中国EDA分析之上海概伦电子

2022年11月11日 0 Comments

  (一)主要业务、主要产品或服务情况

  1.主营业务情况

  公司的主营业务为向客户提供被全球领先集成电路设计和制造企业长期广泛验证和使用的EDA产品及解决方案,主要产品及服务包括制造类EDA工具、设计类EDA工具、半导体器件特性测试仪器和半导体工程服务等。

  2.主要产品或服务情况

  (1)公司主要产品及服务布局

  围绕DTCO方法学,公司在器件建模和电路仿真验证两大集成电路制造和设计的关键环节进行重点突破,自主研发了相关EDA核心技术,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,帮助晶圆厂在工艺开发阶段评估优化工艺平台的可靠性和良率等特性,建立精确的器件模型、PDK和标准单元库,并通过快速精准的电路仿真帮助集成电路设计企业有效预测芯片的性能和良率,优化电路设计。在此基础上,根据行业特点和应用需求,打造以DTCO为核心驱动力(4.920,-0.04,-0.81%)的针对工艺开发和制造的制造类EDA全流程、以及针对存储器和模拟/混合信号等电路设计的设计类EDA全流程。

  公司的制造类EDA工具主要用于晶圆厂工艺平台的器件模型建模、PDK生成以及标准单元库建立,为集成电路设计阶段提供工艺平台的关键信息,作为该阶段电路设计、仿真及验证和物理实现的基础;公司的设计类EDA工具主要用于设计阶段的电路设计、仿真与验证和物理实现,为集成电路设计流程提供从前端设计到后端实现及验证的核心EDA工具;公司的半导体器件特性测试仪器是测量半导体器件各类特性的工具,为制造类EDA工具提供高效精准的数据支撑;公司的半导体工程服务为客户提供专业的建模、测试、PDK、标准单元库及IP设计等服务,帮助客户更加快速、有效地使用公司产品,增加客户粘性,是公司与国际领先集成电路企业互动的重要窗口。上述产品及服务共同为客户提供覆盖数据测试、建模建库、PDK及标准单元库和IP、电路设计及版图实现、电路仿真及验证、可靠性和良率分析、电路优化等流程的EDA解决方案。

  (2)公司主要产品及服务具体介绍

  ①制造类EDA工具

  公司制造类EDA工具主要为器件建模及验证EDA工具、PDK生成及验证EDA工具、标准单元库设计及验证EDA工具等,用于快速准确地建立半导体器件模型、PDK和标准单元库,是集成电路制造领域的核心关键工具。

  公司器件建模及验证EDA工具能够用于建立晶体管、电阻、电容、电感等半导体器件的基带和射频模型,能够支持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。该类EDA工具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、不同工艺平台模型的评估比较等,能够满足目前各种先进和成熟工艺节点的半导体器件建模需求。

  公司的PDK生成及验证EDA工具能够用于快速生成PDK中的核心单元PCell,并验证PDK的质量和完整性,被用于当前主流工艺平台PCell的开发和验证,大幅提高了PCell开发速度以及质量,并降低了技术门槛。

  公司的标准单元库特征提取工具,能够自动、准确、完备的提取多种单元电路的信号路径以及功能函数,包括组合逻辑电路、时序逻辑电路,低功耗电路;并且利用内嵌的高精度仿真器提取单元电路的多种特征模型,包括时序、功耗、噪声、统计等模型;同时利用先进的并行计算架构,实现高吞吐、强容错的大规模并行计算,提升客户建库的效率。

  标准单元库质量验证工具通过检测与验证包括Schematic,Liberty,Layout,Verilog在内的多种电路视图数据,验证标准单元库的精度和质量,可以满足当前主流工艺平台标准单元库开发和验证的要求。

