EDA市场空间有望打开.docx

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1、EDA与芯片产业紧密相关EDA与芯片设计流程对应EDA技术包含硬件、语言、工具等要素。EDA技术是以大规模可编程逻辑器件为设计载体，以硬件描述语言为系统逻辑描述的主要表达方式，以计算机、大规模可编程逻辑器件的开发软件及实验开发系统为设计工具，通过有关软件，自动完成用软件的方式设计电子系统到硬件系统的逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合及优化，逻辑布局布线、逻辑仿真。完成对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射、编程下载等工作，最终形成集成电子系统或专用集成芯片的技术。本文中所指的EDA主要为设计工具，即EDA软件。圈表1: EDA关键要素包含内容关键要素内容设计载体大规模可编程逻辑器件（PLD,

2、包括PAL、GAL等）表达方式硬件描述语言VHDL fll Verilog等）设计工具开发软件及实验开发系统（CAD、CAE、EDA软件）覆盖环节电子系统到硬件系统（逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合及优化，逻辑布局布线、逻辑仿真、对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射、编程下载等）资料来源：CSDN、EDA主要功能与芯片设计流程对应。EDA系统包含设计输入子模块，设计数据库子模块，分析验证子模块，综合仿真子模块，布局布线子模块等。通过各个模块解决芯片设计流程中涉及的设计、验证、仿真、布线等问题。图表2： EDA子模块设计子模块分析监证于模块琮合仿真子模块电路原理图设计HDL编码设计椅入布局

3、布或子模块可测性测试DFT形式验证电路仿真设计仿真逻辑综合前端均不蒿于后端门级电路对比验证LVS功能模拟势态时序分析SIA资料来源：CSDN、芯片设计的多个环节均需要EDA的参与全定制流程vs半定制流程图设计.版图全定制设计流程（从电路原理图到GDSII文件），包括电路图.电路仿真.验证环节，一般用于设计模拟电路和数模混合电i在版图验证后芯片设计环节结束,理版图以GDS II格式的文件交付给代工厂，进入芯片制造环节。具体定制流程如下图:图表3：芯片全定制设计流程芯片全定制设计流程（从电路原理图到GDSH文件）1.电路原理图设计Schematic Design2.模拟仿真Simulation4

4、.版图物理验证Layout Verification功能模拟时序模拟噪声模拟功率模拟设计规则检查DRC门级电路对比验证LVS电气规则检查ERC可制造性设计DFM5 .后瑞仿真Simulation3.版图设计IC Mask DesignGDS II格式文件资料来源:CSDN、半定制的设计流程（从RTL到GDSII文件），包括RTL代码输入.功能仿真.逻辑综合.形式验证,时序劭耗/噪声分析，物理综合.版图验证环节，一般用于设计数字电路。其中前端将HDL语言转换成门级网表，后端将门级网表实现成版图。具体定制流程如下图:图表4：芯片半定制设计流程芯片半定制设计流程（从RTL到GDSH文件）1.RTL设

5、计RTL Design5.模叔仿真SimulationGDS II格式文件HDL语言2.模拟仿真SimulationLogic功能模拟时序模拟噪声模拟功率模拟7.版图验证Layout VerificationDRCLVSERC4.形式验证FormalVerification6.物理综合PhysicalSynthesis门级网表NetHst布局规划布线时钟树综合参数提取（RC提取）前端VS后端前端设计是指把电路设计实体化的过程，也称逻辑设计，在数字电路设计中体现为RTL语言描述设计，在模拟电路设计中体!为电路图设计。此外前端工作还包含前端验证(通过逻辑或者电路仿真来验证设计是否符合预期)，一般前

6、端工作花费较多时间和精力。常用工具包含 Synospys 的 VCS, Verdi, Cadence 的 Jasper, Virtuoso 等。芯片前端设计演进过程。早期技术人员通过画图，使用集合方法制造用于电路光绘的专用胶带(Photo plotter)； 1986年Aart de Geus发明逻辑综合工具，芯片设计抽象层次提升，该技术将寄存器传输级描述RTL综合为门级HDL文件；2004年，芯片前端设计在综合前加入版图的布局规划信息，然后调用库信息和约束条件，生成带有布局信息的门级设计结果。后端设计也称物理设计，指把设计进一步转化成版图。在数字电路设计中体现为把RTL语言描述的逻辑设计转化

7、为网表，并进一步做成布局布线GDSo对于模拟电路，体现为将电路图转化为版图，并进一步进行后端验证，常用工具包括Synopsys的Design Compiler,IC Compiler, Cadence 的 Innovus, Mentor Graphics 的 Calibre 等。芯片后端设计演进过程早期技术人员进行手工布线；第一代布局布线系统产生后，布局、时钟树和布线开始独立运行；IC Compiler推出后通过并发式的物理设计，能够提供时序、区域、耗电量、测试性与良率共同一致的最佳化方案，并且能够与sign-off相互关联性整合。2014年，形成多线程基础架构，引进了创新设计存储功能和部署设

8、计规划功能。EDA产品不断迭代，发展至今底层技术稳定初期：手工设计到ICCAD阶段( 1970s )EDA出现之前主要通过手工完成电路图的输入、布局和布线。技术人员依靠手工在坐标纸上描绘版图-输入到图形发生器-用“刻红膜”的方式制做光刻版。这个时期产品特征为EDA附属于CAD。早期的EDA产品附属在机械CAD供应商之下，利用计算机辅助进行电路原理图编辑，PCB布局布线，使得设计师从高度重复繁杂的绘图劳动中解脱。主要功能在于交互图形编辑，晶体管级版图设计、布局布线、设计规则检查，门级电路模拟和验证等。商业模式为软硬件一体化。代表如Applicon、CALMA、CV、Tango布线软件等芯片制造依

