در دهه‌های اخیر جهان شاهد پیشرفت چشمگیر صنعت میکروالکترونیک و پیچیدگی روزافزون محصولات تولید‌شده در این صنعت بوده است؛ به نحوی که امروزه تعداد ترانزیستورهای موجود در تراشه‌ها از چند هزار ترانزیستور در دهه‌ی 1970 به بیش از صد میلیارد رسیده است. بدین ترتیب طراحی این تراشه‌ها به صورت دستی عملاً غیرممکن شده است. در این‌جا است که استفاده از ابزارهای خودکارسازی طراحی الکترونیکی (EDAs) اهمیت می‌یابد. این ابزارها در طراحی و توسعه‌ی ریزتراشه‌های بسیار پیچیده به مهندسین برق کمک می‌کنند. به کمک این نرم‌افزارها فرآیند طراحی تراشه خودکار و استاندارد شده و توسعه‌ی سریع‌تر طرح میسر می‌شود. همچنین اشکالات، نقص‌ها و سایر خطاهای طراحی به حداقل می‌رسند.
ابزارهای خودکارسازی طراحی الکترونیکی در حال حاضر اهمیت ویژه‌ای را در کل زنجیره‌ی ارزش صنعت نیمه‌هادی دارند؛ زیرا این ابزارها نه تنها برای طراحی ریزتراشهها در دفاتر طراحی[2] استفاده می‌شوند، بلکه شرکت‌های ساخت ریزتراشه نیز برای بررسی امکان‌پذیری تولید طرح تراشه‌ها از آن‌ها بهره می‌برند. این شرکت‌ها راهی برای تولید نمونه‌ی اولیه‌ای از طرح ریزتراشهها ندارند، زیرا چنین کاری نیازمند صرف زمان و هزینه‌ی بسیاری است. از طرفی در صورت ساخت ریزتراشه‌هایی با کوچکترین اشکال در طراحی، کارخانه‌های تولید نیمه‌هادی متحمل خسارات سنگین خواهند شد. بنابراین این شرکت‌ها برای اعتبارسنجی طرح تراشه‌ها به ابزارهای خودکارسازی طراحی الکترونیک متکی هستند.
شکل 1: نمایی از طرح یک ریزتراشه در یک نرم‌افزار EDA
تاریخچه‌ی استفاده از نرم‌افزارهای EDA در طراحی تراشه‌ها به دهه‌ی 1980 میلادی باز می‌گردد. پیش از این دهه از نرم‌افزارهای طراحی به کمک رایانه (CAD[3]) برای طراحی تراشه‌ها استفاده شده و بیشتر فرآیند طراحی در درون شرکت‌های تولید‌کننده‌ی سامانه‌ها و به کمک نرم‌افزارهای CAD انجام می‌شد. در دهه‌ي 1980 میلادی، سه عامل موجب شکل‌گیری صنعت EDA، به نحوی که امروزه شاهد آن هستیم، شد. اولین عامل، پیشرفت‌های فناورانه‌ای بود که توسعه‌ی نرم‌افزارهایی با همه‌ی توابع مورد نیاز در فرآیند طراحی تراشه را ممکن می‌کرد. دومین عامل، دسترسی به رایانه‌های قدرتمند بود. سومین عامل، استانداردسازی ابزارهای EDA بود که موجب استقبال بیشتر از آن‌ها در بازار تجاری شد. امروزه نیز تأمین‌کننده‌‌های اصلی نرم‌افزارهای EDA سه شرکتMentor Graphics ، Cadence و Synopsys هستند که همگی در همین دهه تأسیس شده‌اند. در دهه‌ي 1990 توسعۀ شرکت‌های ساخت ریزتراشه، که ریزتراشه‌های طراحی‌شده در دفاتر طراحی را تولید می‌کردند، موجب شکوفایی صنعت EDA شد، زیرا شرکت‌های ساخت ریزتراشه و دفاتر طراحی هیچ یک بودجه‌ی موردنیاز برای توسعه‌ي ابزار EDA مورد استفاده‌ي خود را نداشتند؛ بدین ترتیب شرکت‌های EDA شروع به همکاری نزدیک با دفاتر طراحی و شرکت‌های ساخت ریزتراشه کردند.
