2022-08-16 11:00

美国断供这一软件,欲将中国芯片扼杀在“3纳米”

美国对中国企业和机构断供工具软件有迹可循。

美国断供这一软件,欲将中国芯片扼杀在“3纳米”

▲7月28日,工作人员在2022全球数字经济大会展馆上介绍运用在交通、金融、能源等领域的人工智能加速芯片及系统。图/IC photo

文 | 付伟

美国商务部上周五发布最终规定,对设计GAAFET(全栅场效应晶体管)结构集成电路所必须的EDA(电子设计自动化)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。

相关禁令生效日期为2022年8月15日。

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为什么是GAAFET

EDA被业内称为“芯片之母”,而GAAFET技术被认为是芯片制造工艺向3纳米及更先进节点迈进的基础。

芯片产业可以分为设计、制造、封装测试等几个环节。我国在芯片封装测试领域具有较强的竞争力,长电科技(600584)、通富微电(002156)、华天科技(002185)分别在全球排名第三名、第五名和第六名,并都实现了5纳米产品的工艺和认证。然而,我国芯片制造领域的竞争力较弱,大陆地区最先进的工艺仅为14纳米,与国际芯片巨头还有较大差距。

相较而言,我国芯片设计整体情况与世界领先水平差距不大。中国有大量的芯片设计企业,其中,华为海思2018年一度排名全球第五,紫光展锐、寒武纪等企业芯片设计水平也很不俗。

今年,多家厂商在芯片领域均获得了非常重要的突破。

6月份,三星基于GAAFET技术的3纳米制程工艺实现量产,而台积电在2纳米制程工艺中也将引入GAAFET技术。也就是说,未来芯片制程工艺技术与当前主流技术存在本质差异,芯片产业进入到了一个全新的发展阶段。GAAFET技术是参与全球芯片产业链分工的基础。

结合美国《2022年芯片与科学法案》阻碍先进制程产能落地中国来看,美国商务部上周五发布的该项措施意在限制中国企业跟进GAAFET技术,最终导致中国大陆芯片设计止步于3纳米制程。

美国断供这一软件,欲将中国芯片扼杀在“3纳米”

▲8月9日,美国华盛顿,美国总统拜登在白宫签署《芯片和科学法案》并发表讲话。图/IC photo

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美国断供工具软件意味着什么

美国对中国企业和机构断供工具软件有迹可循。

此前美国主要针对军用或军民两用的工具软件和技术进行限制。而随着2018年中美贸易摩擦加剧,民用领域的工具软件断供案例不断增多。例如:2018年,中兴被美国断供包括EDA在内的多种工具软件;2019年,华为海思被美国断供EDA;2020年,国内部分企业和高校被美国断供MATLAB;今年年初,大疆被美国断供Figma设计软件。

值得注意的是,美国此前并未大规模断供工具软件,而主要采取精准打击的方式,此次断供也是对特定对象(GAAFET技术)进行限制打击。

一方面,中美之间具有非常强的经贸联系和依存度,广泛的工具软件限制必然对全球制造业供应链造成冲击,对美国当前岌岌可危的通胀压力没有半点好处;此外,大规模的EDA断供会加速国产化进程和第三方产品替代,这不是美国希望看到的。

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我国高度重视EDA等基础性工具软件

实际上,过去十几年,我国一直高度重视包括EDA在内的重要基础性工具软件。

2008年,《国家科技重大专项(2006-2020)》开始实施,EDA被列入“01专项”(“核心电子器件、高端通用芯片及基础软件”专项)。《国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》也将EDA攻关置于集成电路科技前沿领域攻关的首位。国产EDA得到前所未有的发展。

目前,国内在该领域已经有包括华大九天、概伦电子、国微集团等多家上市公司,国产EDA的市场份额已经超过10%。其中,成立于2009年的华大九天上月刚刚登陆资本市场,募集资金高达34.66亿元,总市值超过600亿元,其大股东为中国电子。这既显示出国家层面对EDA的重视和布局,也显示出资本市场对国产EDA的认可。

