美國(guó)新一輪出口限制涉及3納米及以下芯片的設(shè)計(jì)工具，以及業(yè)內(nèi)尚未大規(guī)模量產(chǎn)的氧化鎵和金剛石襯底。目前看來(lái)，這些似乎未對(duì)國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)立刻產(chǎn)生巨大影響，但美國(guó)的目標(biāo)是將中國(guó)的芯片技術(shù)，鎖定在與先進(jìn)技術(shù)相差幾代的水平上。

    而由于上述技術(shù)也涉及到人工智能、新能源等新興產(chǎn)業(yè)，讓美國(guó)限定中國(guó)發(fā)展的意圖越來(lái)越明顯。半導(dǎo)體行業(yè)資深人士認(rèn)為，現(xiàn)在需要進(jìn)行全面梳理，尤其解決設(shè)備和材料的全產(chǎn)業(yè)鏈問(wèn)題。

    文｜石兆

    編｜王飛飛

    在緊張的大局勢(shì)下，一則美國(guó)斷供EDA軟件的消息在社交網(wǎng)絡(luò)上迅速傳播，一時(shí)之間，風(fēng)聲鶴唳。但數(shù)智前線了解到，該說(shuō)法并不準(zhǔn)確。

    美國(guó)商務(wù)部工業(yè)與安全局（BIS）網(wǎng)站在8月12日發(fā)布了一項(xiàng)規(guī)定，對(duì)四項(xiàng)“新興和基礎(chǔ)技術(shù)”出臺(tái)了出口管制措施，該規(guī)定將于8月15日生效。這四項(xiàng)技術(shù)有三項(xiàng)涉及先進(jìn)半導(dǎo)體，包括兩種材料和一個(gè)工具，分別是氧化鎵（Ga2O3）和金剛石，還有一種ECAD軟件，用于開(kāi)發(fā)具有GAAFET結(jié)構(gòu)的集成電路。除了這三項(xiàng)外，另一個(gè)是燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的增壓燃燒（PGC）技術(shù)。

    不難發(fā)現(xiàn)，美國(guó)這次限制的是針對(duì)GAAFET結(jié)構(gòu)的芯片設(shè)計(jì)工具。這種工藝目前用于2nm、3nm等先進(jìn)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(guó)打壓中國(guó)產(chǎn)業(yè)的思路——低端賺你錢，高端卡你脖。比如光刻機(jī)領(lǐng)域卡的也是EUV光刻機(jī)。

    有資深人士告訴數(shù)智前線，美國(guó)的意圖很明顯，針對(duì)芯片制造廠的設(shè)備出口卡在14納米，芯片設(shè)計(jì)工具卡在3納米，目標(biāo)是將中國(guó)的芯片技術(shù)，鎖定在與先進(jìn)技術(shù)相差幾代的水平上。

    01

    美國(guó)第三次出手，影響幾何？

    這是美國(guó)針對(duì)中國(guó)在EDA領(lǐng)域發(fā)起的第三次出口管制。第一次是2018年針對(duì)中興通訊，第二次是2019年針對(duì)華為，第三次則影響到國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)3納米及更先進(jìn)芯片產(chǎn)品的企業(yè)。

    目前市場(chǎng)上使用最先進(jìn)制程的芯片除了蘋果手機(jī)、電腦等電子消費(fèi)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(jì)算中的服務(wù)器芯片。如果美國(guó)鎖定高端芯片，可能對(duì)人工智能、云計(jì)算芯片的設(shè)計(jì)產(chǎn)生影響。

    “畢竟EDA是個(gè)軟件，又不像生產(chǎn)原材料要持續(xù)不斷的供應(yīng)，之前的版本可能客戶已經(jīng)買了，所以只能卡最新版本?！币晃粐?guó)內(nèi)資深芯片人士告訴數(shù)智前線。在他看來(lái)，美國(guó)之所以打壓EDA，核心還是控制國(guó)產(chǎn)芯片產(chǎn)能。目前，不管是高端還是成熟的工藝，大陸的芯片產(chǎn)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(jìn)工藝。”

    值得注意的是，美國(guó)商務(wù)部并沒(méi)有使用大眾熟悉的“EDA”，而用了一個(gè)較為陌生的詞——ECAD（電子計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件）。有行業(yè)人士認(rèn)為，這可能把相關(guān)軟件都涵蓋在里面，也就是說(shuō)，范圍比EDA要更大一些。

    美國(guó)商務(wù)部稱，ECAD是一類用于設(shè)計(jì)、分析、優(yōu)化和驗(yàn)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(guó)防工業(yè)的各種應(yīng)用中，用于設(shè)計(jì)復(fù)雜的集成電路。

