美禁令或加速國產替代，EDA工具20年磨一劍

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2022-10-21 19:03:45 5

核心看點：1.華大九天長期深耕EDA行業，布局模擬電路、數字電路等領域EDA設計工具，已成為目前國內規模最大、產品線最完整的EDA供應商之一。隨著公司全流程布局推進，客戶粘性有望逐步提升，商業化拓展有望加速。華大九天2020年占國內EDA市場份額6%，是國內市場第四大EDA工具企業。

2.美國對中國的限制開始從“*打擊龍頭”到“體系化限制”，2022年8月BIS的ECAD禁令長期可能會影響中國高性能芯片企業產品持續迭代演進。EDA軟件工具國產替代的邏輯或將催化國內相關企業的股價的持續發酵。

3.EDA行業屬于投資周期較長，且見效慢的基礎性產業，需要長期的算法技術積累，研發周期較長，產業化周期也很長，對資金的長期投入依賴性較高。然后EDA產業規模卻相對較小，市場空間展望有限，但不可或缺。

*部分：公司簡況

集微網報道，北京華大九天科技股份有限公司（證券簡稱華大九天，證券代碼301269）于2009年從華大電子承擔的EDA部門獨立經營，主要從事EDA工具軟件的開發、銷售及相關服務。公司初始團隊部分成員曾參與中國*款具有自主知識產權的全流程EDA系統——“熊貓ICCAD系統”的研發工作，自1993年熊貓EDA發布算起，公司在EDA領域的積累已有30余年。2009年-2013年為公司起步萌芽期，期間發布*代模擬電路設計全流程EDA工具系統；2013年-2018年為公司的艱難困苦期，期間通過“團隊增資”和深圳市創新投資集團中小企業基金的投資，艱難的狀況有了好轉，并發布*代高性能并行電路仿真工具；2018年以后公司進入快速發展期，2020年公司發布新一代模擬電路設計全流程EDA工具系統，并成為某些EDA垂直領域“單項*”。在多年的技術積累之下，華大九天是國內*一家可以提供部分領域全流程化EDA產品的公司，截至2021年末，華大九天共擁有發明專利150項，軟件著作權67項。目前公司總部位于北京，在南京、上海、成都和深圳設有全資子公司，并在日本、韓國、東南亞等地設有分支機構。

圖1：華大九天發展歷程簡述

華大九天董事長劉偉平先生在EDA和集成電路設計領域辛勤耕耘三十余年，是*的“熊貓”EDA工具研發項目的親歷者。劉偉平先生曾先后被聘擔任全國ICCAD專家委員會委員、信息產業部全國軟件專家委員會委員、*863集成電路設計專項專家組成員、“核高基”*科技重大專項實施專家組專家，研發成果屢獲肯定，曾獲*科技進步一等獎、三等獎各一次。

華大九天持股5%以上股東為中國電子有限、九創匯新、中電金投、上海建元、大基金和中小企業基金，持股比例分別為21.22%、17.63%、12.84%、11.05%、8.88%、5.15%。其中，中國電子有限與中電金投均為中國電子集團全資子公司，合計持有公司34.06%的股份。中國電子、集成電路產業基金以及頭部半導體客戶的入股，從一定程度上彰顯了公司的實力。此外，九創匯新為員工持股平臺，公司的股權激勵充分，核心團隊與公司深度綁定，利好公司技術突破和業績釋放。

圖2：華大九天股東持股情況明細（截至2022Q3）

資料來源：Wind

華大九天研發組織體系完備，下設*中心、第二中心、第三中心、產品規劃部及質量檢驗組。*中心負責數字電路設計相關領域工具和仿真工具的開發；第二中心負責模擬電路設計相關領域工具和FPD設計相關領域的工具開發；第三中心負責晶圓制造領域工具開發及技術開發服務；產品規劃部參與產品功能設計，負責研發端與客戶端的溝通及對產品進行反饋跟蹤；質量檢驗組負責對產品進行功能及性能測試驗證、質量管理。

2021年，華大九天IPO募集約25億資金用于公司主營業務及核心技術展開，本次募集資金投資項目均用于EDA領域關鍵技術的升級與開發，重點圍繞技術創新領域開展，具體包括：對現有EDA工具的功能、性能、容量及易用性等進行升級改造，提升工具的技術水平和應用水平；開發新產品和新技術，填補國內EDA核心工具領域的空白，解決EDA工具核心技術受制于人的問題；招募EDA領域專業人才，完善研發隊伍建設，提升公司技術創新軟實力。

圖3：華大九天資金募集情況用途說明

第二部分：EDA行業簡況

行業周知，芯片設計包括兩大部分，*部分是芯片設計的圖紙，也就是我們通常意義上所說的IP，第二部分是芯片設計的工具，也就是EDA軟件。一般情況下，一個芯片設計廠商設計一款芯片，不會從0開始搭建芯片電路，而是會使用一些基本的架構，然后用EDA軟件，在這個芯片基本架構上，做進一步適合于自己的開發。

