半导体ip龙头-三家公司主宰全球半导体软件大门？

对于半导体行业来说，极端分工的本质是风险分担机制。 毕竟，没有一家公司能够克服半导体行业的所有技术难关，产业链不遗余力地细化分工，让每一个参与者都能掌握在自己的手中。 领域将技术推向极致。

纵观半导体产业发展史，有三项商业模式创新深刻体现了半导体产业的极端分工，并对产业发展产生深远影响：

[1]制造环节分离出来，具有划时代意义

制造工艺的分离，大大降低了芯片制造的门槛，让穷白草根团队逆袭成为可能。 以专注于代工的台积电为例。 通过掌握尖端精密制造技术，成为摩尔定律的有力推动者。

正是因为台积电解决了制造问题，初创企业不一定需要选择重资产的IDM（集成器件制造）模式，而是大多转向fabless，即无晶圆设计公司，而收集一些巧妙的设计。 工程师们，你们可以卷起袖子开始工作了。

在这个领域，诞生的最具代表性的公司就是大家熟知的台积电，中芯国际映射到A股。 这一段大家都知道了，这里就不再重复了。

图2：台积电

【2】专业软件的诞生解放了IC设计工程师

但现实是，仅靠台积电是不够的。 在设计芯片时，可能需要在每平方厘米的狭小空间内布局数亿个晶体管及相关电路。 显然，这已经远远超出了人工操作的能力。 为了完成自动绘图，EDA软件应运而生。 出生。

EDA，全称Electronic Design Automation，即电子设计自动化。 工程师在设计芯片时，只需要使用程序来规划芯片的功能，然后使用EDA工具将程序转换为实际的电路设计图。 因此，EDA本质上是一种特殊的工业软件，但却在芯片领域名声大噪，成为每个芯片设计工程师必备的工具箱。

该领域的垄断公司并不为大家所熟知，主要代表公司有Synopsys（新思科技）、Cadence和Mentor。 国内目前还没有相应的公司上市，但华大九天和广利微已经在接受券商的辅导，未来我们会看到他们的IPO。

图 3：新思科技

【3】随着行业的发展，IP的概念逐渐诞生

设计自动化的创新不仅仅局限于EDA的诞生。 在设计芯片的过程中，工程师发现很多东西是可以复用的，那就是“模块化”。 因此，一些只做这部分的公司设计IP核。 （知识产权核心）。

IP核是指芯片设计中可重复使用、具有自主知识产权的设计宏模块。 这些成熟可靠的IP解决方案可以实现特定的功能，允许芯片设计公司购买IP核进行设计，这再次大大简化了流程。 芯片设计流程。 经过演进，IP核已成为系统设计中的基本单元。

这个领域最著名的公司就是ARM。 我们的文章《》之前已经详细解读过； 特别值得一提的是，排名靠前的IP公司中有很多都是EDA公司。 事实上，这很容易理解，因为每天自动化设计软件的公司已经非常了解IP核。 现在A股上市公司中，还有一家主营IP核的公司——芯原芯原（SH：688521）。

图4：全球半导体IP市场格局（2019年），来源：IPnest

正是由于上述三项重要的商业模式创新，芯片产业形成了与传统产业完全不同的商业模式。 整个设计流程如下图所示。 IC设计公司与代工公司、EDA软件公司&IP提供商紧密合作，形成非常牢固的铁三角关系，共同完成产品的快速开发和迭代，这也大大降低了芯片的成本。

得益于EDA、IP和代工，行业的创业门槛大大降低，我们可以看到国内很多企业能够在10多年的时间里迅速崛起。 讨论较多的公司，如威尔、盛邦，以及兆易创新、恒玄科技、星辰半导体等，无一例外都采用了这种模式。

