大陆IC设计及工具链分析

一、大陆IC设计行业分析

1、IC设计行业现状

①中国IC设计行业市场发展现状

       我国的集成电路设计产业虽起步较晚，但凭借着巨大的市场需求、经济的稳定发展和有利的政策环境等众多优势条件，已成为全球集成电路设计行业市场增长的主要驱动力。从产业规模来看，我国集成电路设计行业始终保持着持续快速发展的态势。2019年度，我国集成电路设计业实现销售收入3,064亿元，同比增长21.62%。据集成电路产业“十三五”发展规划总体目标显示，到2020年，我国集成电路设计业年销售收入将达到3900亿元，新增2600亿元，年复合增长率达到25.9%，是国内集成电路产业中最具发展活力的领域。

       我国集成电路设计业占我国集成电路产业链的比重一直保持在35%以上，并由2015年的36.7%增长至2019年的40.5%，预计到2020年，全国集成电路设计业年销售收入将达到3900亿元，产业规模占全国集成电路产业比例为41.9%。届时，我国的集成电路设计产业规模将位居全球第二。

②中国IC设计公司数量

       我国IC设计企业的数量自2012年以来逐年增加，并逐步进入到全球市场的主流竞争格局中，截至2019年底，我国IC设计企业达到1780家。另外中国销售过亿IC公司增长明显，2012年共计97家公司销售过亿，到2018年已经有超过200家公司销售过亿。我国集成电路设计企业在当年全球前五十大Fabless企业中占据了10个席位，已逐步进入全球市场的主流竞争格局中。北京、上海、深圳的企业数超过100家，无锡、成都、苏州、合肥、西安、南京、杭州、武汉、长沙的设计企业数量过100家。我国IC设计公司无论是从数量还是质量都有着显著的提升，这也是我国IC设计增速较快重要因素。

③中国IC设计公司排名

       2019年中国10大IC设计企业排行，依次分别为 海思、紫光集团、豪威科技、比特大陆、中兴微电子、华大集成电路、南瑞智芯微电子、ISSI、兆易创新及大唐半导体。

       数据显示，榜单前十名较2018年仅排名有所变化，海思以74.2亿美元（约515.3亿人民币）的营收位列榜单之首。其中仅有海思(22%)、 豪威(18%)、北京兆易创新(39%)三家公司实现了增长而且是两位数增长，其余公司与2018年相比都有不同程度的下滑。

2、 IC设计瓶颈

在芯片设计方面，尽管中国的进步很快，但是，中国在芯片设计领域所存在的短板非常明显的，主要有以下几个方面：

①设计能力不足

       大陆高端通用芯片与国外先进水平差距主要体现在移动处理器、中央处理器、储存器、高端通用型芯片（包含FPGA、AD/DA等）。目前紫光展锐\华为海思等在移动处理器方面进入全球前列；而中央处理器几乎被英特尔垄断了全球市场，存储器、高端通用型芯片与国外技术悬殊，甚至有些领域是停滞的。

②芯片行业人才短缺

       IC设计行业具有智力密集和技术密集特征，在工艺、软件、设计等多方面对创新型人才的数量和质量均有较高要求。目前，中国集成电路产业的从业人员总数不到30万人，按照2020 年全产业销售10000亿元人民币，人均产值140万元计算，需要70万人的规模，人才缺口亟待补充。尽管我国IC设计行业的人才培养力度逐渐加大，但由于技术发展时间较短、水平有限，且人才培养具有滞后性，人才匮乏的现象仍将存续一段时期，是制约我国IC设计业迅速发展的主要因素之一。

③EDA软件落后

此内容在第二节详细说明。

3、IC设计竞争力

IC设计竞争力主要表现在以下几个方面：

• 存储器：这块主要被韩国的三星、海力士和美国的美光垄断，最近几年存储器涨价让几家巨头赚翻了。存储器国产化率非常低，我国最近几年在存储器领域投入巨资，最具有代表性的是紫光集团旗下的长江存储，未来有可能会打破国外的垄断，但还需要时间来验证。
• 微处理器：在PC端，国产实力较弱，暂时没有能力实现国产替代；在移动端，华为海思已经可以设计出世界先进水平的处理器，而紫光展锐的中低端处理器已经成功应用于许多手机厂商。
• 微控制器：MCU广泛运用在多个领域。目前国内高端市场被国外厂商占据，国内仅有中颖电子和兆易创新在中低端MCU领域迅速实现国产化，主要是锂电池管理芯片，小家电主控芯片等。
• 数字信号处理器：这块同样被国外垄断，国内仅在军用领域有一些突破，民用领域差距很大。
• 模拟电路：与国际巨头差距明显，且追赶难度巨大。此外在一些更细分的领域，国产厂商也实现了突破，例如汇顶科技的指纹识别芯片已经成功登顶世界第一。

二、IC设计工具链(EDA工具)分析

1、现状

       目前，全球EDA软件供应者主要是国际三巨头Synopsys（美国）、Cadence（美国）和Mentor（德国西门子），三大EDA企业占全球市场的份额超过60%。 整体而言，EDA软件进入门槛高，EDA软件三巨头通过多次并购，完善了EDA产业链布局，扩大了行业领先优势。

