美國(guó)“斷供EDA”，究竟怎么一回事？

芯片法案之后，美國(guó)再次在先進(jìn)制程芯片領(lǐng)域揮出重拳。

這一次，與“斷供涉及先進(jìn)半導(dǎo)體的EDA”有關(guān)。

更確切地說(shuō)，此番美國(guó)商務(wù)部針對(duì)先進(jìn)半導(dǎo)體和燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)技術(shù)發(fā)布了新禁令。

其中涉及半導(dǎo)體的出口管制包括：

• GAAFET結(jié)構(gòu)集成電路所必需的EDA軟件

• 金剛石和氧化鎵為代表的超寬禁帶半導(dǎo)體材料

禁令將于8月15日正式生效。

雖然EDA之前有個(gè)限定詞“GAAFET”，但“芯片之母”這個(gè)關(guān)鍵詞一出，還是立即在社交媒體上引發(fā)熱議。

不少網(wǎng)友表示，雖然這次沒(méi)有點(diǎn)名中國(guó)，但此舉很明顯是為了限制與美國(guó)存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系的國(guó)家，先進(jìn)制程半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展。

所以此次禁令，到底是怎么回事？會(huì)產(chǎn)生什么影響？

限制芯片工藝設(shè)計(jì)上限

EDA，即電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件，涵蓋邏輯設(shè)計(jì)、電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)仿真、性能分析到設(shè)計(jì)PCD版圖等一系列芯片設(shè)計(jì)自動(dòng)化流程。

可以說(shuō)，在現(xiàn)代芯片設(shè)計(jì)的流程之中，EDA軟件是極為重要的一環(huán)。沒(méi)有EDA軟件，則芯片設(shè)計(jì)亦無(wú)從談起。

但值得注意的是，此次美國(guó)商務(wù)部禁令，給EDA軟件增加了一個(gè)限制范圍：設(shè)計(jì)GAAFET（全柵極場(chǎng)效應(yīng)晶體管）結(jié)構(gòu)集成電路所必需的ECAD工具。

這里的ECAD可以簡(jiǎn)單理解為常說(shuō)的EDA。

那么，什么是GAAFET？

全柵極場(chǎng)效應(yīng)晶體管

美國(guó)商務(wù)部原文件中提到，GAAFET（Gate-All-Around FET）是芯片制程突破3nm及以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)的關(guān)鍵。

這一技術(shù)方案由三星在2019年提出，目的就是為了解決鰭式場(chǎng)效晶體管（FinFET）結(jié)構(gòu)在5nm以下制程時(shí)遇到的一系列問(wèn)題。

△FinFET示意圖

要說(shuō)清楚這件事，咱們得先淺談一下半導(dǎo)體中的短溝道效應(yīng)。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是隨著芯片制程越來(lái)越小，半導(dǎo)體中晶體管的長(zhǎng)度也越來(lái)越短。這一縮短不要緊，什么閾值電壓降低、靜電控制失效的問(wèn)題就全來(lái)了。

如此，芯片的性能就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。舉個(gè)例子，三星手里翻車(chē)的驍龍火龍，就與此有關(guān)……

為了解決這個(gè)問(wèn)題，先是英特爾在2011年，把鰭式場(chǎng)效晶體管用在了22nm節(jié)點(diǎn)上。通過(guò)伸出的“鰭”（fin），增大了溝道接觸面積，大幅提高了柵極對(duì)通道內(nèi)電場(chǎng)的控制能力。

此后的十余年里，F(xiàn)inFET就成了半導(dǎo)體器件的主流結(jié)構(gòu)。

但當(dāng)芯片制程來(lái)到5nm這個(gè)節(jié)點(diǎn)，F(xiàn)inFET又有點(diǎn)吃不消了。

△圖源：copperpodip

于是，2019年，三星推出了一種新的晶體管設(shè)計(jì)，即全柵極場(chǎng)效晶體管GAA。

在這種結(jié)構(gòu)中，F(xiàn)inFET里豎著的“鰭”被放平了，也就是說(shuō)，柵極從三面環(huán)繞通道變成了四面環(huán)繞通道，進(jìn)一步擴(kuò)大了接觸面積。

