摘要

EDA軟件可降低芯片設計成本和時長，是電子產業創新的核心。目前市場規模100億美元，Synopsys、Cadence、Mentor三巨頭合計占比近80%，新應用、新算法的出現，市場可擴張至300億美元。

競爭壁壘高，易守難攻

一是與傳統工具軟件不同，EDA要與工藝聯盟，聯盟易結不易解。二是摩爾定律驅動下的高研發投入壁壘，EDA軟件廠商跟隨工藝更新而更新軟件，每次更新都需要研發投入，每年研發占比40%左右。三是行業本身增速低，難保內生高增長 ，同時為了滿足客戶的全流程需求，通過“大吃小”的并購擴張，使得大公司越來越強大。

“坐地收費”型的平臺生意

一是半導體工藝每更新一次，EDA軟件就要更新一次，客戶為了跟上半導體先進工藝需要重新購買，例如從7nm到5nm。二是每次購買的有效時長只有3年左右，到期需要再次重新購買（不是續費）。三是芯片設計公司為了成本以及制衡，都會同時采購Cadence、Synopsys兩家EDA公司的產品（mentor主打驗證），不會出現丟失客戶風險。

商業模式創新造就兩大巨頭Cadence、Synopsys

Cadence的兩大商業模式創新：一是脫離硬件，單獨賣軟件。剛開始的EDA軟件是和硬件綁在一起出售。Cadence開創“只賣軟件”的模式。二是引入客戶投資模式。將下游半導體廠商客戶變為股東，這種“股東+客戶”模式確保“EDA和半導體制造”聯盟更加緊密。

Synopsys的兩大商業模式創新：一是創建標準單元庫，預先設計好各種基礎單元邏輯門電路，讓芯片設計工程師直接調用，這樣可以快速設計出規模更大電路。二是開創IP授權模式，將各種設計庫虛擬化，再授權給芯片設計公司使用。

因為有進口依賴，國產EDA錯失黃金期

1994年國際上放松EDA軟件禁運管制，且國內重心在快速發展IC產業，無暇顧及EDA軟件，導致對國外EDA軟件依賴延續至今。國產EDA差距有：一是缺少數字芯片設計的核心模塊，無法支撐數字芯片全流程設計。二是對先進工藝支撐不夠，暫未進入先進代工廠的聯盟。三是缺乏制造及測試EDA，無法支持集成電路封測的應用需求。

投資建議：關注美股的兩大巨頭Cadence（CDNS.US）鏗騰電子、Synopsys（SNPS.US）新思科技

商業模式決定在芯片設計領域，這兩大巨頭地位很穩定。后來者很難對兩大巨頭有威脅，半導體工藝越先進，巨頭的競爭力越強。

投資風險

第一，芯片結構出現顛覆性創新，需要新的EDA工具。第二，美國限制高技術出口政策，導致兩家巨頭公司的海外收入減少。

投資摘要

這是我們科技商業模式的第四篇報告，我們研究EDA軟件的商業模式。前三篇商業模式報告，分別討論地區/國家的科技商業、半導體行業的商業模式、半導體的“地攤經濟”商業模式的可行性。

關鍵結論

一、 EDA軟件行業的競爭壁壘高，易守難攻。

二、 “坐地收費”型的平臺型的好生意。一是半導體工藝每更新一次，EDA軟件就要更新一次，客戶為了緊跟半導體先進制程需要重新購買，例如從7nm到5nm。二是每次購買的有效時長只有3年左右，到期需要再次重新購買（不是續費）。三是芯片設計公司為了成本以及制衡，都會同時采購Cadence、Synopsys兩家EDA公司的產品（mentor主打驗證），不會出現丟失客戶風險。

