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(lǐng)域揮出重拳。

這一次，與“斷供涉及先進半導(dǎo)體的EDA”有關(guān)。

更確切地說，此番美國商務(wù)部針對先進半導(dǎo)體和燃氣渦輪發(fā)動機生產(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之前有個限定詞“GAAFET”，但“芯片之母”這個關(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，雖然這次沒有點名中國，但此舉很明顯是為了限制與美國存在競爭關(guān)系的國家，先進制程半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展。

所以此次禁令，到底是怎么回事？會產(chǎn)生什么影響？

限制芯片工藝設(shè)計上限

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

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

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

這里的ECAD可以簡單理解為常說的EDA。

那么，什么是GAAFET？

全柵極場效應(yīng)晶體管

美國商務(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效晶體管（FinFET）結(jié)構(gòu)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(dǎo)體中的短溝道效應(yīng)。

簡單來說，就是隨著芯片制程越來越小，半導(dǎo)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(xiàn)問題。舉個例子，三星手里翻車的驍龍火龍，就與此有關(guān)……

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(jié)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(nèi)電場的控制能力。

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)芯片制程來到5nm這個節(jié)點，F(xiàn)inFET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(shè)計，即全柵極場效晶體管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，柵極從三面環(huán)繞通道變成了四面環(huán)繞通道，進一步擴大了接觸面積。

目前，三星已經(jīng)準(zhǔn)備在3nm工藝上使用GAAFET。

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

不過臺積電也準(zhǔn)備在2nm制程中引入GAAFET。

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

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

EDA軟件的國產(chǎn)化之路

盡管目前影響的范圍只涉及部分高端芯片，但美國這次出口管制，仍然給提升國產(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等三家美國企業(yè)壟斷。

它們的產(chǎn)品在我國的市場占有率高達85%，也就是說國內(nèi)大多數(shù)芯片設(shè)計公司都是采用這些進口的EDA工業(yè)軟件來設(shè)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(jì)80年代，由于巴統(tǒng)協(xié)議的禁令限制，中國無法買到芯片設(shè)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(shè)計中心開發(fā)自己的工具。

終于在1993年，我國第一款具有自主知識產(chǎn)權(quán)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(xué)技術(shù)進步一等獎，并在20家設(shè)計公司和研究機構(gòu)得到應(yīng)用，由于價格僅為同類產(chǎn)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(xiàn)讓當(dāng)時我國EDA產(chǎn)業(yè)與國際的差距只有五年。

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

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

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(chǔ)軟件產(chǎn)品）重大科技專項才再次開始扶植國產(chǎn)EDA的發(fā)展，一批國產(chǎn)EDA公司從此時才開始紛紛冒頭。

目前，國內(nèi)大約有50+EDA企業(yè)，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(dǎo)等等，近幾年已將EDA的市場份額從6%提升至11%。

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

不過，眼看國內(nèi)EDA產(chǎn)業(yè)正在慢慢復(fù)蘇，但由于起步時間較晚，國產(chǎn)EDA還有很長一段路要走。

就拿EDA工具鏈來說，三巨頭已實現(xiàn)了40個細分領(lǐng)域的全產(chǎn)業(yè)鏈覆蓋；國產(chǎn)最大的華大九天目前只覆蓋了40%，其他國產(chǎn)廠商的產(chǎn)品則多為點工具，特定領(lǐng)域的全流程產(chǎn)品都還無法提供。

再看先進工藝，國內(nèi)廠商中，華大九天是唯一能夠提供模擬電路設(shè)計全流程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EDA工具支持28nm制程。

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

相較之下，而國外三巨頭已經(jīng)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(guī)劃和2035年遠景目標(biāo)綱要中，對EDA的攻關(guān)就被列為了集成電路技術(shù)之首。

ps.對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。

“賺錢制裁兩不誤”

由于本次管制僅對3nm以下的芯片設(shè)計有影響，國內(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)問題不大，反而會進一步鞭策國產(chǎn)EDA軟件的發(fā)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(dān)憂，此次斷供若未能對中國半導(dǎo)體形成實質(zhì)上的打擊，不排除美國繼續(xù)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(yè)，仍然任重道遠。

而對于現(xiàn)階段國產(chǎn)EDA產(chǎn)業(yè)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(dǎo)。

因為工業(yè)設(shè)計軟件是和市場需求緊密相連的，只有設(shè)計需求增多帶來更多的工程反饋，EDA的發(fā)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