华大九天研究报告国内EDA领先企业，将在国产化大潮中受益

　　（报告出品方作者：平安证券，付强，闫磊，徐勇，徐碧云）一、公司是国内EDA工具龙头，正在国产化大潮中受益
　　1。1、公司坚守EDA赛道，是国产化替代的中坚力量
　　EDA是ElectronicDesignAutomation的简称，即电子设计自动化，是指利用计算机软件完成大规模集成电路的设计、仿真、验证等流程的设计方式，融合了图形学、计算数学、微电子学、拓扑逻辑学、材料学及人工智能等技术。运用EDA技术形成的工具称为EDA工具。EDA工具是集成电路设计、制造、封装、测试等工作的必备工具，是贯穿整个集成电路产业链的战略基础支柱之一。随着集成电路产业的快速发展，设计规模、复杂度、工艺先进性等不断提升，EDA工具的作用更加突出，已成为提高设计效率、加速产业技术进步与革新的关键因素。
　　国内EDA行业发展经历十分波折，经历了西方全面封锁期、集中突破期、沉寂期、缓慢发展期，2018年之后进入快速发展阶段。在19942008年间，虽然行业受到海外厂商的全面压制，但是国产EDA发展的种子依然还保留着。原熊猫系统的班底北京集成电路设计中心，依然在坚持，2009年成立华大九天，并持续承担着核高基项目EDA的研发。
　　2022年，中美在芯片领域的竞争进一步加剧，美国对中国的限制开始从精准打击龙头到体系化限制，EDA将是封锁中国半导体产业的重要工具。2022年8月美国推出《芯片与科学法案》并试图推动CHIP4芯片联盟打击竞争对手。8月12日，美国商务部工业和安全局（BIS）又发布一项新增的出口限制临时规定，对四项技术进行出口管制，包括设计GAAFET（全栅极场效应晶体管）结构集成电路所必需的EDAECAD软件。GAAFET最早由三星于2019年提出，以解决FinFET在5nm以下制程遇到的问题。作为未来先进制程的重要技术方向，三星在其3nm工艺上已经在使用，台积电将在2nm节点使用该技术。国内设计水平目前在7nm左右，虽然离3nm还有一段距离，但是美国此举可能会延缓或阻断我国芯片产业继续向高端升级的进程。
　　公司作为国内EDA产业的龙头，正在积极追赶国际龙头，提升国产化能力。华大九天成立之后，在技术开发和业务拓展上一直聚焦于EDA领域，围绕EDA技术不断创新。公司通过不断增强自身研发技术积累，准确把握行业技术趋势，目前已发展成为国内规模最大、产品线最完整、综合技术实力最强的EDA企业。公司主要产品包括模拟电路设计全流程EDA工具系统、数字电路设计EDA工具、平板显示电路设计全流程EDA工具系统和晶圆制造EDA工具等，并围绕相关领域提供技术开发服务。
　　1。2、公司可提供模拟和平板显示全流程工具，正在提升数字电路工具覆盖率
　　实现设计全流程工具覆盖，对EDA企业具有重要意义。首先，设计全流程工具是我国集成电路产业健康持续发展的支撑和保障。EDA主流工具种类繁多，任何一个关键环节的缺失，都将制约我国集成电路产业的发展。因此，实现EDA工具全流程覆盖契合我国集成电路产业发展的需要，也是公司行业战略地位的重要体现。其次，设计全流程工具可以提升公司的市场竞争力。
　　对于用户而言，相比组合使用多家EDA厂商的点工具，采用同平台的全流程产品能够实现更好的数据兼容性、精度一致性，并且能够显著降低使用成本、提升使用效率。因此能够提供全流程EDA工具的厂商对客户吸引力更大，具有更强的市场竞争优势。最后，设计全流程工具可以促进国内生态链的建设和技术进步，实现对国外产品的全面替代，有利于促进国内集成电路产业自主生态链的建设。基于公司的全流程EDA工具系统，可以针对新材料、新工艺、新技术等提供全系统定制化服务，促进集成电路产业的技术进步。
　　公司目前在模拟电路设计和平板显示电路设计领域已经实现了对设计全流程工具的覆盖，在数字电路设计EDA领域方面也在不断提升覆盖率。1）模拟电路方面，公司实现了28nm以上制程的全流程化，其中仿真工具最高可以支持5nm。虽然公司模拟电路全流程工具整体上相比国际水平还有差距，但是由于模拟电路对工艺的依赖程度较低，成熟制程为主，公司的产品也能够解决大多数客户的需要。2）平板显示工具方面，由于该领域与模拟电路工具有一定的相似性，公司在该领域有着较强的产品能力，在国际市场上也处于领先地位。
