2022年概伦电子业务细分及发展规划分析 概伦电子EDA国产替代打开百亿发展空间

1、概伦电子高研发投入铸造高壁垒

1.1深耕制造类与设计类EDA,收并购不断完善产品线

立足于半导体器件建模,收并购与自研不断扩充产品线。概伦电子成立于2010年,深耕器件建模和仿真领域,逐渐规划布局EDA全生态。公司发展归纳为三个阶段:1)立足于半导体器件建模(2010-2011):概伦电子由刘志宏博士所带领的行业资深团队于2010年成立,成立初期主攻半导体器件建模软件,旗下的BSIMProPlus自2011年正式发布后逐渐被台积电、三星电子、中芯国际等行业领先的晶圆代工厂采用。2)巩固器件建模的同时开始涉足仿真领域(2012-2015):陆续发布使用于不同场景的SPICE。经过数年市场检验,NanoSpice系列仿真器持续被三星电子、SK海力士、美光科技等全球领先的储存器芯片厂商大规模采用。3)依托收并购与自研扩充产品线(2016-至今):公司于2016发布低频噪声测试仪器9812DX,并于2019年底并购博达微以扩大在建模方面的领先优势。2021年公司登陆科创板,募集资金用于自研拓展流程以及并购扩充产品线,同时也标志着公司进入了新的发展阶段。

深耕制造类与设计类EDA,并不断将业务外延打造EDA生态。EDA龙头企业一方面打造EDA软件全流程,另一方面也围绕EDA发展如IP核、硬件加速器等新业务,打造以EDA为核心的产品生态。概伦电子在成立初期选择从关键节点进行突破,先后在器件建模及验证EDA工具和电路仿真及验证EDA工具领域发布了具备国际竞争力的产品,后续也逐渐扩充产品线形成了当前的四大业务线:1)制造类EDA:用于晶圆厂工艺平台的器件建模模型、PDK生成及标准单元库的建立,为集成电路设计阶段提供工艺平台的关键信息。2)设计类EDA:主要为电路仿真及验证EDA工具,能够为集成电路设计阶段提供从前端设计到后端实现及验证的EDA工具。3)半导体器件特性测试仪器:满足晶圆厂和集成电路设计企业对测试数据多维度和高精度的要求,目前已获得全球领先集成电路制造与设计厂商、高校等的广泛采用。4)半导体工程服务:与其他产品一起组成完善的解决方案,促进客户对公司其他产品高效的使用。

国内集成电路发展相对落后,DTCO战略加强产业链协同为行业发展提速。一方面,根据ICInsights的统计,2020年国产集成电路规模为1430亿美元,产量为227亿美元,自给率仅为16%,预计到2025年能达到19%,总体自给率相对较低。另一方面,与国际相比,中国集成电路行业在先进工艺节点方面相对落后,而先进工艺节点的开发需要较长时间且难度较高,且设计与制造环环相扣。因此,采用设计-工艺协同优化(DTCO)方法学,通过加强芯片设计与制造之间的联动性有望实现芯片产品更快的TTM(Timetomarket),优化PPA(Performance、Power、Area)和提高良率,且该方法学已在新思科技、铿腾电子等EDA公司进行了实践。我们认为,DTCO的发展有望在加速先进工艺节点开发的同时提升产品的市场竞争力,概伦电子的发展思路正是与之契合。

1.2股权结构清晰稳定,高管团队行业积淀深厚

实际控制人持股比例高,持股平台绑定核心员工。LIUZHIHONG(刘志宏)为公司的实际控制人,直接持有公司16.2%的股份,与KLProTech和共青城峰伦三人为一致行动人,合计持有公司42.9%的股份。同时,EDA行业技术密度高,企业的发展依赖高端人才,公司为绑定核心技术人员,搭建了共青城峰伦、明伦、伟伦等境内员工持股平台,以及境外持股平台KLProTech,除董事长刘志宏直接持股外,其他员工间接持有公司32.8%的股份。此外,英特尔对公司进行了产业投资,持有公司4.9%的股份。公司收并购及投资方面,为进一步扩充产品线及业务范围,一方面,公司在国内设立有济南分公司和广州分公司;另一方面,公司收购了能够与器件建模业务产生协同效应的博达微和助力公司拓宽产品线至SoC等其他类型芯片设计领域的Entasys。