早些年，半導體設計人員需要手工進行集成電路設計工作，而伴隨著集成電路內部構造日益復雜和芯片產量的擴廠，人為手工設計的弊端開始顯現，不僅存在人力損耗和流程繁重的問題，電路設計的有效性也難以在芯片產出之前得到較好的驗證，EDA技術的出現則很好地解決了人工設計的局限性，在計算機環境中完成設計、進行驗證，將計算機語言有效轉化為物理版圖，提高效率和產品良率，因此EDA被譽為“芯片之母”，是電子設計的基石產業。在擁有百億美金的EDA市場構筑了整個電子產業的根基，可以說“誰掌握了EDA，誰就有了芯片領域的主導權。在全球市場層面，芯片基本架構，也就是芯片IP，70%以上的市場被Arm公司壟斷，而EDA軟件，80%以上的市場，由美國Cadence、Synopsis，還有德國西門子壟斷。

圖4：EDA市場上三巨頭擅長領域和拳頭產品

2022年，中美在芯片領域的競爭進一步加劇，美國對中國的限制開始從“*打擊龍頭”到“體系化限制”，EDA將是封鎖中國半導體產業的重要工具。同年8月美國推出《芯片與科學法案》并試圖推動“CHIP4”芯片聯盟打擊競爭對手。8月12日，美國商務部工業和安全局（BIS）又發布一項新增的出口限制臨時規定，對四項技術進行出口管制，包括設計GAAFET（全柵極場效應晶體管）結構集成電路所必需的EDA/ECAD軟件。

GAAFET最早由三星于2019年提出，作為一種全新的晶體管結構，它改進了半導體晶體管的結構，使柵極可以接觸晶體管的所有四個側面，而不是當前FinFET工藝中的三個側面，GAA結構比FinFET工藝更準確地控制電流，以解決FinFET在5nm以下制程遇到的問題。作為未來先進制程的重要技術方向，2022年6月底三星電子官宣其晶圓廠生產全球*采用GAA晶體管結構的3nm芯片；臺積電將在2nm節點使用該技術，并于2026年左右發布*款產品。目前國內芯片設計水平雖然離3nm還有一段距離，但是ECAD禁令長期可能會影響中國高性能芯片企業產品持續迭代演進。

EDA（Electronic Design Automation）是電子設計自動化的意思，指利用計算機輔助設計（CAD）軟件，來完成超大規模集成電路（VLSI）芯片的功能設計、綜合、驗證、物理設計（包括布局、布線、版圖、設計規則檢查等）等流程的設計方式。打開芯片的封裝外殼，在高倍顯微鏡下對其表面進行觀察，將會看到無數規則擺放的器件和連線，這就是芯片的版圖。設計和制造這個版圖的各個環節都需要用到相應的EDA工具。EDA工具是集成電路設計、制造、封裝、測試等工作的必備工具，是貫穿整個集成電路產業鏈的戰略基礎支柱之一。隨著集成電路產業的快速發展，設計規模、復雜度、工藝先進性等不斷提升，EDA工具的作用更加突出，已成為提高設計效率、加速產業技術進步與革新的關鍵因素。

同時，EDA工具升級換代、新型算法開發均需要產業鏈上下游的合力支持，在EDA產業生態圈中，EDA廠商分別向芯片設計（Fabless）、制造（Foundry）廠商提供設計類、制造類EDA軟件。制造、設計、EDA已經形成半導體領域鐵三角生態圈。芯片設計廠商運用EDA廠商提供的EDA工具完成設計，將得出的版圖GDS-II文件發送至制造廠商。芯片制造廠商負責生產芯片并向設計廠商提供反饋數據，EDA廠商協助制造廠商開發工藝并生成PDK。芯片制造廠商促進EDA工具工藝庫完善，EDA技術升級驅動集成電路制造效率提升，兩者形成雙向正循環。

圖5：EDA產業鏈生態圈

資料來源：CSDN

EDA產業整體來看具備幾個特點。*，行業寡頭壟斷，技術壁壘極高；第二，產業需要產業鏈的配合，建立產業生態圈，得到產業鏈上下游企業的支持。第三，屬于投資周期較長，且見效慢的基礎性產業，需要長期的算法技術積累，研發周期較長，產業化周期也很長，對資金的長期投入依賴性較高。第四，高度人才依賴性，據資深行業人士估算，從事國產EDA研發不足1500人。

第三部分：華大九天產品情況

芯片EDA產業，需要長期的技術研發，而產值卻相對最小。與集成電路超4000億美元的市場規模比起來，EDA市場規模并不大，現階段只有80億美元，這是一個典型的吃力又不討好產業，這就決定了這個行業并不是一個單靠市場能夠做起來的行業。如果說中國在芯片生產領域面臨的問題是從1-100的問題，那么中國在芯片設計領域面臨的問題，是從0到1的問題。

