美国断供“芯片之母”，国产半导体最后一块拼图何去何从？
2022/9/14 18:00:00 JIC投资观察
JIC投资观察原创文章
作者：胡迎坤 刘卓然 中国建投成员企业建投华科
本文4118字，阅读时间预计10分钟
8月12日，美国商务部宣布对4项技术实行出口管制，其中就涉及被誉为“芯片之母”的EDA软件，此次断供是美国继芯片断供以来，对中国进行技术封锁的又一重大举措，不仅引发了国内对以EDA软件为代表的工业软件发展前景的担忧，也加大了中国工业软件尤其是涉及“卡脖子”软件技术走自主可控之路的紧迫性。
提到卡脖子技术，人们最先想到的往往是硬件领域的芯片技术。殊不知，在软件领域的工业软件方向，关键环节上同样处于长期受制于人的境地，亟需业界奋起直追，打破枷锁，摆脱外界的桎梏和封锁，走上独立自主自强的道路。
01
工业软件现状：面壁卅年图破壁
作为数字经济时代工业领域的“皇冠”，以及“工业制造的大脑和神经”，工业软件已渗透和应用到工业领域的几乎所有核心环节。目前，中国规模以上的工业企业基本上都已经运用了工业软件来辅助生产和决策。正因如此，工业软件在中美贸易战中成为“断供”、“卡脖子”的重要手段和撒手锏。
究其原因，是我国工业软件市场长期被欧美软件巨头严重垄断，国产工业软件较国际最高水平落后达30年之久。
从市场规模上看，近年来中国工业软件市场规模增长较快，占全球市场比重已从2016年的4.7%增至2020年的7.0%，但占比仍然较低，展望未来，道阻且长，我国工业软件行业的发展挑战与机遇并存。
02
工业软件揭秘：掀起你的盖头来
——工业软件的定义和重要性：工业软件是现代工业的“灵魂”
根据工信部信软司给出的定义：工业软件指专用于或主要用于工业领域，为提高工业企业研发、制造、生产管理水平和工业装备性能的软件。
工业软件是对工业技术和知识的程序化封装、复用，是工业化的顶级产品。
在汽车制造、船舶制造等实际工业场景中，人们获得了诀窍、技能、经验，通过程序化、算法化、模型化等手段，封装成了工业软件。工业软件能够控制生产设备、优化制造和管理流程，提高生产率，是现代工业的“灵魂”。
——工业软件分类：研发设计类软件是国内工业软件中的阿喀琉斯之踵
从制造业生产周期的角度分类，工业软件包括研发设计类、生产制造类、运维服务类和经营管理类。
研发设计类：技术壁垒最高，“卡脖子”最严重，EDA软件最为典型
主要用于设计工业产品，数量虽少，却是“卡脖子”最严重的环节，主要包括CAD、CAE、CAM、EDA、PLM等。
这类软件具有体量小、集中度高、开发难度大、开发周期长、资金需求高等特征，是工业软件中非常重要的一个类别，也是国内最薄弱的一个环节，国内厂商市场份额仅5%左右，且多数研发设计类工业软件仅应用于工业机理简单、系统功能单一、行业复杂度低的领域。
生产控制类：市场规模最大
生产制造类软件主要在工业产品生产和制造过程中进行数据采集、分析和决策，负责生产管理、物料管理、质量管理、设备管理、能耗管理等，主要包括PLC、DCS、SCADA、MES等。
经营管理类：国产化进程最快
主要用于企业的管理与协作，主要包括ERP、SCM、CRM等，其中ERP是应用最多的软件。
国内外经营管理类工业软件从功能性上来讲并无差异，但由于国外厂商本身发家早，下游客户体量更加庞大、业务更加复杂，国际厂商的软件更加适用于超大、跨国企业。而国内厂商的软件则更轻量级，目标客户体量更小一些，优点是项目实施周期也更短，配合实施的人力也更少。