创始人于博士后期间创建BSIM模型,该模型至今仍具有世界级影响力。BSIM模型最初于1987年由胡正明教授领导的团队研发,之后,1990至1993年刘志宏在美国加州大学伯克利分校从事博士后研究期间,在其导师胡正明教授指导下,主创开发BSIM3V1、V2及V3模型,其中,BSIM3集成电路仿真模型至今仍为世界集成电路设计的标准模型。

公司高管EDA行业积淀深厚,是未来发展的坚实基础。公司多位高管拥有EDA行业从业经验,且多毕业于名校。具体来看,公司董事长刘志宏博士拥有丰富的EDA行业从业经验,于1993年与胡正明教授等共同创立BTATechnologyInc.,共同打造了BSIMPro,并于2001年收购了Ultima,后改名为思略科技;且刘志宏博士曾担任EDA龙头公司Cadence的全球副总裁。董事杨廉峰同为ProPlus创始人,全球副总裁。此外,公司部分高管为管理型人才,董事陈晓飞为中级经济师,曾任证券公司多部门总经理、投资公司总经理、执行董事等;董事徐懿硕士毕业于美国康奈尔大学工商管理专业,曾任铿腾电子市场副总裁、ProPlus首席运营官等。我们认为,公司高管技术实力雄厚,同时有高级管理人才保驾护航,能够对EDA行业发展有较好的判断力并把握行业机遇。

1.3高研发投入铸就高技术壁垒,硕博比例超六成保障技术创新

高研发投入保障技术壁垒,研发费用率常年保持35%以上。从研发费用率来看,公司研发费用率保持较高水平,均处于35%以上。这主要系:1)公司所处EDA行业属于技术含量高的知识密集型产业,研发投入大且研发周期长;2)公司下游客户多为集成电路行业内全球知名企业,对EDA技术领先性要求较高,公司需要以持续的技术创新保证产品服务升级迭代进度以面对国际竞争对手的技术竞争。目前,公司已经拥有多项EDA核心技术,包括19项发明专利和35项软件著作权。我们认为,随着公司研发的持续高投入,公司更多的产品有望在国际市场具备竞争力,从而打开成长空间。

研发团队快速扩张,硕博占比高达64%。目前公司处于快速发展阶段,一方面,公司营收呈爆发式增长,制造类EDA与设计类EDA领域持续扩张;另一方面,产品矩阵拓宽至半导体器件特性测试仪器与半导体工程服务领域,因此研发人员数量高速增长。从研发人员来看,公司研发人员由2020年的90人快速增长至2021年的142人,增长率高达59%。从员工学历情况来看,公司研发技术人员呈现出高端化趋势,目前形成了以博士为核心,硕士为骨干的研发团队,其中博士占比7%,硕士占比57%。

募集资金用于研发与战略投资,有望通过关键工具和流程的创新与覆盖提升竞争力。公司上市共计募集资金12亿元,主要用于两个方向。1)研发投入与新产品开发。考虑到公司下游客户多为集成电路行业,对EDA技术要求较高,需求较大,而公司目前与国际龙头企业相比存在差距。因此,一方面,公司充分利用现有成熟工艺节点,拟投入3.8亿元用于建模及仿真系统迭代升级;另一方面,加速自主研发,拟投入3.5亿元用于设计工艺协同优化和存储EDA流程解决方案建设项目,不断拓宽DTCO流程的覆盖。2)战略投资与收并购。EDA行业属于技术高密集行业,单一企业较难在短时间内开发初具有竞争力的EDA关键工具,且复盘EDA龙头公司的发展历程,不难发现其均进行了多次收并购以扩充产品线。因此,公司拟投入1.5亿元用于战略投资与收并购,充分发挥协同效应,加速产业布局,以便快速实现产品线的拓宽,从而扩大市占率。

1.4营业收入高速增长,综合毛利率稳居

90%营收高速增长,净利润保持稳定。营收方面,2018年至2021年,公司营业收入由0.5亿元增长至1.9亿元,CAGR为55%,2022Q1实现营业收入0.4亿元。公司营业收入保持高速增长,主要系:1)下游集成电路产业技术快速迭代,逐渐复杂的设计和制造催生了大量的EDA需求;2)我国政府出台了一系列对集成电路行业的扶持政策,国内需求旺盛;3)公司不断加大研发投入,所提供的EDA产品具有国际竞争力,能够满较好的足客户的需求。净利润方面,2018年至2021年,公司归母净利润由-0.08亿元增长至0.29亿元,实现了扭亏为盈,其中,2019年归母净利润大幅下降主要系公司2019年实施股权激励计划所致;2021年归母净利润与去年基本持平,这主要系因为公司注重长期发展战略,在研发领域投入较多,费用率提高所致。

