美国新一轮出口限制涉及3纳米及以下芯片的设计工具，以及业内尚未大规模量产的氧化镓和金刚石衬底。目前看来，这些似乎未对国内产业立刻产生巨大影响，但美国的目标是将中国的芯片技术，锁定在与先进技术相差几代的水平上。
而由于上述技术也涉及到人工智能、新能源等新兴产业，让美国限定中国发展的意图越来越明显。半导体行业资深人士认为，现在需要进行全面梳理，尤其解决设备和材料的全产业链问题。
文｜石兆
编｜王飞飞
在紧张的大局势下，一则美国断供EDA软件的消息在社交网络上迅速传播，一时之间，风声鹤唳。但数智前线了解到，该说法并不准确。
美国商务部工业与安全局（BIS）网站在8月12日发布了一项规定，对四项“新兴和基础技术”出台了出口管制措施，该规定将于8月15日生效。 这四项技术有三项涉及先进半导体，包括两种材料和一个工具，分别是氧化镓（Ga2O3）和金刚石，还有一种ECAD软件，用于开发具有GAAFET结构的集成电路。 除了这三项外，另一个是燃气涡轮发动机的增压燃烧（PGC）技术。
不难发现，美国这次限制的是针对GAAFET结构的芯片设计工具。这种工艺目前用于2nm、3nm等先进制程 ，全球也只有两家能制造GAA芯片的晶圆厂。
这也一直是美国打压中国产业的思路——低端赚你钱，高端卡你脖。比如光刻机领域卡的也是EUV光刻机。
有资深人士告诉数智前线，美国的意图很明显，针对芯片制造厂的设备出口卡在14纳米，芯片设计工具卡在3纳米，目标是将中国的芯片技术，锁定在与先进技术相差几代的水平上。
01
美国第三次出手，影响几何？
这是美国针对中国在EDA领域发起的第三次出口管制。第一次是2018年针对中兴通讯，第二次是2019年针对华为，第三次则影响到国内设计3纳米及更先进芯片产品的企业。
目前市场上使用最先进制程的芯片除了苹果手机、电脑等电子消费品， 其他都是一些大算力芯片，如用于人工智能的GPU，用在数据中心、云计算中的服务器芯片。如果美国锁定高端芯片，可能对人工智能、云计算芯片的设计产生影响。
“毕竟EDA是个软件，又不像生产原材料要持续不断的供应，之前的版本可能客户已经买了，所以只能卡最新版本。”一位国内资深芯片人士告诉数智前线。在他看来，美国之所以打压EDA，核心还是控制国产芯片产能。目前，不管是高端还是成熟的工艺，大陆的芯片产能都不太够。“成熟的工艺我们自己能搞了，卡也卡不住了，所以只能卡先进工艺。”
值得注意的是，美国商务部并没有使用大众熟悉的“EDA”，而用了一个较为陌生的词——ECAD（电子计算机辅助设计软件）。有行业人士认为，这可能把相关软件都涵盖在里面，也就是说，范围比EDA要更大一些。
美国商务部称，ECAD是一类用于设计、分析、优化和验证集成电路或印制电路板性能的软件工具。ECAD软件在军事、航空航天、国防工业的各种应用中，用于设计复杂的集成电路。
而这次出口管制针对的是设计GAAFET技术的工具。GAAFET技术是芯片扩展到3纳米及以下技术节点的关键。也就是说， 美国针对的是3纳米及以下先进芯片的设计工具，而非全部芯片设计工具。因此说美国断供EDA是不准确的。
目前，芯片主流的工艺架构是FinFET（鳍式场效应晶体管），像7nm工艺用的都是这种，但进入3nm制程工艺后，主流架构变成了GAAFET（全栅场效应晶体管）。
不过，几位芯片设计人士告诉数智前线，目前这项管制措施的影响有限，因为国内还很少用到3nm设计，比如部分AI芯片、GPU芯片用的是7nm，而电视、机顶盒、车规级芯片大多还是28nm。
但有上述人士称，这是长期影响和短期影响的差别，就像几年前人们认为7nm还很遥远，但如今已全面量产，“未来我们也会走到3nm”。这意味着，美国想通过这种做法，保持着对中国的芯片的优势。
02
国产EDA差在哪里？
谈及芯片，外界言必谈光刻机和EDA，前者是制造的关键环节，后者负责设计。
此前，美国已经不允许荷兰光刻机企业ASML将生产7nm芯片的EUV光刻机卖给中国大陆。而根据媒体报道，美国一家芯片设备制造商的CEO也透露，“最近我们接获通知，要扩大禁售项目到14纳米以下。”
在美国芯片法案的背景下，它进一步打压中国半导体产业并不令人意外。目前，国内EDA软件还有多大差距呢？
“EDA是确定性知识的集成，并不存在原理性的障碍。”国内一位资深芯片人士对数智前线说。数智前线也从国产EDA人士处了解到，在7纳米和14纳米上，国内已经做到了部分设计环节的国产化。
