近年来,伴随5G通信、物联网、人工智能等前沿技术的兴起与广泛应用,集成电路设计的复杂性与日俱增,这一趋势如同催化剂,极大地激发了EDA工具的市场需求,EDA市场规模持续扩张,年增长率屡创新高。
从单一的晶体管到繁复的芯片系统,从简单的逻辑门到复杂的处理器架构,EDA(电子设计自动化)以其独有的方式,在数字织锦的经纬交织中,将设计师的构思转化为现实。近年来,伴随5G通信、物联网、人工智能等前沿技术的兴起与广泛应用,集成电路设计的复杂性与日俱增,这一趋势如同催化剂,极大地激发了EDA工具的市场需求,EDA市场规模持续扩张,年增长率屡创新高。
进入2023至2024年,随着半导体产业的迅猛崛起,技术创新步伐加快,加之政府强有力的政策扶持,中国EDA行业正步入一个前所未有的黄金机遇期,在这片沃土上不断绽放着创新之花。本文将深入分析这一时期中国EDA市场的发展概况,以及主流EDA厂商的最新动态。
一、2023-2024年中国EDA市场分析
近年来,国内集成电路产业的迅猛崛起,犹如一股强劲东风,显著推动了中国EDA市场规模的持续增长。据中国半导体协会平台发布的数据,2022年我国EDA行业市场规模达到115.6亿元,增长率达11.80%。预计2022-2025年中国EDA市场将保持高速增长,复合年均增长率为15.64%,到2025年,中国EDA行业总投资规模将超过184亿元。
长期以来,EDA行业因其较高的技术、人才储备、用户粘性、资金投入等壁垒,市场集中度较高。EDA市场主要由新思科技(Synopsys)、楷登电子(Cadence)、Siemens EDA(前身为Mentor Graphics,后被西门子收购)、ANSYS四大国际巨头所主导。同时这四家公司的EDA软件也被台积电认证为EDA领域的“金标准”工具。
其中,新思科技是全球EDA和半导体IP领域的龙头企业,拥有全面的产品线,尤其擅长数字芯片设计、逻辑及综合等关键技术环节的核心工具的开发。Cadence公司产品涵盖电子设计全流程,在模拟芯片设计相关工具方面独具优势。西门子EDA是首家进入中国市场的外资EDA企业,提供全面软硬件设计解决方案,后端布局布线技术领先。ANSYS则主要专注于芯片签核与仿真,拥有强大的系统级与封装级仿真软件。
此外,Zuken、Altium、Keysight等厂商在中国市场也具有较强竞争力。Zuken是专门从事PCB/MCM/Hybrid和IC封装设计装件、开发、销售和提供支持服务的EDA厂商,专注于PCB线束与封装。Altium致力开发基于PC的软件,为PCB提供辅助设计。Keysight则专注于电子和光信号的测试测量,是通信产品设计领域领先的EDA厂商。
面对国际巨头的竞争压力,中国本土EDA企业也在积极寻求突破。国产EDA以华大九天、概伦电子、广立微等厂商为代表。其中,华大九天被视为国内EDA领域的龙头企业,涉足模拟电路设计全流程EDA工具系统、数字电路设计EDA工具等多个领域。2023年,华大九天的营收为10.10亿元。概伦电子是国内首家EDA上市公司,业务涵盖制造类、芯片设计类EDA工具。广立微则更倾向于制造类EDA,其业务包括集成电路良率提升相关设计软件、可制造性设计(DFM)EDA软件、可测试性(DFT)EDA软件等。
除此之外,中国本土还有芯华章、芯和半导体、九同方等在各自细分领域深耕的厂商,芯华章提供全面覆盖数字芯片验证需求的五大产品线,支持数字芯片验证全流程。芯和半导体以仿真驱动设计为核心,提供覆盖全产业链的EDA解决方案。九同方则致力于研发完整的射频EDA系列软件。另外,立创EDA、宇微光学、望友科技等聚焦于EDA点工具研发的厂商,也如点点繁星,共同点缀着中国EDA市场多元共生的画卷。据不完全统计,国内EDA厂商已超过100家。
二、2023-2024年国内外主流EDA厂商动态
随着EDA市场的持续扩张,各厂商在深化现有功能的同时,不断强化研发创新能力,加强战略合作,持续推动EDA市场变大变强。以下总结了2023-2024年间,中国EDA市场部分领先厂商的发展动态。
1.国际厂商
Synopsys(新思科技):
