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工业软件专题报告1.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 R0I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）。2.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:(1)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。(2)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。(3)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%,R0E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。1）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。2）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。4.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GaiySmithEDA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。5.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%o CAD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1,2012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%o CAD的发展趋势是 All-in-OneCAxo CAD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 4 0.38亿美元，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%。EDA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。