EDA分为模拟芯片设计工具和数字芯片设计工具。 有国内企业已经解决了模拟芯片的设计全流程。 相对而言，数字芯片的设计工具更难，设计流程中涉及120个左右的“点工具”，分别在各个点工具上进行研发。据悉，国内有百家左右的设计工具企业。
国内目前有企业在推动全流程设计工具的开发，也有资深第三方在梳理企业情况，期望将不同企业的“点工具”打通，更快推动国内全流程芯片设计工具的落地。
但EDA背后考验的更多是与芯片制造厂之间的协同，比如同样的电路原理，如果工艺的参数库不一样，结果也就不一样。
“晶圆厂不给你提供工艺的这些参数，你的软件是设计不出来的。”国内一家做射频设计芯片的负责人告诉数智前线，半导体从设计、材料到设备是一整套生态的概念，“越往高端走，你就发现得几条腿同时进步才行，不可能说我软件很牛，但我晶圆制造不行。”
所以，真正难的还是怎么与上下游产业配合，通过实践去积累。“软件不是一蹴而就，它的每一代升级，跟着晶圆和材料的进展，性能的调校，都是在变化的。”另一位资深设计人士告诉数智前线，EDA工具的研发类似人工智能，需要大量的数据。
另外，虽然EDA很重要，但市场规模其实并不大。
国内EDA市场规模在5亿美元上下，在全球EDA市场规模中占比非常小。在这个市场上，主要还是为新思科技、Cadence和Mentor三巨头把控，国产化率不足10%，且竞争格局分散。
以已经上市的华大九天和概伦电子为例，华大九天2021年的营收只有5.8亿元，概伦电子的营收不到2亿元。而全球第一的Synopsys（新思科技）的收入为260亿元人民币左右，利润达到50多亿元人民币。中外差距甚远。
“与其说这个东西特别难做不出，不如说这个东西市场太小了，容纳不下太多人。”一位业内资深芯片人士对数智前线说，这个行业总共也不到1万人，一二十亿美元的规模。
在他看来，美国卡脖子对国内EDA企业一定程度上，可以把坏事变好事，“要不然，国内EDA公司老是不赚钱，大公司为了稳妥，都用了国外EDA软件，国产EDA处于这种尴尬的状态。”
03
除了软件，材料也被盯上
在美国商务部的限制名单里，除了EDA软件，还涉及两种半导体材料，一个是氧化镓（Ga2O3），另一个是金刚石衬底，两者都属于超宽禁带半导体材料。这类材料有望在更严酷的条件，例如更高的电压或更高的温度下工作。
这些材料还在研发中，并没有大规模产业化，而技术主要集中在日本和美国。但 这些材料制造的芯片将更适应新能源、电网储能、通信等多个工业环境，因此也变得非常敏感和重要。
资深人士告诉数智前线，以新能源车为例，目前小鹏汽车、比亚迪、理想汽车、北汽极狐等新能源车企，已经布局800V快充技术，陆续在2022前后量产。根据报道，采用了快充技术后，充电5分钟，小鹏汽车的续航可以达到200公里，而比亚迪的续航可以达到150公里。而这些快充技术中可以使用氧化镓材料做的功率器件。
在电网领域，现在也是非常期望利用氧化镓的耐高压、低成本潜力。比如，去年，美国德州供电系统突然出现问题，再加上大雪天气，导致大面积断电。当时“微电网”这个概念被提及，即当电网出现问题的时候，微电网可以满足附近区域的正常供电，它的能量来自太阳能、风能、水能等的储能和转换。而转换所需的关键开关器件，目前是用氮化镓、碳化硅等材料做的。
但这些材料的生产成本很贵，占据了开关器件的40%到60%，本身也很难再降低。这就给了其他材料一个机会。而氧化镓有望实现低成本的器件，业内也在进行研发。
“因为美国刚出台这个政策，它封锁到什么程度，以什么形式封锁，我们还不是很清楚。综合来讲，对科研和产业会有影响。”上述资深人士说。
针对美国出口限制新政，一位资深行业从业者告诉数智前线， 当务之急是沉下心来，对产业进行全面梳理 ，主要是设备材料这两方面，无论是按照工艺节点，还是按照用途，亦或是按照类别，找到问题所在。
“如果我们能把28纳米的设备全产业链国产化，包括它的核心部件、元器件、材料，以后10纳米、7纳米都会逐步实现。” 上述人士说，这些年的投入仍然有些分散，有时显得“东一榔头，西一棒子”。
上述人士表示，包括EDA工具，根据报道，美国有企业采用90纳米设计的堆叠芯片，基本已经实现7纳米的性能。但国内在堆叠芯片的设计工具上还需要突破。堆叠工具要解决不同器件结构的仿真，这些器件的参数模型不一样，工具就不一样了，需要融合。
尽管美国的这一轮管制，目前看来似乎没有对国内产业立刻产生巨大、实质性的影响，但美国打压的范围越来越广，限定中国发展的意图越来越明显。在上述人士看来，中国需要沉住气，依靠巨大的市场需求，把基础夯实的同时，进行高端创新。
