科技商业模式专题研究之四：EDA软件是易守难攻的好生意.pdf

请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野本土智慧 海外市场研究 Page1 证券研究报告 海外市场研究 港股 Table_IndustryInfo 科技商业模式 专题 研究 之 四 2020 年 06 月 11 日 Table_BaseInfo 一年该行业与 恒生指数、标普 500、纳指 走势比较 相关研究报告： 科技商业模式专题三：半导体的“地摊经济”模式行不通 2020-06-05 科技商业模式专题二：半导体商业模式要“去全球化” 2020-04-17 科技商业模式专题系列研究之一：全球科技商业模式分析 地区篇 2020-03-27 半导体专题系列研究之十五：半导体行情的风险是什么 2020-03-02 半导体产业链系列研究之十四：论半导体持久战 2020-02-25 半导体产业链系列研究之十一：为什么半导体是一波大行情 2020-02-21 半导体专题研究十：半导体制造五大难点 2020-02-12 证券分析师：何立中 电话： 010-88005322 E-MAIL： helzguosen 证券投资咨询执业资格证书编码： S0980516110003 证券分析师：王学恒 电话： 010-88005382 E-MAIL： wangxuehguosen 证券投资咨询执业资格证书编码： S0980514030002 独立性声明： 作者保证报告所采用的数据均来自合规渠道 ，分析逻辑基于本人的职业理解 ， 通过合理判断并得出结论 ， 力求客观、公正 ， 其结论不受其它任何第三方的授意、影响 ， 特此声明。 Table_Title 海外市场专题 EDA 软件 是 易守 难攻的好生意 巨头垄断 EDA软件百亿市场 EDA 软件可降低芯片设计成本 和时长，是电子产业创新的核心。目前市场规模 100 亿美元， Synopsys、 Cadence、 Mentor 三巨头合计占比近 80%， 新应用 、 新算法 的出现， 市场 可扩张 至 300 亿美元 。 竞争壁垒高， 易守难攻 一是 与传统工具软件不同， EDA 要 与工艺联盟 ，联盟易结不易解。二是 摩尔定律 驱动下的高研发投入壁垒， EDA 软件厂商跟随 工艺更新 而更新软件，每次更新都需要 研发投入 ，每年研发占比 40%左右。三是行业 本身 增速低 ， 难保内生高增长 ， 同时 为了满足客户的全流程需求，通过“大吃小”的 并购扩张 ，使得大公司越来越 强 大。 “坐地收费”型的 平台生意 一是 半导体工艺每更新一次 ， EDA 软件就要更新一次，客户 为了跟 上半导体先进 工艺 需要重新购买 ，例如从 7nm 到 5nm。二是 每次购买的有效时长只有 3 年左右 ，到期需要再次重新购买（不是续费） 。 三是芯片设计 公司 为了成本以及制衡，都会同时采购 Cadence、 Synopsys两 家 EDA 公司的产品 (mentor 主打验证 )，不会出现 丢失客户风险 。 商业模式 创新 造就两大巨头 Cadence、 Synopsys Cadence 的两大商业模式 创新：一是脱离硬件，单独卖软件。刚开始的 EDA 软件是和硬件绑在一起出售。 Cadence 开创“只卖软件”的模式。二是引入 客户 投资模式。将下游半导体厂商客户变为股东，这种“股东 +客户”模式确保“ EDA 和半导体制造”联盟更加紧密。 Synopsys 的两大商业模式创新： 一是创建标准单元库，预先设计好各种基础单元逻辑门电路，让芯片设计工程师直接调用，这样可以快速设计出规模更大电路。二是开创 IP 授权模式，将各种设计库虚拟化，再授权给芯片设计公司使用 。 因为有进口依赖，国产 EDA 错失黄金期 1994 年国际上放松 EDA 软件 禁运管制 ，且 国内重心在快速发展 IC 产业，无暇 顾及 EDA 软件， 导致 对国外 EDA 软件 依赖延续 至今 。国产EDA 差距 有 ：一是缺少数字芯片设计的核心模块，无法支撑数字芯片全流程设计。二是对先进工艺支撑不够，暂未进入先进代工厂的联盟。三是缺乏制造及测试 EDA，无法支持集成电路封测的应用需求。 投资建议 ： 关注美股的两大巨头 Cadence、 Synopsys 商业模式决定在芯片设计领域，这两大巨头地位很稳定 。 后来者很难对两大巨头有威胁 ，半导体工艺越先进，巨头的竞争力越强 。 投资风险 第一， 芯片结构出现颠覆性创新，需要新的 EDA 工具。第二， 美国限制高技术出口政策， 导致 两家巨头公司的海外收入减少 。 -30.00-10.0010.0030.0019/3 19/6 19/9 19/12恒生指数 纳斯达克指数请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野本土智慧 Page2 投资摘要 这是我们科技商业模式的第四篇报告，我们研究 EDA 软件的商业模式。 前 三 篇商业模式报告， 分别讨论 地区 /国家的科技商业 、 半导体 行业 的商业模式 、半导体的“地摊经济”商业模式的可行性。 关键结论 一、 EDA 软件行业的竞争壁垒高，易守难攻。 二、 “坐地收费”型的平台型的好生意。 一是半导体工艺每更新一次， EDA 软件就要更新一次，客户为了紧跟半导体先进制程需要重新购买，例如从 7nm到 5nm。二是每次购买的有效时长只有 3 年左右，到期需要再次重新购买（不是续费）。三是芯片设计公司为了成本以及制衡，都会同时采购Cadence、 Synopsys 两家 EDA 公司的产品 (mentor 主打验证 )，不会出现丢失客户风险。 三、 商业模式创新造就两大巨头 Cadence、 Synopsys。脱离硬件，单独卖软件。引入客户投资模式，将下游半导体厂商客户变为股东。创建标准单元库，预先设计好各种基础单元逻辑门电路，让芯片设计工程师直接调用，这样可以快速设计出规模更大电路。开创 IP 授权模式，将各种设计库虚拟化，再授权给芯片设计公司使用。 四、 因为有进口依赖，国产 EDA 错失黄金期 。 1994 年国际上放松 EDA 软件禁运管制，且国内重心在快速发展 IC 产业，无暇顾及 EDA 软件，对国外的依赖一直延续到现在。国产 EDA 差距：一是缺少数字芯片设计的核心工具模块，无法支撑数字芯片全流程设计。二是对先进工艺支撑不够，暂未进入先进代工厂的联盟。三是缺乏制造及测试 EDA 系统，无法支持集成电路封测的应用需求。 投资 建议 ：关注美股的两大巨头 Cadence（ CDNS.O，铿腾电子） 、 Synopsys（ SNPS.O，新思科技） 。 附录： 科技商业模式专题一：全球科技商业模式 地区篇 20200327 科技商业模式专题二：半导体商业模式要“去全球化” 2020-04-17 科技商业模式专题三：半导体的“地摊经济”模式行不通 2020-06-05 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野本土智慧 Page3 内容目录 巨头垄断的 EDA 市场 . 5 EDA 软件可以降低芯片设计成本 . 5 百亿市场驱动万亿电子产业创新 . 5 新应用新算法可扩展市场至 300 亿美元规模 . 6 三巨头垄断 EDA 软件市场 . 7 易守难攻的平台型生意 . 8 与传统工具软件不同， EDA 与工艺联盟 . 8 摩尔定律迫使研发投入高 . 9 行业增速低难保内生高增长 . 10 并购扩张形成易守难攻的平台型 .11 商业模式创新造就两大巨头 Cadence、 Synopsys . 13 属于小而美的软件类公司 . 13 IP 成为 EDA 公司增长点 . 14 商业模式创新造就行业巨头 . 16 竞争壁垒高，低增速也有高估值 . 16 因为有进口依赖，国产 EDA 错失黄金期 . 17 国产 EDA 的三大差距 . 17 1994 年之前与世界 同步 . 18 19942008 年依赖进口，自主化进入沉寂期 . 18 2009至今重启国产化 . 18 芯愿景：用项目训练逆向 EDA 软件 . 18 业务以项目形式为主 . 18 行业属性决定毛利率存在波动性 . 19 业务属性决定盈利能力较强 . 21 分阶段收费确保现金流稳定 . 21 未来看点是 IP 和 EDA 软件授权 . 21 投资建议 . 22 行业投资风险 . 22 附录： . 22 国信证券投资评级 . 23 分析师承诺 . 23 风险提示 . 23 证券投资咨询业务的说明 . 24 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野本土智慧 Page4 图 表 目录 图 1： EDA 让设计成本急剧下降 . 5 图 2：全球 EDA 市场规模（亿美元） . 5 图 3： EDA&IP 是电子产业创新中心 . 6 图 4： EDA 软件受益于新技术在众多行业的渗透 . 6 图 5： EDA 链接硅晶圆到软件 . 7 图 6： EDA 行业发展趋势 . 7 图 7： 2018 年 EDA 市场份额 . 8 图 8： EDA 软件与上下游关系 . 8 图 9：工艺更新带来 EDA 软件收入增长 . 9 图 10： Synopsys 研发占比高达 35% . 9 图 11： cadence 研发占比高达 40% . 9 图 12： EDA 软件公司研发占比远高于同行 . 10 图 13： Synopsys 复合增速只有 6.8% . 