EDA工具授权为公司第一大收入来源,国内市场逐渐打开。分业务来看:1)EDA工具授权收入为公司第一大业务,2018年至2020年该业务的营收占比连续超六成,这主要系国际及国内晶圆制造厂的需求不断扩大以及2019年末公司并购博达微,进一步扩大了市场份额;2)半导体器件特性测试仪器收入快速增长,近3年CAGR为305%,目前已成为公司第二大业务,这主要系公司半导体器件特性测试仪器的市场竞争力加强,客户数量不断增加。分地区来看,1)公司目前营收以海外为主,占比超五成;2)公司在巩固境外市场的同时,快速扩大境内市场,营收占比由2018年的19%快速提升至2021年的47%。我们认为,随着公司产品竞争力的进一步提升、政策的支持以及国产化因素,国内的EDA工具需求将进一步释放,实现营收高增的确定性较高。

综合毛利率持续保持高位,EDA工具授权业务毛利率高达100%。公司近年来综合毛利率一直保持在90%以上,这主要系公司营收占比较高的业务EDA工具授权以销售标准化的EDA软件产品为主,其相应开发成本已计入研发费用,无对应成本,从而抬高了公司的综合毛利率水平。此外,半导体器件特性测试仪器销售业务年毛利率近两年稳中有升,其中,2020年毛利率有所下降主要系收购博达微后新增FS-Pro产品,而FS-Pro相对于9812DX毛利率较低所致;半导体工程服务业务毛利率有所波动,主要系其业务规模相对较小,客户相对集中,公司在不同项目中议价能力有所差异。

销售费用率逐渐上升,积极开拓市场为长期发展做铺垫。1)销售费用:2018年至2021年销售费用率逐渐上升,由7%上升至24%,销售费用率持续上升主要系公司将销售模式由经销为主转变为直销为主,销售投入增加,直销占比已从2018年的20%上升至2021年的87%。2)管理费用:管理费用率稳中有增,由2018年的17%增长至2021年的22%,这主要系一方面,目前公司经营规模相对较小,规模效应尚未显现;另一方面,公司为提升管理能力以应对规模扩大,管理人员数量及薪酬增加所致。3)财务费用,近年来公司财务费用率呈下降趋势,主要系公司存款产生的利息收入增加所致,财务风险较小。

2、概伦电子由外向内打开国产替代的百亿空间

2.1行业格局:EDA是支撑芯片设计发展的基础,头部企业垄断效应明显

EDA是集成电路设计发展的必然选择,电子产业的根基技术。随着半导体行业的发展,集成电路的复杂程度指数级上升,现在集成度最高的芯片已经集成了数万亿个晶体管,未来芯片的集成度会越来越高,人工绘图已经是不可能完成的任务,因此利用计算机辅助手段解决集成电路设计问题的EDA工具成为IC设计的必需品。同时EDA工具也是IC设计企业降本增效的必然选择,根据加州大学圣迭戈分校AndrewKahng教授的推测,EDA技术进步让设计效率提升近200倍,将消费级SoC的设计成本从77亿美元降低到4500万美元。从应用来看,EDA工具贯穿电子设计的多个环节,覆盖的环节包括数字芯片设计、模拟设计、平板显示电路设计、晶圆制造、封装测试、系统仿真等。从市场价值来看,百亿美元的EDA市场构筑了万亿电子产业的根基。

EDA是芯片设计的核心工具,应用贯穿芯片设计各个环节。芯片现在已融入信息社会的各个方面,军、民、商各类电子信息设备的核心都是芯片,电子信息技术产业发展的根基也是芯片。从整个产业链来看,EDA是芯片制造的最上游产业,广泛应用于数字设计、模拟设计、晶圆制造、封装、系统五大类场景,对行业生产效率、产品技术水平有重要影响。设计方面,设计人员必须使用EDA工具设计几十万到数十亿晶体管的复杂集成电路,以减少偏差、提高成功率及节省费用。制造方面,基于新材料、新工艺的下一代EDA技术将给集成电路性能提升、尺寸缩减带来新的发展机遇。

