯片出货量计算的版税(Royalty)收入高,因为后者可以长期持续收费。

Arm公司的2020-2021财年营收。来源:软银集团2022年报告

据路透社和公司相关信息显示,Arm的中国子公司安谋科技2022年营收约为8.9亿美元,相比2021年的6.65亿美元增长约34%,但净利润却从2021年的7920万美元骤降至320万美元。预计2022财年Arm公司的营收介于35-45亿美元之间,其中安谋科技营收约占20-25%。

Arm的IP授权方式有Flexible Access、标准授权和架构授权等。其IP产品类型包括处理器内核IP、系统IP、物理IP、安全IP及各种子系统IP。其中处理器IP包括Cortex-A、Cortex-R、Cortex-M、Ethos-NPU、Neoverse,以及Immortalis和Mali GPU等。

GPU IP巨头Imagination

全球最大的GPU IP供应商Imagination于2016年退市后,被中资机构凯桥资本100%收购。

其2020年营收为1.25亿美元,2021年增长高达43%,升至1.79亿美元。预计2022年营收将达到2.2-2.5亿美元。

该公司的IP产品主要包括GPU IP(IMG-A/BCTX/DTX)、RISC-V CPU IP、IMG Series4 NNA,以及以太网处理器IP等。其应用主要面向移动设备、桌面电脑、消费电子和汽车等高性能图形处理和AI加速。

DSP IP巨头CEVA

CEVA是全球名列前茅的DSP、无线连接和智能传感技术IP产品开发商,其2022年营收为1.346亿美元,相比2021年的1.227亿美元增长10%。其中IP授权、NRE及相关营收为8930万美元,版税收入为4540万美元。

CEVA公司是2002年由DSP集团的DSP IP授权业务部与Parthus合并而成。2014年,CEVA收购专注于WiFi和蓝牙技术的法国公司RivieraWaves;2019年,收购Hillcrest Labs智能传感业务;2021年又收购先进工艺芯片设计公司Intrinsix。

CEVA的IP产品包括:面向5G和蜂窝移动应用的基带处理器IP系列(PentaG-RAN/PentaG2/XC4500/XC16/BX2);面向无线连接IoT应用的蓝牙和WiFi IP系列(Bluebud/Dragonfly NB2,以及RivieraWaves Bluetooth/WiFi/UWB);面向嵌入式AI和计算机视觉应用的NeoPro-M/S、XM6、SensPro);面向语音和音频应用的DSP 系列IP(Bluebud/BX1/BX2);系统和安全IP等。

高性能接口IP和chiplet新锐Alphawave

以高性能接口IP为核心业务的加拿大公司Alphawave在伦敦交易所上市,2021年营收8990万美元。从SiFive收购OpenFive芯片设计业务后,2022财年营收增至2.319亿美元。该公司预计2023财年的营收介于3.4-3.6亿美元。其快速增长得益于数据中心和智能驾驶市场对高性能接口IP和chiplet的强劲需求,以及通过收购获得的芯片设计业务扩充。

其IP产品包括物理IP(SerDes/PCIe/CXL/D2D/HBM3/LPDDR5/4X);控制器IP(以太网/PCIe/CXL/Telco/OTN/HBM/多协议控制器);AES加密安全IP;子系统IP(D2D/HBM/Interlaken);chiplet(IO/加速器/存储器)。

AspenCore分析师团队针对国产EDA和IP厂商做了名列前茅次市场调查,共收到有效调查问卷28份。下面我们按照调查问题逐一对国产EDA/IP厂商的现状做个简要分析。

尽管还有不少国产EDA/IP厂商没有参与这次调查,但调查统计结果也大致反映出目前国产EDA/IP行业现状。鉴于目前上市公司占比还比较低,公司运营数据难以全面统计分析,以上分析总结仅供参考。在后续调查统计和分析报告中,我们会结合定性与定量分析,为业界提供更为全面而客观的行业现状画面。

AspenCore分析师团队根据网上公开信息和厂商自愿提交的资料,挑选了具有一定实力的35家国产EDA厂商,其基本信息汇总如下。

按照使用对象和场景的不同,可将EDA工具分为模拟设计类、数字设计类、晶圆制造类、封装类和系统类五大类别。

1. 模拟设计类EDA工具用于模拟芯片设计环节,包括电路设计、电路仿真、版图设计、物理验证、寄生参数提取、射频设计解决方案等。提供模拟设计EDA的国产厂商包括:

2. 数字设计类EDA工具用于数字芯片设计环节,包括功能和指标定义、架构设计、RTL 编辑、功能仿真、逻辑综合、静态时序仿真(STA)、形式验证等。提供数字设计EDA的国产厂商包括:

3. 晶圆制造类EDA工具是晶圆厂在工艺平台开发和晶圆生产阶段应用的工具,协助晶圆厂完成半导体器件和制造工艺的设计,主要包括工艺与器件仿真工具(TCAD)、器件建模工具、工艺设计套件工具(PDK)、计算光刻工具、掩膜版校准工具和良率分析工具等。提供晶圆制造类EDA的国产厂商包括:

4. 先进封装类EDA工具主要针对新兴的系统级封装(SiP)和2.5D/3D封装的设计及建模,涉及面向芯片封装环节的设计、仿真、验证SI/PI(信号完整性/电源完整性)、热和电磁干扰分析等。提供先进封装类EDA的国产厂商包括:芯和半导体、合见工软、芯瑞微等。

5. 系统类EDA工具主要针对PCB和系统的设计,包括PCB设计工具、平板显示设计工具、系统仿真工具和FPGA等可编程器件的设计工具。提供系统类EDA的国产厂商包括:巨霖微、为昕科技等。

35家国产EDA厂商画像(核心技术和主要产品)及竞争力分析如下。

华大九天

概伦电子

广立微

以上仅列举三家国产EDA上市公司,其它32家非上市公司的详细信息,请下载本报告完整版。

IP大致可分为处理器、接口、模拟、射频、存储、基础IP等类别,以及新的chiplet互联IP等。

芯原微电子

灿芯半导体

以上仅列举2家国产IP公司,其它18公司的详细信息,请下载本报告完整版。

文章来自:https://www.eet-china.com/

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