工业软件专题报告

工业软件专题报告.第十五篇智能制造（工业软件）深度报告从2018年起我们对智能制造这个产业进行深度研究和跟踪，本文为第十五篇深度报告在不同时期，市场冠以不同的名称“智能制造”、“工业互联网”、“智造”、“制造软件”、“工业软件”，本质制造业信息化、智能化内涵的扩大与升级，我们尝试搭全局分析、投资框架其中智能制造TMT系列深度13产品力跃迁下的国产替代及龙头出海-智能制造投资全场景解析搭建了全局分析框架首先，解答了两大预期差和三大疑惑1）第一预期差本报告不仅聚焦计算机板块，而是覆盖智能制造全产业链我们将产业链分为生产设计流程（计算机主覆盖）、生产制造流程（机械、电新主覆盖）、生产管理流程（计算机主覆盖）、生产运营流程（机械、电新主覆盖）、工业互联网（计算机、通信主覆盖）2）第二预期差不仅分析智能制造的基本面情况、空间、份额等情况，同时从投资角度分析各个板块的驱动力、商业模式，横向比较什么板块值得投资，什么类型的公司值得投资、应该关注什么指标3）解答第一疑惑，周期还是成长一线公司看成长，成长主要来自智能化，可通过计算客户ROI验证4）解答第二疑惑，行业测算多，落实个股难详拆不同环节的产业驱动力、商业模式、护城河、涉及公司；先投资综合龙头，再利基领军（需二次曲线）5）解答第三疑惑，估值难以把握一线公司PE基本保持，即使行业下行波动较小，追随者PE波动大、弹性更大其次，归纳智能制造TMT四大环节的商业模式、护城河、标的智能制造几大流程，至少分成四大环节、几大个细分环节其中生产设计流程，容易出现利基市场、技术驱动的中小公司生产制造流程容易出现嵌入式软件大型公司生产管理流程容易出现行业know-how驱动的服务公司（产生通用公司需要时间）工业互联网流程当前通用硬件公司较为可行再次，不同环节投资机会小结生产设计/制造流程/管理流程/运营流程最后，归纳估值规律和不同环节机会由于下游具备周期性，每个行业领军（无论是创新实现、管理实现、还是成本优势实现）成长性逐渐增加、周期性逐渐减弱，都体现Alpha估值PE基本稳定而非领军的估值PE波动较大生产设计流程，选择通用型拓展性强、技术最好的厂商相关如华大九天、中望软件生产制造流程，已出现大型软硬一体化公司，选国内产品竞争力好、在全球替代的公司相关如中控技术（机械TMT）、汇川技术（机械）细分领域有产品公司，如柏楚电子生产管理流程，要区分专用和通用选择大垂直赛道、或罕见能横向扩展的公司，如金蝶国际、用友网络工业互联网，由于下游标准和推广不明，选择上游硬件模组和硬件产品，例如移远通信（通信）.EDA万亿电子产业的基石，大空间与好模式EDA（Electronicdesignautomation电子设计自动化）是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EDA处于智能制造的上游，与CAD同根同源，由CAD逐步演进而来EDA直观上看聚焦在电子领域，是针对元器件级别的设计，而CAD比元器件级别更高一层的模块级别的设计EDA的发展历史总结为三个阶段:20世纪70年代到80年代，手工设计阶段，这也是CAD的阶段在EDA出现之前，集成电路是手工设计和布局的较为先进的方法是使用几何软件生成光绘胶带，这个过程基本是图形化的，从电子到图形的转换由手动完成到1970年代的中期，开发人员开始在绘图之外实现电路设计的自动化，并开发了第一个布局布线工具这个时代的CAD主要功能是交互图形编辑也是EDA的雏形20世纪80年代到90年代，是商用EDA起步阶段，专用编程语言出现是与CAD分化的标志1980年，教授CarverMead和程式设计师LynnConway共同发表论文超大规模集成电路系统导论IntroductiontoVLSISystems这篇开创性的文章提议使用编程语言来设计芯片，这使得可设计芯片的复杂性显著增加并且，由于在生产之前可以更好地进行模拟，芯片变得更容易布局，设计的正确率也有所提升今日的EDA三巨头Synopsys、Cadence和MentorGraphics现已被西门子收购即在这十年间诞生20世纪90年代-至今，商用EDA成熟阶段IC设计复杂度的不断提升，推动了EDA工具的普及和发展这一时期，自上向下Top-down的设计方法成为主流，高级语言描述、系统级仿真和综合技术成为这个阶段EDA的特点之后，EDA技术继续追随摩尔定律而发展，表现在设计和仿真验证层面的EDA软件功能越来越强大，系统级、行为级硬件描述语言更加高效，更大规模的可编程逻辑器件被不断推出等EDA市场规模相对集成电路虽小，但是必不可缺的环节根据SEMI统计，2020年全球EDA市场规模为

