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美国对先进芯片EDA工具等四项技术出口管制,影响几何?|硅基世界

林志佳

林志佳

· 8月14日

有专家建议,中国半导体需要考虑深耕成熟制造工艺,以减少先进芯片国产替代不足的影响。

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美国对先进芯片EDA工具等四项技术出口管制,影响几何?|硅基世界

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(图片来源:@视觉中国)

(图片来源:@视觉中国)

继拜登签署完限制中国半导体的《芯片与科学法案》后,美国再对先进技术实行出口管制。

钛媒体App 8月14日消息,美国商务部工业和安全局(BIS)宣布,从15日起将金刚石、氧化镓(Ga2O3)两种超宽带隙基板半导体材料,设计GAAFET架构(全栅场效应晶体管)的先进芯片EDA软件工具,以及用于燃气涡轮发动机的压力增益燃烧技术,列入商业管制清单,对这些技术出口进行管控。

上述消息是在周五(8月12日)晚公布的。美国商务部表示,此次管控的四项新兴和基础技术,使用其都将“显著增加军事潜力”。而列入该清单意味着,这四种技术的出口将需要向美国商务部申请出口许可。如果企业申请出口许可但美国政府不允许的话,上述技术可能无法在全球供应链中进行供应。

负责美国工业和安全事务的商务部副部长艾伦·埃斯特维兹 (Alan Estevez) 表示,科技进步让半导体和引擎等能够更快、更有效率、更加持久,并在更严峻的环境下运行。他说,“这(出口禁令)将可以成为商业和军事领域的游戏规则改变者。”

管控GAA EDA工具对中国芯片短期影响有限

美国商务部表示,此次计划是基于“瓦森纳协定”成员国于2021年12月的会议决定的。该协定是由美国主导,日本、英国、俄罗斯等41个参与国成立,意在限制常规武器、军民两用物品及技术的转让的组织。

具体到此次出口管控的四项技术中,基于GAAFET架构的芯片设计工具ECAD(EDA)软件主要用于3nm及以下芯片设计;金刚石、氧化镓属于耐高温高电压的化合物(第四代)半导体衬底材料;压力增益燃烧技术可用于火箭和高超音速系统。

上述技术当中,美国对EDA工具实行出口管制引发了行业关注。

EDA通常指,利用电脑辅助设计软件来完成集成电路的功能设计、验证等流程的设计方式,其贯穿近6000亿美元的集成电路(IC)产业设计、制造、封测等各个环节,被誉为“芯片之母”。芯片工程师必须依靠EDA软件工具,才能完成电路设计、版图设计等工作。

EDA软件在芯片产业中不可或缺。2019年5月,美国商务部将华为列入实体清单,导致其无法使用最新5nm的EDA软件设计海思麒麟芯片,让工业软件的自主性愈加受到重视。(详见钛媒体App前文:《国产EDA,到底能不能打破海外三巨头垄断?| 钛媒体深度》

需要注意的是,本次禁止出口的GAAFET架构EDA软件,目前拥有该技术的芯片制造商只有三星和台积电,正对3nm进行小范围量产。因此,有行业人士表示,美国此次出口管制,限制的是3nm以下的EDA工具,这意味着短期内对中国半导体行业影响有限,长期来看会限制中国推进关键的下一代先进制程技术。

此前钛媒体App在2nm文章中详细介绍了GAAFET架构技术。这一方案由三星在2019年提出,目的就是为了解决FinFET结构在5nm以下制程时遇到的一系列问题。(详见钛媒体App前文:《台积电、三星激战2nm》

实际上,国内市场长期被海外EDA三巨头统治。以收入规模计,2020年中国EDA市场,美国新思科技(Synopsys)、美国楷登电子(Cadence)和西门子EDA市场份额合计超过77%。国内厂商中,华大九天(301269.SZ)在国内市占率达到5.9%,排在第四,居本土企业首位。

近年来,国内厂商在EDA领域已经取得不小进步。根据华大九天上市招股书披露,其数字电路仿真EDA工具技术支持5nm工艺,其他模拟电路EDA工具支持28nm制程;国产存储EDA厂商概伦电子(688206.SH)接受投资者提问时回应称,在器件建模和电路仿真等部分工具中能够支持7nm/5nm/3nm等先进工艺节点和FinFET、FD-SOI等各类半导体工艺路线;而另一家EDA公司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。

当前在芯片设计领域,包括展锐、壁仞、阿里平头哥等约3000家中国芯片设计公司,仍依赖于美国EDA软件。其中,展锐的手机芯片采用了EUV 6nm制程,壁仞最新发布的通用GPU(图形处理器)芯片采用7nm工艺,需要用到EDA工具。而华大九天的客户主要是中芯、华虹等,后者最先进的制程是90nm。

云岫资本合伙人兼CTO赵占祥此前对钛媒体App表示,未来国内EDA市场需要发力高端数字大芯片(CPU、GPU等)的EDA工具和部分关键性技术、创新性的EDA软件工具。“目前看国内企业EDA规模较小,但是未来有机会壮大。”

此外,金刚石、氧化镓是新型超宽禁带半导体材料,氧化镓禁带宽度达到了4.9eV,可以在高低温、强辐射等极端环境下保持稳定,抗辐照和抗高温;而其高击穿场强的特性则确保了制备的氧化镓器件可以在超高电压下使用,有利于提高载流子收集效率。

