美国“断供EDA”，究竟怎么一回事？

本文来自微信公众号：量子位 （ID：QbitAI），作者：丰色、鱼羊，头图来自：视觉中国

芯片法案之后，美国再次在先进制程芯片领域挥出重拳。

这一次，与“断供涉及先进半导体的EDA”有关。

更确切地说，此番美国商务部针对先进半导体和燃气涡轮发动机生产技术发布了新禁令。

其中涉及半导体的出口管制包括：

• GAAFET结构集成电路所必需的EDA软件；

• 金刚石和氧化镓为代表的超宽禁带半导体材料；

禁令将于8月15日正式生效。

虽然EDA之前有个限定词“GAAFET”，但“芯片之母”这个关键词一出，还是立即在社交媒体上引发热议。

不少网友表示，虽然这次没有点名中国，但此举很明显是为了限制与美国存在竞争关系的国家，先进制程半导体技术的发展。

所以此次禁令，到底是怎么回事？会产生什么影响？

限制芯片工艺设计上限

EDA，即电子设计自动化软件，涵盖逻辑设计、电路系统设计、系统仿真、性能分析到设计PCD版图等一系列芯片设计自动化流程。

可以说，在现代芯片设计的流程之中，EDA软件是极为重要的一环。没有EDA软件，则芯片设计亦无从谈起。

但值得注意的是，此次美国商务部禁令，给EDA软件增加了一个限制范围：设计GAAFET（全栅极场效应晶体管）结构集成电路所必需的ECAD工具。

这里的ECAD可以简单理解为常说的EDA。

那么，什么是GAAFET？

GAAFET，即全栅极场效应晶体管。

美国商务部原文件中提到，GAAFET（Gate-All-Around FET）是芯片制程突破3nm及以下技术节点的关键。

这一技术方案由三星在2019年提出，目的就是为了解决鳍式场效晶体管（FinFET）结构在5nm以下制程时遇到的一系列问题。

△FinFET示意图

要说清楚这件事，咱们得先浅谈一下半导体中的短沟道效应。

简单来说，就是随着芯片制程越来越小，半导体中晶体管的长度也越来越短。这一缩短不要紧，什么阈值电压降低、静电控制失效的问题就全来了。

如此，芯片的性能就会出现问题。举个例子，三星手里翻车的骁龙火龙，就与此有关……

为了解决这个问题，先是英特尔在2011年，把鳍式场效晶体管用在了22nm节点上。通过伸出的“鳍”（fin），增大了沟道接触面积，大幅提高了栅极对通道内电场的控制能力。

此后的十余年里，FinFET就成了半导体器件的主流结构。

但当芯片制程来到5nm这个节点，FinFET又有点吃不消了。

△图源：copperpodip

于是，2019年，三星推出了一种新的晶体管设计，即全栅极场效晶体管GAA。

在这种结构中，FinFET里竖着的“鳍”被放平了，也就是说，栅极从三面环绕通道变成了四面环绕通道，进一步扩大了接触面积。

目前，三星已经准备在3nm工艺上使用GAAFET。

而台积电和英特尔则认为在3nm制程上，FinFET仍有可为。

不过台积电也准备在2nm制程中引入GAAFET。

英特尔则宣布将在Intel 5nm（Intel 20A）这个节点，由FinFET转向GAAFET。

简单总结一下，GAA实际上是适用于3nm及其以下工艺的半导体技术。在目前常见的芯片制程，FinFET仍为主流。

EDA软件的国产化之路

尽管目前影响的范围只涉及部分高端芯片，但美国这次出口管制，仍然给提升国产EDA软件水平敲响了警钟。

目前，全球的EDA软件主要由Cadence、Synopsys、Mentor等三家美国企业垄断。

它们的产品在我国的市场占有率高达85%，也就是说国内大多数芯片设计公司都是采用这些进口的EDA工业软件来设计芯片。

那么目前我国自研EDA软件的进展如何了？

其实，早在上世纪80年代，由于巴统协议的禁令限制，中国无法买到芯片设计所需的最新EDA软件，国家就动员了全国17个单位，200多名专家聚集北京集成电路设计中心开发自己的工具。