目前，三星已經(jīng)準(zhǔn)備在3nm工藝上使用GAAFET。

而臺(tái)積電和英特爾則認(rèn)為在3nm制程上，F(xiàn)inFET仍有可為。

不過(guò)臺(tái)積電也準(zhǔn)備在2nm制程中引入GAAFET。

英特爾則宣布將在Intel 5nm（Intel 20A）這個(gè)節(jié)點(diǎn)，由FinFET轉(zhuǎn)向GAAFET。

簡(jiǎn)單總結(jié)一下，GAA實(shí)際上是適用于3nm及其以下工藝的半導(dǎo)體技術(shù)。在目前常見(jiàn)的芯片制程，F(xiàn)inFET仍為主流。

EDA軟件的國(guó)產(chǎn)化之路

盡管目前影響的范圍只涉及部分高端芯片，但美國(guó)這次出口管制，仍然給提升國(guó)產(chǎn)EDA軟件水平敲響了警鐘。

目前，全球的EDA軟件主要由Cadence、Synopsys、Mentor等三家美國(guó)企業(yè)壟斷。

它們的產(chǎn)品在我國(guó)的市場(chǎng)占有率高達(dá)85%，也就是說(shuō)國(guó)內(nèi)大多數(shù)芯片設(shè)計(jì)公司都是采用這些進(jìn)口的EDA工業(yè)軟件來(lái)設(shè)計(jì)芯片。

那么目前我國(guó)自研EDA軟件的進(jìn)展如何了？

其實(shí)，早在上世紀(jì)80年代，由于巴統(tǒng)協(xié)議的禁令限制，中國(guó)無(wú)法買(mǎi)到芯片設(shè)計(jì)所需的最新EDA軟件，國(guó)家就動(dòng)員了全國(guó)17個(gè)單位，200多名專(zhuān)家聚集北京集成電路設(shè)計(jì)中心開(kāi)發(fā)自己的工具。

終于在1993年，我國(guó)第一款具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的EDA工具問(wèn)世。

它的名字叫“熊貓”，寓意著EDA的珍貴且稀有。

“熊貓”獲得了國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)，并在20家設(shè)計(jì)公司和研究機(jī)構(gòu)得到應(yīng)用，由于價(jià)格僅為同類(lèi)產(chǎn)品的1/10，美國(guó)芯片廠商也一度選擇過(guò)“熊貓”，在市場(chǎng)中反響很不錯(cuò)。

有觀點(diǎn)稱(chēng)，“熊貓”的出現(xiàn)讓當(dāng)時(shí)我國(guó)EDA產(chǎn)業(yè)與國(guó)際的差距只有五年。

不過(guò)，隨著1994年“巴統(tǒng)”禁令取消，美國(guó)EDA三巨頭大舉進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，憑借著技術(shù)成熟、價(jià)格便宜、免費(fèi)贈(zèng)送、多方合作等優(yōu)勢(shì)和策略，快速收割國(guó)內(nèi)市場(chǎng)份額。

再加上中國(guó)彼此也在推廣全球化，國(guó)內(nèi)EDA產(chǎn)業(yè)由此漸漸失去市場(chǎng)和政策上的雙重支持，進(jìn)入停滯狀態(tài)。

沒(méi)想到這一停，就是約十五年之久。

直到2008年，國(guó)家開(kāi)始實(shí)施的“核高基”（核心電子器件、高端通用芯片及基礎(chǔ)軟件產(chǎn)品）重大科技專(zhuān)項(xiàng)才再次開(kāi)始扶植國(guó)產(chǎn)EDA的發(fā)展，一批國(guó)產(chǎn)EDA公司從此時(shí)才開(kāi)始紛紛冒頭。

