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)內尚未大規(guī)模量產的氧化鎵和金剛石襯底。目前看來,，這些似乎未對國內產業(yè)立刻產生巨大影響,，但美國的目標是將中國的芯片技術，鎖定在與先進技術相差幾代的水平上,。

    而由于上述技術也涉及到人工智能,、新能源等新興產業(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）網站在8月12日發(fā)布了一項規(guī)定,，對四項“新興和基礎技術”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結構的集成電路,。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,。

    不難發(fā)現(xiàn),，美國這次限制的是針對GAAFET結構的芯片設計工具。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業(yè)的思路——低端賺你錢,，高端卡你脖,。比如光刻機領域卡的也是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,，鎖定在與先進技術相差幾代的水平上。

    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設計3納米及更先進芯片產品的企業(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生影響。

    “畢竟EDA是個軟件,，又不像生產原材料要持續(xù)不斷的供應,，之前的版本可能客戶已經買了，所以只能卡最新版本,?！币晃粐鴥荣Y深芯片人士告訴數(shù)智前線。在他看來,，美國之所以打壓EDA,，核心還是控制國產芯片產能。目前,，不管是高端還是成熟的工藝,，大陸的芯片產能都不太夠?！俺墒斓墓に囄覀冏约耗芨懔?，卡也卡不住了，所以只能卡先進工藝,?！?/p>

    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技術的工具。GAAFET技術是芯片擴展到3納米及以下技術節(jié)點的關鍵,。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,，“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,，前者是制造的關鍵環(huán)節(jié)，后者負責設計,。

    此前,，美國已經不允許荷蘭光刻機企業(yè)ASML將生產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,?！?/p>

    在美國芯片法案的背景下，它進一步打壓中國半導體產業(yè)并不令人意外,。目前,，國內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,。”國內一位資深芯片人士對數(shù)智前線說,。數(shù)智前線也從國產EDA人士處了解到,，在7納米和14納米上，國內已經做到了部分設計環(huán)節(jié)的國產化,。

    EDA分為模擬芯片設計工具和數(shù)字芯片設計工具,。有國內企業(yè)已經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,，國內有百家左右的設計工具企業(yè),。

    國內目前有企業(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,?！眹鴥纫患易錾漕l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?！?/p>

    所以,，真正難的還是怎么與上下游產業(yè)配合，通過實踐去積累,?！败浖皇且货矶停拿恳淮?，跟著晶圓和材料的進展,，性能的調校，都是在變化的,?！绷硪晃毁Y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，國產化率不足10％,，且競爭格局分散,。

    以已經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EDA企業(yè)一定程度上,，可以把壞事變好事，“要不然,，國內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)模產業(yè)化,，而技術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，已經布局800V快充技術,，陸續(xù)在2022前后量產,。根據(jù)報道,，采用了快充技術后,，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,。而這些快充技術中可以使用氧化鎵材料做的功率器件。

    在電網領域,，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”這個概念被提及，即當電網出現(xiàn)問題的時候,，微電網可以滿足附近區(qū)域的正常供電,，它的能量來自太陽能、風能,、水能等的儲能和轉換,。而轉換所需的關鍵開關器件，目前是用氮化鎵,、碳化硅等材料做的,。

    但這些材料的生產成本很貴，占據(jù)了開關器件的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，對科研和產業(yè)會有影響,?！鄙鲜鲑Y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納米的設備全產業(yè)鏈國產化,，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)?！鄙鲜鋈耸空f,，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，基本已經實現(xiàn)7納米的性能,。但國內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構的仿真，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產業(yè)立刻產生巨大,、實質性的影響,，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,，把基礎夯實的同時,，進行高端創(chuàng)新。

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