电子设计自动化（Electronic Design Automation，简称EDA）是半导体产业的核心赋能工具和关键上游环节，EDA工具通过为芯片设计提供电路设计、功能验证、布局布线等核心步骤的支持，为晶圆制造环节的良率和效率提供了有效保障，并确保在封测环节完成最终的设计验证，已成为半导体行业发展关键。科技革命正推动半导体产业和EDA工具朝着智能化和高效率的方向发展，虚拟晶圆厂迎来发展机遇。随着晶体管技术节点尺寸越来越小，开发更小尺寸半导体的工艺成本呈指数增长，利用数字孪生技术可以极大的降低设计和流程优化的试错成本，让试错成本几乎为零。未来通过建立虚拟晶圆厂，实现晶圆厂全流程推进数字孪生，芯片制造商可以进行各种仿真和优化，以改进工艺参数、减少缺陷率、提高产能和降低成本。
沙利文谨此发布《全球半导体制造类EDA行业发展白皮书》，旨在分析当前半导体制造类EDA市场发展现状、市场规模变化趋势、全球企业竞争态势以及行业发展的主要驱动力。本白皮书通过分析半导体制造类EDA未来发展趋势以及全球领先企业的案例分析，阐述了虚拟晶圆厂的发展现状、应用优势以及未来广阔的市场空间。本白皮书预测了市场规模的增长潜力，并探讨了虚拟晶圆厂在促进半导体行业发展中的作用，为半导体制造类EDA行业的未来发展提供了参考。
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全球及中国半导体制造行业概览
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全球及中国半导体市场规模
从全球市场看，2019-2023年，市场规模从4,110.0亿美元增长至5,184.5亿美元。受通货膨胀和终端市场需求疲软影响，2023年全球半导体市场经历下滑，但年底市场迎来反弹，2024年市场将强势反弹，预计2024年有望达到5,764.5亿美元，2024-2028年年复合增速预估为10.2%。
面对全球市场的波动和地缘政治的紧张局势，中国加速推进自主创新和国产替代的步伐，预示着中国半导体行业的需求将持续增长。同时，物联网、人工智能等新兴技术的发展，进一步推动半导体行业的发展。预计到2028年，中国半导体市场的规模有望增至2,990.3亿美元，预计年均复合增长率将达到14.9%，显示出强劲的增长势头和市场潜力。
资料来源：沙利文分析
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半导体产业链分析
EDA作为半导体产业链的关键上游环节，为芯片设计提供电路设计、功能验证、布局布线等核心步骤的支持，为晶圆制造环节的良率和效率提供了有效保障，并确保在封测环节完成最终的设计验证。
资料来源：沙利文分析
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制造类EDA是解决半导体制造业困境的关键技术手段
晶圆生产过程中，工艺开发、良率控制和成本效率问题是半导体制造行业面临的重要挑战。工艺开发需要大量的时间和资源，而良率直接影响了生产效率和成本。制造类EDA是解决半导体制造业困境的关键突破口：
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缩短产品上市时间：制造类EDA通过优化流程，减少工艺开发设计迭代次数，加快从设计到生产的转换速度；
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减少试错成本：制造类EDA工具在确保逻辑功能准确性的前提下，利用先进的模拟和分析技术，对特定半导体工艺的性能、功耗和成本进行多维度评估和优化；
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提高量产良率：通过精确的器件建模和工艺仿真，优化过程中的关键参数，减少制造缺陷；
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提升产业竞争力：通过提高设计和生产的效率，降低研发和生产成本，增强企业的市场竞争力。
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全球及中国制造类EDA行业概览
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半导体制造类EDA工具分类
EDA作为半导体产业的核心赋能工具，通过计算机软件实现对大规模集成电路设计、仿真和验证流程的全面优化，已成为该产业的基石性支撑。EDA工具主要分为制造类EDA及设计类EDA。
资料来源：沙利文分析
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半导体EDA工具产业链分析
半导体EDA工具上游主要包括硬件设备、操作系统、开发工具及其他辅助性软件，中游为EDA工具企业；下游主要包括芯片设计、制造及封测企业。半导体制造类EDA产业链形成了从软硬件到高端工艺解决方案的完整生态系统。
资料来源：沙利文分析
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全球及中国半导体制造类EDA市场规模
从全球市场看，2023年全球制造类EDA市场规模达到18.1亿美元。因近年来制造工艺对半导体行业的影响越来越大，2019-2023年年均复合增长率达到16.9%。未来，随着工艺节点的持续缩小，制造过程中的挑战增加，需要更精确的制造类EDA来应对。预计到2028年，市场规模将增至33.7亿美元，市场将呈现稳步增长的趋势。
资料来源：沙利文分析
自2018年中美贸易摩擦以来，中国企业陆续受到美国制裁。2022年8月，BIS（美国商务部工业和安全局）对EDA软件等关键技术实施新的出口管制，因此对中国本土EDA产业形成了刺激，国产EDA工具的自主研发和应用的重要性愈发凸显。同时，随着半导体工艺节点的持续微缩，中国政府对制造类EDA工具的发展给予了高度重视，以支持先进工艺的设计和验证。预计2028年，中国制造类EDA市场将达到42.2亿元，年均复合增长率为21.2%。因中国对半导体产业的需求不断增加，年均复合增长率高于全球水平。