　　数字电路产品覆盖差距较为明显，但公司技术水平和覆盖面正在提升。公司已发布的数字电路设计EDA工具中，5款主要工具可支持5nm量产工艺制程，已经达到国际领先水平；单元库特征化提取工具能力提升最为明显，从上市时的40nm大幅提升到7nm。
　　相比国内其他厂商，公司走的是先实现某些领域工具的全流程解决方案，然后通过市场化和加大研发投入来提升整体技术水平。目前公司在模拟和平板显示上已经实现全流程，平板显示领域还处在世界领先水平。针对数字电路领域，公司的策略也是试图打造全流程工具，相关的研发工作正在推进中，比如重点投入的逻辑综合工具、时序分析优化等领域。国内其他厂商，则是考虑从点工具入手，突破关键环节的解决方案，不断提升竞争力，代表性的厂商包括概伦电子、广立微和芯华章等，比如概伦电子在存储和制造环节有着比较强的竞争力，广立微则强在成品率提升相关的工具，芯华章在验证工具方面进行着持续的投入，这些企业部分点工具甚至可以进入国际市场。
　　1。3、公司掌握较为先进的、关键性和基础性EDA工具软件技术，维持着研发高投入
　　EDA是典型的技术密集型行业，需要持续保持高强度的研发投入来开发先进、关键和基础性技术，以保证公司业务经营的独立性、完整性及其技术服务的安全可靠性。截至2021年12月31日，公司共拥有已授权发明专利150项，软件著作权67项。为保持自身的竞争力，公司保持了持续高比例的研发投入。公司2019年、2020年和2021年研发费用分别为1。35亿元、1。83亿元和3。05亿元，占营业收入的比例分别为52。50、44。22和52。57。从2021年的费用投向来看，主要使用在模拟电路设计全流程技术升级开发、数字电路设计工具技术升级开发等方面。
　　EDA行业对于专业人才尤其是研发人员的依赖程度较高，专业技术人员是公司生存和发展的重要基石。截至2021年12月31日，公司总人数660人，员工中博士学位人数为51人，硕士学位人数为351人。公司研发与技术人员数量达494人，研发与技术人员占公司总人数比例达74。85。在人力资源方面的大量投入，极大缩短了公司产品的研发周期，提高了产品技术水平和竞争优势。
　　核心技术人员或者技术领军人物对EDA的发展也至关重要。公司董事长刘伟平技术出身，同时也是公司核心技术人员，对EDA行业有着深刻的理解。刘伟平是复旦大学半导体物理与半导体器件物理专业硕士，清华大学计算机科学与技术专业博士。1989年8月至2002年6月，历任北京集成电路设计中心（后更名为中国华大集成电路设计中心）课题组长、部门经理、副总经理、副总裁；2002年6月至2009年6月，任北京中电华大电子设计有限责任公司总经理。华大九天成立之后，刘伟平一直担任公司总经理。
　　1。4、受益于国内EDA国产化提速，公司营收较快增长且盈利持续改善
　　公司相较于国际巨头新思、锴登电子和西门子EDA等有较大差距，但是凭借着国内国产化市场的提速，市场份额表现出较大的提升潜力。公司招股说明书数据显示，2020年公司在国内市场上的份额为6，排在三巨头之后，位列国产厂商第一位。2021年，公司实现营业收入5。79亿元，同比增长39。66。其中，EDA软件是公司收入最主要的来源，2021年达到4。86亿元，占整体收入的比重为83。94。2022年上半年，公司实现营业收入2。66亿元，同比增长46。13。
　　公司下游客户主要包括集成电路设计企业、晶圆制造企业、平板厂商等。2021年，公司前5客户占到公司收入45。40，包括K1、上海华虹、中国电子、中芯国际和北京智芯微等。
　　直销是公司主要的销售模式，授权费是主要收入来源。公司EDA软件的盈利模式为授权模式，即公司向客户销售指定版本的软件，并收取合同约定期间的授权费。根据授权期间的不同，又可分为永久期限授权和固定期限授权。客户根据自身业务需求，选择不同期限授权的EDA软件。对软件换代需求不迫切的企业，通常采购永久期限授权软件；对软件换代需求迫切的企业，通常采购固定期限授权软件。公司的固定期限授权通常为13年，根据客户自身需求及与公司的协商，合同可约定在固定期限内提供一次或多次授权。多次授权模式下，公司分次向客户提供license，于每次提供license后取得收货（安装）确认单，并确认收入。