三、商業模式創新造就兩大巨頭Cadence、Synopsys 。脫離硬件，單獨賣軟件。引入客戶投資模式，將下游半導體廠商客戶變為股東。創建標準單元庫，預先設計好各種基礎單元邏輯門電路，讓芯片設計工程師直接調用，這樣可以快速設計出規模更大電路。開創IP授權模式，將各種設計庫虛擬化，再授權給芯片設計公司使用。

四、 因為有進口依賴，國產EDA錯失黃金期。1994年國際上放松EDA軟件禁運管制，且國內重心在快速發展IC產業，無暇顧及EDA軟件，對國外的依賴一直延續到現在。國產EDA差距：一是缺少數字芯片設計的核心工具模塊，無法支撐數字芯片全流程設計。二是對先進工藝支撐不夠，暫未進入先進代工廠的聯盟。三是缺乏制造及測試EDA系統，無法支持集成電路封測的應用需求。

投資建議：關注美股的兩大巨頭Cadence、Synopsys。

報告正文

巨頭壟斷的EDA市場

EDA軟件可以降低芯片設計成本

EDA是用來設計芯片的一種軟件，幫助用戶減少設計成本和節省時間。比較權威的定義是：電子設計自動化（Electronic Design Automation，EDA）是指利用輔助設計軟件來完成集成電路設計中的一系列工作，包括功能設計、布局、驗證、仿真模擬等等。

為什么芯片設計必須要EDA軟件？軟件、互聯網產品可以先有雛形，再逐步迭代優化，更換成本較低。

而芯片產品只要制造出來就不可更改，所以需要用EDA軟件進行虛擬的設計、模擬、仿真，以便在真實產線上流片生產的時候一次性成功，從而減少設計成本和時間成本。

百億市場驅動萬億電子產業創新

2019年全球EDA軟件市場規模103億元，同比增長6%。相對4500億美元的全球半導體市場，EDA軟件在整個半導體產業鏈中的產值較小，增速和半導體增速相近。

雖然，市場規模只有100億美元左右，但是EDA軟件主宰著全球4000億美元的全球半導體市場，以及1.7萬億美元的整個電子產業。

EDA軟件是電子產業最上游、最高端的產業，驅動芯片設計、制造、終端應用。反過來說，下游的任何創新，都需要EDA軟件的創新支持，從而驅動EDA的創新。

新應用新算法可擴展市場至300億美元規模

除了電子產業之外，具有工業軟件屬性的EDA軟件還受益于很多領域的技術創新，例如金融、醫療、汽車等。

人工智能時代的需求是機器學習、深度神經網絡學習在人工智能芯片的設計與驗證，以及相應的IP解決方案。

為汽車的自動駕駛的軟件，提供高質量、高安全、高靠性的仿真、驗證。

這些不同等級的系統越復雜，對EDA的需求越多，因為每個行業信息化的核心都涉及到從軟件級到芯片級的仿真、驗證。

芯片的關鍵尺寸縮小到65nm、28nm、14nm、7nm，每一代芯片設計的算法都會有50%的代碼需要重新編寫。而到3nm納米級的時候，還會出現更多未知的物理現象，這些對EDA軟件的要求會越來越高。

而這些新算法，目前還存在與EDA軟件不相通的情況，例如AI芯片設計、軟件算法開發。

這既是EDA的挑戰，也是EDA未來的大機會。新應用、新算法可將EDA市場規模擴張200%至300億美元。例如新陳代謝和基因為主的生物仿真、類腦芯片的仿神經計算芯片等。

三巨頭壟斷EDA軟件市場

Synopsys、Cadence、Mentor三大EDA巨頭合計市場份額達到76%，在集成電路設計領域，三者的市場份額更高。

易守難攻的平臺型生意

與傳統工具軟件不同，EDA與工藝聯盟

EDA軟件不同于一般工具軟件，與建筑領域的廣聯達軟件相似，更像工業軟件。一是，EDA軟件運行是在Linux平臺而不是Windows，因為多數工程及科技軟件原先都是在UNIX平臺上首先開發和使用的。這些工具出現的時候還沒有微軟的Windows。工程軟件被移植到Windows上去是2000年以后的事。