国产经营管理类软件在中小企业市场占有率高，已经出现诸如金蝶、用友等代表厂商。该软件市场规模接近500亿，高端领域可替代空间大。
运维服务类：提升潜力巨大
主要用于设备的维护、维修过程，主要为MRO。国内软件更多关注数据采集和监控，缺乏对数据应用和对决策的辅助，底层核心技术依赖国外。国内相关MRO产品、技术、功能还是市场占有率等方面，都与国外的产品存在一定的差距。
——中国工业软件发展症结：人才、科研、标准等需多头并进
在市场需求和政策支持的双重带动下，中国工业软件行业迈上快车道。2021年，我国工业软件产品实现收入2414亿元，同比增长24.8%，然而这距离制造业发展需求仍有巨大差距。
究其原因，一个关键的方面在于工业软件的高度复杂性。工业软件不仅涉及到各个工业垂直领域(航天航空、机械、汽车、消费电子、军工、制药等)，同时涉及到工业工艺的各个流程环节(研发、生产、管理、协同等)。
工业知识造就工业软件，也决定了工业软件的复杂性。工业软件首先是“工业品”，其次才是“软件产品”。工业品的属性决定了工业软件具有高度的复杂性，进而决定了我国要实现工业软件方面的重大突破，不是一蹴而就的事情，与此同时，缺乏体系化竞争力，核心技术缺失，工业软件人才短缺都是国产工业软件发展的症结所在。
研发难度大，周期长
相对于一般软件，工业软件研发难度大、体系设计复杂、技术门槛高、硬件开销大、复合型研发人才紧缺、对可靠性要求较高，因此研发周期长、研发迭代速度慢。
据估计，一般大型工业软件的研发周期需要3-5年的时间，要被市场认可则需要10年左右。
基础科学研究薄弱+工业积淀不足
工业软件脱胎于工业，同时具备软件的基因，仅靠软件工程师是无法编写工业软件的，工业软件的开发需要软件工程师和工业领域的专家共同合作，需要学科的深度融合。
从工业软件的起源来看，国外大多为工业巨头自身的需求驱动，他们提供企业真实的工作场景作为开发需求输入和使用验证输出，然后不断反馈修改意见，让软件快速迭代修改。
中国工业软件企业多以IT企业为主，缺少坚实的工业基础和背景。而传统的工业企业重“制造”而轻“研发设计”，很多工业企业都是以代工起家，他们对自动化生产等硬件要求高，对软件缺乏足够的重视，一定程度上导致了自主创新能力的不足。
国际竞争对手通过并购构筑较高竞争壁垒
国外的工业软件在上个世纪80-90年代，经历了群雄崛起、诸侯争霸的纷争阶段，随后部分企业通过大量并购加速拓展产品线，逐步成长为从研发设计、生产制造到运维管理的全产业链供应闭环的头部企业，构筑起进入壁垒，导致以点工具为主要发展模式的国内工业软件进入市场更加困难。
人才缺口大
工业软件研发跨学科、跨领域，对人才的跨学科理论知识和产业实践经验都有较高要求。而当前，国内面临着较为严重的工业软件人才短缺问题，工业软件师资队伍严重不足，已经是个不争的事实。
缺乏统一标准
行业缺乏统一的软件标准，企业的产业链上下游采购不同厂商的软件，数据格式、接口标准难以协同，即使通过格式标准转换也存在重要特征信息丢失的问题，使得国产软件间无法形成合力，难以与国外一体化的平台软件相抗衡。
鉴于我国工业软件的现状和存在的问题，要想迎头赶上，破除卡脖子的魔咒，不仅需要产业界进行艰苦卓绝的科研努力，更需要国家在战略层面进行系统性的统筹规划，在政策、人才、科研、标准、产业等多方面协同努力，多头并进。
03
工业软件案例——EDA软件
——没有EDA，就没有芯片
EDA(Electronic Design Automation，电子设计自动化)，是利用计算机辅助完成集成电路芯片的设计、制造、封测的大型工业工具。