華大九天致力于核心工具開發，完善EDA業務鏈條，與集成電路設計企業、制造企業、科研院所等共建產業生態。目前公司EDA產品線涵蓋了模擬電路設計全流程EDA工具系統、數字電路設計EDA工具、平板顯示電路設計全流程EDA工具系統和晶圓制造EDA工具等領域。

圖6：華大九天產品線情況

資料來源：華大九天官網

值得注意的是，華大九天目前在模擬電路設計和平板顯示電路設計領域已經實現了對設計全流程工具的覆蓋，在數字電路設計EDA領域方面也在不斷提升覆蓋率。1）模擬電路設計及驗證工具已可以滿足大部分模擬設計客戶的支撐需要。公司實現了28nm以上制程的全流程化，其中電路仿真工具支持最先進5nm量產工藝制程。雖然華大九天模擬電路全流程工具整體上相比國際水平還有差距，但是由于模擬電路對工藝的依賴程度較低，成熟制程為主，公司的產品也能夠解決大多數客戶的需要。2）平板顯示工具方面，由于該領域與模擬電路工具有一定的相似性，公司在該領域有著較強的產品能力，在國際市場上也處于*地位。

圖7：華大九天目前可支持的集成電路工藝制程

華大九天下游客戶主要包括集成電路設計企業、晶圓制造企業、平板廠商。如晶圓制造領域的中芯國際、華力微電子、華虹宏力等，為其提供版圖集成與分析工具、電路仿真工具等產品及Tape-Out等晶圓制造服務；IC設計領域的華為海思、紫光展銳、智芯微等，客戶產品覆蓋無線網絡、數字媒體、人工智能、通信等領域；國內CPU設計企業飛騰、兆芯、龍芯、華芯通、海光等，客戶產品覆蓋包括桌面、服務器、嵌入式和IO擴展等；以及液晶平板顯示領域的京東方、惠科股份、華星光電、維信諾等，開發了貼合廠商實際設計需求的FPD全流程EDA工具系統。

圖8：華大九天2021年前五大客戶

華大九天目前主要的銷售模式主要是直銷，授權費是主要收入來源。公司EDA軟件的盈利模式為授權模式，即公司向客戶銷售指定版本的軟件，并收取合同約定期間的授權費。根據授權期間的不同，又可分為*期限授權和固定期限授權。客戶根據自身業務需求，選擇不同期限授權的EDA軟件。對軟件換代需求不迫切的企業，通常采購*期限授權軟件；對軟件換代需求迫切的企業，通常采購固定期限授權軟件。公司的固定期限授權通常為1-3年，根據客戶自身需求及與公司的協商，合同可約定在固定期限內提供一次或多次授權。多次授權模式下，公司分次向客戶提供license，于每次提供license后取得收貨（安裝）確認單，并確認收入。

相比國內其他廠商，華大九天走的是先實現某些領域工具的全流程解決方案，然后通過市場化和加大研發投入來提升整體技術水平。國內其他廠商，則是考慮從點工具入手，突破關鍵環節的解決方案，不斷提升競爭力，代表性的廠商包括概倫電子、廣立微和芯華章等，比如概倫電子在存儲和制造環節有著比較強的競爭力，廣立微則強在成品率提升相關的工具，芯華章在驗證工具方面進行著持續的投入。

圖9：公司與國內主要EDA企業相對比

此外，華大九天與廣立微合作，提升制造環節軟件服務能力。華大九天自創立以來一直與主打成品率提升EDA的廣立微具有穩定的長期合作關系，華大九天與廣立微均為國產集成電路EDA*企業，在早期發展階段，雙方在技術研發、客戶拓展等方面均有密切的溝通與交流。此外，廣立微將軟件工具授權銷售給華大九天，通過公司將其產品轉銷給上海華力微電子有限公司。2020年，廣立微與上海華力微建立直接合作關系，但基于歷史合作模式，廣立微的軟件工具授權仍通過華大九天銷售給上海華力微。廣立微產品屬于制造類EDA，與公司業務不存在直接競爭關系，公司與其形成長期穩定的合作關系并轉銷其EDA軟件，可以有效提升公司在晶圓制造方面的服務水平。

第四部分：華大九天財務簡況

2019年-2021年，華大九天實現營收2.57億、4.15億、5.79億，增速分別為70.59%、61.26%、39.66%；凈利潤分別為0.57億、1.04億、1.39億，增速分別為17.8%、81.18%、34.52%。總體增速較快，這主要是得益于：1.國內主流IC設計公司的營收大幅上升，下游客戶的數量不斷增加，產業決定公司產品的客戶粘性較強，繼而帶動公司模擬電路設計全流程EDA工具系統和數字電路設計EDA工具的收入增長；2.以中芯國際和華虹半導體為代表的國內晶圓廠持續擴大產能和產品型號，加大采購力度，帶動公司晶圓制造EDA工具收入增長。