图5：Fablesss模式芯片设计公司产品生产流程，数据来源：半导体行业观察、方正证券

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我很小，但我是半导体的命脉

【1】我很小，但我很重要

与高达近千亿美元的晶圆代工市场不同，半导体领域的EDA和IP堪称极其细分的领域。 因为他们处于芯片产业链的最上游，所以他们的市场规模其实很小。 经过几十年的发展，全球EDA市场将迈向百亿美元门槛； 而IP市场空间就更小了，占全球市场份额接近40%的龙头ARM的营收也只有不到20亿美元。 。

图6：全球EDA市场规模仅约100亿美元，来源：EDAC

虽然规模不大，但可以毫不夸张地说卡通人物，如果没有EDA和IP，世界的技术发展将会停滞。

在Synopsys（新思科技）的官网上，有一张图非常准确地描绘了这种关系：虽然EDA和IP加起来的市场规模只有100亿美元多，但整个电子系统1.65万亿美元以此为基础，形成了典型的倒金字塔模型。 也就是说，没有EDA和IP，整个金字塔就会倒塌。

而且EDA和IP是非常非常难做的。 需要随着芯片制造工艺的小型化、工艺参数的创新等不断迭代，每次迭代都需要大量更新底层代码。 如今，随着人工智能、物联网时代的到来，在后摩尔时代的制约下，该领域的创新也面临着更大的挑战。

图7：EDA和IP是半导体创新的核心，来源：Synopsys官网

[2]从EDA&IP视角审视中美基础研究差距

正是因为这个行业的技术壁垒随着时间的推移越来越高，EDA领域基本上只有三个巨头，分别是Synopsys（新思科技）、Cadence（景腾电子）、Mentor Graphics（明导）图形）），这三个有着30多年历史的“老公司”可谓EDA的鼻祖：

Synopsys：成立于1986年，是一家美国公司，由Aart de Geus领导的通用电气工程师团队创立，2008年成为全球第一大EDA软件工具领导者并延续至今，年收入超过30亿美元近年来美元。

Cadence：成立于1988年，是一家美国公司。 早在1992年，该公司就已经成为EDA行业的领导者，但在2008年被Synopsys超越​​，目前年收入超过20亿美元。

导师：成立于1981年，是第一家美国公司。 EDA工具的综合性弱于Synopsys和Cadence，因此营收规模在10亿美元左右，但在PCB设计工具等部分领域相对领先。 Mentor于2016年被德国西门子收购。

上述三大巨头均为美国血统的公司，合计市场份额超过70%。 这也是华为遭遇封锁的时候，业界担心如果EDA软件的销售受到限制，中国芯片设计行业将会受到冲击。 而对此，我们可以说，我们无能为力。

图8：EDA软件全球竞争格局，来源：前瞻产业研究院

自然有人会问，既然是软件，如果有限制的话，可以先制作破解版吗？ 答案是否定的。 如上所述，EDA软件编写后并不会保持不变。 随着下游应用的变化、材料的变化、制造工艺的改进，EDA需要不断迭代更新工艺库。 最频繁的一次是一个月。 更新一次。 打个可能不太恰当的比喻，如果你的办公室每个月都要进行一次大升级才能使用，那么盗版自然就没有生存空间了。

除了基本不可能使用破解之外，这款软件的用户粘性也特别高。 一方面，由于EDA软件占这些公司成本项目的一小部分，价格根本不敏感，而且非常关键ip形象，所以除非迫不得已，客户一般不会更换供应商。 另一方面，EDA的本质是提供一揽子工具包来为客户解决问题，而这些海外领先者可以提供一站式服务。

因此，依靠拥有护城河的知识产权，新思科技等可以收获半导体行业的发展红利。

目前，中国EDA企业还处于起步阶段。 知名公司有华大九天、光利微、博达微等，但制造工艺都在20nm以上，无法提供全套工具。 挑战。 但挑战的背后却蕴藏着更大的机遇。 随着国内半导体行业自主品牌的崛起以及对知识产权的重视，国内EDA企业终于看到了翻身的机会。