但是,EDA国产化仍存在诸多挑战。

一方面,中国EDA企业数量少且在工具链覆盖和先进制程工艺支持方面还存在不足。国内EDA厂商数量仅有20余家,而EDA工具链非常庞杂,涵盖设计、仿真、验证、制造等流程,一站式方案供应能力严重不足。此外,国产EDA尚无法全面支持3纳米及以下制程工艺,仅个别厂商的部分产品可以支持5纳米制程工艺。

另一方面,与光刻机等芯片制造关键装备类似,EDA产品的演进也是与其他产业链企业协同合作的结果,有赖于产业链上下游的支持。处于弱势地位的国产EDA供应商很难获得头部芯片制造企业的最新技术和参数支持,因此也无法大规模开展前瞻技术的布局。

此外,投入不足和人才匮乏也是长期困扰国产EDA全面发展的重要原因。2020年,Synopsys(新思科技)的研发投入约12.8亿美元,华大九天营收约为4.15亿元,研发投入1.8亿元,华大九天的营收尚不及Synopsys研发投入的零头;研发人员方面,Synopsys在全球拥有约1.2万名研发人员,华大九天有322名研发人员(2021年增加至494人)。

但突破封锁并非不可能。1993年,面对外部封锁,我国克服困难组织力量成功研发并商用了“熊猫ICCAD系统”,但是由于当时对工具软件的认知不足以及特殊的市场背景,熊猫系统如昙花一现迅速没落。另外,遗憾的是,由于没有主导国产EDA的产业力量,错过了一个可以通过兼并方式参与全球EDA整合的契机。

但值得欣慰的是,熊猫系统的研发为国产EDA奠定了人才基础,国内头部EDA供应商华大九天的核心技术团队部分人员就参与过熊猫系统研发。

这也说明,EDA归根结底是软件系统,软件系统的核心是行业知识(Know-How)和软件工程师队伍。当前,我国已经拥有全球最为庞大的软件工程师队伍,只要有持续的投入就会有回报。

美国断供这一软件,欲将中国芯片扼杀在“3纳米”

▲7月22日,第五届数字中国建设成果展览会上,工作人员展示由中国自主研发的人工智能专用芯片。图/IC photo

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如何破除美国EDA封锁

我国芯片行业破除美国EDA封锁有多种策略。

其中人们最容易想到的是以国产化来替代,但是全面的国产化替代不一定就是最优的选择。我国是全世界唯一拥有联合国产业分类中所列全部工业门类的国家,但芯片产业的产业链很长且技术系统极为复杂。芯片行业面临的困局在于难以将所有的原材料、工具软件、基础设备、生产线都国产化。

此外,这样做也意味着我国与全球芯片产业的供应关系、资金流动、技术流动将会被打破,我国将承受巨额的研发费用和非常高的失败风险。

另外一种策略是,我国芯片业能够在某一些EDA核心部件和重要功能方面取得突破,或者成为主流EDA核心部件的供应商,如果这一步成功了,战略博弈的天平就会向我们倾斜,当年的熊猫系统即是一个典型。当然,这有赖于EDA的原始创新,而且难度更大,但这种创新意义重大。

一个值得关注的点在于,美国的相关举措也表明其非常谨慎,此次出台的出口管制措施以及刚通过的《2022芯片与科学法案》在努力切断先进的芯片设计和制造产能与中国联系的同时,也在极力地避免破坏现有的产业生态,防止对现有产业链造成冲击。因为,美国自身可能也承受不了这种冲击。这表明美国角力的重点放在了科技竞争范畴,核心意图是阻碍中国高科(600730)技领域的发展,而非直接阻断中美之间的经贸联系。

回应科技竞争最有力的方式是创新,唯有创新才能够真正破除技术封锁。