EDA三巨頭為何集體押注汽車系統仿真？

隨著汽車行業向電動化、智能化和自動駕駛方向加速轉型，電子設計自動化（EDA）行業正迎來前所未有的發展機遇。汽車電子系統的復雜性、安全性與快速迭代等需求下，從芯片設計到系統級開發的關系越來越密切，EDA巨頭們正在通過技術創新與戰略收購，競相布局汽車系統級解決方案。

以新思科技（Synopsys）、西門子和Cadence全球EDA三巨頭為例，憑借各自的戰略優勢和技術積累，正在汽車電子領域展開激烈角逐。上周，新思科技剛剛宣布350億美元收購完成Ansys公司，在此之前的五月份，西門子宣布完成106億美元收購Altair的計劃。

有意思的是，算上Cadence，三家公司都是2024年收購系統仿真公司，而如今收購已經告一段落，剩下就是看各自公司的產品整合了。

為什么是汽車電子仿真？

在自動駕駛、智能座艙、電池管理系統（BMS）等技術快速演進的背景下，汽車電子系統的仿真和驗證變得空前復雜。

芯片設計：需要考慮功耗、性能、熱管理；

整車系統：需應對電磁干擾（EMI）、結構強度、空氣動力學；

開發周期：越來越短，要求“開發左移”，即提前在虛擬環境中驗證系統性能；

系統集成：芯片、傳感器、控制單元、軟件必須協同工作，任何一環出錯都可能導致系統失效。

在現代的工程設計中，尤其是像汽車電子、芯片設計、航空航天、智能制造這些高度復雜的系統開發領域，仿真已經變得越來越重要，甚至在很多情況下，工程師們更愿意先做仿真，而不是直接進行實物測試。這是為什么呢？其實背后有很多現實的考量。

首先，仿真的成本要低得多。如果你要測試一個芯片或者一個汽車控制系統，通常需要先制造出實物原型。而制造原型本身就是一個非常昂貴的過程，尤其是像芯片這樣的高精密產品，一次流片動輒就是幾千萬甚至上億的成本。而仿真則不同，它不需要實際制造硬件，只需要一臺電腦和合適的軟件，就可以在虛擬環境中對設計進行驗證。這樣一來，不僅節省了材料成本，還能在設計早期就發現問題，避免后期返工帶來的巨大損失。

其次，仿真比測試快得多。現實中做測試，往往需要等待硬件制造、搭建測試環境、調試設備，整個過程可能需要幾天甚至幾周。而仿真的過程可以非常迅速，尤其是在高性能計算和云計算的支持下，工程師可以在幾個小時內完成成百上千次不同參數的模擬，大大提升了開發效率。這也符合現在“開發左移”的趨勢，也就是把驗證工作盡可能提前到設計的早期階段，這樣可以更快地發現問題、更快地迭代。

再者，仿真可以模擬現實中很難甚至無法測試的場景。比如你想測試一輛自動駕駛汽車在極端天氣、突發障礙物、高速追尾等危險情況下的反應，現實中去做這些測試不僅成本高昂，而且風險極大。而通過仿真，你可以在安全的環境下模擬這些極端情況，甚至可以設置一些現實中幾乎不可能發生的邊界條件，從而更全面地驗證系統的魯棒性和安全性。

另外，仿真還能覆蓋更多的測試用例。現實測試往往只能覆蓋有限的場景，但仿真可以輕松模擬成千上萬種不同的輸入組合和運行條件，這樣就能更全面地驗證系統的穩定性和性能。這對于像自動駕駛、電池管理系統、5G通信等復雜系統來說尤為重要。

當然，仿真并不是要完全取代測試，而是與測試形成一種互補的關系。仿真更適合在設計早期進行驗證和快速迭代，而測試則更多用于最終的實物驗證和合規認證。比如在芯片設計中，仿真可以幫助工程師在流片之前驗證功能和性能，而流片之后的實際測試則用于確認芯片在真實環境下的表現是否符合預期。

總的來說，仿真之所以越來越被重視，是因為它在成本、效率、安全性、覆蓋范圍等多個維度上，都展現出了比傳統測試更強的優勢。尤其是在系統越來越復雜、開發周期越來越短的今天，仿真已經成為現代工程設計中不可或缺的一部分。

新思科技收購Ansys：開啟系統級設計新篇章

2024年1月16日，新思科技宣布以約350億美元收購仿真軟件巨頭Ansys，這一交易標志著EDA行業向系統級設計轉型的重大里程碑。2025年7月17日，新思科技宣布完成對Ansys的收購。

作為多物理場仿真領域的領導者，Ansys產品覆蓋結構、熱傳遞、流體、電子和光學元件仿真，與新思科技的EDA工具形成強大互補。 通過此次收購，新思科技構建了從芯片到系統級的協同設計與仿真平臺，特別是在汽車電子領域，提供了涵蓋芯片設計、電源完整性、射頻濾波器以及整車系統仿真的全面解決方案。