二是，一般的工具軟件功能只是一種邏輯、算法，版本的更新也只是有新算法新邏輯。而EDA軟件是基于工藝參數的，只要工藝參數更新，EDA就要更新一次。

當代工廠開發新工藝，EDA軟件廠商就需要獲得代工廠新工藝的PDK工具包，基于PDK工具包開發新版本軟件。

所以，想要做好EDA軟件這門生意，首先，是要和代工廠保持密切溝通，其次才是算法和模型。

Cadence的優勢在于模擬芯片設計，模擬芯片設計更加注重底層器件。Cadence旗下的virtuoso優勢在于仿真工具在聯合代工廠開發PDK方面做的最好，

破解版軟件的思路在EDA軟件領域行不通，特別是工藝越來越先進以后。在90nm以上，用破解版軟件尚可，因為90nm以上的工藝基本定性，改變小。而90nm以下的先進工藝，隨著應用的增多，各種測試反饋，會不斷調整晶體管器件模型、設計規則、不斷優化迭代讓良率達到最高。最頻繁的時候一個月就要更新一次工藝庫，而只要工藝庫更新，EDA軟件就要跟著更新，更新一次EDA軟件就要收費一次，且每次購買的有效使用時長在3年左右。

所以，從收費模式看，EDA軟件工廠的收入隨著代工廠工藝更新而增加。越先進的工藝，更新越頻繁，EDA軟件廠越受益。

摩爾定律迫使研發投入高

從EDA行業龍頭發展歷程看，EDA行業是厚積薄發的生意，需要很長的前期積累。Synopsys和cadence兩大巨頭為了維持行業地位和緊跟技術發展，他們的研發費用分別高達35%、40%+。

如果有新進入者首先需要經歷無收入的巨額投入和有收入的虧損階段，從企業經營的角度看，沒有動力新進EDA行業，除非不能使用現有EDA廠商的產品。

高研發投入的原因是：由于EDA軟件與工藝綁定，半導體在摩爾定律的驅動下，工藝更新一次EDA就要跟著更新，EDA廠商就需要再次的研發投入。

從財務數據也能體現出來。與美股典型的軟件公司研發投入比較，Cadence和Synopsys的研發投入比例大幅高于其它公司。

行業增速低難保內生高增長

Synopsys在1986年成立，至今33年的歷史，才取得33.6億美元的收入（2019年）。2003~2019年收入的年復合增速只有6.8%，略高于過去20年全球半導體銷售復合增速（5%）。

Cadence在1988年成立，至今有31年的歷史才取得23.4億美元的收入（2019年）。2003~2019年收入的年復合增速只有4.7%，略低于過去20年全球半導體銷售復合增速（5%）。

并購擴張形成易守難攻的平臺型

芯片設計流程有多個步驟，從寫代碼開始到最終交給代工廠生產的版圖，涉及到Verilog代碼、前仿真、后端設計、驗證、后仿真等步驟。

為了省時省力，對芯片設計公司來說，更傾向于平臺化的EDA采購，而不是每個步驟用不同的EDA軟件。所以，EDA兩大龍頭Synopsys、Cadence是平臺型的發展戰略，從頭包到尾。Synopsys優勢在于數字前端、數字后端、靜態時序驗證確認，以及各種模擬、數字IP的完整提供。Cadence優勢在模擬芯片設計、數字后端、設計服務、提供雙倍速率同步動態隨機存儲器IP等，Mentor的優勢在后端驗證確認、可測試性設計、光學臨近修正。

