美國斷供這一軟件,欲將中國芯片扼殺在“3納米”

2022年08月16日10:14

  美國對中國企業和機構斷供工具軟件有跡可循。

▲7月28日,工作人員在2022全球數字經濟大會展館上介紹運用在交通、金融、能源等領域的人工智能加速芯片及系統。圖/IC photo
▲7月28日,工作人員在2022全球數字經濟大會展館上介紹運用在交通、金融、能源等領域的人工智能加速芯片及系統。圖/IC photo

  文 | 付偉

  美國商務部上週五發佈最終規定,對設計GAAFET(全柵場效應晶體管)結構集成電路所必須的EDA(電子設計自動化)軟件;金剛石和氧化镓為代表的超寬禁帶半導體材料;燃氣渦輪發動機使用的壓力增益燃燒(PGC)等四項技術實施新的出口管製。

  相關禁令生效日期為2022年8月15日。

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  為什麼是GAAFET

  EDA被業內稱為“芯片之母”,而GAAFET技術被認為是芯片製造工藝向3納米及更先進節點邁進的基礎。

  芯片產業可以分為設計、製造、封裝測試等幾個環節。我國在芯片封裝測試領域具有較強的競爭力,長電科技、通富微電、華天科技分別在全球排名第三名、第五名和第六名,並都實現了5納米產品的工藝和認證。然而,我國芯片製造領域的競爭力較弱,大陸地區最先進的工藝僅為14納米,與國際芯片巨頭還有較大差距。

  相較而言,我國芯片設計整體情況與世界領先水平差距不大。中國有大量的芯片設計企業,其中,華為海思2018年一度排名全球第五,紫光展銳、寒武紀等企業芯片設計水平也很不俗。

  今年,多家廠商在芯片領域均獲得了非常重要的突破。

  6月份,三星基於GAAFET技術的3納米製程工藝實現量產,而台積電在2納米製程工藝中也將引入GAAFET技術。也就是說,未來芯片製程工藝技術與當前主流技術存在本質差異,芯片產業進入到了一個全新的發展階段。GAAFET技術是參與全球芯片產業鏈分工的基礎。

  結合美國《2022年芯片與科學法案》阻礙先進製程產能落地中國來看,美國商務部上週五發佈的該項措施意在限制中國企業跟進GAAFET技術,最終導致中國大陸芯片設計止步於3納米製程。

▲8月9日,美國華盛頓,美國總統拜登在白宮簽署《芯片和科學法案》併發表講話。圖/IC photo
▲8月9日,美國華盛頓,美國總統拜登在白宮簽署《芯片和科學法案》併發表講話。圖/IC photo

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  美國斷供工具軟件意味著什麼

  美國對中國企業和機構斷供工具軟件有跡可循。

  此前美國主要針對軍用或軍民兩用的工具軟件和技術進行限制。而隨著2018年中美貿易摩擦加劇,民用領域的工具軟件斷供案例不斷增多。例如:2018年,中興被美國斷供包括EDA在內的多種工具軟件;2019年,華為海思被美國斷供EDA;2020年,國內部分企業和高校被美國斷供MATLAB;今年年初,大疆被美國斷供Figma設計軟件。

  值得注意的是,美國此前並未大規模斷供工具軟件,而主要採取精準打擊的方式,此次斷供也是對特定對象(GAAFET技術)進行限制打擊。

  一方面,中美之間具有非常強的經貿聯繫和依存度,廣泛的工具軟件限制必然對全球製造業供應鏈造成衝擊,對美國當前岌岌可危的通脹壓力沒有半點好處;此外,大規模的EDA斷供會加速國產化進程和第三方產品替代,這不是美國希望看到的。

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  我國高度重視EDA等基礎性工具軟件

  實際上,過去十幾年,我國一直高度重視包括EDA在內的重要基礎性工具軟件。

  2008年,《國家科技重大專項(2006-2020)》開始實施,EDA被列入“01專項”(“核心電子器件、高端通用芯片及基礎軟件”專項)。《國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》也將EDA攻關置於集成電路科技前沿領域攻關的首位。國產EDA得到前所未有的發展。

