美國新一輪出口限制涉及3納米及以下芯片的設計工具，以及業(yè)內(nèi)尚未大規(guī)模量產(chǎn)的氧化鎵和金剛石襯底。目前看來，這些似乎未對國內(nèi)產(chǎn)業(yè)立刻產(chǎn)生巨大影響，但美國的目標是將中國的芯片技術(shù)，鎖定在與先進技術(shù)相差幾代的水平上。
而由于上述技術(shù)也涉及到人工智能、新能源等新興產(chǎn)業(yè)，讓美國限定中國發(fā)展的意圖越來越明顯。半導體行業(yè)資深人士認為，現(xiàn)在需要進行全面梳理，尤其解決設備和材料的全產(chǎn)業(yè)鏈問題。
文｜石兆
編｜王飛飛
在緊張的大局勢下，一則美國斷供EDA軟件的消息在社交網(wǎng)絡上迅速傳播，一時之間，風聲鶴唳。但數(shù)智前線了解到，該說法并不準確。
美國商務部工業(yè)與安全局（BIS）網(wǎng)站在8月12日發(fā)布了一項規(guī)定，對四項“新興和基礎(chǔ)技術(shù)”出臺了出口管制措施，該規(guī)定將于8月15日生效。這四項技術(shù)有三項涉及先進半導體，包括兩種材料和一個工具，分別是氧化鎵（Ga2O3）和金剛石，還有一種ECAD軟件，用于開發(fā)具有GAAFET結(jié)構(gòu)的集成電路。除了這三項外，另一個是燃氣渦輪發(fā)動機的增壓燃燒（PGC）技術(shù)。
不難發(fā)現(xiàn)，美國這次限制的是針對GAAFET結(jié)構(gòu)的芯片設計工具。這種工藝目前用于2nm、3nm等先進制程，全球也只有兩家能制造GAA芯片的晶圓廠。
這也一直是美國打壓中國產(chǎn)業(yè)的思路——低端賺你錢，高端卡你脖。比如光刻機領(lǐng)域卡的也是EUV光刻機。
有資深人士告訴數(shù)智前線，美國的意圖很明顯，針對芯片制造廠的設備出口卡在14納米，芯片設計工具卡在3納米，目標是將中國的芯片技術(shù)，鎖定在與先進技術(shù)相差幾代的水平上。
01
美國第三次出手，影響幾何？
這是美國針對中國在EDA領(lǐng)域發(fā)起的第三次出口管制。第一次是2018年針對中興通訊，第二次是2019年針對華為，第三次則影響到國內(nèi)設計3納米及更先進芯片產(chǎn)品的企業(yè)。
目前市場上使用最先進制程的芯片除了蘋果手機、電腦等電子消費品，其他都是一些大算力芯片，如用于人工智能的GPU，用在數(shù)據(jù)中心、云計算中的服務器芯片。如果美國鎖定高端芯片，可能對人工智能、云計算芯片的設計產(chǎn)生影響。
“畢竟EDA是個軟件，又不像生產(chǎn)原材料要持續(xù)不斷的供應，之前的版本可能客戶已經(jīng)買了，所以只能卡最新版本。”一位國內(nèi)資深芯片人士告訴數(shù)智前線。在他看來，美國之所以打壓EDA，核心還是控制國產(chǎn)芯片產(chǎn)能。目前，不管是高端還是成熟的工藝，大陸的芯片產(chǎn)能都不太夠。“成熟的工藝我們自己能搞了，卡也卡不住了，所以只能卡先進工藝。”
值得注意的是，美國商務部并沒有使用大眾熟悉的“EDA”，而用了一個較為陌生的詞——ECAD（電子計算機輔助設計軟件）。有行業(yè)人士認為，這可能把相關(guān)軟件都涵蓋在里面，也就是說，范圍比EDA要更大一些。
美國商務部稱，ECAD是一類用于設計、分析、優(yōu)化和驗證集成電路或印制電路板性能的軟件工具。ECAD軟件在軍事、航空航天、國防工業(yè)的各種應用中，用于設計復雜的集成電路。
而這次出口管制針對的是設計GAAFET技術(shù)的工具。GAAFET技術(shù)是芯片擴展到3納米及以下技術(shù)節(jié)點的關(guān)鍵。也就是說，美國針對的是3納米及以下先進芯片的設計工具，而非全部芯片設計工具。因此說美國斷供EDA是不準確的。