114.67亿美元，同比增长

11.63%较2019年

5.86%的增速显著提升2020年中国EDA行业迎来良好增长全年总销售额达

66.2亿元，同比增长

20.0%明显高于全球增速2020年中国自主EDA工具企业总营收为

9.1亿元，同比增长

51.5%EDA占比集成电路，全球

3.2%VS中国

0.7%根据WSTS和ESDA统计，全球EDA市场规模在集成电路行业中的占比由2011年的

2.5%逐步提升到2020年的

3.2%呈现稳步增长态势根据前瞻产业研究院和赛迪智库数据，中国EDA在集成电路中的占比由2015年的

0.5%上升到2020年的

0.7%相比于全球仍有很大的提升空间EDA所属的生产设计流程，是智能制造中商业模式最好的环节该环节为纯软件的商业模式，市场最喜欢的一种模式标准化通用型软件产品达到稳态时，毛利率可高达99%净利率可达23-40%ROE达35-45%与其他行业相比，上游软件公司均体现出较好的商业模式在半导体产业链中，EDA市场规模小，但财务指标都优于其他环节类似于地产产业链、激光产业链上游软件厂商具备相对好的商业模式与竞争格局

3.产品链拆解由点及面，比较国内外产品线EDA贯穿集成电路设计、制造、封装测试等多个环节按照应用领域，集成电路EDA工具可以分为几大类数字芯片设计全流程EDA、模拟及混合电路设计全流程EDA、平板显示集成电路全流程EDA、集成电路制造类EDA、集成电路封装类EDAo每一类EDA工具都是由若干种EDA点工具组合而成IC数字设计分为前端设计和后端设计，EDA工具最多的地方前端设计（逻辑设计）将描述功能的设计书转化为芯片的门级网表，具体流程包括功能声明与架构文档的制定、RTL设计、仿真验证、逻辑综合、静态时序分析、形式验证后端设计（物理设计）将门级网表转化为可以直接交付给代工厂的物理版图，最后进入流片过程，具体流程包括布局规划、布局布线、时序和功耗分析、实物验证和设计签付IC模拟设计前端为搭建整个模拟电路，涉及原理图绘制与仿真后端涉及版图设计、版图验证DRC、版图与原理图验证LVS、后仿真3）平板显示电路，作为一种特殊类型的集成电路（薄膜集成电路），其设计环节也需要相应的EDAo平板显示电路与模拟电路类似，可以基于模拟电路工具开发设计类EDA工具包括晶体管级、门级、RTL级、系统和行为级EDA工具，各层级EDA工具的仿真和验证精度依次降低、速度依次提升高层级的系统和行为级仿真和验证主要适用于产品设计早期的原型验证，评估产品原型的性能和功能最底层的晶体管级仿真和验证则主要决定了最终产品的性能和良率针对于大规模集成电路，设计方法从系统和行为级设计开始，逐层设计、仿真、验证和实现，并输出可以交付制造的晶体管级版图信息4）IC制造制造类EDA工具为晶圆制造厂提供重要的技术支撑，参与工艺平台建设，帮助制造良率提升大型EDA公司还与晶圆制造厂建立深度合作关系可以更及时地针对先进工艺设计和改良EDA软件5）封装测试EDA厂商提供封装设计EDA工具随着MCM.SiP等新术的出现，封装设计变得越来越复杂，先进封装设计工具目前只有极少数EDA厂商能够提供众多环节导致的开发工具较多，下图整理了在不同环节的产品线.竞争格局三巨头瓜分全球市场海外EDA已经历40余年发展历程，多起源于商业化阶段，三大巨头引领商业模式和管理制度的创新从1981年开始EDA行业逐渐商业化，许多EDA公司都成立于19世纪80年代，三大巨头至今已经历30余年的发展历程在创立初期，Cadence就开创了只卖软件的全新商业模式，而此前所有软件都被捆绑在硬件上进行销售并且引入合伙人制度，通过利益捆绑将人员凝聚在一起，打造目标一致、技术领先的公司团队竞争格局稳定，海外三巨头瓜分市场全球EDA市场呈现出非常明显的寡头垄断特征，根据赛迪智库的数据，前三大EDA厂商占据了