  目前,國內在該領域已經有包括華大九天、概倫電子、國微集團等多家上市公司,國產EDA的市場份額已經超過10%。其中,成立於2009年的華大九天上月剛剛登陸資本市場,募集資金高達34.66億元,總市值超過600億元,其大股東為中國電子。這既顯示出國家層面對EDA的重視和佈局,也顯示出資本市場對國產EDA的認可。

  但是,EDA國產化仍存在諸多挑戰。

  一方面,中國EDA企業數量少且在工具鏈覆蓋和先進製程工藝支持方面還存在不足。國內EDA廠商數量僅有20餘家,而EDA工具鏈非常龐雜,涵蓋設計、仿真、驗證、製造等流程,一站式方案供應能力嚴重不足。此外,國產EDA尚無法全面支持3納米及以下製程工藝,僅個別廠商的部分產品可以支持5納米製程工藝。

  另一方面,與光刻機等芯片製造關鍵裝備類似,EDA產品的演進也是與其他產業鏈企業協同合作的結果,有賴於產業鏈上下遊的支持。處於弱勢地位的國產EDA供應商很難獲得頭部芯片製造企業的最新技術和參數支持,因此也無法大規模開展前瞻技術的佈局。

  此外,投入不足和人才匱乏也是長期困擾國產EDA全面發展的重要原因。2020年,Synopsys(新思科技)的研發投入約12.8億美元,華大九天營收約為4.15億元,研發投入1.8億元,華大九天的營收尚不及Synopsys研發投入的零頭;研發人員方面,Synopsys在全球擁有約1.2萬名研發人員,華大九天有322名研發人員(2021年增加至494人)。

  但突破封鎖並非不可能。1993年,面對外部封鎖,我國克服困難組織力量成功研發並商用了“熊貓ICCAD系統”,但是由於當時對工具軟件的認知不足以及特殊的市場背景,熊貓系統如曇花一現迅速沒落。另外,遺憾的是,由於沒有主導國產EDA的產業力量,錯過了一個可以通過兼併方式參與全球EDA整合的契機。

  但值得欣慰的是,熊貓系統的研發為國產EDA奠定了人才基礎,國內頭部EDA供應商華大九天的核心技術團隊部分人員就參與過熊貓系統研發。

  這也說明,EDA歸根結底是軟件系統,軟件系統的核心是行業知識(Know-How)和軟件工程師隊伍。當前,我國已經擁有全球最為龐大的軟件工程師隊伍,只要有持續的投入就會有回報。

▲7月22日,第五屆數字中國建設成果展覽會上,工作人員展示由中國自主研發的人工智能專用芯片。圖/IC photo
▲7月22日,第五屆數字中國建設成果展覽會上,工作人員展示由中國自主研發的人工智能專用芯片。圖/IC photo

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  如何破除美國EDA封鎖

  我國芯片行業破除美國EDA封鎖有多種策略。

  其中人們最容易想到的是以國產化來替代,但是全面的國產化替代不一定就是最優的選擇。我國是全世界唯一擁有聯合國產業分類中所列全部工業門類的國家,但芯片產業的產業鏈很長且技術系統極為複雜。芯片行業面臨的困局在於難以將所有的原材料、工具軟件、基礎設備、生產線都國產化。

  此外,這樣做也意味著我國與全球芯片產業的供應關係、資金流動、技術流動將會被打破,我國將承受巨額的研發費用和非常高的失敗風險。

  另外一種策略是,我國芯片業能夠在某一些EDA核心部件和重要功能方面取得突破,或者成為主流EDA核心部件的供應商,如果這一步成功了,戰略博弈的天平就會向我們傾斜,當年的熊貓系統即是一個典型。當然,這有賴於EDA的原始創新,而且難度更大,但這種創新意義重大。

  一個值得關注的點在於,美國的相關舉措也表明其非常謹慎,此次出台的出口管製措施以及剛通過的《2022芯片與科學法案》在努力切斷先進的芯片設計和製造產能與中國聯繫的同時,也在極力地避免破壞現有的產業生態,防止對現有產業鏈造成衝擊。因為,美國自身可能也承受不了這種衝擊。這表明美國角力的重點放在了科技競爭範疇,核心意圖是阻礙中國高科技領域的發展,而非直接阻斷中美之間的經貿聯繫。

  回應科技競爭最有力的方式是創新,唯有創新才能夠真正破除技術封鎖。

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