美国“断供EDA”,究竟怎么一回事?
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2022-08-16 23:24
导读： 主要影响3nm以下先进制程。
作者：丰色 鱼羊 来源：量子位（ID：QbitAI）
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？
01 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？
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。
02 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。
再加上中国彼此也在推广全球化，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。
03 “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
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