2023年,新思科技发布全栈式AI驱动型EDA解决方案Synopsys.ai,以及面向芯片开发全流程的AI驱动型数据分析整体解决方案。其中,Synopsys.ai涵盖了设计、验证、测试和模拟电路设计阶段,让开发者从系统架构到设计和制造,在芯片开发的每一个阶段都可以采用AI技术,并从云端访问这些解决方案。2024年,新思科技推出了完整的PCIe 7.0 IP解决方案,包括控制器、IDE安全模块、PHY和验证IP,加速了HPC和AI等万亿参数领域的芯片设计。
另外,2024年1月,新思科技宣布将以350亿美元并购Ansys,以进一步巩固其在工程仿真领域的领先地位,这一消息在业界引起了广泛关注和热议。3月还完成了对Intrinsic ID的并购,以增强自身的半导体IP组合,Intrinsic ID是用于片上系统(SoC)设计的物理不可克隆功能(PUF) IP的领先供应商。在2023-2024年期间,新思科技还加强了与Arm、三星、英伟达、台积电等厂商的战略合作。
Cadence(楷登电子):
Cadence在2023-2024年先后推出多款AI结合的产品,包括可自动完成PCB布局布线的Allegro X AI,下一代AI驱动型OrCAD X,以及首个AI驱动的数字孪生平台Cadence Reality。OrCAD X 将PCB设计速度提高 5 倍,并由Cadence OnCloud提供支持;Cadence Reality则利用AI进行模型生成和仿真,准确预测影响数据中心运行的外部物理力,优化数据中心设计和运营的各个方面。
另外,2024年1月,Cadence并购系统级解决方案领先提供商Invecas,强化系统设计专长,6月再购多领域工程仿真解决方案系统分析平台提供商BETA CAE,涉足结构分析领域,巩固其多领域工程仿真解决方案的领先地位。同年2月,Cadence与达索系统强强联手,整合AI驱动的Cadence设计工具与达索3DEXPERIENCE Works,为双方客户提供一个易于使用的端到端解决方案,实现PCB、3D机械设计与仿真的高效协同。同时Cadence也不断深化与联华电子、三星、Arm等厂商间的合作,共研多项创新成果。
Siemens EDA(西门子EDA):
2023年,西门子不断加强AI/ML(机器学习)在EDA中的应用,先后推出Questa Verification和Solido Design Environment两款解决方案。Questa Verification由数据驱动并采用AI技术,促进团队协作,提升项目透明度,加快验证管理流程;Solido Design Environment则融合AI与云技术,云端化IC设计验证,缩短产品上市时间。此外,为进一步完善产品链条,西门子在2023年收购Insight EDA以扩展Calibre集成电路可靠性验证产品。同时,西门子与台积电、三星等领先Foundry伙伴深入合作,确保工具迅速适配最新工艺。2024年西门子又携手Intel Foundry,建立EDA产品标准化认证体系,通过标准化认证流程,进一步提高设计流程的效率和可靠性。
Ansys(安似科技):
Ansys在IC设计流程、封装流程和信号完整性验证领域持续创新,不断推动其EDA解决方案套件的优化升级。2023年,Ansys的Redhawk-SC升级至云架构,可实现超大型全芯片功率分析。RedHawk-SC Electrothermal则利用全新的热分析方法高效应对复杂设计,可对具有多个芯片的先进封装进行多物理场分析。2024年,Ansys推出全新HFSS-IC求解器,为异构 IC 到系统设计的信号和电源完整性分析提供了一个统一平台,该平台专注于电源和信号完整性分析中的IC签核深度电磁分析,以确保IC设计满足新一代电子设备性能需求。
此外,2023年Ansys宣布收购EDA解决方案提供商Diakopto,Diakopto专注于帮助解决由布局寄生引起的关键问题。此次收购后Ansys将更好地帮助设计工程师实现“设计左移”,使其能在设计早期发现互连寄生问题,减少昂贵的设计迭代。
Zuken(图研):
2023年5月,Zuken推出EMC(电磁兼容性)验证工具“3D EMC Adviser”,该工具集成机械数据,综合考虑电气、机械及电路板间的位置关系,实现一体化EMC验证,有效预防设计缺陷,减少设计变更和研发成本。