  作为集成电路制造领域的核心关键工具,公司的器件建模及验证EDA工具多年支持台积电、三星电子、联电、格芯、中芯国际(43.660,0.41,0.95%)等全球领先晶圆代工厂持续进行先进工艺节点的开发,推动摩尔定律不断向7nm/5nm/3nm演进,在其相关工艺平台开发过程中占据重要地位。该等工具生成的器件模型库作为设计与制造的关键接口通过上述国际领先的晶圆厂提供给其全球范围内的设计客户使用,其全面性、精度和质量已得到业界的长期验证和广泛认可。

  公司制造类EDA工具各细分产品的特点及应用场景如下:

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  注:PDK(ProcessDesignKit)即工艺设计套件,是晶圆厂与集成电路设计企业的沟通桥梁,包含了器件模型描述文件、设计规则文件、版图设计和工艺验证文件、电学规则文件等能够描述制造工艺能力的信息。集成电路设计企业通过加载晶圆厂提供的特定工艺平台的PDK,获取电路设计所需的必要信息和数据,开展设计工作。器件模型和参数化单元(PCell)等基础单元信息共同组成PDK的核心部分。

  ②设计类EDA工具

  公司设计类EDA工具主要为电路仿真及验证EDA工具及即将推向市场的电路设计平台包括电路设计输入、版图设计和物理验证EDA工具等,用于大规模集成电路的电路设计输入和版图设计、电路仿真和验证,优化电路的性能和良率,是集成电路设计领域的核心关键工具。

  公司的电路仿真及验证EDA工具能够适用于模拟电路、数字电路、存储器电路及混合信号电路等集成电路,实现晶体管级电路仿真和验证、芯片良率和可靠性分析、电路优化等功能。公司产品分为高精度中小规模SPICE仿真器、较高精度大规模GigaSPICE仿真器、中高精度超大规模FastSPICE仿真器等类型,能够满足用户在不同精度、速度、容量上的电路仿真、验证、优化等需求。

  作为集成电路设计领域的核心关键工具,公司的电路仿真及验证EDA工具能够多年支持三星电子、SK海力士、美光科技、长鑫存储等国内外领先存储器厂商持续进行先进存储器芯片的开发,推动DRAM不断向1xnm(16-19nm)、1ynm(14-16nm),1znm(12-14nm)等先进工艺节点演进、推动NANDFlash不断向64L、92L、136L乃至更先进的176L等先进堆栈工艺带来的更高密度和更高速度的演进。除在存储器领域获得国际市场竞争力外,该等工具还被Lattice、Microchip、ROHM等国内外领先的半导体厂商在量产中采用,对数字、模拟、存储器等各类集成电路进行晶体管级的高精度电路仿真。

  公司设计类EDA工具各细分产品的特点及应用场景如下:

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  ③半导体器件特性测试仪器

  半导体器件特性测试是对集成电路器件在不同工作状态和工作环境下的电流、电压、电容、电阻、低频噪声(1/f噪声、RTN噪声)、可靠性等特性进行测量、数据采集和分析,以评估其是否达到设计指标。

  公司的半导体器件特性测试仪器能够支持多种类型的半导体器件,具备精度高、测量速度快和可组建多机并行测试系统等特点,能够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。公司的半导体器件特性测试仪器已获得全球领先集成电路制造与设计厂商、知名大学及专业研究机构等广泛采用。

  公司半导体器件特性测试仪器各细分产品的特点及应用场景如下:

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  ④半导体工程服务

  公司半导体工程服务主要是利用自有的EDA工具和测试设备,基于自身服务于全球领先集成电路设计和制造公司多年积累的经验和能力,为客户提供完整的DesignEnablement服务,服务内容主要包括测试结构设计、半导体器件测试、器件模型建模和验证、PDK生成和验证、标准单元库生成和再定制、IP设计和设计服务等。基于自有EDA工具的技术优势、专业工程服务团队和测试环境,公司半导体工程服务能够覆盖各类工艺平台和设计应用需求,并通过SDEP自动化建模平台减少建模所需时间、通过先进的标准单元库生成技术和巨量的计算资源减少标准单元库建立时间,大大缩短工程服务交付周期。该等服务与公司其他各类产品相互配合,可组成更为完善、附加值更高的解决方案,亦可促进客户对公司其他产品更为高效的使用,从而进一步增加客户粘性,是公司与国际领先集成电路企业互动的重要窗口。