目前，芯片主流的工藝架構(gòu)是FinFET（鰭式場效應晶體管），像7nm工藝用的都是這種，但進入3nm制程工藝后，主流架構(gòu)變成了GAAFET（全柵場效應晶體管）。
不過，幾位芯片設計人士告訴數(shù)智前線，目前這項管制措施的影響有限，因為國內(nèi)還很少用到3nm設計，比如部分AI芯片、GPU芯片用的是7nm，而電視、機頂盒、車規(guī)級芯片大多還是28nm。
但有上述人士稱，這是長期影響和短期影響的差別，就像幾年前人們認為7nm還很遙遠，但如今已全面量產(chǎn)，“未來我們也會走到3nm”。這意味著，美國想通過這種做法，保持著對中國的芯片的優(yōu)勢。
02
國產(chǎn)EDA差在哪里？
談及芯片，外界言必談光刻機和EDA，前者是制造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，后者負責設計。
此前，美國已經(jīng)不允許荷蘭光刻機企業(yè)ASML將生產(chǎn)7nm芯片的EUV光刻機賣給中國大陸。而根據(jù)媒體報道，美國一家芯片設備制造商的CEO也透露，“最近我們接獲通知，要擴大禁售項目到14納米以下。”
在美國芯片法案的背景下，它進一步打壓中國半導體產(chǎn)業(yè)并不令人意外。目前，國內(nèi)EDA軟件還有多大差距呢？
“EDA是確定性知識的集成，并不存在原理性的障礙。”國內(nèi)一位資深芯片人士對數(shù)智前線說。數(shù)智前線也從國產(chǎn)EDA人士處了解到，在7納米和14納米上，國內(nèi)已經(jīng)做到了部分設計環(huán)節(jié)的國產(chǎn)化。
EDA分為模擬芯片設計工具和數(shù)字芯片設計工具。有國內(nèi)企業(yè)已經(jīng)解決了模擬芯片的設計全流程。相對而言，數(shù)字芯片的設計工具更難，設計流程中涉及120個左右的“點工具”，分別在各個點工具上進行研發(fā)。據(jù)悉，國內(nèi)有百家左右的設計工具企業(yè)。
國內(nèi)目前有企業(yè)在推動全流程設計工具的開發(fā)，也有資深第三方在梳理企業(yè)情況，期望將不同企業(yè)的“點工具”打通，更快推動國內(nèi)全流程芯片設計工具的落地。
但EDA背后考驗的更多是與芯片制造廠之間的協(xié)同，比如同樣的電路原理，如果工藝的參數(shù)庫不一樣，結(jié)果也就不一樣。
“晶圓廠不給你提供工藝的這些參數(shù)，你的軟件是設計不出來的。”國內(nèi)一家做射頻設計芯片的負責人告訴數(shù)智前線，半導體從設計、材料到設備是一整套生態(tài)的概念，“越往高端走，你就發(fā)現(xiàn)得幾條腿同時進步才行，不可能說我軟件很牛，但我晶圓制造不行。”
所以，真正難的還是怎么與上下游產(chǎn)業(yè)配合，通過實踐去積累。“軟件不是一蹴而就，它的每一代升級，跟著晶圓和材料的進展，性能的調(diào)校，都是在變化的。”另一位資深設計人士告訴數(shù)智前線，EDA工具的研發(fā)類似人工智能，需要大量的數(shù)據(jù)。
另外，雖然EDA很重要，但市場規(guī)模其實并不大。
國內(nèi)EDA市場規(guī)模在5億美元上下，在全球EDA市場規(guī)模中占比非常小。在這個市場上，主要還是為新思科技、Cadence和Mentor三巨頭把控，國產(chǎn)化率不足10％，且競爭格局分散。
以已經(jīng)上市的華大九天和概倫電子為例，華大九天2021年的營收只有5．8億元，概倫電子的營收不到2億元。而全球第一的Synopsys（新思科技）的收入為260億元人民幣左右，利潤達到50多億元人民幣。中外差距甚遠。
“與其說這個東西特別難做不出，不如說這個東西市場太小了，容納不下太多人。”一位業(yè)內(nèi)資深芯片人士對數(shù)智前線說，這個行業(yè)總共也不到1萬人，一二十億美元的規(guī)模。