10 图 14： Cadence 复合增速只有 6.8% . 11 图 15： 芯片设计流程及用到 EDA 软件 . 11 图 16： EDA 小厂只能依附于大厂 . 12 图 17： EDA 三巨头并购次数 . 12 图 18： EDA 前三大公司概况 . 13 图 19： SNPS 收入构成 . 15 图 20： Synopsys 毛利率提升（ %） . 15 图 21： Synopsys 三项业务收入增速 . 15 图 22： Cadence 收入及增速（百万美元） . 15 图 23： Cadence 毛利率 . 15 图 24： Cadence PE . 16 图 25： Cadence 收入增长率 . 16 图 26： Synopsys PE . 17 图 27： Synopsys 收入增长率 . 17 图 28： Synopsys 净利润及增速 . 17 图 29：芯愿景业务板块及下游应用 . 19 图 30：芯愿景收入结构 . 19 图 31：芯愿景毛利率 . 20 图 32：芯愿景细分业务毛利率 . 20 图 33： 芯愿景 ROE . 21 图 34： 芯愿景净利润率 . 21 图 35：芯愿景费用率 . 错误 !未定义书签。 图 36： 芯愿景净现比 . 21 图 37： 芯愿景应收账款占比 . 21 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野本土智慧 Page5 巨头垄断的 EDA 市场 EDA软件可以降低 芯片 设计成本 EDA 是用来设计芯片的一种软件， 帮助用户减少设计成本和节省时间。 比较权威的定义是： 电子设计自动化（ Electronic Design Automation， EDA）是指利用辅助设计软件来完成集成电路设计中的一系列工作，包括功能设计、布局、验证、仿真模拟等等 。 为什么芯片设计必须要 EDA 软件？软件、互联网产品可以先有雏形，再逐步迭代优化，更换成本较低。 而芯片产品 只要 制造出来就不可更改，所以需要用 EDA 软件 进行虚拟的 设计、模拟、仿真，以便在 真实产线上 流片生产的时候一次性成功，从而减少设计成本和时间 成本 。 图 1： EDA 让设计成本急剧下降 资 料来源 : 知识自动化 ， 国信证券经济研究所整理 百亿市场驱动万亿电子产业创新 2019 年全球 EDA 软件 市场规模 103 亿元，同比增长 6%。相 对 4500 亿美元的全球半导体市场， EDA 软件在整个半导体产业链中的产值较小，增速和半导体增速相近。 图 2： 全球 EDA 市场规模（亿美元） 资 料来源 : EDAC, ESD Alliance， 国信证券经济研究所整理 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野本土智慧 Page6 虽然，市场规模只有 100 亿美元 左右，但是 EDA 软件主宰着全球 4000 亿美元的全球 半导体 市场， 以及 1.7 万亿美元的整个电子产业。 EDA 软件是 电子产业 最上游、最高端的产业 ，驱动芯片设计、制造、终端应用。反过来说，下游的任何创新，都需要 EDA 软件的创新支持，从而驱动 EDA 的创新。 图 3： EDA&IP 是电子产业创新中心 资料来源 : IC Insights, VDC Research, Synopsys， 国信证券经济研究所整理 新应用新算法可扩展市场至 300 亿美元规模 除了电子产业之外，具有工业软件属性的 EDA 软件还受益于很多领域的技术创新，例如金融、医疗、汽车等。 人工智能时代的需求是机器学习、深度神经网络学习在人工智能芯片的设计与验证，以及相应的 IP 解决方案。 为汽车的自动驾驶的软件，提供高 质量、 高 安全 、高靠性的仿真、验证。 图 4： EDA 软件受益于新技术在众多行业的渗透 资料来源 : Synopsys， 国信证券经济研究所整理 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野本土智慧 Page7 这些不同等级的系统越复杂，对 EDA 的需求越多，因为每个行业信息化的核心都涉及到从软件级到芯片级的仿真、验证。 图 5： EDA 链接硅晶圆到软件 资料来源 : 国信证券经济研究所整理 芯片 的关键尺寸缩小到 65nm、 28nm、 14nm、 7nm，每一代 芯片设计的 算法 都会有 50%的代码需要重新编写。而到 3nm 纳米级的时候， 还会出现更多未知的物理现象 ，这些对 EDA 软件的要求会越来越高。 而这些新算法， 目前还存在与 EDA 软件 不相通的情况，例如 AI 芯片设计、软件算法开发。 这既是 EDA 的挑战，也是 EDA 未来的大机会。 