终于在1993年，我国第一款具有自主知识产权的EDA工具问世。

它的名字叫“熊猫”，寓意着EDA的珍贵且稀有。

“熊猫”获得了国家科学技术进步一等奖，并在20家设计公司和研究机构得到应用，由于价格仅为同类产品的1/10，美国芯片厂商也一度选择过“熊猫”，在市场中反响很不错。

有观点称，“熊猫”的出现让当时我国EDA产业与国际的差距只有五年。

不过，随着1994年“巴统”禁令取消，美国EDA三巨头大举进入中国市场，凭借着技术成熟、价格便宜、免费赠送、多方合作等优势和策略，快速收割国内市场份额。

再加上中国彼时也在推广全球化，国内EDA产业由此渐渐失去市场和政策上的双重支持，进入停滞状态。

没想到这一停，就是约十五年之久。

直到2008年，国家开始实施的“核高基”（核心电子器件、高端通用芯片及基础软件产品）重大科技专项才再次开始扶植国产EDA的发展，一批国产EDA公司从此时才开始纷纷冒头。

目前，国内大约有50+EDA企业，包括华大九天、国微集团、芯愿景、芯华章、广立微、概伦电子、思尔芯、芯和半导等等，近几年已将EDA的市场份额从6%提升至11%。

其中规模最大的是华大九天，其董事长刘伟平正好就参与过“熊猫”的开发。

上个月，华大九天在创业板上市，发行市值约177亿元（估值处于较高水平），并成为继概伦电子之后，A股又一支EDA股。

除了华大九天和概伦电子，国微思尔芯（科创板）、广立微（创业板）也在申请上市的路上。

不过，眼看国内EDA产业正在慢慢复苏，但由于起步时间较晚，国产EDA还有很长一段路要走。

就拿EDA工具链来说，三巨头已实现了40个细分领域的全产业链覆盖；国产最大的华大九天目前只覆盖了40%，其他国产厂商的产品则多为点工具，特定领域的全流程产品都还无法提供。

再看先进工艺，国内厂商中，华大九天是唯一能够提供模拟电路设计全流程EDA工具系统的本土企业。

其电路仿真工具支持5nm量产工艺制程，其他模拟电路设计EDA工具支持28nm制程。

思尔芯主要聚焦数字芯片的前端验证，其相关EDA产品能做到支持10nm。

相较之下，而国外三巨头已经达到2nm。

……

由此种种，这几年，国家对EDA的重视只增无减，就比如在十四五规划和2035年远景目标纲要中，对EDA的攻关就被列为了集成电路技术之首。

ps.对于禁令中提到的金刚石和氧化镓，这俩是半导体材料领域的“超新星”，被认为是制备下一代高功率、高频、高温及低功率损耗电子器件最有希望的材料。

“赚钱制裁两不误”

由于本次管制仅对3nm以下的芯片设计有影响，国内大多数厂商还停留在20nm制程左右，很多网友都表示短期内问题不大，反而会进一步鞭策国产EDA软件的发展。

倒是有观点犀利地指出，美国这个操作是为了赚钱和制裁两不误。

此外，也有观点表示担忧，此次断供若未能对中国半导体形成实质上的打击，不排除美国继续加码的可能。

虽然如大部分人所说“EDA比光刻机有希望多了”，但中国芯片行业，仍然任重道远。

而对于现阶段国产EDA产业来说，有人指出，我们目前面临的最大困难其实是缺乏市场需求的引导。

因为工业设计软件是和市场需求紧密相连的，只有设计需求增多带来更多的工程反馈，EDA的发展才能提起速度来。

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

参考链接：

[1]https://www.copperpodip.com/post/gate-all-around-gaa-fet-going-beyond-the-3-nanometer-mark

[2]https://www.sohu.com/a/421667868_132567

本文来自微信公众号：量子位 （ID：QbitAI），作者：丰色、鱼羊