全球半导体制造类EDA行业发展白皮书

一、全球半导体制造行业现状与挑战

1、半导体市场规模与增长趋势

全球半导体行业在经历了疫情初期的波动后，预计随着下游需求的复苏而实现反弹。根据弗若斯特沙利文的数据，全球半导体市场规模从2019年的4110亿美元增长至2023年的5184.5亿美元。尽管2020年受到疫情影响，消费大国的购买力下降，影响了半导体产业的营收表现，但年底市场迎来反弹。2024年市场预计将强势反弹，预计达到5764.5亿美元，2024-2028年年复合增速预估为10.2%。中国市场受地缘政治及新兴科技的推动，其增速将高于全球，预计到2028年，中国半导体市场的规模有望增至2990.3亿美元，预计年均复合增长率将达到14.9%。

2、半导体产业链分析

半导体产业链是一个复杂的系统，涉及从原材料供应、设计、制造、封装测试到最终产品的应用等多个环节。在这一产业链中，EDA工具作为关键的上游环节，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。同时，EDA工具在晶圆制造过程中提升芯片的制造良率，对整个产业链的效率和质量起到至关重要的作用。

3、半导体制造发展困境

半导体制造业在生产与制造的发展中面临诸多挑战。首先，高端设备和材料依赖进口，如高端光刻机（EUV）、高端光刻胶、EDA工具等关键半导体设备和材料国产化率低，高端芯片依赖进口。其次，研发投入及创新不足，国际厂商研发投入比例大，而我国投入相对较少。此外，核心技术缺乏，半导体产业为高度技术密集型行业，核心技术方面存在缺口。最后，产业链不完善，我国在半导体产业链在设计和封测方面有所突破，但在材料、设备、软件等上游环节仍存在短板，尤其先进工艺制程方面。中美两国的半导体脱钩使科技领域的合作愈发困难，对中国的半导体制造厂企业产生了巨大的影响，迫使它们必须迅速发展自主技术。随着半导体工艺节点的愈加缩小，制造工艺的复杂性显著增加，对设备精度和生产技术提出了更高要求。

二、半导体制造类EDA市场发展现状

1、EDA工具在半导体制造中的作用

EDA工具，即电子设计自动化工具，是集成电路和全球数字经济的坚实基础。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。EDA工具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，同时在晶圆制造过程中提升芯片的制造良率。EDA工具的重要性体现在其对半导体产业的价值贡献，它不仅提高了设计效率，还确保了制造过程的精确性和可靠性。

2、全球制造类EDA市场规模与分析

全球半导体制造类EDA市场规模在近年来持续增长。据弗若斯特沙利文的数据显示，2023年全球制造类EDA市场规模达到18.1亿美元，2019-2023年年均复合增长率达到16.9%。随着半导体技术节点的持续缩小，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。制造类EDA工具在提升生产效率、确保设计可制造性以及优化良率方面的作用发挥着至关重要的作用

3、中国制造类EDA市场发展

中国制造类EDA市场虽然起步较晚，但发展迅速。在中美贸易紧张局势的背景下，中国政府显著加大对制造类EDA工具的扶持，未来EDA市场将迎来新的增长机遇。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%。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。中国半导体制造类EDA行业市场规模按工具类型分为TCAD、OPC及其他，其中OPC工具在2023年市场规模为7.2亿元，TCAD市场规模为2.1亿元。随着半导体工艺节点的不断缩小，OPC作为确保图案精度的关键技术，其需求将继续增长，2019-2023年年均复合增长率达到33.6%，增速稍快于TCAD。面对国际市场的激烈竞争，中国本土EDA厂商需要不断提升自身技术水平，TCAD及OPC的快速发展将有助于缩小与国际先进水平的差距。

三、虚拟晶圆厂发展现状与趋势

1、虚拟晶圆厂概念与优势

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，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。

2、数字孪生技术在虚拟晶圆厂中的作用

数字孪生技术是虚拟晶圆厂的核心技术，它通过创建虚拟模型来模拟、分析和优化物理实体的行为和性能。数字孪生技术在半导体制造业已经发展了十多年，例如运行到运行控制（R2R）、预测性维护（PdM）、虚拟计量等，都利用了某种形式的预测/优化，符合数字孪生定义。数字孪生通过使用传感器数据、实时监测和模拟技术，使物理实体与其数字表示保持同步，并提供实时的反馈和决策支持。