Ansys的仿真軟件可以涵蓋汽車從外觀到內飾，從底盤到總成，以及整個電子電氣架構的一切。從自動駕駛到電池、電機、電力電子，利用汽車數字孿生技術，工程師才能更快地進行創新，降低成本，在問題發生之前解決問題，并提供市場所需的卓越性能。Ansys可提供基于物理的汽車數字孿生解決方案，涵蓋關鍵的車輛工程學科。

新思科技通過此次收購，不僅增強了在汽車電子領域的多物理場仿真能力，還將其EDA工具鏈與Ansys的系統級仿真技術深度整合，為汽車制造商提供從芯片到整車的優化解決方案。例如，在自動駕駛芯片設計中，新思科技的工具可優化功耗與性能，而Ansys的仿真平臺可驗證芯片在高溫、高壓等極端環境下的可靠性。這種端到端的系統級設計能力，使新思科技在汽車電子市場占據了優勢。

新思科技和Ansys 擁有高度互補的業務和巨大的擴展機會。此次合并將增強新思科技“硅到系統”戰略，不僅覆蓋核心 EDA 領域，還覆蓋汽車、航空航天和工業等極具吸引力的鄰近增長領域。Ansys 在這些領域擁有成熟的業務和成功的市場推廣經驗。

如圖所示，在系統級以及機電一體化方面，芯片及軟硬件，需要聯合協同，通過系統級的設計、監控以及優化，開發出最合適的產品。

當今智能系統的復雜性要求將半導體設計與仿真分析相集成，以確保互聯系統在實際環境中正常運行。將新思科技的EDA 技術與 Ansys 成熟的仿真和分析能力相結合，可以為客戶提供全面、強大且以系統為中心的創新方法。所有 Ansys 客戶，包括半導體行業以外的客戶，均可受益于全面的產品和技術組合，從而推動創新。

新思科技與Ansys 自 2017 年以來一直保持著成功且不斷發展的合作伙伴關系，雙方擁有共同的文化，以誠信、卓越執行和賦能客戶為核心。此次高度互補的解決方案整合，預計將為客戶提供更廣泛、深度集成的軟件工具套件，以解決他們最棘手的設計挑戰，同時通過基于模型的復雜系統分析獲得寶貴的洞察。

通過此次并購，新思科技的總潛在市場規模(TAM) 預計將增長 1.5 倍，達到約 310億美元。受各行各業對電子與物理融合需求加速增長的大趨勢推動，預計合并后的總潛在市場規模將以約 11% 的復合年增長率增長。

并購完成后，系統級的仿真和分析將與EDA收入持平，尤其是在航空航天、工業、汽車以及服務器四大市場中。

西門子EDA：通過收購Altair深化系統級能力

西門子在汽車電子領域的布局同樣雄心勃勃。2024年10月31日，西門子宣布以106億美元收購美國工業仿真軟件廠商Altair Engineering，強化了其在系統級軟件能力上的競爭力。

Altair的仿真技術涵蓋機械、流體、電磁和熱管理等領域，與西門子其工業軟件生態的廣度和智能化協同能力產生協同效應，為汽車電子系統提供了從芯片到整車的多維度仿真能力。其中汽車和航空航天行業是最大的客戶群體，其客戶包括福特汽車公司、通用汽車公司和Stellantis 等主要汽車制造商，以及波音等大型企業。

“通過 ONE Tech Company 計劃，我們將拓展在工業軟件領域的領導地位，這將使所有行業都能從數據和人工智能驅動的革命中受益。”西門子股份公司總裁兼首席執行官 Roland Busch 表示。

整合 Altair 在仿真、高性能計算 (HPC)、數據科學和人工智能 (AI) 領域的技術能力，西門子將能夠進一步提升其產品和流程的效率和可持續性。西門子能夠協助自己和客戶獲得全新的仿真專業知識，優化其高性能計算流程，創建新的人工智能工具并執行數據分析，從而幫助各種規模的企業加速創新和數字化轉型。

收購 Altair 是西門子“ONE Tech Company”計劃的一部分，將顯著提升西門子的數字收入份額。這項增長計劃使西門子能夠進一步鞏固其強大的市場地位，并將業績和價值創造提升到新的高度。

如圖所示，通過收購Altair，西門子掌握了更多基于物理世界的仿真組合。

Altair 處于汽車行業數字化轉型的前沿，提供涵蓋整個產品開發生命周期的全面專業知識和支持。

從設計工程到制造和供應鏈管理，Altair在電動推進、互聯互通、電磁兼容性 (EMC) 和數據分析領域的尖端技術和解決方案使我們能夠支持全球最大的原始設備制造商 (OEM) 和供應商加速產品開發，增強高級安全性和用戶體驗，優化車輛燃油經濟性和車輛架構，縮短上市時間并優化成本，并提高可持續性。

Altair在諸多方面可以簡化汽車設計流程，比如汽車軟件解決方案（例如Altair? Inspire?和Altair? HyperMesh?）為工程師提供了優化產品設計、增強協作和減少物理原型制作的工具。

另外，其電動汽車解決方案（例如基于模型的開發(MBD)）通過在虛擬環境中仿真產品性能，幫助客戶降低成本并提高效率。這創造了更高效的原型開發流程，并最終縮短了產品上市時間。

