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美国断供EDA,国内企业能否化危为机

当地时间上周五(8月12日),美国商务部工业和安全局(BIS)在《联邦公报》中披露了一项新增的出口限制临时最终规则,对设计GAAFET(全栅场效应晶体管)结构集成电路所必须的EDA/ECAD软件;金刚石和氧化镓为代表的超宽禁带半导体材料;燃气涡轮发动机使用的压力增益燃烧(PGC)等四项技术实施新的出口管制,禁令生效日期为今天(8月15日)。

4项技术中惹人注目的是EDA,这被市场解读为在《芯片和科学法案》后,美国对中国芯片产业的进一步限制,直接影响国内设计3纳米及更先进芯片产品的企业。但目前国内还很少用到3纳米设计,其短期影响有限。

除了3纳米制程,800V快充或受影响

EDA(Electronics Design Automation)即电子设计自动化,是芯片IC(集成电路)设计中不可或缺的重要部分,属于芯片制造的上游产业,涵盖集成电路设计、布线、验证和仿真等所有流程。EDA被业内称为“芯片之母”。

天风国际研报指出,如果把芯片制造比作建造一座大厦的话,IC设计是设计图纸,EDA软件是图纸的设计工具,只不过EDA软件比建筑设计软件的复杂度要高很多。

ECAD(电子计算机辅助设计软件)范围比EDA要更大,禁令意味着把相关软件都涵盖其中。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。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。

GAAFET晶体管技术是相对于FinFET晶体管(鳍式场效应晶体管)更先进的技术,FinFET技术最多能做到3纳米,而GAAFET可以实现2纳米。

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。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。

有芯片设计人士表示,这项管制措施的短期影响有限,因为国内还很少用到3纳米设计,部分AI芯片、GPU芯片用的是7纳米,而电视、机顶盒、车规级芯片大多还是28纳米或16纳米。有产业观察家认为,美国是想让中国内地没有工具设计3纳米及以下的高端芯片,设计卡死在5纳米,制造卡死在7纳米。然后拉开中美在高速运算、人工AI等方面的距离。

在一位芯片人士看来,美国之所以打压EDA,核心还是控制国产芯片产能。

此次除了EDA软件外,还涉及两种半导体材料:氧化镓(Ga2O3)和金刚石衬底,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。

以新能源汽车为例,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,陆续在今年前后量产。这些快充技术中可以使用氧化镓材料做的功率器件。

国产EDA“突围”机会

“如果设计一款5纳米芯片产品,使用全球顶尖的EDA软件,大约成本可以控制在4000万美元左右,但如果没有EDA软件支持,设计一款5纳米芯片所要消耗的成本可能就要高达77亿美元,接近200倍左右的差距。”某国内CAD(管理软件计算机辅助设计)软件公司的相关负责人算了一笔账。

目前,EDA行业全球市场集中度较高,EDA三巨头Synopsys(新思科技)、Cadence(楷登电子)、Mentor Graphics(明导国际,2016年被德国西门子收购)牢牢占据了全球超过70%的市场份额,能够提供完整的EDA工具,覆盖集成电路设计与制造全流程或大部分流程。

三家公司在产品上各有特色,IP(知识产权)侧重点和优势都有较大的差别,旗下产品在国内的市场占有率达到85%。三星在今年6月刚刚突破的3纳米GAAFET架构制程技术,就是在Synopsys、Cadence等协助下完成的。

第二梯队的公司以ANSYS、Silvaco、Aldec Inc、华大九天等为代表,拥有特定领域全流程,在局部领域技术较为领先。第三梯队的公司包括Altium、Concept Engineering、概论电子、广立微、思尔芯、DownStream Technologies等为代表,在EDA上的布局主要以点工具为主,缺少特定领域全流程产品。

国内大多数芯片设计公司仍在采用进口的EDA工业软件来设计芯片,1993年,华大九天发布了国内第一款EDA软件——熊猫ICCAD系统,实现了国产EDA从0到1的突破。2020年,在中国EDA市场,以收入规模计,华大九天排在第四。

7月29日,华大九天正式登陆创业板,上市首日涨幅达126%,市值突破400亿元。华大九天在招股书中称,其数字电路设计EDA产品绝大多数可支持5纳米工艺;概伦电子在年报中表示,部分工具中可以支持7纳米、5纳米、3纳米的制程。

华大九天2021年的营收5.8亿元,概伦电子的营收不到2亿元。而全球第一的Synopsys的收入为260亿元人民币左右,利润高达50多亿元。

天风国际研报指出,国产化势在必行,EDA工具链大约有40个细分领域,三巨头目前实现了全产业链覆盖,而国产龙头华大九天目前的覆盖率约40%,其他国产EDA厂商产品多为点工具。

据统计,国内有百家左右的设计工具企业。而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。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。

有观点认为,对于美国的围堵,只有抓紧提升国产EDA软件的水平,国内企业要联合起来,甚至华为海思、国内高校等都参与进来,组成联盟,共同开发。随着国内芯片需求越来越大,买方市场下国产EDA并非没有机会。

来源:第一电动网

作者:赵杰

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