市场空间和竞争格局几何？思尔芯答复科创板首轮问询15问
导读：在科创板首轮问询中，上交所主要关注思尔芯市场空间和竞争格局、技术先进性、同业竞争、独立性、股权结构、收入、成本和毛利率、期间费用、现金流量等15个问题。
近日，资本邦了解到，上海国微思尔芯技术股份有限公司(下称“思尔芯”)回复科创板首轮问询。
在科创板首轮问询中，上交所主要关注思尔芯市场空间和竞争格局、技术先进性、同业竞争、独立性、股权结构、收入、成本和毛利率、期间费用、现金流量等15个问题。
关于市场空间和竞争格局，上交所要求发行人说明：(1)EDA软件的主要大类构成、各大类的细分门类情况及各细分门类在产业链中发挥的具体作用，各细分门类目前市场的主要供应方(区分国际、国内)、竞争格局、技术发展状况及未来趋势等;(2)公司产品所属的大类及涵盖的主要细分门类情况，客观分析公司产品在相关细分门类中的市场地位;(3)数字芯片EDA的市场壁垒与空间远高于模拟芯片的原因、依据及具体情况;并结合客户对EDA原型验证系统的使用方式、受众范围、产品寿命、发行人前五大客户重合度较低等情况，客观分析原型验证市场规模是否较小，发行人产品在境内外的市场需求是否具有可持续性。
思尔芯回复称，从芯片类型特性角度分析，数字芯片对电路基本单元做了0/1抽象，电路变成布尔表达式以适合计算机分析。数字芯片追求的是合理的系统架构和模块分层，通过更高层次的建模和行为语言描述整个系统，需要EDA工具自动转换成标准逻辑单元并进行计算机分析，因此数字芯片设计中需要使用自动化程度较高的EDA工具。而模拟芯片研究的是每一门的精确参数，例如需要测量精确到小数点后多位的精密值，因此模拟电路的分析数据精度较高，规模较难扩大，并且由于工具软件和实际物理电路的细微差异导致设计成果和实际效果依然有差异，很多时候需要人工介入，需要根据实际产品参数进行调整，因此模拟设计非常依赖设计师的经验，所需的EDA工具较少且主要起辅助作用。
从技术实现目标角度分析，数字芯片EDA需要实现源代码到版图的自动分析、转换、验证，以实现性能、功耗、面积和可制造性等芯片技术指标的平衡。另外，大多数数字集成电路带有多个处理器，并运行有片上软件，复杂的应用场景组合使系统级数字芯片验证面临巨大的挑战，验证的难度与维度也在不断增加。当前先进数字芯片在设计过程中所需EDA算法处理的逻辑门在10亿级别，属于数据密集型计算工具，因此数字EDA需要强大的数学和计算机科学基础理论支撑，对算法实现的要求较高。
这种基础技术的不断突破与持续应用，需要相当长时间的技术积累。即使业内巨头，也仍在不断加大基础研究以及人工智能、机器学习、云计算等前沿技术开发力度。而模拟芯片实现目标相对简单，通常单芯片仅有几百到几千个晶体管，电路规模较小，更多依靠人工全程介入，根据经验对实际产品参数进行调整，因此对起辅助作用的模拟芯片EDA技术要求相对更低。
从技术迭代周期角度分析，数字芯片在过往发展中遵循摩尔定律演进，而模拟芯片相对数字芯片应用更成熟工艺，生命周期更长。由于数字芯片强调的是运算速度与成本比，数字芯片设计的目标是在尽量低的成本下达到目标运算速度。设计者必须不断采用更高效率的算法来处理数字信号，或者利用新工艺提高集成度降低成本，因此数字芯片需不断遵循摩尔定律实现迭代。模拟芯片则强调的是高信噪比、低失真、低耗电、高可靠性和稳定性，产品一旦达到设计目标通常会具备长久的生命力，生命周期甚至可长达数十年。随摩尔定律迭代的数字芯片相应会对数字芯片EDA提出更高要求，以5nm工艺为例，其设计规则量是28nm工艺的近5倍，仿真任务量是28nm工艺的近100倍，版图复杂度大幅增加。数字芯片较快的迭代速度，相应地导致数字芯片EDA的迭代速度相较模拟芯片EDA更快。
从设计流程复杂度角度分析，数字芯片的设计流程更为复杂，涉及系统架构设计、数字前端设计、功能验证、逻辑综合、可测试性设计、数字后端布局布线、时序分析、功耗分析、物理验证等。而众多性能各异的数字芯片EDA工具需要涉及不同的核心技术来实现。而模拟电路的设计流程相较数字电路的设计会更为简单，包括电路设计、仿真、物理实现等，正因模拟芯片设计流程相对简单，其需要借助的EDA工具种类相对较少。