资料来源：沙利文分析
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半导体制造类EDA市场发展驱动因素
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政府政策大力扶持EDA产业发展：在中美贸易摩擦及科技封锁的背景下，半导体产业链的自主可控性日益受到重视。国家和地方政府近年来相继推出一系列支持半导体产业发展的政策，覆盖研发生产、人才培养、投融资、税收等多个层面。作为半导体产业链中的关键环节，EDA行业自然成为政策扶持的重点，国产EDA的替代进程正推动着中国制造类EDA行业的快速发展；
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本土制造类EDA公司加速突围：虽然目前EDA市场仍被海外巨头垄断，但是国产企业已崭露头角。近年来，国际三大巨头在中国的市场份额逐渐缩小，在IC设计及制造领域的全品类公司逐渐突围，如在设计领域突出的华大九天，国内首家EDA上市公司概伦电子、制造EDA全品类覆盖的培风图南等公司，为国内EDA厂商提供发展方向；
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技术演进驱动EDA技术发展：芯片设计极其复杂，随着“摩尔定律推动，单个芯片内部的晶体管数量每18个月翻一倍，未来3nm芯片将容纳近160亿个晶体管。如果没有高度自动化的设计工具与设计流程，芯片设计图纸将无法完成。由于芯片复杂的流程，多物理仿真技术是EDA公司着重突破的核心技术。
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全球及中国虚拟晶圆厂发展概览
半导体制造技术进步推动制造类EDA需求日益增长，多物理场仿真技术已成为制造类EDA发展的重点突破环节，未来利用数字孪生打造仿真预测的虚拟晶圆厂已成为行业共识，虚拟晶圆厂市场发展空间巨大。
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虚拟晶圆厂的定义及发展历程
虚拟晶圆厂（Virtual Wafer Fab），也被称为数字孪生晶圆厂，是一种基于计算机模拟和数字孪生技术的概念，用于模拟和优化半导体晶圆制造过程。它是将实际晶圆制造工厂的物理实体和操作转化为数字模型的虚拟表示。通过虚拟晶圆厂，芯片制造商可以进行各种实验和优化，以改进工艺参数、减少缺陷率、提高产能和降低成本。虚拟晶圆厂可以帮助制造商更好地理解和预测实际晶圆制造过程中的变化和影响因素，从而优化生产计划和决策。
资料来源：沙利文分析
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虚拟晶圆厂在半导体行业的应用优势
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改进决策，增加创新和灵活性：在虚拟晶圆厂，制造商利用数字孪生与AI技术，可以快速识别瓶颈，优化资源，增强决策力；
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过程优化，质量改进：虚拟晶圆厂利用数字孪生技术使芯片制造商能够在无风险的虚拟环境中尝试各种工艺参数和配置，识别和纳入未考虑的复杂物理现象，从而实现优化制造过程、提高产量并减少浪费；
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降低缺陷和生产延迟风险：虚拟晶圆厂能降低缺陷和生产延迟风险。一是模拟制造过程，提前揪出潜在问题；二是量化不确定性，通过扰动模拟助力高层决策；三是指导高效恢复生产，应对重大干扰；四是虚拟预投产新设施，提前识别关键问题；
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缩短上市时间，成本效益：在虚拟晶圆厂中，利用数字孪生技术模拟和预测，制造商可以在早期发现和修复问题。全流程数字孪生技术还能迅速提升早期生产效率，加快产品开发和上市速度。
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虚拟晶圆厂未来市场规模预测
随着工艺节点的提升，制造更小尺寸的芯片需要更高精度和更复杂的设备，晶圆厂在生产、研发和厂务设备的总支出会快速增加，亟需利用数字孪生技术发展虚拟晶圆厂以降低设计和流程优化的试错成本。预计到2030年，全球虚拟晶圆厂相关软件市场规模将达到1,517.1亿人民币，中国虚拟晶圆厂市场规模将达到493.2亿人民币；预计到2035年，全球虚拟晶圆厂市场规模将达到1,961.9亿人民币；中国虚拟晶圆厂市场规模将达到717.9亿人民币。
资料来源：沙利文分析
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虚拟晶圆厂未来发展趋势
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虚拟晶圆厂将更加集成化，覆盖整个生产流程：随着技术的进步，虚拟晶圆厂将更加集成化，能够模拟和优化从设计到制造封装，以及供应链管理整个生产流程；
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虚拟晶圆厂将融合其他人工智能技术，打造智能虚拟晶圆厂：大数据分析和人工智能将在虚拟晶圆厂中扮演更加重要的角色，帮助进行预测性维护、质量控制和资源优化。届时，虚拟晶圆厂会成为真正的智能工厂，人工智能将通过模拟自动化规划（产能晶圆启动）和晶圆厂调度来改变半导体制造，从而实现风险意识决策和动态生产控制。