  此外,公司还可为初建的晶圆厂提供知识体系培训、建模和PDK流程搭建、测试环境设置等服务,协助客户完成全套初版器件模型和PDK开发,帮助客户快速通过初期建设阶段。客户顺利完成初期阶段的建设后,通常有较大意愿采购公司产品,从而为公司产品带来新的订单机会。公司半导体工程服务所提供的模型在质量、精度、可靠性、交付周期等方面具备较强的市场认可度,客户覆盖了多家国内外知名的集成电路企业。

  (二)主要经营模式

  公司的主要经营模式具体如下:

  1.盈利模式

  公司主要盈利模式包括:

  (1)向客户授权EDA工具而获得软件授权相关收入。EDA工具授权业务分为固定期限授权和永久期限授权,公司的EDA工具授权业务以固定期限授权业务为主,且多为三年期期限授权。

  公司对于固定期限授权的EDA工具,公司在授权期内持续对售出软件进行版本升级,并向客户提供技术咨询。对于固定期限授权业务,公司在授权期内按照直线法确认收入。

  对于永久授权的EDA工具,公司向客户提供售出版本软件的永久使用权,并提供一定期间内的版本升级、技术咨询等后续服务,客户可在服务期满后单独购买后续服务。对于软件永久使用权销售以时点法确认收入,对于期间内的版本升级和技术咨询等服务在约定的服务期限内按照直线法确认收入。

  (2)向客户销售半导体器件特性测试仪器而获得产品销售收入。

  (3)向客户提供半导体工程服务而获得服务收入。

  2.采购模式

  公司采购的主要内容为网络基础设施(如网络带宽、服务器等)和各类硬件模块及相关配件等。具体采购流程包括新建采购申请、技术评估、对比询价、金额审批、协议签署、需求部门验收等。公司采购内容市场供应充足,供应商在具备可选性的同时保持相对稳定,能够满足公司的特定要求,采购渠道通畅。

  3.研发模式

  公司研发团队根据市场和客户需求确定产品和技术研发方向,设定目标并开展研发工作,具体流程如下图:

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  4.服务模式

  (1)技术支持服务

  公司设有专门的技术服务团队,在服务期内为客户提供技术支持服务,有效满足客户使用需求,具体模式如下:

  对于固定期限授权的EDA工具,公司在授权期内持续对售出软件进行版本升级,并向客户提供技术咨询;对于永久授权的EDA工具,公司向客户提供售出版本软件的永久使用权,并提供一定期间内的版本升级、技术咨询等后续服务,客户可在服务期满后单独购买后续服务。

  对于半导体器件特性测试仪器,公司提供一定期限内的软件版本升级、技术咨询等后续服务。客户可在服务期满后单独购买后续服务。

  (2)半导体工程服务

  公司半导体工程服务主要是利用自有的EDA工具和测试设备,基于自身在建模建库领域多年积累的经验和能力,为客户提供器件建模和半导体器件特性测试服务。

  5.营销模式

  公司目前采取以直销为主、经销为辅的销售模式,不断加强自身销售网络建设,积极通过展会、网络、行业媒体等渠道对公司及产品进行推广。对于北美、韩国、中国大陆等业务量较大的地区,公司主要采取直销模式,对于日本等地区主要采取经销模式。在面向大学及专业研究机构客户时,部分半导体器件特性测试仪器的销售也会采取经销模式。

  公司采取直销模式的地区多为客户资源多、市场需求大、业务基础较好的区域。该等区域内通常国际领先集成电路企业较为集中,为更好地服务客户,及时响应客户需求,公司通常配置本地化的销售和技术支持团队。基于投入产出比的考虑,公司在日本等地区,通过经销商的市场和销售渠道进行推广和销售。