综上，从技术实现目标、芯片类型特性、技术迭代周期、设计流程复杂度等角度而言，数字芯片EDA具有相较模拟芯片EDA更高的技术与市场壁垒。
数字芯片EDA更高的市场壁垒以及在数字芯片设计环节中发挥的关键作用也是其市场价值空间大于模拟芯片EDA的重要原因。此外，数字芯片EDA和模拟芯片EDA本身对应的下游市场空间有较大差异是数字芯片EDA的市场空间远高于模拟芯片EDA的直接原因。
根据WSTS统计数据，2020年，模拟芯片市场规模约为556.58亿美元，而数字芯片市场规模约为1,880.86亿美元，远高于模拟芯片市场规模。庞大的集成电路市场都需要EDA工具支撑，其中数字芯片、模拟芯片的设计过程分别需要数字芯片EDA工具、模拟芯片EDA工具的支持。因此，从下游市场空间来看，数字芯片EDA工具的市场空间远大于模拟芯片EDA工具。
就EDA工具市场具体情况而言，根据赛迪顾问统计，2020年，数字全流程工具市场规模约为74.49亿美元，占比约65%，模拟全流程工具市场规模约为19.60亿美元，占比约17%，数字芯片EDA工具相对模拟芯片EDA工具有着更高的直接市场空间。
随着数字时代的到来及一系列科技创新技术的革新，人工智能、物联网、云计算、自动驾驶等技术的产业化发展均产生了对数字芯片设计迭代的强劲需求，人类社会对数据处理的绝对量和速度要求都在不断提升，一方面数字芯片及相关EDA工具在不断迭代中将进一步提高单位价值量，另一方面由科技革命催生出的广泛下游增量应用也将直接拉动数字芯片及相关EDA工具需求量的快速增长。
原型验证工具作为数字芯片全流程EDA中重要的点工具，是芯片设计企业进行数字芯片研发过程中需使用的重要验证工具。随着数字芯片设计规模与复杂度的不断上升，原型验证工具已成为数字芯片开发具有可持续性的刚需。
原型验证的主要作用是通过编译电路原理图映射到FPGA中，并将全部电路的设计执行文件下载到FPGA硬件中运行，提供百兆赫兹级运算，芯片设计企业通过原型验证EDA构造目标设计芯片的内外部环境，实现子系统验证、全系统验证、软件开发、兼容性测试等必要的验证测试。原型验证工具能够较大幅度降低数字芯片设计成本。摩尔定律下集成电路的复杂程度和集成度指数级增加，芯片设计环节繁多、精细且复杂，尤其是现今的复杂数字芯片之中，包含数百亿的晶体管，在设计过程中需要持续的模拟和验证。缺少EDA工具的帮助，理论上已不可能完成设计工作，且未经原型验证的研发过程会带来设计成本的大幅上升。因此原型验证工具已成为当今复杂数字芯片开发的刚需。
芯片设计企业通常在进行新芯片产品设计研发之初便会根据对应芯片设计的逻辑规模等参数要求制定相应的原型验证EDA工具采购计划，在数字集成电路新产品研发周期上，单款产品从立项到量产通常需要2至3年的研发周期，研发过程中的较长时段均需使用原型验证工具来支持芯片和相关软件的开发。客户通常在新款芯片研发项目立项阶段会制定详细的预算计划，指定该项目所需原型验证工具的采购计划，并在子系统验证、全系统验证、软件开发、兼容性测试等多个环节使用。客户通常会根据目标设计芯片所需的逻辑规模与验证规模采购多台原型验证EDA工具。
虽然原型验证EDA工具理论上可在不同研发项目重复应用，但客户通常以研发项目或具体芯片产品为单位采购与使用原型验证工具。随着摩尔定律的持续演进，芯片设计对验证的需求日益向更高验证速度、更大验证容量、满足更多验证需求发展，客户新研发项目如仍使用上一代原型验证EDA工具将影响芯片开发的效率，进而导致整体研发成本的上升和客户在激烈市场竞争中芯片研发迭代效率的下降。因此，客户通常会根据研发项目采购对应规模最适配、使用效率最高的原型验证EDA工具。同时，人工智能、物联网、云计算、自动驾驶等下游技术革命拉动，客户芯片设计的项目周期不断缩短、并行项目数量不断增加，使得客户在同一时间不同项目均对原型验证EDA工具有需求，原型验证EDA工具的需求量将维持持续增长态势。
原型验证EDA作为数字功能验证领域中的重要工具，因其性能优异、灵活可扩展等特性，受到芯片设计公司和IP设计公司的广泛青睐，越来越多地应用于IP/子系统验证、全系统验证、软件开发、回归测试、兼容性测试等过程中。从受众范围角度来看，原型验证的主要客户群体为数字芯片设计公司，随着数字集成电路设计行业的不断发展，未来市场用户基数及对原型验证的需求也将不断增大。