77.7%的市场份额，前五大EDA厂商占据了

85.8%的市场份额并且，2018-2020年，其他EDA厂商合计占有的市场份额正逐年递减国内EDA市场仍然由三大巨头垄断，华大九天紧随其后占据6%份额，为本土龙头根据赛迪智库数据，2020年国内EDA市场销售额约80%由国际三巨头占据本土厂商市场份额较小，华大九天占国内市场约6%份额，占比全球约1%的份额三巨头位列第一梯队，第

二、三梯队公司分别布局行业细分领域全流程或点工具根据业务和产品情况，海外EDA行业公司可以大致分为三个梯队第一梯队的三巨头的特点是拥有全流程EDA工具，并在某些流程上具有明显竞争优势第二梯队公司拥有细分领域全流程EDA工具，在某些点工具上也具有一定优势，包括ANSYS、SILVACO.Zuken等第三梯队公司的产品以点工具为主，缺少特定领域全流程工具，包括Altium.Autodesk、Aldec等“大鱼吃小鱼”式的并购贯穿海外EDA巨头发展历史的始终，是其打造完整产品线和建立竞争优势的关键根据GarySmithEDA统计，EDA软件共涉及90多种不同的技术，因此，仅凭公司内部研发去打造完整的EDA产品线十分困难海外EDA公司选择并购同行业的小公司，本质上是研发费用的外部化，从而快速扩大公司的产品矩阵根据南山工业书院统计，EDA三巨头成立至今直接参与的并购已超过200次，其中Synopsys、Cadence和MentorGraphics分别参与80次、66次和62次并购重大并购能够改变行业发展进程和产业格局例如1989年，Cadence收购GatewayDesignAutomation将Verilog语言引入公开应用领域，促进了原理图设计到硬件描述语言的转变目前VerilogHDL已成为世界上最流行的硬件描述语言之一再者2001年，Synopsys收购与Cadence结束专利诉讼的Avanti公司，这使得Synopsys成为EDA历史上第一家可以提供顶级前后端完整IC设计方案的EDA工具供应商，并改变了传统上“Synopsys占前端，Cadence占后端”的格局，使Synopsys坐稳行业第二的位置.与CAD对比EDA的机会在哪区别信创与EDA的本质为是否市场化市场认为EDA的主要逻辑在于国产化替代，与CAD、信创、WPS等比较类似需要完全区别于信创，本质的区别在于是否市场化信创的驱动力为非市场化因素，而智能制造是市场化驱动，本质是产品力的竞争CAD与EDA的比较，从产业驱动力、公司增长、财务数据、关键壁垒和未来发展趋势几个方面对比两者的共同点都是该壁垒，长期高投入的赛道两者的技术难度极其高，使得一旦突破追随者很难跟上EDA厂商又和上下游深度绑定，使得在新工艺上唯一用户的切换成本极高根据新思科技披露，一款一般芯片的设计周期是一两年但是仅一个EDA点工具的开发周期就是三年，平台性的工具更是需要至少长达五年的开发CAD也类似，3D开发周期至少也是5年以上的时间从研发费用看，CAD与EDA都需要较大投入，即使国际巨头也达到40%的研发费用率EDA国内最大的华大九天研发投入在40%以上，国际巨头也在30-40%oCAD如中望软件研发投入在30%以上EDA涉及环节众多，每个点工具都需要巨大的投入；同时随着摩尔定律的快速进步，即使研发成功也需要不断更新，导致新进入者和成熟巨头的研发投入都巨大而CAD巨头研发投入可以相对少一点Autodesk为25%我们研究CAD行业，提出中国CAD发展的驱动力来源于三个方面，本质是产品力的提升，正版化、国产化为加速催化因素驱动一性价比，替代海外昂贵的产品驱动二正版化，渗透率提升，渗透率二有效市场规模/理论市场规模驱动三国产化，市占率提升，背后逻辑是国产厂商技术能力的提升与外部摩擦环境的催化对比CAD有一个区别在于，受益于半导体产业链的国产化，EDA本土需求更高EDA直接受益于下游的国产化高速发展中国半导体相关企业的数量正以前所未有的速度新增，根据天眼查数据，2020年中国新增企业超过2万家，增速达到32%是2019年的