  6.生产模式

  公司硬件产品低频噪声测试仪器系列产品以及半导体参数测试仪器(FS-Pro)生产过程系通过对采购的标准化模块以及机箱组件进行简单装配并嵌入自主研发的软件产品并进行一系列功能检测、软硬件适配集成和调试校准。对于部分供货周期较长的供应商,公司通常根据销售预计情况提前安排采购,其余原材料在获取客户订单后开始安排采购,原材料齐备后通过简单装配并嵌入软件产品,并将其适配集成,调试至可使用状态。

  7.采用目前经营模式的原因、影响经营模式的关键因素和影响因素在报告期内的变化情况及未来变化趋势

  公司的主要收入来源于EDA工具授权,该等授权模式是国际EDA行业通行的经营模式。报告期内,公司经营模式及关键影响因素均未发生重大变化,在可预见的未来预计也不会发生重大变化。公司将围绕既定的战略布局,持续进行技术创新和积累,密切关注行业发展和变化,与客户和合作伙伴共同探讨行业新的技术趋势,不断对前沿技术进行探索和实践,并根据实际需要适当调整和优化现有经营模式。

  (三)所处行业情况

  1.行业的发展阶段、基本特点、主要技术门槛

  (1)行业发展阶段及技术发展思路

  公司属于EDA行业,EDA行业属于集成电路设计行业,为新一代信息技术领域。根据中国证监会《上市公司行业分类指引》(2012年修订),公司属于“信息传输、软件和信息技术服务业”中的“软件和信息技术服务业”,行业代码“I65”;根据《国民经济行业分类》(GB/T4754-2017),公司隶属于“软件和信息技术服务业”下的“集成电路设计”(行业代码:I6520)。

  随着集成电路行业的技术迭代,先进工艺的复杂程度不断提高,下游集成电路企业设计和制造高端芯片的成本和风险急剧上升。在此背景下,EDA工具作为集成电路设计与制造环节必不可少的支撑工具,用户对其重视程度与日俱增,依赖性也随之增强。同时,集成电路行业的技术迭代较快,众多新兴应用场景的不断出现和系统复杂性的提升也对EDA工具产生新的需求。EDA行业作为集成电路行业的重要支撑,处在集成电路行业的最前端。经过几十年的技术积累和发展,EDA工具已基本覆盖了集成电路设计与制造的全流程,具备的功能十分全面,涉及的技术领域极广。受益于先进工艺的技术迭代和众多下游领域需求的强劲驱动力,全球EDA市场规模呈现稳定上升趋势。EDA行业占整个集成电路行业市场规模的比例虽然相对较小,但其作为撬动整个集成电路行业的杠杆,以一百亿美元左右的全球市场规模,支撑和影响着数千亿美元的集成电路行业。

  面对当今摩尔定律的困境和集成电路行业的发展特点,全球主流EDA技术发展有两种思路:一是持续和领先集成电路企业合作,坚定的推动工艺节点向前演进和支持不同工艺平台的创新应用;二是不断挖掘现有工艺节点的潜能,持续进行流程创新,缩短产品上市时间,提升产品竞争力。

  ①与全球领先集成电路企业合作,推动工艺节点的持续演进

  集成电路制造行业经历了数十年的快速发展,先进光刻与刻蚀技术等集成电路制造所需的专用技术不断突破,半导体器件也朝着7nm、5nm、3nm等先进工艺节点不断演进,晶体管尺寸在不断逼近物理极限。根据摩尔定律,约每18个月工艺就进行一次迭代。目前业界普遍认为集成电路行业已经进入到后摩尔时代。后摩尔时代先进工艺技术继续突破的难度激增、设计和制造复杂度和风险的大幅提升均对EDA公司提出了新的挑战和要求,每一代先进工艺节点的突破,均需由工艺水平最先进的晶圆厂、顶尖EDA团队和设计经验丰富的集成电路设计企业三方协力共同推进,才有可能尽早实现。根据Yole报告,最终能够成功突破20nm、14nm、7nm等工艺节点并且持续向5nm、3nm等更先进工艺研发的晶圆厂数量越来越少,能够与台积电、三星电子、英特尔、中芯国际等全球领先企业合作,坚持开发先进工艺节点的EDA团队和集成电路设计企业数量也寥寥无几。