EDA对芯片制造的作用举足轻重,是万亿电子信息产业的支点。随着芯片工艺水平的精细,流片的成本越来越高昂,EDA技术成为芯片制造中不可替代的部分。EDA技术可以帮助设计者极大地提高效率、缩短设计周期、节省设计成本。从EDA市场本身来看,根据华经产业研究院数据,2020年全球EDA市场实现10%的增速,为近五年的最高增速,而根据researchandmarkets数据,预计到2025年全球EDA市场规模将达到145亿美元。根据中国半导体行业数据,2020年中国EDA市场为93亿元,增速达28%,占全球市场份额的9.4%。从电子行业来看,EDA直接支撑的半导体制造产业市场规模高达700亿美元,再向上更是支撑着万亿规模的数字经济,杠杆效应接近200倍。国内的集成电路市场相较于全球其他地区规模最大、增速最快,EDA工具的杠杆效应更加明显。

现代国际市场三足鼎立,头部企业垄断全球90%市场。从全球范围来看,EDA行业企业可以按照市场规模划分为三类:第一类企业是Synopsys、Cadence和MentorGraphics(SiemensEDA),占据了全球EDA市场约70%的份额。三家企业均拥有完整且优势明显的全流程EDA工具,且部分流程工具在细分领域拥有绝对优势,EDA相关营收每年超过10亿美元。第二类企业拥有部分领域的全流程EDA工具,且在局部领域具有绝对优势。例如Ansys在热分析、压电分析等领域占据绝对优势;Keysight的EEsof在电磁仿真、射频综合等领域具有优势;华大九天在FPD面板领域有领先优势。这一类的企业占据了全球约15%到20%的市场规模。第三类的企业主要聚焦于某些特定领域或用途的点工具,整体规模和产品完整度与前两类的企业存在明显的差距。

2.2外生土壤:政策护航加速国产替代,产业链紧密协同势在必行

2.2.1政策支持:国内EDA企业崭露头角,国产替代驱动行业发展

国内市场仍以海外三巨头为主,国产企业崭露头角。2020年,Cadence、Synopsys和SiemensEDA三家公司仍占据了国内EDA行业的主导地位,合计市占率为77%,三巨头的技术水平、产品完成度和丰富度仍旧大幅领先国内相关企业。从国内企业来看,国产EDA企业逐步发力,2020年,华大九天在国内EDA市场以6%的市占率排名第四,已经超过另外两大海外大厂Ansys和Keysight;概伦电子也初步打入市场,市占率由2020年的1.4%的提升至2021年的1.9%。

美国政府每年在EDA行业投入数千万美金,政策助力行业发展。EDA行业规模小、技术难却不可或缺,是实现复杂芯片设计的必要工具,因此政府的支持成为行业发展的重要保障。自1980年EDA初步商业化开始,以美国为首的发达国家就从未停止过对EDA领域的支持。美国政府方面,主要由国家科学基金(NSF)和半导体研究共同体(SRC)为EDA研究保驾护航,两者交互配合,弥合创新前段由于知识需求和商业关注的巨大差距形成的“创新死亡谷”。NSF的主要任务是促进突破性的发现,帮助企业克服创新研究的初期阶段,1984年到2015年,NSF支持了1190个与EDA相关的课题。而SRC则是NSF的接棒者,主要关注研究成果的初步商业化,聚焦芯片设计领域,每年将大约2000万美元的资金投向EDA研究领域。

集成电路公司的实体清单规模扩大,发展自主可控的国产EDA迫在眉睫。自2018年3月至2021年底,被美国政府列入实体清单的中国企业高达611家,实体清单作为美国商务部基于《出口管理条例》(EAR)使用的一种工具,按照规定,清单上的企业在涉及美国产品与技术的出口、转口和贸易转让时必须事先获得有关机构发出的许可证。近年来,更是有越来越多的集成电路相关企业进入实体清单,包括海思科技、国科微电子等,这些企业在进入实体清单后存在无法使用EDA行业巨头软件的风险。而EDA作为芯片产业链的支点,集成电路行业技术的快速变化导致其对EDA工具快速更新迭代有硬性需求,因此,发展自主可控的国产EDA迫在眉睫。

政策力度持续加大,为EDA技术的发展保驾护航。20世纪八十年代,国内就开始了EDA的研究,但为了在集成电路领域不被国外落下,不得不暂缓国内EDA软件的发展,使用国外的EDA软件。现阶段,我国面临更严峻的国际技术竞争,集成电路设计和EDA工具再次成为了政策支持的重中之重。2016年,国家陆续出台集成电路设计领域的重点布局事项和相关税收优惠政策。2020年,国务院发布了《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》,从财税政策、投融资政策、研究开发政策、进出口政策、人才政策、知识产权政策、市场应用政策、国际合作政策八大方面为EDA行业助力。2021年,《“十四五”软件和信息技术服务业发展规划》提出建立EDA开发商、芯片设计企业、代工厂商等上下游企业联合技术攻关机制,突破关键技术的目标。