目前,氧化镓技术距离实际应用还有两方面挑战:一是大尺寸高质量单晶的制造,目前仅有日本企业研发出6英寸单晶,但还未实现批量供货;二是氧化镓材料大功率、高效率电子器件还处于实验室阶段的研发,暂时无法大规模实际应用。

最后一种出口管制技术是压力增益燃烧技术(PGC),在陆地和航空航天领域具有广泛的应用潜力,涉及应用包括火箭和高超音速系统等,有潜力把燃气涡轮发动机效率提高10%以上。2020年,美国国家科学院曾把压力增益燃烧等技术列入先进燃气轮机十大优先研究领域。

根据BIS公告,对氧化镓、金刚石以及压力增益燃烧技术的出口管制将自今年8月15日生效,对ECAD软件的出口管制将在自8月15日起60天后生效。

持续出口管制下,中国需深耕成熟工艺

据观察者网,汇业律师事务所高级合伙人杨杰表示,中国现在属于被美国列为国家安全管控的国家之一,只要技术和物项被美国政府列入出口管制目录,大概率就会对中国的出口设置限制,比如美国企业对华出口需要许可证等,这实际上会造成中美在半导体领域里进一步脱钩。未来也不排除美国把更多自身掌握一定优势的新技术和新物项纳入出口管制,从而加强对华打压。

在本轮出口管制信息出台之前,美国总统拜登在上周签署了2800多亿美元的《芯片与科学法案》(The CHIPS and Science Act),其中包含限制接受美国这一法案支持的企业禁止在中国生产28nm以下先进芯片等条款,引发行业热议。(详见钛媒体App前文:《历时一年多,美国参议院通过520亿美元芯片法案》

更早之前,美国两家芯片设备公司泛林半导体(Lam Research)和科磊(KLA)已证实,美国正在收紧对中国获得芯片制造设备的限制。

因此,目前已经有专家建议,中国半导体需要考虑深耕成熟制造工艺,以减少先进芯片国产替代不足的影响。

清华大学教授魏少军在2022世界5G大会上表示,从技术角度看,中国企业通过系统能力的提升,可以把芯片的制造要求降低2到3代甚至更高,大大延缓对先进工艺的需求。

“我从芯片设计角度来看,任何的技术都有它自身的发展特点,并非一定要走最先进的工艺。我们为什么要采取最先进的工艺,是源于它最简单、最容易,因为把单片集成是最容易的事情,在一个地方做设计就直接做进去的,但它不是最优的解决方案。芯片当中绝大部分的东西并不需要最先进的技术去做。”魏少军指出。

有芯片行业人士告诉钛媒体App,做成熟工艺+Chiplet是一个很不错的发展规划。(详见钛媒体App前文:《争议的“小芯片”技术,能否帮助中国芯片“弯道超车”?》

当前,中国是全球最大的芯片进口和消费国。根据公开数据,2021年,全球半导体产业销售额是5560亿美元,中国进口了4300多亿美元,占78%;去年中国芯片消费市场规模达到1950亿美元,占35%;中国生产了700亿美元集成电路,占12.7%。

中国科学院科技战略咨询研究院的两位研究人员于今年6月发表在《中国集成电路》期刊的一篇论文中指出,中国芯片设计产业在全球竞争格局中长期受到边缘化威胁,据中国半导体协会数据显示,近年来中国芯片设计企业数量持续增长,在2020年总数量已达到2218家,但真正有市场影响力和生态话语权的企业凤毛麟角。

南华早报则引述行业设计人员称,与全球同行相比,中国在EDA软件方面存在很大差距。

“我们是否能够对自身存在的问题有清醒的了解和认识。处在这样一个大变革情况下,如果我们对创新过程的紧迫性认识不足,可能会放慢创新步伐,实际上就给了我们的竞争对手一些可乘之机。”魏少军表示,在外忧内患下,中国半导体的发展当前正面临非常关键的时刻。

华泰证券研究指出,未来中国半导体国产化主要包括第三代半导体、半导体设备、AI/大算力芯片三个重要方向。其中在半导体设备端,光刻机等关键设备上国产化率几乎为0。美国出口管制压力下,国产化需求存在进一步提升空间。

二级市场上,受芯片半导体“国产替代”影响,Wind数据显示,截至8月12日,申万半导体ETF指数从今年4月最低点3792点以来,已经累计反弹超32%;中证半导体ETF指数(CSI:H30184)周内涨幅高达14.2%,创2020年7月以来的首次。(本文首发钛媒体App,作者|林志佳)

本文系作者林志佳授权钛媒体发表,并经钛媒体编辑,转载请注明出处、作者和本文链接
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    EDA软件在芯片产业中不可或缺

    2022-08-15 22:59 via h5
  • 回复

    把所有芯片白菜价就可以了!!!

    2022-08-15 18:49 via qq
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    那么多国企,为什么没有芯片国企

    2022-08-15 16:28 via qq
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    这种行为企业与决策机构应该早就考虑到!没必要大惊小怪!

    2022-08-15 16:09 via qq
  • 回复

    那么中国稀土资源和技术全面禁止出口美国

    2022-08-15 12:42 via qq
  • 回复

    厉害了我的国,这个小意思,分分钟设计出来

    2022-08-15 10:46 via qq
  • 对美国禁纸巾

    2022-08-15 10:21 via qq
  • 中国可以禁稀土了

    2022-08-15 10:21 via qq
  • 不要抱有任何幻想!

    2022-08-15 09:48 via qq
  • 在外忧内患下,中国半导体的发展当前正面临非常关键的时持续出口管制下,中国需深成熟工艺

    2022-08-15 08:48 via iphone

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