1.3倍从全球竞争力看，2021年SiliconlOO电子和半导体创业公司榜单，共有20家中国企业上榜CAD的核心在于内核，决定能力边界和行业扩展性目前主要的内核Parasolid（德国西门子所有）、ACIS（法国达索所有）、CGM（法国达索所有）都被国外垄断，中望软件是国内唯一具有3D内核能力的厂商EDA技术很快设计、仿真、验证，各个环节对技术的要求能力有区别EDA更重要的是生态能力，尤其是先进制程根据台积电（南京）总经理罗镇球披露12012年之前合作65nm时，台积电把做出来的工艺交给新思科技，新思科技再去开发EDA的设计平台以及一些IP从开发新工艺，到设计公可用，花费

1.5+

1.5（年）3年的时间在台积电做7nm工艺时，其在新工艺开发阶段与全球领先的EDA厂进行全方位合作，双方一起探讨，节省一半的时间和投入本土EDA厂商在晶圆厂合作、PDK上目前还存在劣势下游客户集中度差异与产业链分工，导致毛利率EDA毛利率稍高中外CAD的毛利率在80-100%范围，几乎能达到90%以上；EDA的毛利率在70-90%少有突破90%的主要原因是CAD无论是点工具还是全流程套件都以标准化软件形式交付，二次开发都交付给合作伙伴完成而EDA的厂商与产业链紧耦合，会提供定制开发、第三方软硬件等形成完整方案进一步分析，EDA客户的集中度高于CAD所以产业分工相对较低销售费用率，EDA普遍低于CAD厂商20pctso主要源于客户的集中度差异，尤其是制造类EDA客户集中度非常高EDA厂商销售费用率一般在20%以内，低的到3%左右CAD客户分散，需要销售投入，销售费用率基本在30%以上甚至可达到40%oCAD的发展趋势是All-in-OneCAxoCAD侧重设计阶段，画出二维、三维模型；CAE侧重分析，如受力分析，电磁分析得到仿真结果；CAPP侧重于做加工步骤的规划；CAM侧重制造和加工，通过模型生成工程序目前中望就在专注打造Cax一体化解决方案EDA发展趋势一与CAD类似，一体化随着设计的规模加大，各个环节的设计工具需要联动，否则会导致参数的脱节Synopsys推出的Fusion创新性融合技术重新定义了工具边界，包括综合、布局布线和signoff并共享行业领先的数字设计产品的集成引擎EDA的发展趋势二EDA与IP的发展紧密相连2020年，全球SIP的营收达到了

40.38亿美元，同比增长

17.1%是EDA行业中增速最快的领域；占EDA行业总营收的比例达

35.2%在所有细分领域中维持第一IP逐渐成为了Synopsys重要的收入来源之一，目前Synopsys的IP市场份额位居全球第二，2020年其IP销售额的增速为28%0EDA发展趋势三云化与AI化CAD与EDA的海外巨头已经开始订阅、云化的模式，国内由于处于发展早期以license为主，仅少数初创公司尝试在AI±各家巨头都增大投入，2020年Synopsys通过自主AI系统DSO.ai进行芯片设计的方案，可以在芯片设计开发上，用最短的时间达到最好的效果。