2.2.2国内芯片产业快速发展为EDA进步奠定基础,公司重视与下游客户合作

全产业链协同发展是EDA进步的基础,EDA、Fabless和Foundry是芯片制造的铁三角。从整个产业链来看,EDA产品开发模式为铁三角模式,EDA的进步背后是整个产业链能力的提升。在这个三角中,第一个顶点为EDA厂商,其为Fabless提供支持;第二个顶点是Foundry厂商,通过Foundry厂在工艺文件、工艺参数(PDK)上的支持,EDA厂商才能将设计出的曲线与实际流片曲线进行拟合,吻合度越好说明工具越成熟;第三个顶点是Fabless,其是EDA工具的主要使用者,EDA的研发重点在于解决设计过程中遇到的问题,而新的问题来源都是新工艺和复杂设计,Fabless厂商复杂设计的演进会带给EDA厂商新的机会和改进空间。

国内芯片产业发展迅速,奠定国产EDA发展的土壤。从产业链角度看,芯片制造主要分为芯片设计、芯片制造、封装/测试三个环节,目前我国已经在多个环节实现了自主可控。具体来看:1)芯片设计环节:从技术来看,华为海思等Fabless厂商已经进入世界前列;2)芯片制造环节:我国在国际上有明显的竞争力,世界营收前十的晶圆厂中,中芯国际位居第五,华虹集团位居第八;3)芯片封装测试环节:我国在封装测试方面竞争力较强,世界营收前十的封装测试厂中,长电科技位居第三、通富微电位居第五,华天科技位居第六。从市场角度看,一方面,国际技术竞争激烈,芯片全产业链的国产化替代大有可为,EDA是其中的重要一环;另一方面,下游电子产品市场发展迅速,手机、电脑等对芯片的需求不断增长,推动了芯片产业的发展。我们认为,当下国内产业链逐渐完备、下游需求景气度高涨,我国已经具备了EDA技术发展的土壤。

公司加强与下游客户合作,助力客户缩短IC设计周期。在制造类EDA领域中,公司的器件建模及验证EDA工具在全球领先晶圆厂相关工艺平台的开发过程中发挥着重要的作用,推进摩尔定律向7nm/5nm/3nm演进,具体来看,客户包括台积电、三星电子、联电、格芯等。在设计类EDA领域,公司的电路仿真及验证EDA工具用于三星电子、SK海力士、美光科技、长鑫存储等国内外领先的存储器厂商,推动DRAM和NANDFlash向先进工艺节点的演进。2021年,公司高性能并行SPICE仿真器NanoSpice™通过了三星代工厂8nm工艺技术认证,我们认为,该项认证一方面证明了公司在电路仿真验证领域的技术实力,有利于深化公司的DTCO发展理念;另一方面,先进工艺节点的率先认证能够助力客户缩短IC设计周期,加速先进工艺节点的开发,为公司的新产品的开发及客户的拓展均奠定了坚实的基础。

2.3内生战略:人才为本长远布局,收并购战略拓展未来

2.3.1人才是EDA发展的核心,公司重视人才为长远发展做铺垫

典型的技术与知识密集型行业,人才储备至关重要。从底层技术来看,EDA工具需要对数千种情境进行快速设计探索,实现性能、功耗、面积、成本等芯片物理指标和经济指标的平衡,需要计算机、数学、物理、电子电路、工艺等多种学科的紧密配合,是典型的技术与知识密集型产业。从人才需求来看,由于EDA工具复杂度高且开发难度大,因此其对人才的要求较为严苛,往往需要掌握数学、物理、计算机、芯片设计等知识的复合型人才。据新思科技中国区副总经理陈志昌先生的介绍,培养一个EDA人才从高校课题研究到能够实践从业,往往需要十年时间。而根据赛迪智库数据,2020年,我国EDA企业人才仅有4400人,EDA人才相对匮乏。

国内EDA市场快速发展,相关人才储备逐步上升。从国内市场来看,Synopsys、Cadence和MentorGraphics(SiemensEDA)三大国际EDA厂商主导市场,但国内本土品牌持续发力,在部分领域已经实现突破,整体份额持续上升。根据赛迪顾问数据,国产EDA工具销售额在2018-2020年呈现逐年增长的态势。2020年,国产EDA工具实现9.1亿元的销售额,其中境外销售为1.5亿元,境内销售额为7.6亿元。此外,国内EDA企业持续吸纳EDA相关人才,2018年至2020年,我国EDA企业人才由700人增长至2000人,为未来我国EDA行业的持续技术突破打下了良好的基础。