从全球市场来看，随着全球数字产业的快速发展，全球数字芯片市场在下游科技浪潮的推动下高速增长，根据WSTS数据显示，2020年全球数字芯片市场规模已达1,880.86亿美元，在数字化、信息化、智能化浪潮的共同影响下，预计2022年市场规模达到2,513.76亿美元，2020-2022年均复合增长率15.6%。
我国数字芯片市场的发展也欣欣向荣、方兴未艾。根据赛迪顾问统计，预计2023年我国数字芯片市场规模有望达到13,875亿元，2020-2023年均复合增长率13.8%。
具体而言，随着5G、AI、自动驾驶等各种应用的产业化落地与快速发展，我国数字芯片技术正不断实现迭代升级，芯片设计企业创新正逐步迈向数字芯片高端化领域，在这一过程中对原型验证工具的需求将快速增加。其中，GPU、DPU、AI芯片等高算力数字芯片在我国有望实现快速发展，市场空间不断扩大。
根据VerifiedMarketResearch数据显示，2020年中国大陆的独立GPU市场规模为47.39亿美元，预计2027年中国大陆GPU市场规模将超过345.57亿美元;根据赛迪统计，2020年中国DPU产业市场规模达3.9亿元，预计到2025年中国DPU产业市场规模将超过565.9亿元。
根据艾媒咨询数据，2020年中国AI芯片市场规模达197亿元，预计到2025年中国AI芯片市场规模将达到1,385亿元。
此外，在芯片设计过程中对于高性能原型验证工具有直接需求的高性能数字芯片还包括CPU、AP等服务器/处理器芯片、FPGA芯片、基带芯片、视频编解码SoC芯片、物联网芯片、高速接口芯片等。近年来在这些领域也不断涌现新的本土公司，预期将随着国产替代的行业趋势在未来实现较快发展。
对于算力规模越大的数字芯片，其在研发过程中对原型验证的验证规模需求和性能要求就越大，中国数字芯片设计企业的快速发展与高端化将为原型验证工具带来持续增量的市场机会。
根据集微咨询统计，2021年中国大陆半导体行业共发生投融资事件超570起，投融资总规模超1,100亿元，芯片设计企业是主要的融资主体，融资交易占比约为71%。中国芯片设计企业向高性能计算等尖端数字芯片领域的创业与融资不断涌现，以AI芯片为例，2021年AI芯片融资事件超过30起，融资规模超过100亿元。
此外，根据Wind数据统计，2020年至2021年间共有近30家家中国大陆芯片设计企业完成A股IPO，融资规模超过540亿元。上述企业所筹集资金将有较大部分用于新集成电路产品的研发，进而将带来原型验证等国产化EDA工具的巨大采购需求。
过去十年，中国半导体产业呈现快速发展趋势，芯片设计企业数量已占全球25%，市场活跃度不断显现，为我国EDA工具和服务提供了充足的发展空间和坚实的产业发展基础。随着国内知识产权意识和保护程度的提升，EDA市场生态将更加完善，中国EDA渗透率将持续提升。同时，国内芯片半导体厂商基于供应链安全考虑，在同等条件下通常会更倾向于采用国内半导体EDA厂商的产品，叠加国内EDA工具在价格上相较海外厂商竞品具备一定优势，因此预计EDA国产化替代进程将持续推进，中国EDA市场在全球的份额会更高。根据中国半导体协会统计，至2030年中国EDA市场在全球份额占比预计将从目前的12.3%提升至接近30%。原型验证工具作为少数已经具备一定国产化替代条件的EDA工具，预计将有望实现较EDA产业整体更高的国产化率。
摩尔定律主要指集成电路可以容纳的晶体管数目在大约每经过18个月便会增加一倍。目前，追求高性能与低功耗的数字芯片随摩尔定律的演进以2至3年为周期发生迭代。同类型新一代的数字芯片产品相较上一代会在逻辑规模(晶体管数量)上显现数量级上的显著代差，进而使得新一代数字芯片产品在性能、功耗等方面较前代产品有进一步提升。而原型验证工具作为在研发阶段模拟数字电路晶体管运转的验证工具，原型验证的需求规模与芯片的逻辑规模具有一定的正比例关系，同时研发需要验证的环境也更为复杂，因此原型验证工具通常会基于下游数字芯片的研发升级推出新产品。