基于代工廠和EDA軟件的聯盟關系，芯片設計公司拿到的是基于Synopsys、Cadence兩大巨頭的PDK工具包，其它EDA軟件想進來，只能做兼容產品。

所以，想要做好EDA軟件，必須做大做強才有市場，小而美只能依附于人。

EDA軟件的歷史，是一部并購史。EDA軟件分類很復雜，涉及到90多種不同技術。按照美國《半導體工程》雜志的清單列舉中，EDA軟件一共有900多家小公司。任何一家公司很難把這么多的技術都通吃，而只有通吃才能做成平臺型公司，所以，并購成為了行業共識。

根據南山工業書院的統計，在美國EDA公司的并購歷史上，僅僅由Top3的三家巨頭直接參與的并購就達到了驚人的200次。每家企業的并購數量平均達到70次。如果考慮許多并購公司在此之前也是吃東吃西，總并購次數大約在300次左右。

最近十幾年EDA軟件行業的并購有以下特征：

1.每年的并購次數分布比較均勻

2.并購頻率高、金額小。

3.沒有出現黑馬挑戰者。

EDA并購特征說明這個產業已經很成熟，強者通過并購越來越強大。EDA具有工業軟件屬性，以積少成多的匯聚方式形成巨大的知識壁壘，后來者很難追上。行業龍頭很穩定地占據易守難攻的產業制高點。

商業模式創新造就兩大巨頭Cadence、Synopsys

屬于小而美的軟件類公司

Synopsys和Cadence兩大巨頭成立30多年，各自收入規模也30億美元左右，相當于大約每年增加1億美元收入。從收入規模及增速看，沒有高成長屬性。

從利潤率比較看，兩大EDA巨頭的毛利潤率、凈利潤率，與美股主流軟件公司相當。

從人均指標看，人均收入、人均毛利也與軟件公司相當。

IP成為EDA公司增長點

EDA軟件是Synopsys的最大收入來源，但IP收入占比在增加，增速也遠超EDA增速，將成為Synopsys的主要增長點。

這個很好理解，因為全球半導體市場增速是放緩的，約5%左右，那么對EDA軟件的需求也是同樣變化趨勢。半導體整體市場增速慢，說明新品少，芯片設計公司、半導體代工競爭激烈，大家都趨于同質化。

EDA軟件公司的客戶的產品趨于同質化的結果是，芯片設計逐漸模塊化、IP化，由第三方提供足夠的IP庫，芯片設計公司可以快速做出產品。

所以，IP供應商將越來越有生意可做。過去三年，Synopsys的IP收入占比從28%提升到31%。Synopsys的IP收入占比提升，帶來毛利率提升。雖然公司沒有公布三項業務各自毛利率，但是我們知道IP業務相比較EDA軟件，沒有后期的維護成本，毛利率高于EDA。

Synopsys的IP收入增速保持在20%附近，而公司的EDA業務收入增速只是微弱增長。

Cadence的IP收入占比較少，公司沒有獨立披露。EDA軟件公司向IP發展已經是共識了，兩家巨頭都很重視IP業務，由于Synopsys的IP主要是靠收購而來的，所以目前Synopsys的IP收入較Cadence多。

商業模式創新造就行業巨頭

EDA軟件的誕生，是用美國加州伯克利分校的數學理論與數值分析知識，實現了方程組的求解，最終完成了電路仿真程序SPICE的開發。

EDA軟件巨頭的出現、地位的鞏固，都離不開商業模式的創新。從下游客戶角度看，任何一家芯片設計廠商為了成本以及制衡，一般都會同時采購2家EDA公司的產品，不會出現一家獨大的局面。

Cadence的兩大商業模式創新：

一是脫離硬件，單獨賣軟件。剛開始的EDA軟件是和硬件綁在一起出售，類似國內現在的網絡安全業務，安全軟件要加載在硬件上面出售。Cadence在1981年成立，開創“只賣軟件”的EDA模式。

二是引入客戶投資模式。將下游半導體廠商客戶變為股東，由于EDA開發需要半導體廠商提供工藝、提供反饋，這種“股東+客戶”模式確保“EDA和半導體制造”聯盟更加緊密。