公司高度重视EDA人才引进与培养,为长远发展做铺垫。一方面,公司重视EDA行业新人的培养,结合高校的科研实力以及公司的产业优势,与北京大学共建EDA创新联合实验室,在山东大学创立EDA专业方向研究生班等,同时,积极参与集成电路EDA设计比赛,积极探索国内EDA人才培养的新模式。另一方面,公司积极引进有丰富EDA从业经历的境外高端人才。我们认为,公司对EDA人才培养的重视以及对产学研合作的持续深化,能够为公司未来的发展储备人才,为公司的长远发展奠定了坚实的基础。

2.3.2收并购是行业发展的趋势,公司从国内国际分别进行收并购

EDA行业具有高研发投入及高技术壁垒特征,收并购促使产品由点及面快速完善。由于EDA行业具有研发投入高、工具种类多、流程复杂等特点,因此,单一企业难以在短时间内研发出具有市场竞争力的EDA工具,往往需要通过不断的行业并购整合来实现对EDA流程的全覆盖。自三巨头成立以来至今,Synopsys进行了近百次的收购,Cadence本身就是并购形成,50年间进行了超过70次的收购,MentorGraphics则进行了近50次的收购。具体来看,多次重要的收购导致了三巨头现在的市场格局,如2001年Synopsys收购Avanti,一举补齐了数字集成电路EDA全流程技术,从而获得了后端布局布线近四成的市场;2008年Synopsys通过收购Synpicity成功进入FPGA和快速增长的原型市场。

公司积极把握EDA发展机遇,分别从国内和国际上进行收并购。目前国际环境变化较快,技术竞争也日趋激烈,我国EDA行业发展的时间窗口也极其紧迫,公司积极把握这一发展机遇。从国内来看,公司于2019年完成了对主营业务为器件建模PDK相关EDA工具授权、半导体工程服务等的公司博达微的收购,新增的FS-Pro产品丰富了公司产品类型。此外,博达微创始人李严峰在EDA行业中拥有超过20年从业经验,公司与博达微在业务与行业经验等方面有较强协同效应。从国际来看,公司于2021年公司收购了国际公司Entasys,Entasys的主要产品包括层次化RTL设计规划、单元库验证、版图验证等工具,且拥有一支在集成电路和EDA行业深耕二十多年的研发团队,客户包括三星电子、SK海力士等。公司对Entasys的收购将有利于公司引入数字芯片设计工具,并拓宽公司产品线至SoC等其他类型芯片设计领域。

3、概伦电子内外并举发展存储芯片全流程

公司以DTCO为核心驱动力,建设制造类和设计类EDA全流程解决方案。公司以“设计-工艺协同优化(DTCO)方法学”为核心驱动力,具体来看,公司先以制造环节中所使用的器件建模及验证EDA工具为起点,当该类产品在国际市场具备竞争力之后,公司进一步推出设计环节中用到的电路仿真及验证EDA工具,现已成功地在器件建模和仿真验证两大环节的关键节点进行了重点突破,可有效支撑7nm/5nm/3nm等先进工艺节点下的大规模复杂集成电路的设计和制造。我们认为,DTCO方法学的持续深入一方面将加深集成电路设计与制造这两个流程之间的联动性,从而缩短工艺开发的周期;另一方面,能够优化结果,助力客户提高芯片性能和良率。

3.1制造类EDA:以器件建模为基,市场份额超50%

制造类EDA用于工艺平台开发与晶圆生产阶段,公司主要提供器件建模工具。集成电路制造类EDA工具在工艺平台开发阶段和晶圆生产阶段使用,能够助力晶圆厂完成半导体器件和制造工艺的设计,建立相关模型并通过PDK或IP和标准单元库等方式为集成电路设计阶段提供关键信息,作为设计阶段仿真及验证的基础,从而实现优化制造流程,提高产品良率的目的。具体到公司来看,概伦电子提供的制造类EDA工具主要为器件建模及验证EDA工具,该工具能够快速准确地确立半导体器件模型,是集成电路制造领域的核心工具,同时也是公司成立初期的主攻方向及业务发展的起点。

