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华大九天深度报告:EDA工具20年磨一剑,美禁令或加速国产替代

来源:爱集微

#华大九天#

#深度报告#

2022-10-18

核心看点:1.华大九天长期深耕EDA行业,布局模拟电路、数字电路等领域EDA设计工具,已成为目前国内规模最大、产品线最完整的EDA供应商之一。随着公司全流程布局推进,客户粘性有望逐步提升,商业化拓展有望加速。华大九天2020年占国内EDA市场份额6%,是国内市场第四大EDA工具企业。

2.美国对中国的限制开始从“精准打击龙头”到“体系化限制”,2022年8月BIS的ECAD禁令长期可能会影响中国高性能芯片企业产品持续迭代演进。EDA软件工具国产替代的逻辑或将催化国内相关企业的股价的持续发酵。

3.EDA行业属于投资周期较长,且见效慢的基础性产业,需要长期的算法技术积累,研发周期较长,产业化周期也很长,对资金的长期投入依赖性较高。然后EDA产业规模却相对较小,市场空间展望有限,但不可或缺。

第一部分:公司简况

集微网报道,北京华大九天科技股份有限公司(证券简称华大九天,证券代码301269)于2009年从华大电子承担的EDA部门独立经营,主要从事EDA工具软件的开发、销售及相关服务。公司初始团队部分成员曾参与中国第一款具有自主知识产权的全流程EDA系统——“熊猫ICCAD系统”的研发工作,自1993年熊猫EDA发布算起,公司在EDA领域的积累已有30余年。2009年-2013年为公司起步萌芽期,期间发布第一代模拟电路设计全流程EDA工具系统;2013年-2018年为公司的艰难困苦期,期间通过“团队增资”和深圳市创新投资集团中小企业基金的投资,艰难的状况有了好转,并发布第一代高性能并行电路仿真工具;2018年以后公司进入快速发展期,2020年公司发布新一代模拟电路设计全流程EDA工具系统,并成为某些EDA垂直领域“单项冠军”。在多年的技术积累之下,华大九天是国内唯一一家可以提供部分领域全流程化EDA产品的公司,截至2021年末,华大九天共拥有发明专利150项,软件著作权67项。目前公司总部位于北京,在南京、上海、成都和深圳设有全资子公司,并在日本、韩国、东南亚等地设有分支机构。

图1:华大九天发展历程简述

华大九天董事长刘伟平先生在EDA和集成电路设计领域辛勤耕耘三十余年,是著名的“熊猫”EDA工具研发项目的亲历者。刘伟平先生曾先后被聘担任全国ICCAD专家委员会委员、信息产业部全国软件专家委员会委员、国家863集成电路设计专项专家组成员、“核高基”国家科技重大专项实施专家组专家,研发成果屡获肯定,曾获国家科技进步一等奖、三等奖各一次。

华大九天持股5%以上股东为中国电子有限、九创汇新、中电金投、上海建元、大基金和中小企业基金,持股比例分别为21.22%、17.63%、12.84%、11.05%、8.88%、5.15%。其中,中国电子有限与中电金投均为中国电子集团全资子公司,合计持有公司34.06%的股份。中国电子、集成电路产业基金以及头部半导体客户的入股,从一定程度上彰显了公司的实力。此外,九创汇新为员工持股平台,公司的股权激励充分,核心团队与公司深度绑定,利好公司技术突破和业绩释放。

图2:华大九天股东持股情况明细(截至2022Q3)

资料来源:Wind

华大九天研发组织体系完备,下设第一中心、第二中心、第三中心、产品规划部及质量检验组。第一中心负责数字电路设计相关领域工具和仿真工具的开发;第二中心负责模拟电路设计相关领域工具和FPD设计相关领域的工具开发;第三中心负责晶圆制造领域工具开发及技术开发服务;产品规划部参与产品功能设计,负责研发端与客户端的沟通及对产品进行反馈跟踪;质量检验组负责对产品进行功能及性能测试验证、质量管理。

2021年,华大九天IPO募集约25亿资金用于公司主营业务及核心技术展开,本次募集资金投资项目均用于EDA领域关键技术的升级与开发,重点围绕技术创新领域开展,具体包括:对现有EDA工具的功能、性能、容量及易用性等进行升级改造,提升工具的技术水平和应用水平;开发新产品和新技术,填补国内EDA核心工具领域的空白,解决EDA工具核心技术受制于人的问题;招募EDA领域专业人才,完善研发队伍建设,提升公司技术创新软实力。