新应用、新算法可将 EDA 市场规模扩张 200%至 300 亿美元。 例如新陈代谢和基因为主的生物仿真、类脑芯片的仿神经计算芯片等。 图 6： EDA 行业发展趋势 资料来源 : 国信证券经济研究所整理 三巨头垄断 EDA软件 市场 Synopsys、 Cadence、 Mentor 三大 EDA 巨头合计市场份额达到 76%，在集成电路设计领域，三者的市场份额更高。 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野本土智慧 Page8 图 7： 2018 年 EDA 市场份额 资料来源 : ICCAD2019， 国信证券经济研究所整理 易守难攻的平台型生意 与传统工具软件不同， EDA与工艺联盟 EDA软件不同于一般工具软件，与建筑领域的广联达软件相似，更像工业软件。一是， EDA 软件运行是在 Linux 平台而不是 Windows， 因为多数工程及科技软件原先都是在 UNIX 平台上首先开发和使用的。这些工具出现的时候还没有微软的 Windows。工程软件被移植到 Windows 上去是 2000 年以后的事。 二是， 一般的工具软件功能只是一种逻辑、算法，版本的更新也只是有新算法新逻辑。而 EDA 软件是基于工艺参数的，只要工艺参数更新， EDA 就要更新一次。 当代工厂开发新工艺， EDA软件厂商就需要获得代工厂新工艺的 PDK工具包，基于 PDK 工具包开发新版本软件。 所以，想要做好 EDA 软件这门生意，首先，是要和代工厂保持密切沟通，其次才是算法和模型。 Cadence的优势在于模拟芯片设计，模拟芯片设计更加注重底层器件。 Cadence旗下的 virtuoso 优势在于仿真工具在联合代工 厂开发 PDK 方面做的最好， 图 8： EDA 软件与上下游关系 资料来源 :国信证券经济研究所整理 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野本土智慧 Page9 破解版软件的思路在 EDA 软件领域行不通，特别是工艺越来越先进以后。在90nm 以上，用破解版软件尚可，因为 90nm 以上的工艺基本定性，改变小。而90nm 以下的先进工艺，随着应用的增多，各种测试反馈，会不断调整晶体管器件模型、设计规则、不断优化迭代让良率达到最高。最频繁的时候一个月就要更新一次工艺库，而只要工艺库更新， EDA 软件就要跟着更新， 更新一次 EDA软件就要收费一次 ，且每次购买的有效使用时长在 3 年左右 。 所以，从收费模式看， EDA 软件工厂的收入随着代工厂工艺更新而增加。越先进的工艺，更新越频繁， EDA 软件厂越受益。 图 9：工艺更新带来 EDA 软件收入增长 资料来源 :国信证券经济研究所整理 摩尔定律迫使研发投入高 从 EDA 行业龙头发展历程看， EDA 行业 是 厚积薄发的生意，需要很长的前期积累。 Synopsys 和 cadence 两大巨头为了维持行业地位和紧跟技术发展，他们的研发费用分别高达 35%、 40%+。 如果有新进入者 首先 需要经历无收入的巨额投入和有收入的亏损阶段，从企业经营的角度看，没有动力新进 EDA 行业，除非不能使用现有 EDA 厂商的产品。 高研发投入的原因是： 由于 EDA 软件与工艺绑定，半导体在摩尔定律的驱动下，工艺更新一次 EDA 就要跟着更新， EDA 厂商就需要再次的研发投入。 图 10： Synopsys研发占比高达 35% 图 11： cadence研发占比高达 40% 资料来源： wind， 国信证券经济研究所整理 资料来源： wind， 国信证券经济研究所整理 从财务数据也能体现出来。与美股典型的软件公司研发投入比较， Cadence 和请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野本土智慧 Page10 Synopsys 的研发投入比例大幅高于其它公司。 图 12： EDA 软件公司研发占比远高于同行 资料来源 :wind， 国信证券经济研究所整理 行业增速低难保内生高增长 Synopsys 在 1986 年成立，至今 33 年的历史，才取得 33.6 亿美元的收入（ 2019年）。 20032019 年收入的年复合增速只有 6.8%，略高于过去 20 年全球半导体销售复合增速（ 5%）。 图 13： Synopsys 复合增速只有 6.8% 资料来源 :Bloomberg， 国信证券经济研究所整理 Cadence 在 1988 年成立，至今有 31 年的历史才取得 23.4 亿美元的收入（ 2019年） 。 20032019 年收入的年复合增速只有 4.7%，略低于过去 20 年全球半导体销售复合增速（ 5%）。