EDA算法密集，融合了图形学、计算数学、微电子学、拓扑逻辑学、材料学及人工智能等多学科的算法技术，必须经过长时间技术积累和持续大规模研发投入，才能满足新工艺的应用需求。EDA工具是集成电路产业最基础、最上游的领域，贯穿了集成电路产业链的每个环节，在集成电路产业具有极端的重要性和核心的产业地位。
EDA工具包括硬件和软件两部分。软件是工具的核心，分为仿真工具、设计工具、验证工具三种类型；硬件是用来提升仿真、验证速度的服务器和专用工具。
——竞争格局：三家国际厂商垄断，国内厂商占比很小
整个EDA市场分为三级竞争梯队，国产最高只做到第二梯队，且份额较小，根据SIA(美国半导体协会)数据，国内EDA/IP占全球市场仅1%。
第一梯队由新思科技、楷登电子、西门子EDA三家企业组成，处于绝对领先地位，科研实力雄厚，拥有全流程EDA产品，业务遍布全球，占据78%的市场份额，在中国市场实现超过95%的软件市场销量；
第二梯队以美国ANSYS公司、Silvaco、Aldec、华大九天等为代表，拥有特定领域全流程产品，在局部领域技术较为领先；
第三梯队以Altium、概念工程集团(Concept Engineering)、概伦电子、Down Stream Technologies等为代表，这些企业主要布局点工具，缺少EDA特定领域全流程产品。
——我国EDA发展简史：已有布局，起步较晚，差距较大，需长期追赶
国内EDA发展曲折缓慢，直到2008年后才开始崛起：早在1981年~1985年，国内便陆续开发ICCAD一级系统和二级系统，1993年，熊猫系统问世；但之后15年里，受“造不如买，买不如租”观念影响，国内EDA被拉开差距，彼时正值新思科技、楷登电子、西门子EDA上升期；2008年，EDA重新成为重点，华大集团将EDA部门独立出来，名为华大九天；2010年，概伦电子成立；2021年12月，概伦电子科创板上市；2022年7月，华大九天创业板上市。
与三巨头则覆盖了产业链的各个方面相比，国产EDA以点工具为主，工具链不够完整。另外，由于EDA处在芯片的最上游位置，因此EDA必须比芯片的工艺更先进，而国产EDA目前尚不能满足先进制程的要求。
04
工业软件未来展望：道阻且长，无畏启航
虽然近年来我国工业软件，无论是在市场规模增长，技术水平提高，还是政策环境持续优化等多方面均有长足发展，但仍要清醒的认识到，相比国际先进水平，中国的工业软件目前还落后很多，需要政府侧、科研侧、企业侧等多方面同时发力，齐头并进，共筑我国工业软件发展基石。
政府侧：持续优化政策环境，夯实产业发展基础，组织关键技术攻关，稳步推进国产替代。
企业侧：完善市场和商业生态，加速工业技术软件化进程，优化企业成长模式，并积极拓展海内外市场。
科研侧：加强工业软件人才培养，注重技术创新和技术前沿追踪，同时加快科技成果转化步伐
展望我国工业软件行业的未来，虽道阻且长，仍需各界勠力同心，无畏启航。国内知名智能制造、工业软件专家宁振波曾预言：“二零二零工业软件启元年，三十年后三分天下居其一。”
正所谓，雄关漫道真如铁，而今迈步从头越，中国工业软件产业的未来可期。
参考文献：
1.《中国工业软件发展白皮书(2019)》,赛迪顾问
2.《中国工业软件产业白皮书(2020)》,中国工业技术软件化产业联盟
3.《工业软件研究框架》,华泰证券
4.《工业软件，中国制造崛起的关键》,华西证券
图片来源：unsplash.com/pexels.com
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