图3:华大九天资金募集情况用途说明

第二部分:EDA行业简况

行业周知,芯片设计包括两大部分,第一部分是芯片设计的图纸,也就是我们通常意义上所说的IP,第二部分是芯片设计的工具,也就是EDA软件。一般情况下,一个芯片设计厂商设计一款芯片,不会从0开始搭建芯片电路,而是会使用一些基本的架构,然后用EDA软件,在这个芯片基本架构上,做进一步适合于自己的开发。

早些年,半导体设计人员需要手工进行集成电路设计工作,而伴随着集成电路内部构造日益复杂和芯片产量的扩厂,人为手工设计的弊端开始显现,不仅存在人力损耗和流程繁重的问题,电路设计的有效性也难以在芯片产出之前得到较好的验证,EDA技术的出现则很好地解决了人工设计的局限性,在计算机环境中完成设计、进行验证,将计算机语言有效转化为物理版图,提高效率和产品良率,因此EDA被誉为“芯片之母”,是电子设计的基石产业。在拥有百亿美金的EDA市场构筑了整个电子产业的根基,可以说“谁掌握了EDA,谁就有了芯片领域的主导权。在全球市场层面,芯片基本架构,也就是芯片IP,70%以上的市场被Arm公司垄断,而EDA软件,80%以上的市场,由美国Cadence、Synopsis,还有德国西门子垄断。

图4:EDA市场上三巨头擅长领域和拳头产品

2022年,中美在芯片领域的竞争进一步加剧,美国对中国的限制开始从“精准打击龙头”到“体系化限制”,EDA将是封锁中国半导体产业的重要工具。同年8月美国推出《芯片与科学法案》并试图推动“CHIP4”芯片联盟打击竞争对手。8月12日,美国商务部工业和安全局(BIS)又发布一项新增的出口限制临时规定,对四项技术进行出口管制,包括设计GAAFET(全栅极场效应晶体管)结构集成电路所必需的EDA/ECAD软件。

GAAFET最早由三星于2019年提出,作为一种全新的晶体管结构,它改进了半导体晶体管的结构,使栅极可以接触晶体管的所有四个侧面,而不是当前FinFET工艺中的三个侧面,GAA结构比FinFET工艺更准确地控制电流,以解决FinFET在5nm以下制程遇到的问题。作为未来先进制程的重要技术方向,2022年6月底三星电子官宣其晶圆厂生产全球首次采用GAA晶体管结构的3nm芯片;台积电将在2nm节点使用该技术,并于2026年左右发布第一款产品。目前国内芯片设计水平虽然离3nm还有一段距离,但是ECAD禁令长期可能会影响中国高性能芯片企业产品持续迭代演进。

EDA(Electronic Design Automation)是电子设计自动化的意思,指利用计算机辅助设计(CAD)软件,来完成超大规模集成电路(VLSI)芯片的功能设计、综合、验证、物理设计(包括布局、布线、版图、设计规则检查等)等流程的设计方式。打开芯片的封装外壳,在高倍显微镜下对其表面进行观察,将会看到无数规则摆放的器件和连线,这就是芯片的版图。设计和制造这个版图的各个环节都需要用到相应的EDA工具。EDA工具是集成电路设计、制造、封装、测试等工作的必备工具,是贯穿整个集成电路产业链的战略基础支柱之一。随着集成电路产业的快速发展,设计规模、复杂度、工艺先进性等不断提升,EDA工具的作用更加突出,已成为提高设计效率、加速产业技术进步与革新的关键因素。

同时,EDA工具升级换代、新型算法开发均需要产业链上下游的合力支持,在EDA产业生态圈中,EDA厂商分别向芯片设计(Fabless)、制造(Foundry)厂商提供设计类、制造类EDA软件。制造、设计、EDA已经形成半导体领域铁三角生态圈。芯片设计厂商运用EDA厂商提供的EDA工具完成设计,将得出的版图GDS-II文件发送至制造厂商。芯片制造厂商负责生产芯片并向设计厂商提供反馈数据,EDA厂商协助制造厂商开发工艺并生成PDK。芯片制造厂商促进EDA工具工艺库完善,EDA技术升级驱动集成电路制造效率提升,两者形成双向正循环。

图5:EDA产业链生态圈

资料来源:CSDN

EDA产业整体来看具备几个特点。第一,行业寡头垄断,技术壁垒极高;第二,产业需要产业链的配合,建立产业生态圈,得到产业链上下游企业的支持。第三,属于投资周期较长,且见效慢的基础性产业,需要长期的算法技术积累,研发周期较长,产业化周期也很长,对资金的长期投入依赖性较高。第四,高度人才依赖性,据资深行业人士估算,从事国产EDA研发不足1500人。

