新思科技分析(一)--EDA及IP授权是什么?

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本系列文章将分享对不同公司定性定量分析,希望各位雪友积极交流。以下言论仅个人分享,不构成投资建议

接下来更新的是新思科技的系列分析,第一篇主要是对新思科技主要产品EDA和IP授权业务的介绍。

一、公司简介

新思科技(Synopsys Inc.)是一家美国电子设计自动化(EDA)公司、IC界面IP供应厂商。公司专注于芯片设计和验证、芯片知识产权和计算机安全业务。

2023年新思科技总收入58.43亿美元,产品收入占比82.4%,维修和服务收入占比17.6%。

按业务类型分类则EDA业务占比62.9%,IP授权业务占比26.4%,软件集合业务占比9%,其他业务占比1.7%。

EDA行业格局:

整个EDA市场CR3集中度在78%,其中新思科技占比33%,铿腾电子占比27%,被西门子收购的mentor占比18%。

IP授权行业格局:

整个IP核市场CR3集中度在65%左右,其中英国ARM占比40%,新思科技占比18%,铿腾电子占比6%。

软件集合业务:主要是基于本身的EDA和IP授权产品提供安全和质量测试、托管服务、计划和专业服务,以及以本地和基于云的方式提供的培训。

从市占率我们可以看出,不管是EDA还是IP授权行业,新思科技都是龙一龙二的位置。但考虑到EDA及IP授权行业大多数人很少接触到,所以新思科技的第一篇分析文章先进行这两块业务的基础概念介绍,以帮助大家更好得了解新思科技。

二:EDA是什么?

EDA (Electronic Design Automation) 中文名为电子自动设计软件,位于半导体产业链上游,是其中的软件工具,是现代半导体行业中必不可少的一部分。

EDA的作用是什么?

EDA的作用为用软件模拟的方式达到预设的各种电路性能指标,然后再去晶圆厂流片,流片成功之后才可以正式进行生产。

使用自动软件的主要目的:

(1)使用软件工具,加快研发速度;

(2)利用软件中的模拟功能,尽可能减少流片失败风险。

三:EDA的发展历史

EDA经历了以下的发展历史:

手工绘制--各大半导体厂商自行研发--独立EDA产品--大公司合并小公司最终留下三巨头

1)手工设计

在电子设计自动化出现之前,设计人员必须手工完成集成电路的设计,布线等工作。

2)各大半导体厂商自行研发

1970年代中期,设计自动化研讨会(Design Automation Conference)在这一时期被创立,旨在促进电子设计自动化的发展。

1970年代末,加州大学伯克利分校Don Pederson团队研发的代码开源的仿真器——SPICE 逐渐受到认可,绝大多数半导体公司都已经用上了SPICE。

在这样的开源大环境下,惠普(Hewlett Packard)、IBM、GE、国半(National Semiconductor)、亚德诺(Analog Devices)、泰克(Tektronix)、德州仪器(Texas Instruments)等大公司纷纷开始组建自己的CAD部门,并招揽了DickDowell、Steve Hamm、Graham Boyle和Burt Epler等SPICE专家,协同Don Pederson团队进行程序的改编,以满足公司自身的具体需求。

3)独立EDA产品

于传统大厂来说,复杂的逻辑和物理设计、库和过程开发、封装包裹在一个大的研发团队中,是一种扼杀创新的封闭金字塔。

此外,在硅谷风投兴盛的带动下,以ASIC(专用集成电路)为技术代表的半导体创业大潮逐渐兴起。这些初创和还处在中小型阶段的公司都面临一个问题,那就是在做产品前先要成立一个自己的工具团队,这是不小的压力。

看到了众多中小型企业对EDA的需求,各种独立EDA产品开始出现,现EDA三大巨头正是在此期间创立。

(1) Mentor

1981年,一帮来自Tektronix的年轻人离开公司,创立了 Mentor Graphics;

1983年,Mentor Graphics发布了一款交互式模拟仿真软件 MSPICE,并开始拓展英国、法国、西德、日本等海外市场。

(2) 铿腾电子-创新得引入了合伙人制度

1983年,一位名叫Jim Solomon的IC设计师厌倦了枯燥无味的重复劳动,决定离开美国国家半导体公司(National Semiconductor),在硅谷风投和老东家国半以及其他三家业内IC公司的出资支持下,成立了SDA(Silicon Design Automation),并开创了合伙人制度。

值得一提的是,这些下游用户投入了100万美元,提供最真实的需求和最快速的反馈,最终获取股权收益,与此同时,所有的几家VC投资加起来也不超过100万,不得不说这是一种高明的融资术。因此,当时的SDA一成立,就成为了硅谷IC公司追捧的对象。