Altium(奥腾):
2023年7月,Altium宣布与Ansys展开合作,通过将Altium的电子计算机辅助设计(ECAD)工具和Ansys Electronics Desktop进行数字连接,改进电子设计和开发流程。2024年,瑞萨电子宣布收购Altium,Altium云平台和瑞萨嵌入式技术相融合,共同打造集成开放的电子系统设计与生命周期管理平台。其实,Altium与瑞萨电子间早前就有过合作,2023年6月,瑞萨电子宣布将全面采用Altium的PCB设计工具及Altium 365云平台,以实现PCB设计的全面标准化与云端管理。同时,瑞萨还持续更新其ECAD库至Altium Public Vault,让客户能便捷地选取瑞萨零件,加快产品上市步伐。
2.国内厂商
华大九天:
2023年,华大九天六大EDA核心产品,包括原理图/版图编辑、电路仿真、物理验证、功率器件可靠性分析、晶体管级电源完整性分析及单元库/IP质量验证工具,均通过ISO 26262 TCL3和IEC 61508 T2国际标准认证。除此之外,华大九天也不断推进与瑞萨电子、合见工软、九峰山等企业及研究机构的合作,如为瑞萨电子提供Empyrean Skipper®工具作为其版图管理方案,与合见工软携手共建数模混合设计与仿真EDA联合解决方案,与九峰山实验室联合打造“神舟实验室”,推动化合物半导体EDA软件从底层物理模型到芯片仿真设计的完整生态。
概伦电子:
2023年间,概伦电子积极推动EDA领域的生态建设与技术创新,其携手上下游重点企业,产学研合作共建EDA创新联合体;并购福州芯智联和欧洲设计EDA解决方案提供商Magwel,扩展EDA领域版图,增强物理验证能力;并发布三款新品,包括电路类型驱动仿真器、高速高精度仿真器及数字逻辑电路仿真器,打造电路仿真与验证一体化解决方案。
2024上半年,概伦电子在半导体测试与设计分析领域持续发力,其发布的最新半导体参数测试与全自动解决方案包括低漏电矩阵开关FS821、传感微结构参数测试仪FS-MEMS及自动量测解决方案ATS,丰富产品矩阵;推出芯片级HBM静电防护平台ESDi™和设计验证工具PTM™,强化设计验证能力。此外,概伦电子自研出高精度源测量单元(SMU)FS810,可实现在单一模块内同时满足宽量程和高精度的测试需求,满足各类先进工艺节点的器件研发和量产测试要求。
广立微:
在2023至2024年间,广立微凭借不断的产品革新与研发合作,稳固自身在半导体数据管理与分析领域的领先地位,并积极探索拓展新兴领域。公司推出一系列解决方案,如生产过程监控方案(PCM)、DFTEXP流程和解决方案、可测试性设计 (DFT)流程与设计解决方案;同时深化AI技术的融合应用,进一步优化了半导体数据管理系统(DATA EXPLORER);推出DATAEXP系列新品,为客户提供更加全面、智能的良率数据管理方案。另外,广立微于2023年9月收购亿瑞芯62%股权,亿瑞芯擅长自动化DFT技术,兼容多款EDA工具。
芯华章:
芯华章在芯片全流程验证领域持续领先,近年来技术实力显著增强。2023年,芯华章发布了硬件仿真系统桦敏HuaEmu E1,及新一代GalaxSim Turbo高速仿真器,前者支持超百亿门芯片应用系统的验证容量,后者具有指数级的数字仿真加速优势,支持千亿门级超大容量验证。同时,芯华章推出自研的数字全流程等价性验证系统穹鹏GalaxEC,强化设计一致性与正确性。2024年,芯华章又推出昭睿FusionFlex EDA全流程敏捷验证管理器,专为解决复杂验证环境设计,简化多工具、多资源及多样化需求的管理。
同时,芯华章在2023到2024年期间深化多项战略合作,包括投资Optima Design Automation公司,增强汽车电子领域的系统级解决方案;联合芯擎科技,导入EDA验证工具,促进车规级芯片与软件协同开发;携手啄木鸟半导体,为高可靠性处理器芯片提供全面的验证与测试方案;借助飞腾和华为鲲鹏处理器,打造国产EDA设计平台,支持国内芯片设计师独立自主设计国产服务器芯片。
芯和半导体:
