華為、英偉達突破芯片大戰界限

據報道，華為和中國 EDA 公司開發了一種集成電路（IC）設計自動化平臺，用于生產制程節點小至 14nm 的半導體芯片。

據媒體報道，該技術的評估和測試應于今年完成。

如果測試和評估成功完成，中國可能會朝著克服美國政府對其半導體產業的制裁邁出一大步。

14nm 是中芯國際使用的最先進的工藝節點，中芯國際運營著中國最大的半導體代工廠。新的 EDA 工具應涵蓋中國工業、汽車和消費應用所需的大部分芯片。

新的 EDA 工具，如果像報道的那樣可行，也可能給 EDA 行業領導者 Synopsys，Cadence Design Systems 和 Siemens EDA（前身為 Mentor Graphics）帶來麻煩，所有這些都位于美國，并受到美國政府對中國出口限制的約束。

這些限制目前只影響他們最先進的技術，即用于設計從 3nm 開始的全環柵晶體管的軟件。

Cadence 和 Synopsis 最近在中國的銷售額約占 15%，兩家公司的總銷售額都以兩位數的速度增長。然而，Synopsys 本財年對投資者的指導假設美國政府的出口管制不會進一步變化，而 Cadence 指出其地理收益組合可能會發生重大變化。

Mentor Graphics 在被西門子收購后于 2017 年退市，現在是該公司數字工業部門的一部分，西門子 EDA 似乎正在與其兩個主要競爭對手保持一致，這三家公司合計占全球 EDA 行業收入的 75% 左右。

除華為外，從事 EDA 開發的中國公司還包括 Empyrean Technology，X-Epic，Cellixsoft，Xpedic 等。Empyrean 提供模擬和混合信號 IC，SoC 和平板顯示器（FPD）設計解決方案，是最先進的。

根據 Digitimes 的一份報告，與三星代工合作的 23 家 EDA 公司中有 8 家是中國的，他們通過技術和有競爭力的價格實現了這一地位。美國人對中國壓低價格以搶占市場份額的擔憂開始成為現實。

中國 EDA 產業的下一個目標節點將是 7nm，這是目前該國光刻能力的極限。由于禁止向中國出口 EUV 光刻設備，因此較小節點的進入壁壘急劇上升。

與此同時，半導體設計和相關的光刻技術也在前沿迅速發展。2022 年 10 月，研究機構 TrendForce 寫道，如果目前的趨勢繼續下去，

• 「... 中國在 10nm 以上的工藝中實現半導體自主化并不困難"

• 「致力于 SoC、云計算芯片、GPU 發展的中國本土 IC 設計人員，為了滿足產品升級的迭代需求，注定要轉向更先進的制造工藝，并有望在未來 2-4 年內走向 4nm 制造工藝」

• 但美國對 EDA 軟件的限制影響「預計將在 2025 年逐步顯現，不僅推遲了一些中國國內 IC 設計人員的開發進度，甚至造成發展停滯。

隨著華為 14nm EDA 工具的公布，這一預測直接指向下一個戰場。

3 月 21 月，全球領先的 GPU 設計商 Nvidia 宣布推出一個名為 cuLitho 的新軟件庫，為計算半導體光刻技術帶來加速計算。

CuLitho 使用當前解決方案所需功率的一小部分將光掩模的生產速度提高三到五倍。隨著芯片制造商轉向 2nm 及以下制程，它應該會帶來更好的設計規則，更高的密度和更高的良率。

該技術是與 Synopsys（全球最大的 EDA 公司）、ASML（EUV 光刻設備的壟斷生產商）和臺積電（世界領先的 IC 代工廠）合作開發的，歷時 4 年。臺積電計劃從 6 月開始生產。

根據 Techopedia 的定義，軟件庫是一套用于開發軟件程序和應用程序的數據和編程代碼。光刻是在硅晶圓上創建 IC 設計的過程。光掩模是設計模板。

ASML 對計算光刻的解釋如下：

「在平版印刷過程中，光的衍射以及 [晶圓上] 感光層中的物理和化學效應會使機器試圖打印的圖像變形（可以想象這是試圖用寬水彩畫筆畫一條細線）。

「計算光刻使用制造過程的算法模型，使用來自我們機器和測試晶圓的關鍵數據進行校準...... 為了優化掃描儀（光刻機）、掩模和工藝，以提高設備的可制造性和產量...

「如果沒有計算光刻技術，芯片制造商就不可能制造出最新的技術節點。

參與 cuLitho 開發和應用的高層管理人員對這項技術有這樣的看法：

英偉達首席執行官黃仁勛（Jensen Huang）表示：「隨著光刻技術達到物理極限，英偉達引入 cuLitho 以及與我們的合作伙伴臺積電、ASML 和 Synopsys 的合作，使晶圓廠能夠提高產量，減少碳足跡，并為 2nm 及更高層奠定基礎。」

臺積電首席執行官 CC Wei 博士表示：「cuLitho 團隊通過將昂貴的操作轉移到 GPU 上，在加速計算光刻方面取得了令人欽佩的進展，這一發展為臺積電在芯片制造中更廣泛地部署逆光刻技術和深度學習等光刻解決方案開辟了新的可能性，為半導體規模的持續發展做出了重要貢獻。」

ASML 首席執行官 Peter Wennink 表示：「我們計劃將對 GPU 的支持集成到我們所有的計算光刻軟件產品中，我們與 NVIDIA 在 GPU 和 cuLitho 上的合作應該會為計算光刻帶來巨大的好處，從而為半導體微縮技術帶來巨大的好處，在高數值孔徑極紫外光刻時代尤其如此。」

Synopsys 首席執行官 Aart de Geus 表示，計算光刻，特別是光學接近校正（OPC），正在推動最先進芯片的計算工作負載的界限，通過與我們的合作伙伴 NVIDIA 合作，在 cuLitho 平臺上運行 Synopsys OPC 軟件，我們將時間從幾周縮短到幾天。

光學接近校正可補償由光衍射或過程效應引起的誤差，以提高光刻的精度。ASML 的高數值孔徑 EUV 光刻系統計劃于 2025 年進行大批量生產。