در حدود دو دهه‌ی اخیر بازار ابزارهای EDA انحصاری بوده و سه بازیگر اصلی آن شرکت‌های آمریکایی Synopsys، Cadence و Mentor Graphics بوده‌اند (البته شرکت Mentor Graphics در سال 2017 توسط شرکت زیمنس خریداری شد). در سال 2022 ارزش بازار ابزارهای خودکارسازی طراحی الکترونیکی حدود 12.9 میلیارد دلار برآورد شده است که سه شرکت مذکور بیش از 75 درصد آن را در اختیار دارند. همچنین این سه، تنها شرکت‌هایی هستند که نرم‌افزار ارائه‌شده توسط آن‌ها کل فرآیند طراحی را برای همه‌ی انواع ریزتراشهها پوشش می‌دهد. با وجود این، از آن‌جایی که بیش از 40 مرحله‌ي مجزا در طراحی ریزتراشهها وجود دارد، دفاتر طراحی معمولاً ترکیبی از چند نرم‌افزار EDA را استفاده می‌کنند. این موضوع موجب مي‌شود شرکت‌های کوچک‌تر تأمین‌کننده‌ی ابزار EDA بتوانند برای حضور در بازار آن بر روی مراحل خاصی از فرآیند طراحی همچون شبیه‌سازی و اعتبارسنجی و یا طراحی انواع خاصی از ریزتراشهها همچون 3D NAND یا آنالوگ تمرکز کنند. بدین ترتیب شرکت‌های کوچک و استارتاپ‌های فعال در این حوزه در پروژه‌های تحقیق و توسعه‌ی با ریسک بالا سرمایه‌گذاری کرده و در نهایت ابزارهای خاصی را برای بهبود یک بخش از فرآیند طراحی ارائه می‌دهند، ولی از آن‌جایی که توانایی رقابت با سه شرکت دارای انحصار را ندارند، در نهایت توسط یکی از آن‌ها خریداری می‌شوند. برای مثال شرکت Synopsis تا کنون بیش از 100 شرکت یا واحد تجاری را خریداری کرده است.
به نظر می‌رسد که سه عامل می‌توانند در ادامه‌ی شرایط انحصاری در بازار EDA، به ویژه در لبه‌ی فناوری، مؤثر باشند:
- صرفه به مقیاس[4]: به دلیل هزینه‌های بالای تحقیق و توسعه و نیاز مداوم به نوآوری در نرم‌افزار، مزیت مقیاس برای تأمین کنندگان EDA اهمیت ویژه‌ای دارد. از آن‌جایی که سه شرکت اصلی فعال در این حوزه سهم عمده‌ای از بازار دارند، می‌توانند راحت‌تر از سایرین هزینه‌های سنگین تحقیق و توسعه را متقبل شوند.
- هزینه‌ی بالای تغییر نرم‌افزار: یکی دیگر از موانع ورود تأمین‌کنندگان جدید ابزارهای EDA، عدم تمایل مهندسان به یادگیری یک نرم‌افزار جدید از ابتدا است. این موضوع مشکلی است که معمولاً در ورود بازیگران جدید به بازار نرم‌افزارهای بسیار پیچیده و تخصصی به وجود می‌آید.
- علاقه‌ي شرکت‌های تولید ریزتراشه به ادامه‌ی انحصار: انحصار در بازار نرم‌افزارهای EDA برای شرکت‌های تولید ریزتراشه امری مطلوب است. تأمین‌کنندگان نرم‌افزارهای EDA با شرکت‌های تولید ریزتراشه همکاری نزدیکی دارند تا بتوانند امکان طراحی، شبیه‌سازی و اعتبارسنجی مدار تراشه‌هایی با نسل‌های جدید فناوری را در نرم‌افزار خود ایجاد کنند. این همکاری گسترده بین شرکت‌های تولید ریزتراشه و شرکت‌های دارای انحصار در بازار EDA موجب علاقمندی به ادامه‌ی همکاری با همین شرکت‌ها شده است.
با درنظرگرفتن نکات ذکرشده می‌توان دریافت که چرا بازار EDA تا این حد انحصاری شده و چرا رقابت با سه بازیگر اصلی این بازار تا این حد پیچیده و دشوار است.
[1] Electronic Design Automation
[2] Design House
[3] Computer-Aided Design
[4] Economies of scale