Synopsys的兩大商業模式創新：

一是創建標準單元庫，預先設計好各種基礎單元邏輯門電路，讓芯片設計工程師直接調用，這樣可以快速設計出規模更大電路。

二是開創IP授權模式，將各種設計庫虛擬化，再授權給芯片設計公司使用。IP和單元庫的區別可以這樣理解，IP是封閉的、黑匣子形式的復雜單元庫，單元庫是最簡單的、透明的IP。

競爭壁壘高，低增速也有高估值

EDA軟件生意的高壁壘決定了既是業績是低增長，也可以擁有高估值。

Cadence的過去8年的漲幅主要有估值提升推動。市盈率從2012年以來呈現上升趨勢，從2012年的9倍上升到2019年的55倍，而同期收入增速維持在8%左右。

穩定的行業地位、高競爭壁壘，可以支持估值提升的邏輯。前面我們已經論述，EDA軟件與半導體制造聯盟，要跟隨半導體制造工藝升級，越往先進制程發展，競爭對手越少、盜版軟件越少。

Synopsys的估值表現和Cadence一致，最近幾年的PE一直處于上升趨勢，已經達到60倍（20200610）。而同期的收入增速并不樂觀，并且一直在以并購進行外延擴張。

前面我們已經論述EDA行業本身增速不高、技術分散，只有通過并購實現全流程全功能集中，最終實現做大規模。

Synopsys的并購的好處開始顯現，雖然收入增速不高，但是并購整合后運營效率提升，帶來的凈利潤增速遠超收入增速。Synopsys的過去5年的凈利增速分別為5%、14%、23%、19%、36%。從PEG的角度看，Synopsys的市盈率高估值是有業績支撐的。

因為有進口依賴，國產EDA錯失黃金期

國產EDA的三大差距

相對國際巨頭，國產EDA差距有三方面：

1.缺少數字芯片設計的核心工具模塊，無法支撐數字芯片全流程設計。

2.對先進工藝支撐不夠，暫未進入先進代工廠的聯盟。

3.缺乏制造及測試EDA系統，無法支持集成電路封測的應用需求。

雖然國產EDA企業難以提供全流程產品，但在部分細分領域具有優勢，個別工具功能強大。例如，廣立微電子的良率優化、博達微的快速參數測試、仿真端的華大九天和概倫電子實力強勁、后端的芯禾實力較強。

1994年之前與世界同步

1994年之前，“巴黎統籌委員會”對中國實施禁運管制，國內無法買到國外的EDA軟件工具，倒逼國內自主研發EDA 工具。1978年“數字系統設計自動化會議”召開，中國的EDA開啟了自主化之路，直到1993年國產首套EDA熊貓系統問世。目前三大EDA巨頭都是在1981~1988年之間成立的，可以說，1994年之前，我們的EDA軟件是與世界同步的。

1994~2008年依賴進口，自主化進入沉寂期

1994年EDA公司取消了對中國的禁運，國內重心在快速發展集成電路產業，卻又無暇補上設計軟件，對國外的EDA公司的依賴性也就一直延續到了現在。

2009~至今重啟國產化

國內EDA龍頭華大九天，2009年中國華大集成電路設計集團的EDA部門獨立出來，專門從事EDA，標志著EDA國產化重啟。

芯愿景：項目形式的EDA軟件商

業務以項目形式為主

公司2002年成立，目前有三項業務：IC 分析服務、IC 設計服務及 EDA 軟件授權三大板。從收入結構和成本結構看，公司不是純正的EDA軟件公司。除了收入占比3%的EDA軟件，IC分析服務和IC設計服務都是項目型的訂單，定制化程度較高，2019年人工費用占營業成本比例70.91%。

公司在半導體工藝節點方面服務能力范圍350nm~7nm，覆蓋絕大部分半導體工藝，可以滿足所有市場需求。

IC 分析服務，屬于逆向設計，就是要想辦法弄清楚別人是怎么設計芯片的。具體方法是把成品芯片一層層解剖，一看工藝結構，二看電路設計。最終為客戶提供的價值是，一是防止競爭對手抄襲芯片設計專利，二是繞開別人的專利設計自己的芯片。

