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卡脖子加码,产业上游被“封喉”?

是说芯语 2023-02-02

The following article is from 盐财经 Author 向由

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本文授权转载自“盐财经”,ID: nfc-yancaijing,作者:向由  编辑:煎尼






继“芯片法案”签署后,这两天,美国再祭出试图将芯片产业“绝对控制”的一大杀招。

 

本周五,美国商务部宣布,对4项技术的出口作出限制,其中3项与半导体有关。

 

这4项技术分别是:可用于火箭和高超音速系统的压力增益燃烧技术;能承受高温高电压的第四代半导体材料氧化镓和金刚石;专门用于3nm及以下芯片设计的ECAD软件。

 

列入清单后,这4项技术的出口,需要向美国商务部申请出口许可。对此,美国商务部给出的理由是,“出于国家安全考虑”。


美国商务部宣布,对4项技术的出口作出限制,其中3项与半导体有关


这一次的出口管制禁令,没有明确提到中国,但很明显,这是对美国“芯片法案”及战略的一个配套措施。目的在于,遏制美国的竞争对手在芯片领域,尤其是先进的前沿的芯片技术方面取得进展。


美国剑指的主要竞争对手,当然是中国。

 


产业上游被“封喉”


被列入清单的4项技术中,引发了最多关注的是“管制用于开发GAAFET结构的EDA软件”。

 

这也意味着,美国对中国大陆的技术封锁,从“芯片制造”延伸到了“芯片设计”。

 

一颗芯片的生产过程,主要有四个环节:设计、制造、封装和测试。


很显然,这次美国的技术封锁已经“更上层楼”,逼近了芯片产业链的最上游。

 

芯片设计离不开EDA软件,用一个比喻来说,就像建筑和电器设计领域中,离不开绘图软件CAD一样。

 

“如果完全失去EDA工具,集成电路芯片将不可能继续大规模量产”,芯谋研究分析师商君曼告诉盐财经。

 

芯片设计离不开EDA软件


与地面建筑物相似,芯片电路图的设计,就像在硅片上设计一座座高楼大厦,最终发展成为能够运转的城市群。


只不过,它的尺度小得多、精密得多。

 

在上世纪七八十年代,工程师们设计芯片时采用的是手绘图纸。


随着芯片复杂度提升,人力已经不能满足芯片百亿级别的晶体管设计、制造工程,必须借助EDA软件的辅助。

 

EDA的全名翻译为“电子设计自动化”,但芯谋研究分析师商君曼告诉盐财经,EDA辅助的作用不只是在设计一环,“它贯穿了整个集成电路设计、生产、制造流程”。

 

“(对电路图)分析、优化和验证是伴随着设计的。芯片设计流程本身,就是设计、分析、优化、验证反复迭代”,商君曼表示,在芯片设计业内,有“一步一验证”的说法,即每一步设计步骤的推进如果存在违例或不满足设计需求,都要返回迭代,重复进行上一步,直至符合需求。

 

同时,除了最主流的设计用EDA工具外,还存在晶圆制造、封测等环节使用的EDA工具。晶圆制造EDA工具用于支持工艺开发、器件模型、掩膜设计、良率分析等。

 

因此,EDA并不是指某一款软件,它是一类软件的统称。

 

而在芯片生产的环节中,不同的芯片和流程,都要用到不同的EDA。

 

商君曼介绍,从流程覆盖来看,EDA可以分为单点式EDA工具,以及流程式EDA工具(可拓宽升级为全流程EDA工具)。

 

而美国作为半导体技术的起源地,在EDA领域占有绝对优势。


在全球 EDA 市场,新思 Synopsys、Cadence 和西门子Siemens EDA 三家占比达70%;在中国市场,这三大EDA公司的市占率在78%左右。


在全球 EDA 市场,新思 Synopsys、Cadence 、西门子Siemens EDA 三家占比达70%


因此,美国政府对EDA技术的染指,无疑是一次“扼咽喉”的行为。

 

配合“芯片法案”等近期动作来看,商君曼认为,这昭示着美国对中国芯片战打出了一张标志性类型领域的牌。



一次事先张扬的围堵


美国企图重新成为“芯片制造”重地,这已经再明显不过了。因此可以说,EDA这张牌的出现,并没有令业界惊讶。

 

问题只在于,它何时出现、它的影响面有多大?

 

现在,美国政府的目标很明显了:一方面,保持自身的技术优势;另一方面,对竞争对手可能发起的对先进技术的探索,提前“封路”。

 

如前文所说,EDA是一系列不同软件的统称,而被美国商务部列入清单的,只是“用于开发GAAFET结构的EDA软件”。

 

何为“GAAFET结构”?

