美國“斷供EDA”，究竟怎么一回事？

芯片法案之后，美國再次在先進制程芯片領域揮出重拳。

這一次，與“斷供涉及先進半導體的EDA”有關。

更確切地說，此番美國商務部針對先進半導體和燃氣渦輪發動機生產技術發布了新禁令。

其中涉及半導體的出口管制包括：

• GAAFET結構集成電路所必需的EDA軟件

• 金剛石和氧化鎵為代表的超寬禁帶半導體材料

禁令將于8月15日正式生效。

雖然EDA之前有個限定詞“GAAFET”，但“芯片之母”這個關鍵詞一出，還是立即在社交媒體上引發熱議。

不少網友表示，雖然這次沒有點名中國，但此舉很明顯是為了限制與美國存在競爭關系的國家，先進制程半導體技術的發展。

所以此次禁令，到底是怎么回事？會產生什么影響？

限制芯片工藝設計上限

EDA，即電子設計自動化軟件，涵蓋邏輯設計、電路系統設計、系統仿真、性能分析到設計PCD版圖等一系列芯片設計自動化流程。

可以說，在現代芯片設計的流程之中，EDA軟件是極為重要的一環。沒有EDA軟件，則芯片設計亦無從談起。

但值得注意的是，此次美國商務部禁令，給EDA軟件增加了一個限制范圍：設計GAAFET（全柵極場效應晶體管）結構集成電路所必需的ECAD工具。

這里的ECAD可以簡單理解為常說的EDA。

那么，什么是GAAFET？

全柵極場效應晶體管

美國商務部原文件中提到，GAAFET（Gate-All-Around FET）是芯片制程突破3nm及以下技術節點的關鍵。

這一技術方案由三星在2019年提出，目的就是為了解決鰭式場效晶體管（FinFET）結構在5nm以下制程時遇到的一系列問題。

△FinFET示意圖

要說清楚這件事，咱們得先淺談一下半導體中的短溝道效應。

簡單來說，就是隨著芯片制程越來越小，半導體中晶體管的長度也越來越短。這一縮短不要緊，什么閾值電壓降低、靜電控制失效的問題就全來了。

如此，芯片的性能就會出現問題。舉個例子，三星手里翻車的驍龍火龍，就與此有關……

為了解決這個問題，先是英特爾在2011年，把鰭式場效晶體管用在了22nm節點上。通過伸出的“鰭”（fin），增大了溝道接觸面積，大幅提高了柵極對通道內電場的控制能力。

此后的十余年里，FinFET就成了半導體器件的主流結構。

但當芯片制程來到5nm這個節點，FinFET又有點吃不消了。

△圖源：copperpodip

于是，2019年，三星推出了一種新的晶體管設計，即全柵極場效晶體管GAA。

在這種結構中，FinFET里豎著的“鰭”被放平了，也就是說，柵極從三面環繞通道變成了四面環繞通道，進一步擴大了接觸面積。

目前，三星已經準備在3nm工藝上使用GAAFET。

而臺積電和英特爾則認為在3nm制程上，FinFET仍有可為。

不過臺積電也準備在2nm制程中引入GAAFET。

英特爾則宣布將在Intel 5nm（Intel 20A）這個節點，由FinFET轉向GAAFET。

簡單總結一下，GAA實際上是適用于3nm及其以下工藝的半導體技術。在目前常見的芯片制程，FinFET仍為主流。

EDA軟件的國產化之路

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

目前，全球的EDA軟件主要由Cadence、Synopsys、Mentor等三家美國企業壟斷。

它們的產品在我國的市場占有率高達85%，也就是說國內大多數芯片設計公司都是采用這些進口的EDA工業軟件來設計芯片。

那么目前我國自研EDA軟件的進展如何了？

其實，早在上世紀80年代，由于巴統協議的禁令限制，中國無法買到芯片設計所需的最新EDA軟件，國家就動員了全國17個單位，200多名專家聚集北京集成電路設計中心開發自己的工具。

終于在1993年，我國第一款具有自主知識產權的EDA工具問世。

它的名字叫“熊貓”，寓意著EDA的珍貴且稀有。

“熊貓”獲得了國家科學技術進步一等獎，并在20家設計公司和研究機構得到應用，由于價格僅為同類產品的1/10，美國芯片廠商也一度選擇過“熊貓”，在市場中反響很不錯。

有觀點稱，“熊貓”的出現讓當時我國EDA產業與國際的差距只有五年。

不過，隨著1994年“巴統”禁令取消，美國EDA三巨頭大舉進入中國市場，憑借著技術成熟、價格便宜、免費贈送、多方合作等優勢和策略，快速收割國內市場份額。

再加上中國彼此也在推廣全球化，國內EDA產業由此漸漸失去市場和政策上的雙重支持，進入停滯狀態。

沒想到這一停，就是約十五年之久。

直到2008年，國家開始實施的“核高基”（核心電子器件、高端通用芯片及基礎軟件產品）重大科技專項才再次開始扶植國產EDA的發展，一批國產EDA公司從此時才開始紛紛冒頭。

目前，國內大約有50+EDA企業，包括華大九天、國微集團、芯愿景、芯華章、廣立微、概倫電子、思爾芯、芯和半導等等，近幾年已將EDA的市場份額從6%提升至11%。

其中規模最大的是華大九天，其董事長劉偉平正好就參與過“熊貓”的開發。

不過，眼看國內EDA產業正在慢慢復蘇，但由于起步時間較晚，國產EDA還有很長一段路要走。

就拿EDA工具鏈來說，三巨頭已實現了40個細分領域的全產業鏈覆蓋；國產最大的華大九天目前只覆蓋了40%，其他國產廠商的產品則多為點工具，特定領域的全流程產品都還無法提供。

再看先進工藝，國內廠商中，華大九天是唯一能夠提供模擬電路設計全流程EDA工具系統的本土企業。

其電路仿真工具支持5nm量產工藝制程，其他模擬電路設計EDA工具支持28nm制程。

思爾芯主要聚焦數字芯片的前端驗證，其相關EDA產品能做到支持10nm。

相較之下，而國外三巨頭已經達到2nm。

……

由此種種，這幾年，國家對EDA的重視只增無減，就比如在十四五規劃和2035年遠景目標綱要中，對EDA的攻關就被列為了集成電路技術之首。

ps.對于禁令中提到的金剛石和氧化鎵，這倆是半導體材料領域的“超新星”，被認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。

“賺錢制裁兩不誤”

由于本次管制僅對3nm以下的芯片設計有影響，國內大多數廠商還停留在20nm制程左右，很多網友都表示短期內問題不大，反而會進一步鞭策國產EDA軟件的發展。

倒是有觀點犀利地指出，美國這個操作是為了賺錢和制裁兩不誤。

此外，也有觀點表示擔憂，此次斷供若未能對中國半導體形成實質上的打擊，不排除美國繼續加碼的可能。

雖然如大部分人所說“EDA比光刻機有希望多了”，但中國芯片行業，仍然任重道遠。

而對于現階段國產EDA產業來說，有人指出，我們目前面臨的最大困難其實是缺乏市場需求的引導。

因為工業設計軟件是和市場需求緊密相連的，只有設計需求增多帶來更多的工程反饋，EDA的發展才能提起速度來。

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