圖10：2018-2022H1華大九天的營收和利潤情況（萬元）

華大九天主營業務收入主要包括EDA軟件銷售收入和技術開發服務收入。分產品看，2019-2021，公司全流程EDA工具實現銷售收入1.26億元、2.3億元、3.52億元；數字電路設計EDA工具實現銷售收入分別為0.78億元、0.99億元、0.87億元；晶圓制造EDA工具實現銷售收入分別為0.1億元、0.16億元、0.47億元。2019-2021年公司EDA軟件銷售收入CAGR達54.06%，主要增長動力來自以K1客戶及其關聯方為代表的國內主流IC設計公司貢獻的收入大幅上升，客戶數量的不斷增加。2019-2021年公司技術開發服務收入CAGR達100.70%，三年實現收入分別為0.39億元、0.61億元、0.82億元。高增速原因是公司在集成電路領域經驗和能力的提升，單筆服務合同的平均金額不斷提升。此外公司不斷拓展新客戶，各期確認收入的技術開發服務合同數量不斷提升。其他業務收入主要為代理軟件銷售和配套硬件銷售，占比較小。

圖11：2018-2022H1華大九天按項目營收情況（萬元）

華大九天銷售費用率和管理費用率呈下降趨勢，并持續加大研發投入。隨著公司管理活動規模效應逐漸凸顯，2018-2021年管理費用率保持下降趨勢。公司銷售規模擴大、業務范圍擴張導致2018-2019年銷售費用率有所上升。2018-2021年公司研發費用率分別為54.72%、52.50%、44.22%、和52.57%，始終保持在較高水平。其原因是：1）公司保持高力度的研發投入，研發人員數量和平均薪酬持續增長；2）公司2020年、2021年無形資產中新增外購非專利技術金額較大，使得2021年無形資產攤銷金額較大；3）公司將EDA工具的研發支出全部在當期費用化，計入研發費用，所以公司的研發費用增長較快，維持較高狀態。未來隨著公司經營規模的持續擴張，公司的研發費用將維持高位。

圖12:2018-2022H1華大九天三費支出情況（萬元）

華大九天2019-2021年綜合毛利率分別為88.65%、88.68%、90.59%，由于研發費用的計提方式，公司EDA工具毛利率維持在100%，技術開發服務毛利率分別為25.59%、24.74%、34.62%，技術開發服務毛利率的增長使得綜合毛利率提升較多。公司整體毛利率基本保持穩定，受到研發費用支出變動的影響，2018-2022H1公司凈利率整體略有下滑。

圖13：2018-2022H1華大九天凈利率和毛利率情況

第五部分：未來展望

中國EDA行業市場規模快速增長，占全球EDA市場的份額也同樣保持增長趨勢。根據CSIA數據顯示，2016年至2020年，中國EDA軟件行業市場規模從57.4億元增長至93.1億元，復合增長率為12.85%。隨著國內EDA市場生態的持續完善，中國EDA市場規模在全球份額將快速提升。作為國內*一家在模擬電路設計和FPD設計EDA實現全流程工具覆蓋的廠商，華大九天2020年占國內EDA市場份額6%，是國內市場第四大EDA工具企業。

在地緣政治的影響下，業界對國內EDA行業發展也已經迫在眉睫。未來，國內集成電路企業無論出于對產業安全性和可持續性等因素的考慮都將開始接受和加大采購具有國際市場競爭力的國產EDA工具。而國內EDA廠商想要實現快速突破，也應該從兩個方面加大力度進行替代：1.優先突破關鍵環節的核心EDA工具，形成國際影響力和市場競爭力，在關鍵環節打破國際EDA巨頭的壟斷；2.持續突破部分芯片設計應用的全流程覆蓋，在一定程度上加速國產替代的進程。

總結來看，目前華大九天已經建立了行業品牌和相對穩固的客戶群體，大多數主要客戶均與公司具有較長的合作歷史，而客戶一旦確定了EDA供應商，短時間內更換EDA的成本較大，因此客戶對合作供應商的黏性較強。而在客戶通過實際項目中頻繁地使用EDA工具，不斷反哺回EDA工具提供商工具的問題和新的需求，會加速產品的優化升級進程，形成良性生態閉環。未來在國產替代的大背景和先進制程的需求下，華大九天的市占率有望得到進一步提升。

免責聲明：本文轉載自“半導體投資聯盟”，本文僅代表作者個人觀點，不代表薩科微及行業觀點，只為轉載與分享，支持保護知識產權，轉載請注明原出處及作者，如有侵權請聯系我們刪除。

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