　　公司毛利率持续维持在较高水平。20192021年，公司毛利率分别为87。68、87。33和89。36，整体处在回升态势。分板块看：1）EDA软件销售业务中，产品是以软件形式交付，具有明显的0边际成本的特点，公司的EDA产品销售业务的毛利率为100；2）技术开发服务业务中，需要投入的人工成本和委外费用较大，故毛利率相对较低，此外单个项目的毛利率与为客户提供的服务项目难易程度、客户的规模等相关，因而存在一定波动。
　　二、全流程EDA工具系统国内领先，数字电路EDA技术水平提升
　　公司主要产品包括模拟电路设计全流程EDA工具系统、数字电路设计EDA工具、平板显示电路设计全流程EDA工具系统和晶圆制造EDA工具等，并围绕相关领域提供技术开发服务。
　　2。1、模拟电路和平板显EDA工具可实现全流程，占公司收入超过7成
　　公司可以实现全流程EDA工具系统有两类，一类是模拟电路设计EDA工具，一类是平板显示设计EDA工具。从收入贡献上来看，全流程EDA工具系统是销售收入的主要来源，2021年实现收入3。52亿元，占EDA软件销售收入的比重为72。36。近年来，全流程EDA工具系统保持较快增长，一些关键客户持续在导入相关产品，同时国内设计企业数量和实力的增加也带来了公司用户盘子的扩大。
　　（1）模拟电路设计EDA工具。模拟集成电路设计是指对模拟电路进行结构设计、版图设计、功能和物理验证的全过程。这一过程包括原理图编辑、电路仿真、版图编辑、物理验证、寄生参数提取、可靠性分析等环节。公司是我国唯一能够提供模拟电路设计全流程EDA工具系统的本土EDA企业。该EDA工具系统包括原理图编辑工具、版图编辑工具、电路仿真工具、物理验证工具、寄生参数提取工具和可靠性分析工具等，为用户提供了从电路到版图、从设计到验证的一站式完整解决方案。
　　（2）平板显示电路全流程设计工具。平板显示电路设计与模拟电路的设计理念、设计过程和设计原则有一定的相似性。公司在已有模拟电路设计工具的基础上，结合平板显示电路设计的特点，开发了全球领先的平板显示电路设计全流程EDA工具系统。该EDA工具系统包含平板显示电路设计器件模型提取工具、平板显示电路设计原理图编辑工具、平板显示电路设计版图编辑工具、平板显示电路设计电路仿真工具、平板显示电路设计物理验证工具、平板显示电路设计寄生参数提取工具和平板显示电路设计可靠性分析工具等。以上工具被集成在统一的设计平台中，为设计师提供了一套从原理图到版图，从设计到验证的一站式解决方案，为提高平板显示电路设计效率，保证设计质量提供了有力的工具支撑。
　　2。2、数字电路设计EDA工具部分处于国际领先，但离全流程还存在较大差距
　　数字电路设计是指电路功能设计、逻辑综合、物理实现以及电路和版图分析验证的过程。这一过程通常分为数字前端和数字后端两部分，主要包括单元库准备、逻辑仿真、逻辑综合、布局布线、寄生参数提取、时序分析与优化、物理验证和版图集成与分析等环节。公司的数字电路设计EDA工具为数字电路设计的部分环节提供了特色解决方案，具体包括单元库特征化提取工具Liberal。单元库IP质量验证工具Qualib、时序仿真分析工具XTime、时序功耗优化工具XTop以及版图集成与分析工具Skipper等。
　　相比于模拟电路和平板显示电路，公司的数字电路设计工具同国际先进水平差距较大，目前做不到全流程。但是，公司也正在通过此次IPO的募投项目去逐步提高覆盖率，以缩小与国际水平的差距。按照公司招股说明书，募集的25。51亿元的资金中，安排了5。07亿元用于电路仿真及数字分析优化EDA工具升级项目，同时安排5。67亿元用于数字设计综合及验证EDA工具开发项目。
　　如果电路仿真及数字分析优化EDA工具升级项目顺利推进，将提升公司主营产品的技术水平，满足更多客户、更先进工艺对EDA工具的功能和性能需求；电路仿真及数字分析优化EDA工具升级项目面向数字电路设计的逻辑综合、逻辑仿真、静态时序分析和物理验证等工具，这些都是国内EDA工具的短板所在，如果实施顺利，将切实夯实公司在数字电路设计领域的技术积累，填补公司在数字电路设计EDA工具链条上的空白，形成面向数字电路设计的综合和验证解决方案，进一步完善公司在数字电路设计领域的布局。