    而這次出口管制針對(duì)的是設(shè)計(jì)GAAFET技術(shù)的工具。GAAFET技術(shù)是芯片擴(kuò)展到3納米及以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)的關(guān)鍵。也就是說(shuō)，美國(guó)針對(duì)的是3納米及以下先進(jìn)芯片的設(shè)計(jì)工具，而非全部芯片設(shè)計(jì)工具。因此說(shuō)美國(guó)斷供EDA是不準(zhǔn)確的。

    目前，芯片主流的工藝架構(gòu)是FinFET（鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管），像7nm工藝用的都是這種，但進(jìn)入3nm制程工藝后，主流架構(gòu)變成了GAAFET（全柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管）。

    不過(guò)，幾位芯片設(shè)計(jì)人士告訴數(shù)智前線，目前這項(xiàng)管制措施的影響有限，因?yàn)閲?guó)內(nèi)還很少用到3nm設(shè)計(jì)，比如部分AI芯片、GPU芯片用的是7nm，而電視、機(jī)頂盒、車規(guī)級(jí)芯片大多還是28nm。

    但有上述人士稱，這是長(zhǎng)期影響和短期影響的差別，就像幾年前人們認(rèn)為7nm還很遙遠(yuǎn)，但如今已全面量產(chǎn)，“未來(lái)我們也會(huì)走到3nm”。這意味著，美國(guó)想通過(guò)這種做法，保持著對(duì)中國(guó)的芯片的優(yōu)勢(shì)。

    02

    國(guó)產(chǎn)EDA差在哪里？

    談及芯片，外界言必談光刻機(jī)和EDA，前者是制造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，后者負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)。

    此前，美國(guó)已經(jīng)不允許荷蘭光刻機(jī)企業(yè)ASML將生產(chǎn)7nm芯片的EUV光刻機(jī)賣給中國(guó)大陸。而根據(jù)媒體報(bào)道，美國(guó)一家芯片設(shè)備制造商的CEO也透露，“最近我們接獲通知，要擴(kuò)大禁售項(xiàng)目到14納米以下。”

    在美國(guó)芯片法案的背景下，它進(jìn)一步打壓中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)并不令人意外。目前，國(guó)內(nèi)EDA軟件還有多大差距呢？

    “EDA是確定性知識(shí)的集成，并不存在原理性的障礙?！眹?guó)內(nèi)一位資深芯片人士對(duì)數(shù)智前線說(shuō)。數(shù)智前線也從國(guó)產(chǎn)EDA人士處了解到，在7納米和14納米上，國(guó)內(nèi)已經(jīng)做到了部分設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的國(guó)產(chǎn)化。

    EDA分為模擬芯片設(shè)計(jì)工具和數(shù)字芯片設(shè)計(jì)工具。有國(guó)內(nèi)企業(yè)已經(jīng)解決了模擬芯片的設(shè)計(jì)全流程。相對(duì)而言，數(shù)字芯片的設(shè)計(jì)工具更難，設(shè)計(jì)流程中涉及120個(gè)左右的“點(diǎn)工具”，分別在各個(gè)點(diǎn)工具上進(jìn)行研發(fā)。據(jù)悉，國(guó)內(nèi)有百家左右的設(shè)計(jì)工具企業(yè)。

    國(guó)內(nèi)目前有企業(yè)在推動(dòng)全流程設(shè)計(jì)工具的開(kāi)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(diǎn)工具”打通，更快推動(dòng)國(guó)內(nèi)全流程芯片設(shè)計(jì)工具的落地。

    但EDA背后考驗(yàn)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(kù)不一樣，結(jié)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(shè)計(jì)不出來(lái)的?！眹?guó)內(nèi)一家做射頻設(shè)計(jì)芯片的負(fù)責(zé)人告訴數(shù)智前線，半導(dǎo)體從設(shè)計(jì)、材料到設(shè)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(shí)進(jìn)步才行，不可能說(shuō)我軟件很牛，但我晶圓制造不行。”

    所以，真正難的還是怎么與上下游產(chǎn)業(yè)配合，通過(guò)實(shí)踐去積累?！败浖皇且货矶?，它的每一代升級(jí)，跟著晶圓和材料的進(jìn)展，性能的調(diào)校，都是在變化的?！绷硪晃毁Y深設(shè)計(jì)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(chǎng)規(guī)模其實(shí)并不大。

    國(guó)內(nèi)EDA市場(chǎng)規(guī)模在5億美元上下，在全球EDA市場(chǎng)規(guī)模中占比非常小。在這個(gè)市場(chǎng)上，主要還是為新思科技、Cadence和Mentor三巨頭把控，國(guó)產(chǎn)化率不足10％，且競(jìng)爭(zhēng)格局分散。