       目前国内EDA市场90%以上份额被国外企业占据，国内智能终端设备龙头企业，比如华为、中兴、联想等。其EDA软件均使用的是Synopsys、Cadence、Mentor、ZUKEN企业的产品，进口依赖程度严重。

       2008年，国家“核高基”重大科技专项正式进入实施阶段，EDA领域也迎来了新一轮的国家支持。诞生出了华大九天、芯愿景、广立微、芯禾科技等一批优质企业。其中华大九天是国内规模最大、技术最强的EDA企业。在液晶平板显示领域，华大九天是全球唯一可提供全流程EDA设计解决方案的提供商。

2、发展瓶颈

       我国近些年EDA行业出现了发展良好的生产销售企业，并且在部分领域取得了优异成绩，但是从EDA行业的整体情况来看，依旧处于明显的劣势地位。其主要表现为：

①国外巨头垄断

       全球EDA软件三巨头在全球市场份额超过60%，在中国超过90%，国产EDA工具市场仅为5%，EDA行业高度垄断导致国内智能终端设备生产企业进口依赖严重。

②人才匮乏、融资困难

       EDA企业的发展主要依赖于技术积累和长期的资金投入，由于相关专业人员数量有限，绝大部分人才就职于外资企业，国产企业人才吸引力不足，技术支持乏力，同时，EDA行业资金消耗大，国内EDA研发效果尚未出现可观表现，国内融资渠道以及退出渠道狭窄，难以有效吸引社会资金进入。

③国产企业进入供应链缺乏优势，难以匹配目前的先进工艺

       EDA是链接设计与制造之间的关键部分。国际三巨头与世界龙头晶圆厂具备长期合作背景，同时提供的EDA软件工艺信息充足完善，随着芯片工艺要求逐步提升的同时，对于缺乏优势的国产EDA企业难以满足晶圆厂的制造需求。华大九天的产品对高端芯片领域的支持还是不够的，华为已经发展到7nm、5nm的芯片，但是华大九天的产品支持不了7nm、5nm的工艺，所以就导致了国产EDA工具在高端芯片领域几乎没有份额。

④缺少全流程的解决方案。

       目前EDA工具有十多种，覆盖了集成电路的方方面面，但国产最多能够提供一半的流程，还有一半的流程没有工具，除非国内的芯片厂商不用EDA，否则就离不开国外的EDA软件，没有替代品。

3、发展竞争力

       本土公司在数据端（参数化测试）、把数据变成仿真输入（建模仿真）和电路仿真（SPICE和memory SPICE）是具有一流世界竞争力的，特别是数据测试和建模端，也是国际领先EDA公司少有布局的，这些也是DTCO方法能够实现落地的关键因素。业界熟知龙头企业华大九天从最早的熊猫系统开始有20多年的积累，在数据、建模仿真端，中国企业的积累也非常深。

       在数据端，广立微和博达微在量产和通用参数化测试产品上都保持了高速增长，快速测试能提供海量数据，这也是工艺开发，设计优化和芯片良率的分析的依据。

       SPICE仿真端，本土竞争力持续加强，华大九天和概伦电子在这个点上的产品技术和市占率都在提升。芯和在射频，IPD和系统仿真产品的实力也在增强。加上新涌现的两家分别以Foundry EDA和数字流程为主要竞争力的公司，本土EDA生态日趋完善，而且这几家的相关产品都具备国际市场竞争力。

三、总结与展望

       我国IC设计行业在巨大的市场需求和经济发展的促进之下，已经成为了世界集成电路领域增长的主要驱动力。然而中国在芯片设计领域仍存在着设计能力不足，芯片行业人才短缺，EDA软件落后等诸多瓶颈。

       我们经过对大陆IC设计和工具链的分析，在全球生产价值工具链的角度下，提出的观点如下：

       首先是要全方位地发展我国集成电路的设计价值链，重点突出推进上游设计业。虽然我国在参数化测试、建模仿真和电路仿真方面等领域拥有世界竞争力，但是对于诸如储存器，控制器，微处理器等上游环节的进口依赖严重，导致整体核心竞争力偏低。

       其次是要以国家政策为基本指引，没有国家政策支持的发展如同无源之水，不管是技术、人才和资金，都离不开国家政策的支持。

       最后是要重点支持和发展国内龙头企业，以龙头企业的发展来带动中小企业乃至整个行业的发展，龙头企业的国际竞争力在很大程度上代表了整个产业的国际竞争力。

       综上所述，为了更进一步地发展中国的集成电路领域，我们不仅要投入更多的科研人才进行技术攻坚，打破国外巨头的技术垄断；也应当以<<国家集成电路发展纲要>>为指引,提高在移动智能终端、网络通信、云计算、物联网、大数据等重点领域集成电路设计技术，并期望我国集成电路在2030达到国际领先水平，实现跨越发展。