　　2。3、晶圆制造EDA面向工艺开发和IP设计需求，提供器件模型等工具
　　公司针对晶圆制造厂的工艺开发和IP设计需求，提供了相关的晶圆制造EDA工具，包括器件模型提取工具、存储器编译器开发工具、单元库特征化提取工具、单元库IP质量验证工具、版图集成与分析工具以及模拟电路设计全流程EDA工具等，为晶圆制造厂提供了重要的技术支撑。除了单元库特征化提取工具、单元库IP质量验证工具、版图集成和分析工具与前面数字、模拟电路设计工具相同之外，针对晶圆制造，公司还有器件模型提取工具、存储器编译器开发工具等产品。
　　（1）器件模型是晶圆制造厂为客户提供的必备工艺库文件之一。器件模型是工艺器件功能与性能的数学表征，它利用数学方程、等效电路及工艺数据拟合等方法对器件电流电压关系等进行精确描述，是电路仿真的重要基础。公司器件模型提取工具XModel为设计师提供了高效的模型提取解决方案，支持硅基金属氧化物器件、硅基高压器件、分立器件和新型第三代半导体等不同类型的器件模型提取。
　　（2）存储器编译器是晶圆制造厂为客户提供的重要基础IP之一，用来生成不同容量的存储器及相关数据文件。公司存储器编译器开发工具SMCB提供了电路拼接、版图拼接、特征化提取及IP发布等功能，为设计师提供了一站式存储器编译器开发解决方案。该工具通过创新性的存储器编译器电路和版图拼接技术，显著提升了电路和版图拼接、关键路径生成以及存储器实例化的效率。同时，该工具为不同类型的存储器提供了通用的存储器编译器发布功能，为晶圆制造厂同时发布多工艺、多类型的存储器编译器提供了技术支撑。三、国产EDA发展寒冬已过，公司将在国产化大潮中受益
　　3。1、EDA行业正处4。0阶段，工具功能更强大、自动化水平更高
　　EDA可以提升设计自动化水平和产品性能，缩短设计周期。通过EDA的应用，设计企业可以自主验证设计方案的正确性，对电路特性进行优化设计和模拟测试，大幅度提升工程师的设计效率，满足芯片日益缩短的上市周期要求。同时，通过EDA对设计的持续优化，设计企业可以让所设计的芯片具有更好的PPA（能耗、性能、面积）表现。尤其是在SOC（系统级芯片）设计环节中，EDA在提升PPA方面的作用表现的更为突出。EDA对成本节省的效果十分明显。据Kahng教授在2011年的测算，当年一颗最先进的SOC，比如5nm的芯片，在使用EDA情况下，设计费用应该在4000万美元左右。但如果没有EDA，即使不考虑时间成本，费用会增长200倍。
　　3。2、行业进入门槛高，生态锁死且技术难度大
　　生态锁死：IP厂商、EDA厂商、芯片设计公司及晶圆厂上下游企业深度绑定。尤其是在先进工艺节点上，各方通过紧密合作、反复迭代，最终实现产品量产。龙头EDA厂商也正是利用这种联盟，始终把控着设计工具的尖端市场。技术难度大：芯片上单位面积上集成的晶体管数量还在高速增加，物理和工艺问题日趋复杂，算法高度密集。因此，对设计工具的可靠性和经验积累要求非常高，任何细微的电气特性的错误都会持续放大造成流片失败。此外，随着流片成本持续上扬，客户对流片失败的容忍度持续下降，一般成熟的工具由于经过了市场的持续检验，不会出现由于工具问题造成流片的失败，相反新进入企业获得市场认可和信任的难度很大。
　　市场狭窄而且拥挤：虽然支撑着超过3万亿美元的电子信息行业大市场，但自身规模不大（130多亿美元）。新进入者在这个市场上，将直接面临着巨头的竞争，被挤出市场或者被收购的风险都很大。行业市场规模大概相当于半导体行业销售规模的2。5左右，很难向上突破。这和行业的工具属性和议价能力相对较弱有关系。