第三部分:华大九天产品情况

芯片EDA产业,需要长期的技术研发,而产值却相对最小。与集成电路超4000亿美元的市场规模比起来,EDA市场规模并不大,现阶段只有80亿美元,这是一个典型的吃力又不讨好产业,这就决定了这个行业并不是一个单靠市场能够做起来的行业。如果说中国在芯片生产领域面临的问题是从1-100的问题,那么中国在芯片设计领域面临的问题,是从0到1的问题。

华大九天致力于核心工具开发,完善EDA业务链条,与集成电路设计企业、制造企业、科研院所等共建产业生态。目前公司EDA产品线涵盖了模拟电路设计全流程EDA工具系统、数字电路设计EDA工具、平板显示电路设计全流程EDA工具系统和晶圆制造EDA工具等领域。

图6:华大九天产品线情况

资料来源:华大九天官网

值得注意的是,华大九天目前在模拟电路设计和平板显示电路设计领域已经实现了对设计全流程工具的覆盖,在数字电路设计EDA领域方面也在不断提升覆盖率。1)模拟电路设计及验证工具已可以满足大部分模拟设计客户的支撑需要。公司实现了28nm以上制程的全流程化,其中电路仿真工具支持最先进5nm量产工艺制程。虽然华大九天模拟电路全流程工具整体上相比国际水平还有差距,但是由于模拟电路对工艺的依赖程度较低,成熟制程为主,公司的产品也能够解决大多数客户的需要。2)平板显示工具方面,由于该领域与模拟电路工具有一定的相似性,公司在该领域有着较强的产品能力,在国际市场上也处于领先地位。

图7:华大九天目前可支持的集成电路工艺制程

华大九天下游客户主要包括集成电路设计企业、晶圆制造企业、平板厂商。如晶圆制造领域的中芯国际、华力微电子、华虹宏力等,为其提供版图集成与分析工具、电路仿真工具等产品及Tape-Out等晶圆制造服务;IC设计领域的华为海思、紫光展锐、智芯微等,客户产品覆盖无线网络、数字媒体、人工智能、通信等领域;国内CPU设计企业飞腾、兆芯、龙芯、华芯通、海光等,客户产品覆盖包括桌面、服务器、嵌入式和IO扩展等;以及液晶平板显示领域的京东方、惠科股份、华星光电、维信诺等,开发了贴合厂商实际设计需求的FPD全流程EDA工具系统。

图8:华大九天2021年前五大客户

华大九天目前主要的销售模式主要是直销,授权费是主要收入来源。公司EDA软件的盈利模式为授权模式,即公司向客户销售指定版本的软件,并收取合同约定期间的授权费。根据授权期间的不同,又可分为永久期限授权和固定期限授权。客户根据自身业务需求,选择不同期限授权的EDA软件。对软件换代需求不迫切的企业,通常采购永久期限授权软件;对软件换代需求迫切的企业,通常采购固定期限授权软件。公司的固定期限授权通常为1-3年,根据客户自身需求及与公司的协商,合同可约定在固定期限内提供一次或多次授权。多次授权模式下,公司分次向客户提供license,于每次提供license后取得收货(安装)确认单,并确认收入。

相比国内其他厂商,华大九天走的是先实现某些领域工具的全流程解决方案,然后通过市场化和加大研发投入来提升整体技术水平。国内其他厂商,则是考虑从点工具入手,突破关键环节的解决方案,不断提升竞争力,代表性的厂商包括概伦电子、广立微和芯华章等,比如概伦电子在存储和制造环节有着比较强的竞争力,广立微则强在成品率提升相关的工具,芯华章在验证工具方面进行着持续的投入。

图9:公司与国内主要EDA企业相对比

此外,华大九天与广立微合作,提升制造环节软件服务能力。华大九天自创立以来一直与主打成品率提升EDA的广立微具有稳定的长期合作关系,华大九天与广立微均为国产集成电路EDA领先企业,在早期发展阶段,双方在技术研发、客户拓展等方面均有密切的沟通与交流。此外,广立微将软件工具授权销售给华大九天,通过公司将其产品转销给上海华力微电子有限公司。2020年,广立微与上海华力微建立直接合作关系,但基于历史合作模式,广立微的软件工具授权仍通过华大九天销售给上海华力微。广立微产品属于制造类EDA,与公司业务不存在直接竞争关系,公司与其形成长期稳定的合作关系并转销其EDA软件,可以有效提升公司在晶圆制造方面的服务水平。