芯和半导体在EDA仿真领域持续深耕,不断创新突破。2023年3月,公司推出EDA平台Notus,该平台内置丰富模板,专注于封装、板级信号完整性、电源完整性及热分析领域。同年7月,发布EDA2023软件集,集合了针对前沿封装技术(如2.5D/3D)的信号与电源完整性仿真工具、3D电磁(EM)仿真平台、多场协同仿真以及高速系统仿真解决方案。2024年,芯和半导体发布EDA2024软件集,实现全面升级。其中,Metis针对DDR5仿真进行了优化,Hermes平台增强3D编辑功能,Notus平台则升级了电热协同仿真能力,ChannelExpert优化了原理图操作体验,而XDS更是集成了FEM3D引擎,进一步拓宽了对射频模型的支持范围。
三、发展趋势
纵观近两年的EDA行业动态,可清晰发现其正加速融合新兴技术,迈向智能化、云化、系统化设计以及多物理场协同设计的新纪元。这一转型标志着EDA行业正稳步跨越至一个全方位升级的发展阶段,不仅极大地提升了设计的效率与精度,更在探索复杂电子系统设计的边界上迈出了坚实步伐。
● 迈向自动化与智能化设计
随着集成电路设计的日益复杂,EDA软件正朝着更高程度的自动化与智能化方向发展,以简化设计流程,减少人工干预,提高设计效率。尤其是AI技术的发展,AI+EDA已成为EDA厂商发展的重点。
AI赋能EDA,极大地拓宽了其能力边界,为行业带来了良多前所未有的益处,诸如:提供生成式设计流程,基于预设的规则和参数自动生成设计选项、执行设计任务,自动生成设计文档、仿真报告和其他相关设计信息。利用机器学习算法对海量数据和设计规则进行分析挖掘,自动化地探索设计空间,快速迭代出更优化的设计方案。利用AI技术,自动调整和优化模拟电路的设计以适应不同工艺节点的特性变化,以确保电路在不同工艺下的性能一致性。此外,结合AI的仿真技术,更准确地预测电路的性能,减少设计迭代次数等。
● 云化转型
当前,EDA云化发展已成为不可逆转的趋势,众多厂商竞相推出云端EDA解决方案。
云平台可协调计算机资源,实现弹性伸缩,降低投入成本,提高数据安全,确保数据访问的灵活性,同时云架构灾难恢复能力强,可保障业务连续性。云技术与EDA深度融合,使设计者可通过云端实现算力资源的大规模智能调度,以确保资源的按需分配与高效利用,减少成本。同时,云端EDA使开发者可即时获取最前沿计算与存储资源,加速设计流程并促进设计创新。
● 走向系统级设计
集成电路设计复杂性的持续攀升,以及工艺水平的不断提高,促使EDA工具从传统的单点设计迈向高级系统级设计。
系统级设计通过提供从芯片至系统层面的全面、强大且无缝衔接的解决方案,极大地简化了传统设计流程的复杂性。它允许设计者在统一的平台上,实现从概念设计到最终验证的一站式操作,加速设计的同时显著降低出错率。此外,设计者能够在系统层面实施全局性优化策略,有效减少产品迭代周期,并保证最终产品的性能与稳定性,实现设计与生产的最优化平衡。
● 加速向多物理场领域延伸
随着半导体行业步入系统性设计的新纪元,芯片的发展已超越单纯缩小尺寸的范畴,转而成为一项融合多学科、跨层次、多维度整合的复杂系统工程,带来了多物理场交互挑战,促使EDA工具向多物理场领域延伸。
多物理场仿真软件可精确模拟、解析和整合不同物理属性(如结构力学、热力学、电磁学及流体动力学)间的复杂交互,缩短有限元素分析(FEA)模型的构建与结果评估周期,为设计师提供深度设计洞察。同时多物理场仿真软件可使设计师在产品制造前全面预测并优化物理效应,预防设计缺陷,并为追求高复杂度、全面EDA设计的企业提供强大的性能提升与成本优化支持。
如今,多物理场仿真软件已成为芯片设计的核心组件,多家厂商已布局该领域,如新思科技并购Ansys,正是多物理场仿真软件在EDA行业中战略价值的一个鲜明例证。
四、结语
2023-2024年中国EDA软件市场呈现出市场规模持续扩大、竞争格局逐步优化、创新技术不断涌现等积极态势。随着科技的日新月异与市场需求的水涨船高,中国EDA软件行业正步入一个充满无限机遇的黄金发展期。在此背景下,国内EDA企业持续加大科研投入,深化技术创新,强化产品竞争力,精准对接市场需求,以实现企业的可持续发展,未来或将在中国乃至全球EDA领域占据更加举足轻重的地位。