目前，國(guó)內(nèi)大約有50+EDA企業(yè)，包括華大九天、國(guó)微集團(tuán)、芯愿景、芯華章、廣立微、概倫電子、思爾芯、芯和半導(dǎo)等等，近幾年已將EDA的市場(chǎng)份額從6%提升至11%。

其中規(guī)模最大的是華大九天，其董事長(zhǎng)劉偉平正好就參與過(guò)“熊貓”的開(kāi)發(fā)。

不過(guò)，眼看國(guó)內(nèi)EDA產(chǎn)業(yè)正在慢慢復(fù)蘇，但由于起步時(shí)間較晚，國(guó)產(chǎn)EDA還有很長(zhǎng)一段路要走。

就拿EDA工具鏈來(lái)說(shuō)，三巨頭已實(shí)現(xiàn)了40個(gè)細(xì)分領(lǐng)域的全產(chǎn)業(yè)鏈覆蓋；國(guó)產(chǎn)最大的華大九天目前只覆蓋了40%，其他國(guó)產(chǎn)廠商的產(chǎn)品則多為點(diǎn)工具，特定領(lǐng)域的全流程產(chǎn)品都還無(wú)法提供。

再看先進(jìn)工藝，國(guó)內(nèi)廠商中，華大九天是唯一能夠提供模擬電路設(shè)計(jì)全流程EDA工具系統(tǒng)的本土企業(yè)。

其電路仿真工具支持5nm量產(chǎn)工藝制程，其他模擬電路設(shè)計(jì)EDA工具支持28nm制程。

思爾芯主要聚焦數(shù)字芯片的前端驗(yàn)證，其相關(guān)EDA產(chǎn)品能做到支持10nm。

相較之下，而國(guó)外三巨頭已經(jīng)達(dá)到2nm。

……

由此種種，這幾年，國(guó)家對(duì)EDA的重視只增無(wú)減，就比如在十四五規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要中，對(duì)EDA的攻關(guān)就被列為了集成電路技術(shù)之首。

ps.對(duì)于禁令中提到的金剛石和氧化鎵，這倆是半導(dǎo)體材料領(lǐng)域的“超新星”，被認(rèn)為是制備下一代高功率、高頻、高溫及低功率損耗電子器件最有希望的材料。

“賺錢(qián)制裁兩不誤”

由于本次管制僅對(duì)3nm以下的芯片設(shè)計(jì)有影響，國(guó)內(nèi)大多數(shù)廠商還停留在20nm制程左右，很多網(wǎng)友都表示短期內(nèi)問(wèn)題不大，反而會(huì)進(jìn)一步鞭策國(guó)產(chǎn)EDA軟件的發(fā)展。

倒是有觀點(diǎn)犀利地指出，美國(guó)這個(gè)操作是為了賺錢(qián)和制裁兩不誤。

此外，也有觀點(diǎn)表示擔(dān)憂，此次斷供若未能對(duì)中國(guó)半導(dǎo)體形成實(shí)質(zhì)上的打擊，不排除美國(guó)繼續(xù)加碼的可能。

雖然如大部分人所說(shuō)“EDA比光刻機(jī)有希望多了”，但中國(guó)芯片行業(yè)，仍然任重道遠(yuǎn)。

而對(duì)于現(xiàn)階段國(guó)產(chǎn)EDA產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，有人指出，我們目前面臨的最大困難其實(shí)是缺乏市場(chǎng)需求的引導(dǎo)。

因?yàn)楣I(yè)設(shè)計(jì)軟件是和市場(chǎng)需求緊密相連的，只有設(shè)計(jì)需求增多帶來(lái)更多的工程反饋，EDA的發(fā)展才能提起速度來(lái)。

美禁令原文：https://www.bis.doc.gov/index.php/documents/about-bis/newsroom/press-releases/3116-2022-08-12-bis-press-release-wa-2021-1758-technologies-controls-rule/file