结合公司自身与行业的产品演变历程看，公司通常以2至3年为周期推出新一代的原型验证工具产品，以满足最前沿的市场需求，和行业内世界先进厂商的产品推出周期相近。但具体从市场需求角度而言，由于不同功能目标的数字芯片的逻辑规模及验证复杂度不同，因此下游市场会同时并存对不同代际原型验证产品的规模化需求。一代原型验证产品通常有至少4到6年的市场生命周期，期间能为公司持续贡献收入。
而正因为下游数字芯片持续向更大规模迭代，下游客户对原型验证新工具的需求具有较高的确定性。新一代数字芯片的研发从整体验证规模需求上具有确定性的扩大趋势，因此仅依靠原有采购的上一代原型验证工具在规模上已不能满足需要，需要采购更多的原型验证工具;同时对于更大逻辑规模的新研发项目如仍使用上一代原型验证EDA工具将影响芯片开发的效率，进而导致整体研发成本的上升和客户在激烈市场竞争中芯片研发迭代速度的下降。随着数字芯片往更先进制程、更大逻辑规模演进，原型验证工具的需求增加具有确定性。同时，新技术应用的革命正拉动下游客户不断缩短芯片研发周期，并行多个芯片项目的研发，同时加大对研发过程的投入，进一步推动原型验证工具的市场增长。
数字时代下，5G、人工智能、机器学习、汽车电子等新技术与应用的不断普及，正推动着数字芯片产业快速创新。为了满足客户项目不断增长的规模与性能需求，公司深耕原型验证EDA客户应用场景的需求变化，持续创新推出契合客户产品研发周期、满足顾客最新研发需求的产品与方案。原型验证工具的市场需求空间预期将随着新技术革命的拉动在未来持续保持增长态势。
公司生产的原型验证产品单位价值较高并主要用于数字芯片开发验证，客户购买原型验证工具后将在对应数字芯片研发项目的较长周期中持续使用。目前数字集成电路芯片研发项目从立项到量产通常需要2至3年的研发周期，研发过程中所需原型验证的时间窗口相对较长。客户通常在新款芯片研发项目立项阶段会制定详细的预算计划，采购该项目所需原型验证工具，因此客户单项目对原型验证EDA工具的采购需求和研发项目的周期具有较高的相关性。基于数字芯片研发周期较长、单笔订单规模较大的特点，相同客户基于同一研发项目需要通常不会在项目开发期间大量复购，因此公司报告期各期前五大客户重合度较低。此外，2018年至2021年，公司前五大客户集中度分别为24.77%、35.87%、23.88%和35.60%，客户集中度较低，一定程度上也说明公司销售增长并不依赖于任何单一客户。
此外，报告期内公司整体产品出货规模相对较小，而具有大规模采购能力的大型芯片设计企业在不同研发项目的验证需求会因项目团队的不同而偏好不同供应商的原型验证产品。随着公司原型验证产品客户基数的不断增加，以及在头部科技公司不同项目中的渗透率不断提升，公司的市场地位和规模效应仍有较大提升空间，未来与头部客户的合作规模也有望稳定增加。由于头部客户会同时并行多个研发项目的开发，多个研发项目可能同时采购公司的原型验证产品，进而使得公司的头部客户销售额在各年度间保持稳定上升态势。2018年至2021年，各年度前二十大客户复购率(在两个不同自然年向公司发生采购且单年度采购额均达二十万元以上的视为复购客户)为46.97%。随着公司客户结构的优化以及与头部客户合作的深入，以及公司产品在头部客户不同项目渗透率的提升，公司未来年度客户集中度与稳定度有望逐步上升。
2020年全球原型验证EDA行业市场规模为2.16亿美元，中国原型验证EDA行业市场规模约1.81亿元。原型验证EDA是客户进行数字芯片设计研发过程中具有可持续性的刚需，且数字集成电路精细化的提升使得原型验证的重要性不断增加;人工智能、云计算、物联网、VR/AR、自动驾驶等科技革新与应用落地正不断带动数字集成电路市场的新增长与持续的研发创新需求，进而有望带动全球原型验证EDA市场的高速增长;此外中国集成电路设计企业的质量与数量正不断提升，部分企业正不断往核心数字芯片方向进行创新创业，EDA自主可控的诉求将在行业的高增长基础上进一步提升国产EDA工具的渗透率;公司的客户基数和头部客户渗透率也有望随着产品能力的提升进一步上升。虽然目前原型验证工具的市场空间相对较小，但未来境内外市场有望持续保持稳定增长态势，且对于产业链重要性程度较高，公司业务所面临的市场增长和需求持续具有较高确定性。