汇银资本|奇普的妈妈！什么是EDA？

这个文章主要介绍汇银资本|奇普的妈妈！什么是EDA？，和一些关于芯片有什么做的对应的知识点，希望对各位网友有帮助。

下周二，美国总统拜登计划签署《2022年芯片与科学法案》，该法案将在隔离措施结束后生效。有些内容包括EDA。

那么什么是EDA呢？本文将让您初步了解EDA及其现状。EDA的正式名称是ElectronicDesignAutomation，行业结构如下。

EDA产业被誉为一切集成电路的源头、芯片之母。

一个产品只有有设计才能生产，所有的芯片只有设计完成后才能生产。虽然市场总规模只有70亿美元左右，但却可以冲击数十万亿美元的市场。

1.EDA/IP行业简介

11芯片产业链格局

上游主要是集成电路设计，设计数据交给台积电、中芯等专业晶圆代工厂制造芯片，制造完成后对得到的晶圆进行切片、封装、测试。然后形成完整的芯片并组装成手机、数字电视等下游终端系统。从设计、制造、封装到测试的整个流程是芯片产业的核心链条。EDA和IP均位于芯片设计产业链的上游。

芯片设计发展的12个趋势

1）IDM模式

在20世纪70年代和80年代，芯片设计、制造、封装和测试的各个环节往往由一家公司完成，现在称为IDM模式，并且仍然是一个非常重要的模式。Intel的处理器、三星的内存条、德州仪器的一些模拟芯片，这些大厂都采用了IDM模式。这意味着一家制造商负责设计、制造、封装和测试芯片以及营销芯片产品。

2）无晶圆厂模式

台积电这个公司出现在20世纪80年代中期，它的出现实际上改变了整个芯片设计和制造行业的格局。当时，随着芯片制造复杂性的增加，许多希望进入芯片行业的初创公司无法承担制造成本、设备成本和新工艺研发成本。台积电创造了当时非常创新的晶圆代工概念无晶圆厂模式。台机电、三星、中芯等都是比较知名的晶圆厂，它们本身并不参与集成电路的设计，而是利用设计公司设计的芯片图形数据生产专门的代工产品。

这样做的好处是，设计和制造这两个完全不同的学科完全分开，由专门的公司实施。由于设计公司对芯片应用和技术指标有更深入的了解，因此他们设计的芯片更适合终端市场应用。由于制造公司汇总了数千家芯片设计公司发送来的数据进行制造，因此他们有机会在无数的芯片制造工程实践中协调生产线并不断优化生产线的参数。优化工艺以提高产品产量。同时，避免了多个企业在全产业链上重复建设生产线的重复成本。因此，台机电的出现在集成电路设计和制造方面具有开创性的意义。

3）灯光设计模式

例如，随着芯片设计的复杂性和规模不断增加，手机处理器通常在1美元硬币大小的芯片上集成数百亿个晶体管，其复杂性如此之高，以至于可以被视为系统。这些系统级芯片集成了很多功能，每个功能对应一个子模块，这些子模块可以认为是半导体IP。

随着芯片设计规模逐渐增大，没有一家芯片设计公司从头开始设计产品，而是经常采购第三方IP模块进行邦定和组装，最终完成设计。设计过程中不可避免地要使用EDA工具。EDA可以理解为芯片设计过程中必须使用的工艺CAD软件。它实际上是一种CAD软件，但专门用于芯片设计。本质上，它是一种辅助芯片设计的工艺工具。

图芯片设计发展趋势

13EDA+IP设计模式的必然性

首先，随着从65纳米到16纳米、7纳米和5纳米，芯片设计成本基本上呈指数级增长。在这种情况下，复杂芯片和采用先进工艺的芯片的芯片设计成本逐渐增加。因此，芯片设计尤其是芯片设计的第一次成功非常重要。否则，芯片设计公司将面临非常大的沉没成本。因此，在这种情况下，芯片设计公司必然会考虑重用经过验证的、成熟的模块化设计。这种模块化设计就是IP。随着技术不断进步，每个芯片中可集成的平均IP数量也在不断增加。以苹果的A14为例，该处理器配备了各种IP，包括中央处理器（CPU）、苹果自研的人工智能神经网络、苹果自研的图形处理器（GPU）和内存接口。