    以已經(jīng)上市的華大九天和概倫電子為例，華大九天2021年的營(yíng)收只有5．8億元，概倫電子的營(yíng)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(rùn)達(dá)到50多億元人民幣。中外差距甚遠(yuǎn)。

    “與其說(shuō)這個(gè)東西特別難做不出，不如說(shuō)這個(gè)東西市場(chǎng)太小了，容納不下太多人?！币晃粯I(yè)內(nèi)資深芯片人士對(duì)數(shù)智前線說(shuō)，這個(gè)行業(yè)總共也不到1萬(wàn)人，一二十億美元的規(guī)模。

    在他看來(lái)，美國(guó)卡脖子對(duì)國(guó)內(nèi)EDA企業(yè)一定程度上，可以把壞事變好事，“要不然，國(guó)內(nèi)EDA公司老是不賺錢，大公司為了穩(wěn)妥，都用了國(guó)外EDA軟件，國(guó)產(chǎn)EDA處于這種尷尬的狀態(tài)?！?/p>

    03

    除了軟件，材料也被盯上

    在美國(guó)商務(wù)部的限制名單里，除了EDA軟件，還涉及兩種半導(dǎo)體材料，一個(gè)是氧化鎵（Ga2O3），另一個(gè)是金剛石襯底，兩者都屬于超寬禁帶半導(dǎo)體材料。這類材料有望在更嚴(yán)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(méi)有大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，而技術(shù)主要集中在日本和美國(guó)。但這些材料制造的芯片將更適應(yīng)新能源、電網(wǎng)儲(chǔ)能、通信等多個(gè)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(jīng)布局800V快充技術(shù)，陸續(xù)在2022前后量產(chǎn)。根據(jù)報(bào)道，采用了快充技術(shù)后，充電5分鐘，小鵬汽車的續(xù)航可以達(dá)到200公里，而比亞迪的續(xù)航可以達(dá)到150公里。而這些快充技術(shù)中可以使用氧化鎵材料做的功率器件。

    在電網(wǎng)領(lǐng)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(guó)德州供電系統(tǒng)突然出現(xiàn)問(wèn)題，再加上大雪天氣，導(dǎo)致大面積斷電。當(dāng)時(shí)“微電網(wǎng)”這個(gè)概念被提及，即當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)候，微電網(wǎng)可以滿足附近區(qū)域的正常供電，它的能量來(lái)自太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能等的儲(chǔ)能和轉(zhuǎn)換。而轉(zhuǎn)換所需的關(guān)鍵開(kāi)關(guān)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(chǎn)成本很貴，占據(jù)了開(kāi)關(guān)器件的40％到60％，本身也很難再降低。這就給了其他材料一個(gè)機(jī)會(huì)。而氧化鎵有望實(shí)現(xiàn)低成本的器件，業(yè)內(nèi)也在進(jìn)行研發(fā)。

    “因?yàn)槊绹?guó)剛出臺(tái)這個(gè)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(lái)講，對(duì)科研和產(chǎn)業(yè)會(huì)有影響?！鄙鲜鲑Y深人士說(shuō)。

    針對(duì)美國(guó)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(dāng)務(wù)之急是沉下心來(lái)，對(duì)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行全面梳理，主要是設(shè)備材料這兩方面，無(wú)論是按照工藝節(jié)點(diǎn)，還是按照用途，亦或是按照類別，找到問(wèn)題所在。

    “如果我們能把28納米的設(shè)備全產(chǎn)業(yè)鏈國(guó)產(chǎn)化，包括它的核心部件、元器件、材料，以后10納米、7納米都會(huì)逐步實(shí)現(xiàn)?！鄙鲜鋈耸空f(shuō)，這些年的投入仍然有些分散，有時(shí)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(bào)道，美國(guó)有企業(yè)采用90納米設(shè)計(jì)的堆疊芯片，基本已經(jīng)實(shí)現(xiàn)7納米的性能。但國(guó)內(nèi)在堆疊芯片的設(shè)計(jì)工具上還需要突破。堆疊工具要解決不同器件結(jié)構(gòu)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(guó)的這一輪管制，目前看來(lái)似乎沒(méi)有對(duì)國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)立刻產(chǎn)生巨大、實(shí)質(zhì)性的影響，但美國(guó)打壓的范圍越來(lái)越廣，限定中國(guó)發(fā)展的意圖越來(lái)越明顯。在上述人士看來(lái)，中國(guó)需要沉住氣，依靠巨大的市場(chǎng)需求，把基礎(chǔ)夯實(shí)的同時(shí)，進(jìn)行高端創(chuàng)新。

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