3、虚拟晶圆厂市场规模与预测

随着全球范围内晶圆厂快速扩建，先进工艺晶圆产能加速提升，亟需发展虚拟晶圆厂技术以降低设计和生产成本。预计到2030年，全球虚拟晶圆厂相关软件市场规模将达到1517.1亿人民币，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1961.9亿人民币；中国虚拟晶圆厂市场规模将达到717.9亿人民币。虚拟晶圆厂软件支出在全球晶圆厂生产、研发及厂务设备总支出中占比将逐渐增加。

4、虚拟晶圆厂未来发展趋势

未来，虚拟晶圆厂将进一步模拟优化设计、制造、封装测试等全流程，提高集成化水平；同时利用大数据和人工智能等先进技术，实现质量控制、资源优化，提高虚拟晶圆厂智能化程度。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。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主规划（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。

1、国际虚拟晶圆厂案例分析

国际市场上，虚拟晶圆厂的概念正在被越来越多的半导体制造商所接受并付诸实践。例如，IMEC推出的虚拟晶圆厂IMEC.NETZERO模拟平台，能够模拟整个集成电路制造过程，并提供各种环境指标的可视化工具，是一款用于评估和减少集成电路制造环境影响的强大工具。此外，Applied Materials公司基于计算机模型和传感器数据，推出了APPLIED TWIN数字孪生解决方案，可应用于工艺、腔室、设备等多个场景，并有助于企业实现可持续发展目标。

2、国内虚拟晶圆厂实践与应用

在中国，虚拟晶圆厂的实践也正在逐步展开。苏州培风图南半导体有限公司是国内唯一制造EDA全品类工具的厂商，推出的半导体工艺与器件仿真产品MOZZ TCAD和3D表面结构仿真产品EMULATOR，可以实现在使用更少硅周期和晶圆的情况下开发和优化半导体工艺和器件。培风图南是目前国内唯一有能力构建虚拟晶圆厂的制造类EDA供应商，其产品正在被越来越多的国内半导体制造商所采用。

3、虚拟晶圆厂技术挑战与解决方案

尽管虚拟晶圆厂技术的发展为半导体制造行业带来了诸多优势，但也面临着不少技术挑战。例如，如何确保虚拟晶圆厂模拟的准确性、如何实现虚拟晶圆厂与实际生产环境的高度同步、以及如何利用虚拟晶圆厂进行有效的质量控制和资源优化等。为了解决这些挑战，行业内的企业和研究机构正在不断探索和创新。例如，通过集成更先进的传感器技术和大数据分析工具，提高虚拟晶圆厂模拟的精度和实时性；通过人工智能和机器学习技术，优化虚拟晶圆厂的资源配置和生产调度，提高生产效率和产品质量。这些解决方案不仅有助于提升虚拟晶圆厂的技术成熟度，也为半导体制造行业的未来发展提供了新的可能性。

五、结论与建议

• 对政府的政策建议：政府应继续加大对半导体制造类EDA工具的扶持，特别是在研发投入、人才培养和国际合作方面。通过政策引导和资金支持，鼓励本土EDA企业加大技术创新力度，推动国产EDA工具的发展，减少对外部供应的依赖。

• 对企业的发展战略建议：半导体制造企业应积极投资于EDA工具的研发和应用，利用EDA工具优化设计流程，提高生产效率和产品质量。同时，企业应加强与国际先进企业的合作，引进先进技术，提升自身的国际竞争力。

• 技术创新与研发投入：虚拟晶圆厂的发展需要持续的技术创新和研发投入。企业应加大对数字孪生、人工智能等前沿技术的研发，提升虚拟晶圆厂的模拟精度和优化能力。

• 人才培养与合作模式：培养专业的虚拟晶圆厂技术和管理人才，通过与高校、研究机构的合作，共同推动虚拟晶圆厂技术的发展和应用。

• 市场趋势预测与应对：半导体制造企业应密切关注全球市场的变化趋势，通过市场研究和分析，预测未来的市场需求和挑战，制定相应的应对策略。

• 风险管理与机遇把握：在面对全球供应链波动和贸易政策变化等不确定因素时，企业应加强风险管理，同时把握新兴市场的机遇，通过灵活的战略调整，实现可持续发展。