图EDA+IP设计的必然性

2.EDA/IP市场结构

21市场规模

基于终端市场和互联网市场，2020年EDA和IP合计市场规模将达到约110亿美元。事实上，市场规模并不大，但目前EDA和IP处于整个芯片产业链乃至整个IT电子信息服务业的最前沿，EDA和IP的任何动向都会带来强大的杠杆效应。去年，中国EDA市场规模约为7亿美元，折算人民币约为50亿美元。

22行业垄断

EDA软件在国内外都是一个非常垄断的领域，前三名的公司都是美国公司，而这三个美国公司占据了市场销售额的90%以上甚至95%。IP的情况也类似，前四大IP供应商占全销售额的四分之三。

23EDA软件产业链

上游主要包括一些专用硬件厂商和在通用软件基础上开发专用EDA工业软件的通用软件开发商。中游整体市场结构大致可分为三个层次。第一级是排名前三的EDA公司Synopsys、Cadence和Mentor，其营收基本超过10亿美元。第二级收入约为1亿美元，最高不超过2亿美元。这个级别的就是华大九天。

各公司24种主要产品

Synopsys和Cadence是目前全仅有的能够为完整芯片设计提供全系列EDA工具的制造商。Mentor的优势包括晶圆工厂中使用的OPC工具和缺陷检测工具，以及最终芯片设计中使用的DRC-LVS工具。

Ansys的第二级主要擅长设计芯片，然后将其放置在电路板上。当芯片运行速度较高时，不可避免地会产生电磁场效应。Ansys工具主要用于PCB板的电磁仿真。华大九天比较擅长的领域是模拟芯片设计，可以为模拟芯片设计提供从前端到后端比较完整的EDA解决方案，但遗憾的是没有数字芯片设计的EDA软件。

第三个层面，桂伦电子的产品和解决方案与华大九天的产品和解决方案有比较大的重叠，其提供了一个名为模拟器的核心工具，主要用于模拟芯片设计。仿真器的作用是对设计好的模拟电路进行仿真，然后获得与模拟电路性能相关的数据。由于仿真器是模拟芯片设计的纽带，桂伦电子和华大九天的业务存在明显重叠。光利微也是国内一家专业从事芯片测试、封装以及测试应用软件的公司。信合科技未来有望实现良好增长。主要竞争对手是Ansys，信合科技提供的EDA解决方案主要是电路板的电磁仿真。

下游主要包括芯片设计厂、晶圆厂、封装测试厂。

图EDA软件产业链

25IP竞争格局

IP主要分为中央处理器（CPU）、图形处理器和接口IP，最常见的是手机充电等USB接口和HDMI接口。前四大供应商的整体市场份额基本在四分之三左右，而且这个比例一直比较稳定。国内IP企业中，目前表现最为亮眼的是去年在科创委上市的贝瑞硅胶，其市场份额其实还比较低。

图IP市场环境

3、EDA/IP业务及核心竞争力

31芯片分类及设计流程

数字芯片和模拟芯片狭义的EDA工具是主要用于芯片设计过程的软件工具。芯片大致可分为两类数字芯片和模拟芯片。数字芯片主要处理数字信号。这类芯片的特点是，虽然可以做得很大、功能齐全，但单独作为数字芯片是无法完成的。系统。你需要一个模拟芯片来支持数字芯片。模拟芯片的作用是充当数字芯片与外部用户之间的接口，例如模拟芯片中包含了众多用户可以感知的光信号，例如屏幕亮度和颜色，以及用户可以感知的声音信号。可以听到。转换为数字信号，然后作为数字信号传递进行处理。

数字芯片设计流程提出要求，数字芯片设计者根据要求设计电路功能。现在，设计数字芯片就变成了编写描述数字电路功能的类C代码的题。将设计的数字电路的代码转换为原理图的技术术语称为综合，这一步之前的一切称为数字前端。合成的东西称为数字后端，转换成原理图后，需要将原理图的元件放置在特定的位置。这意味着您需要给芯片提供实际坐标。原理图中的连接必须使用实际金属进行接线，此步骤称为布局和布线，并创建图形数据。该图中的数据经过物理验证，例如DRC-LVS。一旦通过所有验证，就会交付给铸造厂进行生产。