  根据IEEE发布的国际器件与设备路线图(IRDS),摩尔定律发展到5nm及以下工艺节点的时候,继续按照传统工艺缩小晶体管的尺寸会变得极为困难。未来先进工艺节点的演进将遵循三个方向进行,分别为延续摩尔定律(MoreMoore)、超越摩尔定律(MorethanMoore)和新型器件(BeyondCMOS)。为配合上述技术发展趋势,EDA行业需要同步发展和突破能支撑更先进工艺节点、更复杂的设计和制造及更多样化的设计应用的EDA工具和流程,EDA工具自身也需要不断的提高速度、精度、可靠性等技术指标,并利用新型计算、人工智能、云计算等先进技术等进行赋能,综合提高自动化程度和工作效率。以DARPA和谷歌为代表的机构和企业则在探索通过超高效计算、深度学习、云端开源等技术,推动敏捷设计与EDA全自动设计和自主迭代功能。

  ②不断挖掘工艺潜能,持续进行流程创新

  先进工艺节点的开发需要较长时间且难度较高,晶圆厂为加快工艺节点的开发速度,需要与集成电路设计企业更紧密地协同,实现更快速的工艺开发和芯片设计过程迭代;集成电路设计企业需要更早地介入到工艺平台开发阶段中,协助晶圆厂对器件设计和工艺平台开发进行有针对性的调整和优化。类似DTCO的理念已在国际领先的IDM厂商内部进行了多年的实践,能够帮助其在相同工艺节点下达到更高的芯片性能和良率,从而极大地增强盈利能力,成为提高市场竞争力的核心因素。

  (2)行业基本特点及主要技术门槛

  经历了30多年工艺节点的不断演进,芯片功能和性能要求越来越高,集成电路的规模和复杂性日益增加,制造成本攀升,因工艺水平或芯片设计失误而导致的制造失败可能性也大幅提升。极高的时间成本和资金投入使得当今集成电路行业对以高性能计算为核心的EDA工具的依赖程度不断加深,并对EDA工具在功能、性能和精准度等方面提出了更高要求。为满足上述市场需求,业内领先的EDA公司通常会选择在其已有流程的基础上持续对现有工具进行改进或不断加入新的工具以弥补在面对新工艺、新应用时的局限性。

  随着全球集成电路行业的发展,EDA产品在早期积累的基础上进一步发展和演进,逐渐形成以部分关键工具为主、大量其他工具为辅的设计和制造流程,EDA工具的数量越来越多,形成了一个高度细分、数量繁多的EDA工具集。EDA工具集复杂程度不断提升,开发难度和市场门槛也越来越高。

  由于EDA工具在集成电路行业中所起的关键作用,EDA行业具有产品验证难、市场门槛高的特点,尤其对于国际知名客户,其对新企业、新产品的验证和认可门槛较高。因此,EDA行业研发成果要转化为受到国际主流市场认可的产品,不仅需要持续大量的研发投入以形成在技术上达到先进水平的产品,还需要具备较强的品牌影响力、渠道能力、快速迭代能力等。

  2.公司所处的行业地位分析及其变化情况

  基于EDA行业的特点,衡量公司产品或服务市场地位、技术水平及特点的主要标准为国际市场和全球领先集成电路企业认可和量产采用情况。

  (1)公司产品或服务的市场地位

  公司较早地进行了DTCO方法学探索和实践,聚焦于EDA流程创新,择其关键环节进行逐个突破,先后成功拥有了具有国际市场竞争力的器件建模及验证EDA工具和电路仿真及验证EDA工具。