9、靠MOS工艺。此时芯片制造过程特征为电路集成度不高(几百到上千个晶体管)，需求较简单。EDA的硬件载体：70s中期可编程逻辑技术及器件问世，为EDA提供了设计载体的基础，开发人员尝试将设计工程自动化，出现电路布线布局工具。商业化时期：ICCAD到EDA阶段(1980s )该时期产品特征是具有了独立的EDA产品，商业化加速。三巨头诞生Mentor. Cadence.Synopsyo主要功能是以逻辑摸拟、定时分析、故障仿真、自动布局布线为核心，重点解决电路设计的功能检测等问题，使设计能在产品制作之前预知产品的功能与性能。80年代后期，EDA工具可以进行初级的设计描述、综合、优化和设计结果验证。全线

10、EDA工具与系统仿真( 1990s )该时期产品特征是出现功能强大的全线EDA工鼠包括高级语言描述、系统级仿真和综合技术。主要功能在于支持系统级设计，是全线EDA工具。支持硬件描述语言的EDA工具的出现，实现从系统行为级描述到系统综合、系统仿真与系统测试，真正实现设计的自动化。商业模式是软件模式为主，IP模式。设计思想为从电路设计转向系统设计。全定制、半定制设计，ASIC设计，标准单元库、门阵列、可编程逻辑阵列等出现;“自顶向下”(Top Down)设计理念成为主流，将设计前期的许多高层次设计由EDA工具来完成。IP模式发展，推动EDA产业发展。IP模式由ARM公司在90年代开创，即将各种设计

11、库虚拟化，形成可重复利用的、具有特定功能的集成电路模块，并将其授权给其他企业使用，交付的产品以数字形式存在。经过90年代的快速发展，市场规模由1988年的数千美元上升至2003年的超过十亿美元。图表5: 90年代IP模式迅速发展19901991199219941996ARM处理器设计部门从ARM公司占独立，不再生产处理器,而是进行IP授权Synopsys公司得到逻辑单元库作为 DesignWare模块库的基础Synopsys开台涉及IP领域Motorola 发布的 Flex Core 系统，基于IP核完成SoC设计世界上首个IP核标准组织VSIA成立资料来源：Gartner,EDA1.0 ：底

12、层技术稳定，效率提升（2000s-至今）底层技术稳定。经过三十余年的发展，以硬件语言、IP模块复用、逻辑综合为代表的EDA底层技术基本保持稳定。从抽象层级角度看，经历了晶体管级到门级电路到RTL语言的改变后，目前抽象层级停留在RTL集群的层次。叠加式创新推动EDA效率提升。1）叠加式创新。基于FPGA的验证，可靠性验证，远程服务器运行EDA等叠加式创新提升EDA设计效率；2）电子技术进一步融入EDA。在仿真验证和设计两个层面支持标准硬件语言的EDA软件功能更加强大，电子技术全方位融入EDA,功能仿真、时序分析、集成电路自动测试等功能增强。3）可编程逻辑器件变化。更大规模的可编程逻辑器件不断推出

13、，系统级、行为级硬件描述语言更加高效。全球EDA市场规模约为百亿美元，市场集中度高全球EDA市场规模约百亿美元EDA整体市场规模在百亿美元级别。据ESD Alliance, 2020年全球EDA市场规模达到114.6亿美元，其中半导体IP市场规模为40.5亿美元，CAE为36.6亿美元，物理设计与验证市场规模23.4亿美元。半导体IP及CAE为其中最重要的两个细分市场。图表6 EDA细分市场规模（亿美元）140CAEIC物理设计与验证PCB和MCM （印刷电路板和多芯片模块SIP （半导体IP）服务120 19961998200020022004200620082010201220142016

14、20182020资料来源：ESD Alliance进入21世纪，半导体IP市场迅速发展。从市场结构看，据ESD Alliance数据，进入21世纪后，半导体IP市场规模占比显著上升，占比从2002年的3%上升至2020年的35%,成为EDA细分市场中最重要的细分市场。IC物理设计和验证市场规模占比稳定在20%左右,CAE市场规模占比则从1996年的57%下降至2020年的32%。图表7: EDA细分市场占比资料来源：ESD Alliance.EDA市场格局较为集中全球EDA市场呈现三龙头格局。Synopsys市场份额呈现上升趋势，Cadence市场份额稳定在20%左右，Mentor市场份额较为

15、稳定，稳定在15%-20%o从市场集中度看，全球EDA市场集中度较高，1996年至2016年始终维持在52%以上，最高达80% （2008年）。中国EDA市场竞争格局较为集中。据赛迪智库，2018-2020年中国EDA市场CR3分别为77.1%、77.4%、77.7%o 竞争格局较为集中，Synopsys、Cadence、Simens （收购 Mentor）三巨头合计占据了 77%以上的市场份额。三巨金中，Synopsys Cadence处于领先地位，2018-2020市场份额均在30%左右。图表8:全球EDA市场份额图表9:中国EDA市场份额40%35%30%25%20%15%10%5%0%19961998 2000 20