3.1.1从产品应用来看:应用场景广泛,能够满足不同的建模需求

公司器件建模及验证EDA有多种应用场景,能够满足先进工艺节点的建模需求。公司的器件建模及验证EDA工具能够用于晶体管、电阻、电容、电感等半导体器件的基带和射频模型,可以支持BSIM、HiSIM、PSP等业界绝大多数标准模型和宏模型、Verilog-A等定制化模型。主要功能包括器件模型的自动建模和优化、模型质量检测和验证等,能够满足当前各种先进及成熟工艺节点的半导体器件建模需求。

行业首创自动化器件模型提取平台SDEP,极大加速芯片设计进程。智能先进器件模型自动化提取平台SDEP充分利用了计算机逐渐强大的算力及优化算法,结合并传承了器件模型提取经验和知识,从而集成了数据分析和验证、模型参数自动提取优化功能,并能支持多种复杂先进的优化算法、参数过滤、模型验证和收敛控制。通过SDEP平台,模型专家能够灵活地借助各功能模块,根据建模经验逐步定制模型参数提取流程,从而建立一套全自动建模流程解决方案。SDEP能够极大的加速从工艺平台开发到芯片设计的进程,是业内首创,目前其相关产品已在三星电子、中芯国际等领先厂商量产。

3.1.2从市场地位来看:市场地位稳固,客户覆盖范围广

公司制造类EDA工具市场地位稳固,客户覆盖全球领先的晶圆代工厂。公司目前的制造类EDA工具已经得到包括台积电、三星电子、联电、格芯、中芯国际等全球前十大晶圆厂中九家的广泛使用,推动摩尔定律不断向7nm/5nm/3nm演进。2020年公司制造类EDA工具累计收入的50%以上来自公司与上述九家晶圆厂开展的器件建模及验证EDA工具业务。

3.1.3从技术领先性来看:具备国际市场竞争力,关键指标领先

公司器件建模及验证EDA工具具有国际领先性,与是德科技为该领域的主要供应方。公司在器件建模及验证EDA工具产品领域具有较高的市场地位,并占据了超过50%的市场份额。其中,公司在中低工作频率下工艺平台的器件建模领域更有优势,在针对基带芯片和存储器芯片的器件建模市占率相对更高;而是德科技在较高工作频率下更有优势,在针对射频芯片的器件建模市占率相对更高。

3.1.4半导体特性测试仪器:业绩高速增长,产品矩阵不断拓宽

半导体器件特性测试仪器快速发展,制造类EDA协同效应增强。半导体器件特性测试仪器主要用于对集成电路器件在不同工作状态和环境下的电流、电压、电容、可靠性等进行测量、数据采集和分析,以评估其是否达到设计指标。从营收来看,半导体器件特性测试仪器营收规模由2018年的0.01亿元迅速增长至2021年的0.46亿元,规模扩大了三倍;从产品矩阵来看,公司于2019年末并购了博达微,半导体器件特性测试仪器在原有产品9812DX的基础上新增了FS-Pro,产品矩阵拓宽。此外,由于半导体器件特性测试仪器所采集的数据是器件建模及验证EDA工具所需的数据来源,我们认为,半导体器件特性测试仪器的快速发展将进一步增强制造类EDA工具之间的协同效应。

3.2设计类EDA:多元化仿真器协同发展,部分实现了对全球领先企业的替代

设计类EDA包含多种EDA工具,公司在电路仿真及验证领域具备国际竞争力。集成电路设计类EDA在集成电路设计阶段使用,用于支撑基于晶圆厂提供的PDK或IP和标准单元库进行的电路设计,能够对设计结果进行电路仿真及验证,并进行设计优化,从而提高量产良率,缩短产品上市时间。按照电路类型可以划分为数字集成电路设计类EDA工具与模拟集成电路设计类EDA工具。目前,概伦电子所提供的适用于存储器芯片设计的EDA工具已经具备国际市场竞争力。

公司仿真及验证EDA工具适用于多种集成电路,且能够满足客户不同的参数需求。公司的仿真及验证EDA工具能够适用于模拟电路、数字电路、存储器电路等集成电路,拥有实现晶体管级电路仿真和验证、优化电路等功能。主要有通用并行SPICE电路仿真器(NanoSpice)/GigaSPICE电路仿真器(NanoSpiceGiga)/FastSPICE电路仿真器(NanoSpicePro)三类仿真器,其中,SPICE仿真器适用于高精度中小规模,GigaSPICE仿真器适用于较高精度大规模,FastSPICE仿真器适用于中高精度超大规模的电路仿真,这三类仿真器能够满足用户在不同精度/容量/速度上的电路仿真、验证等需求。