在他看來，美國卡脖子對國內(nèi)EDA企業(yè)一定程度上，可以把壞事變好事，“要不然，國內(nèi)EDA公司老是不賺錢，大公司為了穩(wěn)妥，都用了國外EDA軟件，國產(chǎn)EDA處于這種尷尬的狀態(tài)。”
03
除了軟件，材料也被盯上
在美國商務部的限制名單里，除了EDA軟件，還涉及兩種半導體材料，一個是氧化鎵（Ga2O3），另一個是金剛石襯底，兩者都屬于超寬禁帶半導體材料。這類材料有望在更嚴酷的條件，例如更高的電壓或更高的溫度下工作。
這些材料還在研發(fā)中，并沒有大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，而技術(shù)主要集中在日本和美國。但這些材料制造的芯片將更適應新能源、電網(wǎng)儲能、通信等多個工業(yè)環(huán)境，因此也變得非常敏感和重要。
資深人士告訴數(shù)智前線，以新能源車為例，目前小鵬汽車、比亞迪、理想汽車、北汽極狐等新能源車企，已經(jīng)布局800V快充技術(shù)，陸續(xù)在2022前后量產(chǎn)。根據(jù)報道，采用了快充技術(shù)后，充電5分鐘，小鵬汽車的續(xù)航可以達到200公里，而比亞迪的續(xù)航可以達到150公里。而這些快充技術(shù)中可以使用氧化鎵材料做的功率器件。
在電網(wǎng)領(lǐng)域，現(xiàn)在也是非常期望利用氧化鎵的耐高壓、低成本潛力。比如，去年，美國德州供電系統(tǒng)突然出現(xiàn)問題，再加上大雪天氣，導致大面積斷電。當時“微電網(wǎng)”這個概念被提及，即當電網(wǎng)出現(xiàn)問題的時候，微電網(wǎng)可以滿足附近區(qū)域的正常供電，它的能量來自太陽能、風能、水能等的儲能和轉(zhuǎn)換。而轉(zhuǎn)換所需的關(guān)鍵開關(guān)器件，目前是用氮化鎵、碳化硅等材料做的。
但這些材料的生產(chǎn)成本很貴，占據(jù)了開關(guān)器件的40％到60％，本身也很難再降低。這就給了其他材料一個機會。而氧化鎵有望實現(xiàn)低成本的器件，業(yè)內(nèi)也在進行研發(fā)。
“因為美國剛出臺這個政策，它封鎖到什么程度，以什么形式封鎖，我們還不是很清楚。綜合來講，對科研和產(chǎn)業(yè)會有影響。”上述資深人士說。
針對美國出口限制新政，一位資深行業(yè)從業(yè)者告訴數(shù)智前線，當務之急是沉下心來，對產(chǎn)業(yè)進行全面梳理，主要是設備材料這兩方面，無論是按照工藝節(jié)點，還是按照用途，亦或是按照類別，找到問題所在。
“如果我們能把28納米的設備全產(chǎn)業(yè)鏈國產(chǎn)化，包括它的核心部件、元器件、材料，以后10納米、7納米都會逐步實現(xiàn)。”上述人士說，這些年的投入仍然有些分散，有時顯得“東一榔頭，西一棒子”。
上述人士表示，包括EDA工具，根據(jù)報道，美國有企業(yè)采用90納米設計的堆疊芯片，基本已經(jīng)實現(xiàn)7納米的性能。但國內(nèi)在堆疊芯片的設計工具上還需要突破。堆疊工具要解決不同器件結(jié)構(gòu)的仿真，這些器件的參數(shù)模型不一樣，工具就不一樣了，需要融合。
盡管美國的這一輪管制，目前看來似乎沒有對國內(nèi)產(chǎn)業(yè)立刻產(chǎn)生巨大、實質(zhì)性的影響，但美國打壓的范圍越來越廣，限定中國發(fā)展的意圖越來越明顯。在上述人士看來，中國需要沉住氣，依靠巨大的市場需求，把基礎(chǔ)夯實的同時，進行高端創(chuàng)新。
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