  公司器件建模及验证EDA工具已经取得较高市场地位,被全球大部分领先的晶圆厂所采用和验证,主要客户包括台积电、三星电子、联电、格芯、中芯国际等;电路仿真和验证EDA工具已经进入全球领先集成电路企业,主要客户包括三星电子、SK海力士、美光科技、长鑫存储等,市场地位不断提升。

  (2)公司技术水平及特点

  公司器件建模及验证EDA工具在国际市场具有技术领先性,产品具有较高的精准度和可靠性,能够支持7nm/5nm/3nm等先进工艺节点和FinFET、FD-SOI等各类半导体工艺路线,并在中低工作频率下工艺平台的器件建模时具有较强的竞争优势,在针对基带芯片和存储器芯片的器件建模市场具有较高的市场占有率。该等工具生成的器件模型通过上述国际领先的晶圆厂提供给其全球范围内的集成电路设计方客户使用,其全面性、精度和质量已得到业界的长期验证和广泛认可。

  公司电路仿真及验证EDA工具拥有技术领先性和国际竞争力,产品针对特定的芯片设计领域具有较好的仿真精度和可靠性、较高的仿真速度和效率,能够支持7nm/5nm/3nm等先进工艺节点和FinFET、FD-SOI等各类半导体工艺路线,对数字、模拟、存储器等各类集成电路进行晶体管级的高精度快速电路仿真,并在国际及国内市场大规模及超大规模存储器电路的仿真市场有一定的市场份额,已被国际领先的半导体厂商大规模采用。

  (3)公司取得的科技成果与产业深度融合的具体情况

  十余年来,公司一直坚持以前瞻性的战略定位和布局为指导,以市场竞争力为导向,持续进行技术开拓创新和产品研发升级,已完成从技术到产品的成功转化,目前已成长为全球知名的EDA企业。截至报告期末,公司围绕核心技术,已在全球范围内拥有发明专利24项、软件著作权68项,并储备了丰富的技术秘密。

  公司在集成电路设计和制造两个环节中起到纽带和桥梁的作用,推动集成电路设计和制造的深度联动,加快工艺开发和芯片设计进程,提高集成电路产品的良率和性能,增强集成电路产品的市场竞争力,实现了科技成果与集成电路行业的深度融合。

  公司主要客户遍及全球领先的晶圆代工厂、存储器厂商和国内外知名集成电路企业。公司主要产品和服务在上述企业设计和制造的过程中使用,其设计或制造出的集成电路产品被广泛应用于数据处理、汽车电子、消费电子、物联网、工业、计算机及周边等产业中,实现科技成果与广泛下游终端应用的深度融合。

  3.报告期内新技术、新产业、新业态、新模式的发展情况和未来发展趋势

  (1)新技术、新产业、新业态、新模式的发展情况

  ①全球集成电路行业产能不断集中,头部效应明显

  集成电路制造行业经历了数十年的快速发展,先进光刻与刻蚀技术等集成电路制造所需的专用技术不断突破,半导体器件也朝着7nm、5nm、3nm等先进工艺节点不断演进。而另一方面,集成电路制造正在逼近物理定律的极限,导致先进工艺技术继续突破的难度激增,技术研发和设备投入等资本支出显著加大。

  集成电路制造行业集中度的不断提高,使得全球集成电路制造的产能逐渐向拥有先进工艺水平的头部厂商聚集,头部效应明显,也使得头部厂商的各项资本支出更为庞大。

  ②全球集成电路行业向中国大陆转移,中国大陆晶圆产能快速扩张

  目前中国大陆已经成为半导体产品最大的消费市场,且其需求持续旺盛。根据IBS统计,预计到2030年中国将消费全球60%左右的半导体产品。强劲的市场需求促使全球产能逐渐转移到中国大陆,扩大了中国大陆集成电路整体产业规模。

  近十年,中国大陆晶圆产能快速扩张,自2010年超过欧洲起,全球排名持续攀升,并在2019年超过北美。预计2019年至2024年期间,中国仍将保持年均最高的产能增长率,到2022年有望超过韩国,跃升为全球第二。

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