设计类EDA工具竞争优势显著,部分实现全球领先企业的替代。从NanoSpice来看,公司已在速度、精度、容量等参数中达到了国际先进水平,在满足SPICE精度的前提下能够支持百万级晶体管数量的仿真。从NanoSpicePro来看,速度比NanoSpice提升了10倍以上,而新思科技的FineSimPro的速度则为同类产品的3至10倍;同时公司产品在满足中高仿真精度的同时能够支持千万级晶体管数量的仿真,大于新思科技FineSimPro百万级的容量。目前,公司来自于三星电子、SK海力士、美光科技三家全球前三的存储器厂商的收入占公司设计类EDA工具收入的比例超过40%,部分实现了对全球领先企业的替代。

3.3存储芯片EDA:公司DTCO战略的理想场景,下游需求高景气

存储器芯片重要性提升,市场规模的快速扩大推动EDA需求增加。随着5G、大数据、人工智能等新兴技术的快速发展,海量数据产生,而数据的存储和处理需求使得存储芯片的重要性凸显。根据ICInsights报告,2020年全球存储芯片市场规模达到1227亿美元,同比增速为11%。根据WSTS数据,存储器芯片占集成电路行业的比例呈上升趋势,预测2021年这一比例将达35%。此外,根据芯思想研究院的报告,截至2020年底我国动工兴建并进入产能爬坡期的12英寸晶圆厂有17家,其中三星电子、SK海力士、长鑫存储、长江存储等存储器厂商设立的晶圆厂有8家。我们认为,存储器芯片与日俱增的重要性将推动其快速发展,对下游EDA需求增加的确定性较强。

存储器芯片头部企业多采用IDM模式,是公司推广DTCO战略的理想场景。由于存储芯片设计和制造领域的结合非常紧密,因此存储器芯片领域的头部企业主要采用IDM模式(设计和制造在同一体系内完成),且对芯片性能和良率及产品上市要求极高,这也使得存储器芯片市场是公司DTCO战略的重要落地场景。如英特尔的IDM模式使得其能够对工艺潜能深度挖掘,从而实现相同工艺节点下芯片更高的集成度和优异的性能。

公司致力于打造存储EDA全流程,契合公司的DTCO战略。2020年11月,公司副总裁李严峰发表了《落地DTCO,助力中国存储EDA》的主题演讲,表明公司致力于打造存储EDA全流程。同年12月,公司副总裁刘文超先生在EDA与IC设计创新分论坛发表了《先进存储器设计的创新EDA解决方案》的主题演讲,分享了公司面向先进存储器设计的创新EDA解决方案及如何通过落地DTCO助力中国半导体。我们认为,公司在存储器领域的率先布局具有前瞻性,也较好的契合了公司的DTCO战略。

公司产品在存储器领域厂商广泛应用,来自头部三家存储器厂商的收入占设计类EDA收入超40%。公司在存储器芯片领域已具有竞争优势,部分实现对全球领先企业的替代,客户包括三星电子、SK海力士、美光科技等全球规模前三的存储器厂商。从收入规模来看,2020年,来自这三家存储器厂商的收入占公司设计类EDA工具收入的比例超过40%。根据Trendforce统计,这三家存储器客户2020年DRAM和NANDFlash芯片产品合计收入约为946亿美元,占全球存储器芯片市场份额的73%。同时,该类产品还获得了国内领先集成电路企业长鑫存储等的采用,应用广泛。

公司率先布局存储器芯片新领域,目前已具有国际领先性。公司在成立之初便开始布局存储器芯片领域,目前已在全球存储器芯片领域取得较强的竞争优势。从技术上来看,公司的电路仿真及验证EDA工具能够推动DRAM不断向1xnm、1ynm,1znm等先进工艺节点演进、推动NANDFlash不断向64L、92L、136L甚至更先进的176L等先进堆栈工艺带来的更高密度和更高速度的演进。具体来看,公司自研产品NanoSpicePro可满足存储器单元设计、存储器特征化及全芯片验证等需求,并通过独特的双引擎架构显著提升了芯片设计人员的生产力,能够解决大规模存储器(DRAM、SRAM等)、FPGA和系统级芯片等复杂设计的验证难题,与其他同类仿真器相比性能提高10倍以上。2021年,该产品荣获全球电子成就奖年度EDA/IP/软件产品奖。


(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)

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