 

简单地理解,“GAAFET结构”是通向3nm及以下先进制程的一个基础。


GAAFET 横截面


我们知道,逻辑电路的正常运行,主要依赖对电子在半导体单元中的精准控制。20nm工艺以前,平面结构的Planar FET是主流技术。

 

不过,在向先进制程迈进之后,晶体管越来越小,意味着沟道接触面积也在变小,对电流的控制也就变得不稳定。

 

所以,在当时,替代的技术为FinFET结构晶体管,其中,Fin(鳍)伸出来,增加了沟道接触面积,也就增加了控制电流的有效宽度。


但是工艺继续进步,FinFET结构也出现了短板。因此,3nm及以下的工艺时代,GAAFET结构被看作是解决方案。

 

目前已知的是,三星宣传将在3nm工艺上使用GAAFET,而台积电则宣布,会推延至2nm工艺时再使用GAAFET。

 

三星宣传将在3nm工艺上使用GAAFET


所以,GAAFET结构,是进军先进制程的“通行证”。


因此,美国商务部这一次的打击面只有3nm及以下的先进制程,影响相对有限。

 

“国内现有的比较普遍的芯片设计制程暂未抵达3nm及以下”,商君曼对盐财经表示,该政策重点限制的是“未来”,而非“当下”。

 

目前市面上,3nm及以下制程的玩家,只有韩国的三星、中国台湾的台积电,以及美国的英特尔。

 

不过商君曼表示,长期来看,如果美国持续加码断供先进制程EDA工具的行为,我国芯片设计企业向更高附加值、更强技术能力提升的通道将被阻断,先进制程突破难度加大。



机关算尽,反伤自身


至此,新的技术管制对于中国大陆而言,其影响范围已经明确。“虽无近忧,但有远虑”。

 

不过将视野放宽,尤其站在美国的角度上,以上技术管制的威力还不只如此。

 

8月9日,美国总统拜登签署通过了“芯片法案”。该法案规定,美国政府将提供500多亿美元,用来扩充美国本土的芯片制造份额。

 

当地时间2022年8月9日,美国首都华盛顿特区,美国总统拜登在白宫签署《芯片和科学法案》


虽然半导体技术是在美国起家,但在上世纪七八十年代,芯片制造的重地逐渐转移,先是日本,后来是韩国和中国台湾。


时至今日,半导体产业的战略意义格外凸显,一场“军备赛”已然开打。

 

美国迫切地需要芯片制造“回流”,这已然路人皆知。


不久前,美国政府“第三号人物”佩洛西出访亚洲,无论在新加坡、韩国,还是窜访中国台湾时,都没有放过与当地半导体领头人见面的机会。


然而实际上,在美国政府要求“选边站”的胁迫下,各地区的半导体头部企业被置于为难当中。

 

以韩国的半导体巨头三星和海力士半导体为例,一方面,它们被游说前往美国本土建厂,成本高昂;另一方面,获得美国补贴的前提,是要接受针对中国的“排他性条款”。

 

美国拥有行业领导力,使得巨头们不得不从,但是另一端,巨头们也无法放弃中国大陆的市场。三星和海力士半导体,还在中国拥有近一半的产能,这更使得“选边站”的风险加大,造成左右为难。

 

比起在美国建厂的“高投入、低收益”,美国政府的补贴,其实也是“杯水车薪”。

 

表面上看,美国芯片法案给出的500多亿美元,规模不可谓不大,但在半导体领域,以台积电为例,每年的投入就超过400多亿美元。那么,美国的补贴被各家分一分之后,能有多少?

 

台积电每年的资本投入就超过400多亿美元


而在巨头们都为难之际,美国继续加码“技术管制”,露出了牙齿。或许我们可以理解为,这些牌不只是打给“竞争对手”看的,它也是对“朋友们”摊开的筹码。

 

回到技术限制对于我国的意义上来看,尽管它目前影响很小,但是,“EDA国产化”无疑应该快马加鞭了。

 

商君曼告诉盐财经,他看好EDA工具的国产化,“原因之一是,国内EDA企业此前发展的重点难关之一是客户不愿意使用,导致产品迭代和协同升级缓慢,在当前自主可控需求驱动下,国内企业使用国产EDA工具的意愿相对增强,应用将反过来带动国内EDA企业发展”。

 

不过,由于技术门槛高、细分类别多、专业人才稀缺等原因,商君曼也表示,国产EDA当前仍处于市场渗透率较低的水平,其国产化将是一个比较漫长的过程。


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