美國新一輪出口限制涉及3納米及以下芯片的設計工具，以及業內尚未大規模量產的氧化鎵和金剛石襯底。目前看來，這些似乎未對國內產業立刻產生巨大影響，但美國的目標是將中國的芯片技術，鎖定在與先進技術相差幾代的水平上。

    而由于上述技術也涉及到人工智能、新能源等新興產業，讓美國限定中國發展的意圖越來越明顯。半導體行業資深人士認為，現在需要進行全面梳理，尤其解決設備和材料的全產業鏈問題。

    文｜石兆

    編｜王飛飛

    在緊張的大局勢下，一則美國斷供EDA軟件的消息在社交網絡上迅速傳播，一時之間，風聲鶴唳。但數智前線了解到，該說法并不準確。

    美國商務部工業與安全局（BIS）網站在8月12日發布了一項規定，對四項“新興和基礎技術”出臺了出口管制措施，該規定將于8月15日生效。這四項技術有三項涉及先進半導體，包括兩種材料和一個工具，分別是氧化鎵（Ga2O3）和金剛石，還有一種ECAD軟件，用于開發具有GAAFET結構的集成電路。除了這三項外，另一個是燃氣渦輪發動機的增壓燃燒（PGC）技術。

    不難發現，美國這次限制的是針對GAAFET結構的芯片設計工具。這種工藝目前用于2nm、3nm等先進制程，全球也只有兩家能制造GAA芯片的晶圓廠。

    這也一直是美國打壓中國產業的思路——低端賺你錢，高端卡你脖。比如光刻機領域卡的也是EUV光刻機。

    有資深人士告訴數智前線，美國的意圖很明顯，針對芯片制造廠的設備出口卡在14納米，芯片設計工具卡在3納米，目標是將中國的芯片技術，鎖定在與先進技術相差幾代的水平上。

    01

    美國第三次出手，影響幾何？

    這是美國針對中國在EDA領域發起的第三次出口管制。第一次是2018年針對中興通訊，第二次是2019年針對華為，第三次則影響到國內設計3納米及更先進芯片產品的企業。

    目前市場上使用最先進制程的芯片除了蘋果手機、電腦等電子消費品，其他都是一些大算力芯片，如用于人工智能的GPU，用在數據中心、云計算中的服務器芯片。如果美國鎖定高端芯片，可能對人工智能、云計算芯片的設計產生影響。

    “畢竟EDA是個軟件，又不像生產原材料要持續不斷的供應，之前的版本可能客戶已經買了，所以只能卡最新版本?！币晃粐鴥荣Y深芯片人士告訴數智前線。在他看來，美國之所以打壓EDA，核心還是控制國產芯片產能。目前，不管是高端還是成熟的工藝，大陸的芯片產能都不太夠?！俺墒斓墓に囄覀冏约耗芨懔耍ㄒ部ú蛔×?，所以只能卡先進工藝?！?/p>

    值得注意的是，美國商務部并沒有使用大眾熟悉的“EDA”，而用了一個較為陌生的詞——ECAD（電子計算機輔助設計軟件）。有行業人士認為，這可能把相關軟件都涵蓋在里面，也就是說，范圍比EDA要更大一些。

    美國商務部稱，ECAD是一類用于設計、分析、優化和驗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、國防工業的各種應用中，用于設計復雜的集成電路。

    而這次出口管制針對的是設計GAAFET技術的工具。GAAFET技術是芯片擴展到3納米及以下技術節點的關鍵。也就是說，美國針對的是3納米及以下先進芯片的設計工具，而非全部芯片設計工具。因此說美國斷供EDA是不準確的。

    目前，芯片主流的工藝架構是FinFET（鰭式場效應晶體管），像7nm工藝用的都是這種，但進入3nm制程工藝后，主流架構變成了GAAFET（全柵場效應晶體管）。

    不過，幾位芯片設計人士告訴數智前線，目前這項管制措施的影響有限，因為國內還很少用到3nm設計，比如部分AI芯片、GPU芯片用的是7nm，而電視、機頂盒、車規級芯片大多還是28nm。

    但有上述人士稱，這是長期影響和短期影響的差別，就像幾年前人們認為7nm還很遙遠，但如今已全面量產，“未來我們也會走到3nm”。這意味著，美國想通過這種做法，保持著對中國的芯片的優勢。

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    國產EDA差在哪里？

    談及芯片，外界言必談光刻機和EDA，前者是制造的關鍵環節，后者負責設計。

    此前，美國已經不允許荷蘭光刻機企業ASML將生產7nm芯片的EUV光刻機賣給中國大陸。而根據媒體報道，美國一家芯片設備制造商的CEO也透露，“最近我們接獲通知，要擴大禁售項目到14納米以下?！?/p>

    在美國芯片法案的背景下，它進一步打壓中國半導體產業并不令人意外。目前，國內EDA軟件還有多大差距呢？

    “EDA是確定性知識的集成，并不存在原理性的障礙?！眹鴥纫晃毁Y深芯片人士對數智前線說。數智前線也從國產EDA人士處了解到，在7納米和14納米上，國內已經做到了部分設計環節的國產化。