IC設計服務，是幫客戶完成所有設計芯片的工作，可以理解為客戶的芯片設計外包部門。

EDA軟件，定位于上述IC分析服務和設計服務領域的所用到的軟件。

芯愿景2019年收入1.6億元，其中IC分析服務占比83%，IC設計服務占比14%，EDA軟件占比3%。

業務屬性決定毛利率存在波動性

公司主營業務成本主要由人工費用、IC代工費用和其他費用構成，分別占比70.91%、8.77%、20.32%。IC代工費用主要是量產外包業務所采購的晶圓流片、封裝、測試等代工費用；其他費用主要包括IC分析服務及IC設計服務業務中所分攤的房租、設備折舊費、外協技術服務費、辦公費等。

三項業務毛利率最高的是EDA軟件業務的100%，但是收入占比很低，2019年只有3%。收入占比超80%的IC分析服務，過去三年毛利率分別為74.16%、78.17%、74.16%，毛利率也存在一定的波動，這主要是行業屬性決定：

一是芯片工藝升級，公司的分析服務必須跟著升級，從而帶來業務工作量增加和完成訂單時間拉長。

二是涉及IC知識產權問題，實際工作量和工時與報價存在誤差。

三是新進員工需要培訓以及員工的業務能力存在差別。

第二大業務IC設計服務，過去三年毛利率分別為33.65%、52.47%、81.06%，呈上升趨勢。主要因高毛利率水平的IP授權業務收入占比逐年提高，同時低毛利率水平的 IC 量產外包業務收入占比有所下降。公司授權客戶使用的IP均為自主研發，前期投入均在研發當期進行費用化處理，IP業務毛利率為100%。

IC設計服務毛利率較IC分析服務低的主要原因是：IC分析服務業務交付的是分析報告，而IC設計服務業務交付的產品是芯片，成本里面包含制造成本。2017年沒有IP收入，最能體現該業務的模式。2017年IC設計服務收入1050萬元，對應營業成本700萬元，占比70%；IC設計服務中的IC量產外包收入890萬元，成本640萬元，毛利率只有28.2%。

業務屬性決定盈利能力較強

芯愿景盈利能力較強，過去三年ROE逐漸上升，2019年達到31%。凈利潤率也呈現上升趨勢，2019年達到47%，2019凈利潤7500萬元。

主要原因是公司的業務屬性決定的：

一是由于公司的業務是以逆向設計為市場的服務，公司的客戶在自己的領域內屬于跟隨者，公司自己無需大規模研發投入。

二是反向工程研究方法，有利于縮短技術探索周期，降低新技術研發成本和風險。國內芯片正向設計起步慢難度大，逆向設計需求旺盛，無需大規模銷售費用開支。

分階段收費確保現金流穩定

公司主業IC分析服務業務開展中，由于客戶是按照項目進度分階段付款，并最終一次性對項目進行驗收確認，所以應收賬款較少。經營性現金流凈額占凈利潤比例較高，過去三年凈現比分別為150%、133%、88%。

未來看點是IP和EDA軟件授權

IC分析和設計服務，屬于項目型的訂單業務。IP和EDA軟件授權是平臺型的業務，收入可以快速增加，且毛利率100%。

公司IC分析和設計服務項目的積累和成熟，有利于發展通用型的IP和EDA軟件業務，芯愿景的未來看點是在IP和EDA授權。

投資建議

投資建議：關注美股的兩大巨頭Cadence、Synopsys，以及即將上市的芯愿景。

行業投資風險

第一，芯片結構出現顛覆性創新，需要新的EDA工具。

第二，美國限制高技術出口政策，導致兩家巨頭公司的海外收入減少。
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