　　美国市场掌控力最强，国产EDA受挤压明显。从收入区域结构来看，美洲地区规模最大，其次是亚太（不含日本）。ESD统计数据显示，2021年4季度当季，EDA全球销售额最大的是美洲市场，销售收入接近15。8亿美元，占整个EDA收入的比重为46；亚太地区（不含日本）占总收入的比重为34，其中最主要的市场是中国大陆和中国台湾省；欧洲、中东和北非市场收入占总收入比重约为14。美国在上游设计工具、核心IP以及制造设备等领域有着强大的影响力，尤其是在EDA领域，美国的增加值就占到全球的85，EDA三巨头中前两家都是美国公司。美国竞争力最强的三个领域，恰恰是我国半导体行业的短板所在，其中EDA突破的难度和紧迫性都更高。此次美国商务部对GAAFET的EDA软件的出口管制，使得我国EDA自研的紧迫性进一步提升。
　　新思科技、楷登电子和西门子三巨头主导市场。全球EDA市场被Synopsys（新思科技）、Cadence（楷登电子）和MentorGraphic（2016年为西门子收购，收购后未公布公开数据）主导，三家厂商的市场份额估计超过60。从产品和服务情况看，新思半导体、楷登电子这两公司竞争力比较强，能够覆盖电子设计全部流程；西门子EDA（原Mentor）虽然产品线没有其他两家全面，但在PCB（印刷电路板）设计工具领域的优势明显。其他厂商，如ANSYS、PDFSOLUTIONS、SILVACO、华大九天等，属于第二梯队，多数都是在点工具上发力，还很难与三巨头抗衡。
　　国内EDA市场规模较小且国产化水平低，竞争格局分散。据市场测算，国内EDA市场规模在5亿美元上下，近年来成长较快，但在全球EDA市场规模中占比非常小。在这个市场上，主要还是为新思科技、楷登电子和西门子EDA（原Mentor）三巨头把控，国产化率10左右，非常低，且竞争格局分散。差距主要体现在，国内厂商以点工具为主，对数字电路全流程和先进工艺等支持不足。首先，国内厂商除了华大九天在模拟电路和显示面板方面可以做到全流程工具支持之外，其他的多是以提供点工具为主。其次，国产工具在先进制程方面的短板尤为明显，目前部分领域的全流程最高可以支持28nm，制造和封测环节的支持能力也非常薄弱。再次，国内企业缺乏持续验证和迭代的IP库，可用性差、效率低。最后，国内EDA产业生态存在巨大差距，人才缺失严重。
　　3。3、政策、市场环境向好，国产EDA将迎来发展春天
　　数字经济快速发展，数字产业化和产业数字化都将提速，国内对算力尤其是芯片的需求将快速增长。对公司来讲，华大九天作为国内EDA产业的龙头，其技术能力和体量在国内处在领先地位。虽然之前提到，全球的EDA行业成长性成长性并不是很高。但是，对于日趋割裂的全球半导体产业链来讲，国产化将为公司创造更多的机会。1）国内芯片国产化提速，设计、制造和封测能力都在提升，国产EDA将获得更多的市场空间。设计环节，设计企业快速增加，营收超过亿元的设计企业持续增多，设计能力明显增强，EDA尤其是国产EDA的采购能力和意愿都在提升；制造环节，市场预计中国大陆在未来10年间新增产能占全球的比重将达到40，期末份额也将达到24，较20102020年提升明显。
　　2）AI与云计算等新技术的持续演进，汽车、物联等新的场景快速落地，同样给国内EDA企业带来了新的契机。人工智能方面，国内人工智能产业发展迅速，未来有希望与EDA产业实现融合，通过算法提高设计效率，甚至是远期实现设计的自动化。云计算技术的演进也会给更多EDA工具的普及应用带来契机。随着数据安全技术的持续提升，通过云甚至公有云的模式将EDA服务化成为可能，通过按需采购、按时长采购的模式成为可能，大幅度降低企业在基础设施方面的投入，破除企业面临的算力瓶颈，吸引中小企业更多采用正版EDA工具。云化EDA在当前疫情散发的大环境中，可以实现设计人员脱离物理办公环境限制，实现远程办公，这部分的需求也正在增多。
　　3）政策环境向好，重视程度提升，国家将在十四五期间实现集中突破，资金、知识产权、人才培养等领域支持力度加大，行业生态缺失和人才短缺的问题也会逐步解决。人才方面，随着互联网流量红利的逐步消失，EDA等工具软件行业在人才吸引力方面，较之前会有所改善，会有更多的软件工程师加入该领域并留下来。生态方面，未来有希望通过新型的举国体制，将产学研用资连接起来，壮大产业生态圈。
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　　精选报告来源：【未来智库】