    EDA分為模擬芯片設計工具和數字芯片設計工具。有國內企業已經解決了模擬芯片的設計全流程。相對而言，數字芯片的設計工具更難，設計流程中涉及120個左右的“點工具”，分別在各個點工具上進行研發。據悉，國內有百家左右的設計工具企業。

    國內目前有企業在推動全流程設計工具的開發，也有資深第三方在梳理企業情況，期望將不同企業的“點工具”打通，更快推動國內全流程芯片設計工具的落地。

    但EDA背后考驗的更多是與芯片制造廠之間的協同，比如同樣的電路原理，如果工藝的參數庫不一樣，結果也就不一樣。

    “晶圓廠不給你提供工藝的這些參數，你的軟件是設計不出來的?！眹鴥纫患易錾漕l設計芯片的負責人告訴數智前線，半導體從設計、材料到設備是一整套生態的概念，“越往高端走，你就發現得幾條腿同時進步才行，不可能說我軟件很牛，但我晶圓制造不行?！?/p>

    所以，真正難的還是怎么與上下游產業配合，通過實踐去積累?！败浖皇且货矶?，它的每一代升級，跟著晶圓和材料的進展，性能的調校，都是在變化的?！绷硪晃毁Y深設計人士告訴數智前線，EDA工具的研發類似人工智能，需要大量的數據。

    另外，雖然EDA很重要，但市場規模其實并不大。

    國內EDA市場規模在5億美元上下，在全球EDA市場規模中占比非常小。在這個市場上，主要還是為新思科技、Cadence和Mentor三巨頭把控，國產化率不足10％，且競爭格局分散。

    以已經上市的華大九天和概倫電子為例，華大九天2021年的營收只有5．8億元，概倫電子的營收不到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，利潤達到50多億元人民幣。中外差距甚遠。

    “與其說這個東西特別難做不出，不如說這個東西市場太小了，容納不下太多人?！币晃粯I內資深芯片人士對數智前線說，這個行業總共也不到1萬人，一二十億美元的規模。

    在他看來，美國卡脖子對國內EDA企業一定程度上，可以把壞事變好事，“要不然，國內EDA公司老是不賺錢，大公司為了穩妥，都用了國外EDA軟件，國產EDA處于這種尷尬的狀態?！?/p>

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    除了軟件，材料也被盯上

    在美國商務部的限制名單里，除了EDA軟件，還涉及兩種半導體材料，一個是氧化鎵（Ga2O3），另一個是金剛石襯底，兩者都屬于超寬禁帶半導體材料。這類材料有望在更嚴酷的條件，例如更高的電壓或更高的溫度下工作。

    這些材料還在研發中，并沒有大規模產業化，而技術主要集中在日本和美國。但這些材料制造的芯片將更適應新能源、電網儲能、通信等多個工業環境，因此也變得非常敏感和重要。

    資深人士告訴數智前線，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，已經布局800V快充技術，陸續在2022前后量產。根據報道，采用了快充技術后，充電5分鐘，小鵬汽車的續航可以達到200公里，而比亞迪的續航可以達到150公里。而這些快充技術中可以使用氧化鎵材料做的功率器件。

    在電網領域，現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，美國德州供電系統突然出現問題，再加上大雪天氣，導致大面積斷電。當時“微電網”這個概念被提及，即當電網出現問題的時候，微電網可以滿足附近區域的正常供電，它的能量來自太陽能、風能、水能等的儲能和轉換。而轉換所需的關鍵開關器件，目前是用氮化鎵、碳化硅等材料做的。

    但這些材料的生產成本很貴，占據了開關器件的40％到60％，本身也很難再降低。這就給了其他材料一個機會。而氧化鎵有望實現低成本的器件，業內也在進行研發。

    “因為美國剛出臺這個政策，它封鎖到什么程度，以什么形式封鎖，我們還不是很清楚。綜合來講，對科研和產業會有影響?！鄙鲜鲑Y深人士說。

    針對美國出口限制新政，一位資深行業從業者告訴數智前線，當務之急是沉下心來，對產業進行全面梳理，主要是設備材料這兩方面，無論是按照工藝節點，還是按照用途，亦或是按照類別，找到問題所在。

    “如果我們能把28納米的設備全產業鏈國產化，包括它的核心部件、元器件、材料，以后10納米、7納米都會逐步實現?！鄙鲜鋈耸空f，這些年的投入仍然有些分散，有時顯得“東一榔頭，西一棒子”。

    上述人士表示，包括EDA工具，根據報道，美國有企業采用90納米設計的堆疊芯片，基本已經實現7納米的性能。但國內在堆疊芯片的設計工具上還需要突破。堆疊工具要解決不同器件結構的仿真，這些器件的參數模型不一樣，工具就不一樣了，需要融合。

    盡管美國的這一輪管制，目前看來似乎沒有對國內產業立刻產生巨大、實質性的影響，但美國打壓的范圍越來越廣，限定中國發展的意圖越來越明顯。在上述人士看來，中國需要沉住氣，依靠巨大的市場需求，把基礎夯實的同時，進行高端創新。

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