模拟芯片设计流程模拟芯片设计比数字芯片简单，模拟芯片不是从代码设计开始，在设计过程中需要大量的手动调整。您可能可以将模拟芯片视为从电路设计阶段开始，而不是从综合阶段开始。电路图设计完成后，我们进行仿真验证性能，然后进行布局布线设计。之后，与数字芯片一样，布局和布线经过物理验证，然后交付到晶圆厂。

芯片设计主流EDA工具主流仿真工具是Cadence，市场份额约为70%。2020年，全国模拟EDA工具市场规模将达到约12亿元，其中70%将是Cadence。数字前端领域的领导者主要是Synopsys。尽管Synopsys和Cadence都可以提供全系列的模拟和数字设计EDA工具，但这两家公司仍然有自己的专业领域。Synopsys更擅长数字前端工具，而Cadence更擅长数字后端和模拟工具。

32EDA和IP盈利模式

EDA厂商的收入模式有两种EDA企业的利润主要来自于软件许可证审批，一般国内EDA企业仍然按照销售的EDA工具许可证数量收取费用，并且每个许可证通常都有最短销售期限。EDA工具的成本在这三年中变化很大。数字后端布局和布线工具是最复杂的芯片设计，具有最大的工作负载，因此许可成本最高。接下来是模拟设计工具，然后是数字前端工具。

除了软件许可认证外，设计服务也是收费的，通常是主要EDA厂商的支持服务。芯片设计服务主要帮助没有设计经验的公司，尤其是芯片公司这样的初创公司。他们不擅长制造芯片，需要设计技术先进的复杂芯片，一些大厂商会为此类客户提供专门的设计服务。我们设计服务的意义在于帮助这些初创公司在尖端技术上构建他们的EDA流程，并利用这个机会推广他们自己的工具。

图EDA收入模型

IP收入模型与EDA类似。它主要是IP许可认证，大多数情况下是按项目收费的。一个使用关键材料进行芯片制造的项目？芯片制造过程中使用的主要材料有

1硅硅是芯片制造中最重要的材料。硅是一种半导体材料，具有良好的导电性和导热性，可以很容易地加工成各种形状和尺寸。

2金属在芯片制造中，金属用于制造电线和触点。主要金属有铝、铜、金、银。

3光刻胶光刻胶是芯片制造中的关键材料，用于将电路图案转移到硅片上。光刻胶对光非常敏感，在一定的光照下会发生化学反应并改变其性质。

4掩模掩模是一块透明的硅片，上面刻有电路图案。在芯片制造中，光刻工艺中使用掩模将电路图案转移到硅晶圆上。

5电子气电子气在芯片制造中也发挥着重要作用，用于薄膜沉积、硅片蚀刻、离子注入等工艺。常见的电子气有氮气、氧气、氢气、氩气等。

6化学品芯片制造中使用许多不同类型的化学品，包括溶剂、清洁剂、蚀刻剂和掺杂剂。这些化学品在芯片制造过程中起到清洗、蚀刻、掺杂等作用。

7包装芯片制造出来后，必须进行包装，以保护其免受物理损坏和环境影响。常见的包装材料有塑料包装、陶瓷材料等。

这些关键材料在芯片制造过程中发挥着重要作用，共同保证芯片的性能、可靠性和良率。

芯片的流行名称有哪些？芯片也称为集成电路。也可以理解为电路的小型化。简单地说，它是印刷在电路板上的极其小型化的电路的***。这个电路板可以称为芯片。如今，水下手机所采用的技术已达到纳米级。

可以说，一切尖端电子设备都离不开芯片，现代生活也离不开芯片，但芯片给国家带来的发展和帮助是无法通过数据来衡量的。目前，我国已经成为芯片需求量较大的市场。芯片是我国进口第一大类产品。我们只看2019年的数据。今年全国进口芯片总量达44.513万亿颗，进口金额约2.5万亿美元。