在1987年股灾期间,SDA与另一家半导体公司ECAD 正式合并为一家公司,取名Cadence。

(3) 新思科技

1986年,今天的EDA霸主Synopsys登场(公司名字来源于综合优化系统的英文组合Synthesis optimization systems)。

创始人 Aart de Geus 博士(1954年出生,现69岁,还在任新思科技CEO)的导师是加州大学伯克利分校 SPICE 模拟程序之父 Rohrer 教授,

创始团队来自通用电气GE的微电子中心,融资来自于下游企业通用电气和哈里斯半导体公司。

初期Synopsys完美地利用了在GE所兴起的逻辑综合技术(从前的芯片设计,工程师都是从底层的电路板设计开始,而有了抽象化的技术之后,设计师可以直接采用高级语言“设计电路板”,然后通过逻辑综合工具把抽象的设计自动转化成机器语言,形成由各种逻辑门组成的电路组合)。

同时,在制度和管理层面,Synopsys整体延续了SDA所有的创新机制。不难想象,在ASIC逐渐繁荣的当口,这种抽象化工具很快就成为了产业界的标准,在壮大工程师群体的同时,推动了IC设计行业的大步向前。

4)大公司合并小公司最终留下三巨头

从80年代后期开始崛起的还有Daisy、Valid等。这些EDA公司开始大鱼吃小鱼。

(1)Mentor先称霸

从80年代后期开始崛起的还有Daisy、Valid等。这些EDA公司开始大鱼吃小鱼。

到了1988年,全球 EDA 市场总量约为 9 亿美元,而Mentor Graphics营收突破3亿美元大关,占比三分之一,超过IBM、麦道软件等公司,成为当时最赚钱的设计自动化公司。同年,Mentor Graphics以500万美元兼并了Tektronix公司的CAE业务。

(2)Mentor研发失败后 ,铿腾电子夺第一

1989年,Mentor 的业务继续高歌猛进,公司决定发布里程碑版本 Mentor Graphics 8.0,其功能规划远超当时市面上的其它软件,以期望用户使用这一款软件就能解决几乎所有电子电路研发工作者的难题。

在这个计划下,50 多个研发项目齐头并进、相互交织,但最终还是因为项目太复杂而延误了发布时间,同时这个版本的开放性不够好,与市面上其它的软件很难兼容。就在客户等待新版本发布过程中(1991年,历史上第一次营收下跌,随后裁员 15% 近500 人)。

Mentor Graphics的竞争对手Cadence的产品凭借着硬件环境适应力强、能设计复杂芯片等优势占得市场先机,到了1992 年,Cadence逆袭成为当时EDA行业的老大,布局布线市占比达八成以上。

(3)2002年新思科技收购Avant晋升EDA老二地位

在 1990 年到 1999 年这十年间,在Aart de Geus的 领导下,Synopsys共进行了 20 次收购。

比如,1990年,收购了 Zycad 公司的 VHDL 仿真业务,并推出了测试综合产品;

1995 年收购了 Silicon Architects;推进下一代门阵列技术的开发;

1997 年收购了聚焦深亚微米分析的 Epic Design Technology 和开发高级仿真产品的 Viewlogic Systems。

在整合逻辑综合、模拟和测试三大技术产品线的情况下,1999 年Synopsys收入跨过8 亿美元大关。

2002 年Synopsys以 8.3 亿美元收购与 铿腾电子结束专利诉讼的 Avant,直接晋升至EDA老二的地位。

(4)全产业都在演绎着大鱼吃小鱼的戏码

当EDA进入系统设计阶段(也就是产业链全平台设计之后),头部企业一直在演绎着大鱼吃小鱼的戏码。

新思科技从1994年5月第一笔收购Logic Modeling Corporation起,到最近的2021年4月收购MorethanIP GmbH为止,共完成112起收并购案例;

铿腾电子从1989年9月第一笔收购Gateway Design Automation起,到最近的2021年4月收购Pointwise为止,共完成79起收并购案例;

而Mentor Graphics从1990年1月第一笔收购Silicon Compiler Systems起,到独立运营的2018年6月收购Austemper Design Sys为止,共完成56起收并购案例。

(5)2008年金融危机后,EDA三大阵容基本定性

经过2008年金融危机下的洗牌,EDA三大家的阵容基本定型,新思科技铿腾电子 和 Mentor Graphics各领风骚。

这三大EDA厂商都能提供比较全面的芯片设计解决方案,包括模拟、数字前端(图形编辑、逻辑综合)、后端(Layout)、DFT(可测性设计)、Signoff 等;

这三家都各有各的强项,属于互补的一种状态。

如今的芯片大多数都同时具有数字和模拟,一块芯片到底归属为哪类产品是没有绝对标准的,通常会根据芯片的核心功能来区分。

数字设计(新思科技擅长):

数字IC是用于传递,加工,处理数字信号的;