高效的制造流程對于成功至關重要。然而，傳統方法成本高昂、耗時耗力且容易出錯。Altair 的流程仿真、增材制造和工裝設計解決方案可幫助汽車制造商優化流程、提高效率并降低成本。預測分析解決方案可及早發現低質量產品，從而消除浪費、確保高質量產出并降低能耗。

Altair 在汽車開發領域的解決方案，例如多學科優化 (MDO)，旨在優化廣泛用例（包括 BEV、HEV、PHEV）的“滑板”平臺設計以及功能（轎車、卡車、探險），以提高性能并降低開發成本。

另外，針對電子系統方面，Altair也有諸多方案應對設計挑戰。比如，提供用于設計和開發電機的端到端解決方案，包括快速概念評估、詳細的電磁和熱現象分析、自動化設計探索、駕駛循環仿真以及動力總成組件優化。也有一系列應用于逆變器、電機、EMI/EMC等解決方案，以及模擬電池保護等等。

Altair的整體解決方案采用降階建模來優化動力系統、車輛空氣動力學和電池組等關鍵子系統，無需依賴高保真仿真模型即可實現更佳的電動汽車設計。

此外，Altair的產品還包括天線設計和布局優化軟件Feco，電子系統可視化解決方案Altair EEvision以及PCB驗證方案Altair PollEx，熱分析和機械分析軟件SimLab等等。

尤其是隨著AI的加持下，這些仿真和驗證效率要比以往更快更全面。

通過收購，西門子實現了在工業市場完整的數字孿生及模擬仿真的產品組合。

Cadence：多物理場與AI驅動的系統設計

Cadence在汽車電子領域的布局以多物理場系統分析和AI技術為核心，通過一系列戰略收購和工具創新，構建了從芯片到系統的全流程解決方案。2024年3月5日，Cadence以12.4億美元收購BETA CAE Systems，擴展了其在汽車和航空航天仿真領域的布局。

在過去的六年里，Cadence已經從單一的芯片級設計工具供應商，轉向從電路板到飛機等大型物理系統的設計軟件。同時，Cadence也宣布了一款超級計算機，旨在幫助模擬噴氣機周圍的空氣流動情況或其他用途。

BETA CAE的軟件廣泛應用于汽車結構分析和仿真，客戶包括本田、通用和洛克希德·馬丁等。BETA CAE 提供了一個完整的平臺，支持多物理場系統仿真的整個仿真和分析流程，涵蓋機械/結構、計算流體力學（CFD）和電磁（EM）分析。其旗艦產品包括：ANSA，一款先進的多學科計算機輔助工程（CAE）前處理器，包含在單一、貫通的集成環境中構建完整模型所需的所有功能；以及 META，一款先進的多學科 CAE 后處理器，用于以最佳方式可視化數據和仿真結果并生成報告，具備最先進的增強現實功能。此外，BETA CAE 的 EPILYSIS 和 FATIQ 求解器使客戶能夠高效解決結構分析和優化問題。SPDRM 工具通過提供簡單直觀的方式來捕獲、部署、管理和改進 CAE 流程，實現數據、流程和資源的集成編排。

BETA CAE 的產品與 Cadence 的多物理場系統分析產品組合高度互補，包括 Clarity、Celsius、Sigrity、Voltus、Fidelity以及Millennium多物理場平臺，解決電磁、熱、信號和電源完整性問題，以及 CFD 領域的挑戰。

正如BETA CAE官方所述：“模擬不僅僅是一種工具，它幫助我們理解系統的行為方式。模擬本身已經取得了進展，成為人類最復雜創造物進化的舞臺。我們認為，模擬為人類創造物提供了與自然進化相同的體驗，即通過快速迭代試錯，模擬真實的過程、環境和經驗。模擬可以幫助您打破傳統權衡思維的壁壘。您無需犧牲質量來節省時間和成本。模擬能夠為您的創作提供深刻的洞見，從而同時提升質量、縮短時間并節省成本。”

三巨頭的競爭與汽車電子的未來

新思科技、西門子EDA和Cadence在汽車電子乃至更廣闊的工業領域布局各有側重，但都以系統級設計為核心目標，都圍繞物理世界仿真進行并購補齊產品線和客戶群。

隨著汽車電子系統的復雜性，要求EDA工具從傳統的芯片設計向系統級仿真延伸，涵蓋功耗、熱管理、信號完整性和可靠性等多維度挑戰。同時，隨著更多系統級公司開始涉足芯片設計，這種交叉的機會，給了EDA公司更多的市場空間。另外，隨著AI時代的到來，極大緩解了效率問題，EDA公司在這方面有著多年積累。

不光是開發復雜性提高，汽車的開發周期也前所未有的快，開發左移的設計方法學越來越多，這時仿真、驗證和虛擬測試變得與原型開發同樣重要，這也需要EDA供應商學會從系統角度思考。

無論如何，EDA廠商在汽車行業的智能化浪潮中扮演著關鍵角色，其數百億投資的野心，也將重塑汽車電子開發的未來。

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