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他山之石：以Synopsys为参考

知己知彼，百战不殆。

作为EDA领域的绝对领导者，Synopsys已经坐稳了13年的宝座。 此外，近年来，公司IP业务顺应行业发展规律快速发展。 目前已成为继ARM之后IP领域的全球领导者。 第二。 EDA和IP是半导体的大门，毫不夸张地说，Synopsys是这道大门的看门人。 金都研究院将尝试从财务角度解构Synopsys这家领先的EDA&IP公司。

【1】财务数据稳定如假

根据早在1991年就能找到的财务数据，分析后的第一反应是稳定。 我们选取公司营收和毛利率两个指标：

1）收入从4000万美元稳步增长至37亿美元，年均增长率17%。 你在里面几乎看不到周期的影子，2005年以后就没有出现过收入下降的年份；

2）毛利率更夸张。 30年来，无论公司营收规模和业务结构如何变化，始终稳定在80%左右，看上去就像是假的。

根据公司最新半年财报，2021财年上半年，公司营收20亿美元，同比增长17.6%，毛利率79%。 。

正是在稳健增长之下，公司市值也从最初的4亿美元增长到目前的380亿美元半导体ip龙头，成为不折不扣的“牛股”。

另一家领先公司Cadence也表现出了类似的特点。 之所以拥有如此神奇的财务和经营指标，是因为该行业技术壁垒极高，客户粘性极高，对价格不敏感。 旱涝保收，躺着赚稳定钱。

但也正是因为这个原因，你几乎不需要期望这些公司有颠覆性的创新，也不需要期望在某一年出现爆发式增长。 它基本上是一列安全性高、匀速前进的绿色列车。 好的。 当然，这也成为该公司诟病的重点之一。 毕竟研究这个领域的人大部分都是成长股猎手。

图 9：Synopsys 收入，来源：彭博社

图 10：Synopsys 毛利率，来源：彭博社

【2】EDA行业建立竞争优势的秘诀：工程师的疯狂堆砌和技术的疯狂购买

上节提到，公司的增速和毛利率出奇的稳定，在科技行业基本算是一个相当另类的存在。 我们所熟悉的科技行业，更像是《浪潮之巅》中描绘的那些公司。 开业已有30多年，一直屹立不倒。 从结果中很容易推断出一个结论：这是一个有护城河的行业，否则80%的毛利率早就被新进入者拉低了。

说起Synopsys，它最大的优势在于它的全面性。 模拟前端的XA、数字前端的VCS、后端的sign-off工具等等都有，而且有些工具的性能非常强大。 垄断了90%的TCAD设备仿真（注：EDA软件核心底层）和50%的DFM工艺仿真。 如果不是下游客户需要支持多个供应商，Synopsys 理论上会拥有更高的市场份额。

支撑Synopsys竞争优势的秘诀是疯狂堆砌工程师、堆砌智力密集型人才的商业模式，其结果就是高昂的研发成本。

前面提到，由于需要不断更新迭代半导体ip龙头，EDA需要极其夸张的研发投入。 Synopsys年收入的1/3需要投入研发。 到2020年，每年研发投入绝对金额将高达近13亿美元。 未来，随着行业技术挑战越来越多、劳动力成本越来越贵，13亿美元只是新阶段的起点。

图11：Synopsys极高的研发费用，来源：彭博社

除了内部研发之外，这个行业还需要继续做外延并购。 自1986年成立以来，新思科技已进行了80次收购。 收购的对象基本上是被市场证明成功的产品和公司。 在整合方面，龙二和龙三Cadence（垦腾电子）和Mentor Graphics（明导国际）也分别进行了60余起并购。

并购表面上看是对其他企业的收购和投资行为，但实际上是研发费用的外部化，作为内部研发的有效补充。

正是依靠高额的内部研发和不断的外部并购扩张，新思科技实现了厚积薄发、易守难攻、能够稳定增长、躺着赚钱的商业模式。