模拟设计(铿腾电子擅长):

模拟IC是用于处理连续性的光,声音,速度,温度等自然模拟信号的。

(1) 新思科技(市占率33%)

Synopsys的产品线是三巨头中最为全面的,从前端设计起家,收购 Avanti 进入后端设计领域,其优势在于数字前端、数字后端和验证测试;

其逻辑综合工具DesignCompiler、静态时序分析工具PrimeTime、调试工具Verdi在业界具有近乎垄断性的地位。

(2) 铿腾电子(市占率27%)

其优势在于模拟和混合信号的定制化电路和版图设计;

(3) 西门子(市占率14%)

物理验证领域优势较为突出,在印制电路板方面也有一定优势。

这里列出在芯片设计流程中各个环节能用且好用的软件,可以看到基本都是新思科技铿腾电子,Mentor三家的产品。

粗略的说,模拟/数模混合芯片设计用cadence平台,数字芯片设计采用synopsys平台,当然实际并非如此绝对,有一定的交叉使用情况。

四:EDA的主要盈利方式

EDA的厂家主要是通过软件销售的方式来盈利,一般而言,EDA厂商会与客户签署期间授权合同,大部分合同的合约期少于3年;

EDA工具一般是与相应的制造工艺相匹配的,如果购买了28nm 工艺的EDA软件,那就只能用于设计该工艺的芯片,不能用于设计16nm工艺芯片。

EDA软件通常会因半导体制程的发展、设计工艺的升级而做出相应的软件更新,每次有更新后,下游 IC 设计厂商都需要对新版本进行重新购买以获得权限。

该收费模式有利于平滑行业内各厂商的营收情况,减轻下游行业波动影响。

五:IP授权业务介绍

IP是什么?

IP(Intellectual Property)是指在数字电路设计过程中经常被使用和重复利用的功能模块,比如处理器、存储器、接口电路等。

并不是每个新的芯片都需要重复设计每个细节,各家公司可以通过购买成熟可靠的IP方案,在原有的IP基础上搭建特定的客户需求和技术方案,从而缩短设计开发流程,提高可靠性,将芯片的产业价值和规模最大化。

这个举一个网络上比较通俗易懂的比喻来理解IP授权:

把芯片设计比喻成房地产开发商的房屋设计。每种房屋具有不同的户型,适合不同的居住需求,有的是大开间,适合单身人士,但要五脏俱全,有的是二居室,适合新婚夫妇,有的是四居室,适合三代同堂等等。这就像是不同的芯片要满足不同的功能。比如,有一个设计师在设计四居室时把一个房间设置为书房,这个书房设计得非常棒,包括线路的布设、灯光的设计、一体式书架的设计、办公桌的台面的设计等等,都堪称典范,把房主想到的,没想到的,都能想到。如果房地产开发商在卖房子时,将其中的书房这样设计,那就会受到很多爱书人士的欢迎。

于是新的设计师,在设计书房时,完全没必要从零开始造车轮,可以直接采用这个书房的设计方案。虽然设计师需要缴纳一笔版权使用费,但节约了设计的时间,加快了房屋面市的时间,能够快速抢占市场。所以,综合评估下来,这笔版权费还是花的比较值的。在芯片设计领域,这类IP也是存在的,芯片设计师没有必要从零开始,可以将一些标准化的功能用买IP的方式实现,然后专注研发力量,设计能够体现芯片产品差异化的功能。

EDA技术可以提供一系列工具和软件,帮助设计人员在IP的设计上实现快速开发、高效验证和重用。

EDA巨头公司,往往是得益于其IP的独占。比如Cadence(铿腾电子)拥有大量模拟电路IP,而其也是模拟及混合信号电路设计的王者;

而Synopsys(新思科技)的IP库更偏向DC综合、PT时序分析,因而新思在数字芯片领域独占鳌头。

半导体IP的市场参与者可大致分为两类:

一类是与EDA工具捆绑型的半导体IP供应商,如新思科技、Cadence等;

另一类是提供专业领域IP的半导体IP供应商,如ARM芯原股份、CEVA、Imagination等。

在全球范围内,IP核市场主要被英国ARM(占比40%)、美国新思科技Synopsys(zhanbi 18%)、美国铿腾电子Cadence(占比6%)所占据,这三大企业合计市场份额占比达到65%左右。

IP授权业务的盈利模式

一般是按照IP授权固定费+按照加工晶圆价格的一定百分比收费(一般不超过3%的晶圆价格)。

以上是对新思科技的主要业务EDA软件以及IP授权的介绍,接下来将分析新思科技的财务表现,从定量角度来看该业务是个好生意,欢迎大家多多交流。

$新思科技(SNPS)$ $铿腾电子(CDNS)$ $西门子(SIEGY)$

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