第四部分:华大九天财务简况

2019年-2021年,华大九天实现营收2.57亿、4.15亿、5.79亿,增速分别为70.59%、61.26%、39.66%;净利润分别为0.57亿、1.04亿、1.39亿,增速分别为17.8%、81.18%、34.52%。总体增速较快,这主要是得益于:1.国内主流IC设计公司的营收大幅上升,下游客户的数量不断增加,产业决定公司产品的客户粘性较强,继而带动公司模拟电路设计全流程EDA工具系统和数字电路设计EDA工具的收入增长;2.以中芯国际和华虹半导体为代表的国内晶圆厂持续扩大产能和产品型号,加大采购力度,带动公司晶圆制造EDA工具收入增长。

图10:2018-2022H1华大九天的营收和利润情况(万元)

华大九天主营业务收入主要包括EDA软件销售收入和技术开发服务收入。分产品看,2019-2021,公司全流程EDA工具实现销售收入1.26亿元、2.3亿元、3.52亿元;数字电路设计EDA工具实现销售收入分别为0.78亿元、0.99亿元、0.87亿元;晶圆制造EDA工具实现销售收入分别为0.1亿元、0.16亿元、0.47亿元。2019-2021年公司EDA软件销售收入CAGR达54.06%,主要增长动力来自以K1客户及其关联方为代表的国内主流IC设计公司贡献的收入大幅上升,客户数量的不断增加。2019-2021年公司技术开发服务收入CAGR达100.70%,三年实现收入分别为0.39亿元、0.61亿元、0.82亿元。高增速原因是公司在集成电路领域经验和能力的提升,单笔服务合同的平均金额不断提升。此外公司不断拓展新客户,各期确认收入的技术开发服务合同数量不断提升。其他业务收入主要为代理软件销售和配套硬件销售,占比较小。

图11:2018-2022H1华大九天按项目营收情况(万元)

华大九天销售费用率和管理费用率呈下降趋势,并持续加大研发投入。随着公司管理活动规模效应逐渐凸显,2018-2021年管理费用率保持下降趋势。公司销售规模扩大、业务范围扩张导致2018-2019年销售费用率有所上升。2018-2021年公司研发费用率分别为54.72%、52.50%、44.22%、和52.57%,始终保持在较高水平。其原因是:1)公司保持高力度的研发投入,研发人员数量和平均薪酬持续增长;2)公司2020年、2021年无形资产中新增外购非专利技术金额较大,使得2021年无形资产摊销金额较大;3)公司将EDA工具的研发支出全部在当期费用化,计入研发费用,所以公司的研发费用增长较快,维持较高状态。未来随着公司经营规模的持续扩张,公司的研发费用将维持高位。

图12:2018-2022H1华大九天三费支出情况(万元)

华大九天2019-2021年综合毛利率分别为88.65%、88.68%、90.59%,由于研发费用的计提方式,公司EDA工具毛利率维持在100%,技术开发服务毛利率分别为25.59%、24.74%、34.62%,技术开发服务毛利率的增长使得综合毛利率提升较多。公司整体毛利率基本保持稳定,受到研发费用支出变动的影响,2018-2022H1公司净利率整体略有下滑。

图13:2018-2022H1华大九天净利率和毛利率情况

第五部分:未来展望

中国EDA行业市场规模快速增长,占全球EDA市场的份额也同样保持增长趋势。根据CSIA数据显示,2016年至2020年,中国EDA软件行业市场规模从57.4亿元增长至93.1亿元,复合增长率为12.85%。随着国内EDA市场生态的持续完善,中国EDA市场规模在全球份额将快速提升。作为国内唯一一家在模拟电路设计和FPD设计EDA实现全流程工具覆盖的厂商,华大九天2020年占国内EDA市场份额6%,是国内市场第四大EDA工具企业。

在地缘政治的影响下,业界对国内EDA行业发展也已经迫在眉睫。未来,国内集成电路企业无论出于对产业安全性和可持续性等因素的考虑都将开始接受和加大采购具有国际市场竞争力的国产EDA工具。而国内EDA厂商想要实现快速突破,也应该从两个方面加大力度进行替代:1.优先突破关键环节的核心EDA工具,形成国际影响力和市场竞争力,在关键环节打破国际EDA巨头的垄断;2.持续突破部分芯片设计应用的全流程覆盖,在一定程度上加速国产替代的进程。

总结来看,目前华大九天已经建立了行业品牌和相对稳固的客户群体,大多数主要客户均与公司具有较长的合作历史,而客户一旦确定了EDA供应商,短时间内更换EDA的成本较大,因此客户对合作供应商的黏性较强。而在客户通过实际项目中频繁地使用EDA工具,不断反哺回EDA工具提供商工具的问题和新的需求,会加速产品的优化升级进程,形成良性生态闭环。未来在国产替代的大背景和先进制程的需求下,华大九天的市占率有望得到进一步提升。

(校对/邓文标)


责编: 邓文标

李正操

作者

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