美國實(shí)施EDA軟件禁令，中國或將錯過(guò)下一代芯片技術(shù)

美國試圖鎖死中國下一代芯片技術(shù)

注意，這里說(shuō)的是下一代，是下一代！與現在的EDA軟件無(wú)關(guān)，這項EDA軟件的禁令只是針對GAA架構制程，這項工藝目前只有三星利用在了3nm的芯片生產(chǎn)上，而不出意外的話(huà)，臺積電也會(huì )在今年量產(chǎn)同代的芯。

中國目前的最先進(jìn)的工藝來(lái)自中芯國際，中芯在前不久被發(fā)現“偷偷”用DUV光刻機實(shí)現了7nm工藝的量產(chǎn)。但即使進(jìn)步如此神速，中芯國際和三星、臺積電之間，至少還隔著(zhù)一個(gè)7nm+（EUV版的7nm工藝）、5nm兩代，對中芯來(lái)說(shuō)，GAA至少是下下代才用到的東西，而目前中芯連7nm+的可能性都看不到，因為目前實(shí)現的7nm已經(jīng)是DUV光刻機的極限，想要再進(jìn)一步就需要EUV光刻機，現時(shí)根本買(mǎi)不到。

所以現下最頭疼的是：第一，從哪搞來(lái)EUV光刻機！第二，有了EUV光刻機后，怎么才能多快好省的研發(fā)并量產(chǎn)7nm+和后續的5nm工藝。至于用來(lái)設計3nm的GAA架構芯片的EDA軟件——虱子多了不癢，債多了不愁，至少就最近這幾年，似乎不是最緊要的事。

什么是GAA？

GAAFET是替代目前FinFET的下一代技術(shù)路線(xiàn)

GGA的全稱(chēng)是Gate all around Field Effect Transistors(簡(jiǎn)稱(chēng)GAAFET)，中文全稱(chēng)全環(huán)柵晶體管，該技術(shù)能夠延續半導體技術(shù)經(jīng)典“摩爾定律”的新興技術(shù)路線(xiàn)，可進(jìn)一步增強柵極控制能力，克服當前技術(shù)的物理縮放比例和性能限制。

各種晶體管結構示意圖，可見(jiàn)GAAFET整個(gè)外輪廓都被柵極完全包裹

GAA制程能夠提供比FinFET更好的靜電特性，滿(mǎn)足某些柵極寬度的需求。在同等尺寸結構下，GAA溝道控制能力增強，給尺寸進(jìn)一步微縮提供可能；傳統FinFET的溝道僅三面被柵極包圍，GAA以納米線(xiàn)溝道設計的整個(gè)外輪廓都被柵極完全包裹，意味著(zhù)柵極對溝道的控制性能就更好。專(zhuān)家表示：“與FinFET相比，除了具有更好的柵極控制能力以外，GAA堆疊的納米線(xiàn)還具有更高的有效溝道寬度，能夠提供更高的性能。”

6月30日，三星已經(jīng)率先宣布基于3nm的芯片已經(jīng)開(kāi)始初步生產(chǎn)，相較三星5nm工藝，3nm的芯片性能提高23%，功耗降低45%，芯片面積減少16%。

研發(fā)3nm工藝過(guò)程中，需要EDA供應商深度合作

而在流片、試產(chǎn)過(guò)程中，三星和全球三大EDA軟件供應商新思科技（Synopsys）深度合作，加速為GAA 架構的生產(chǎn)流程提供高度優(yōu)化參考方法。因3nm制程不同于臺積電或英特爾FinFET 架構的GAA 架構，需要新設計和認證工具，因此采用了新思科技的Fusion Design Platform。三星代工設計技術(shù)團隊副總裁表示，新思科技的支持非常關(guān)鍵。

用來(lái)實(shí)現GAA架構的新思科技EDA軟件中的物理設計套件（PDK）已在2019年5月發(fā)布，2020 年通過(guò)制程技術(shù)認證。

“ANSYS和三星攜手合作，使用3nm GAA技術(shù)繼續為最先進(jìn)的設計提供支持技術(shù)。目前，Ansys多物理場(chǎng)仿真平臺的簽核精度，保證了我們與行業(yè)前沿地位的三星晶圓代工持續合作伙伴關(guān)系”——EDA服務(wù)商ANSYS
“楷登電子與三星晶圓代工密切合作，讓客戶(hù)能夠通過(guò)使用我們的數字解決方案實(shí)現3納米（nm）GAA技術(shù)工藝節點(diǎn)的最佳功率、性能和尺寸。從數據描述到全數字流程實(shí)施和簽名，所有這些都基于Cadence Cerebrus AI的技術(shù)驅動(dòng)，以最大限度地提高生產(chǎn)率。通過(guò)定制解決方案，我們與三星共同啟用并驗證了完整的AMS流程，通過(guò)自動(dòng)化布局提高了電路設計和模擬的生產(chǎn)效率。我們期待著(zhù)繼續以這樣的合作，取得更大的成功?！?span style="font-weight: 600; font-synthesis: style;">——EDA服務(wù)商楷登電子
“西門(mén)子EDA很高興通過(guò)與三星的合作，從最初開(kāi)發(fā)階段確保我們現有的軟件平臺也能夠在三星新的3納米（nm）工藝節點(diǎn)上運行。通過(guò)SAFE?計劃，西門(mén)子行業(yè)領(lǐng)先的3納米EDA工具得已認證”——EDA服務(wù)商西門(mén)子EDA
“通過(guò)我們與三星代工事業(yè)部的長(cháng)期戰略合作，使得我們的解決方案能夠支持三星的先進(jìn)工藝，幫助我們共同的客戶(hù)加快他們的設計周期?，F在通過(guò)新思科技數字設計、模擬設計和IP產(chǎn)品，繼續擴大對三星采用GAA架構的3 nm工藝的支持，使客戶(hù)能夠為關(guān)鍵的高性能計算應用提供差異化的SoC?！?span style="font-weight: 600; font-synthesis: style;">——EDA服務(wù)商新思科技

現在，上面四家有能力提供GAA技術(shù)EDA設計軟件的，都無(wú)法向中國提供相關(guān)產(chǎn)品。

臺積電的態(tài)度：3nm仍然堅守FinFET

對臺積電而言，GAAFET仍然只是未來(lái)的發(fā)展路線(xiàn)。FinFET的技術(shù)潛力尚未完全發(fā)揮，因此臺積電目前研發(fā)順利的3nm工藝仍將采用成熟的FinFET技術(shù)，預計在2nm工藝制程上，臺積電才會(huì )引入GAAFET。

臺積電業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)副總張曉強：臺積電認為繼續采用FinFET架構開(kāi)發(fā)3納米制程，能幫助客戶(hù)取得成功的最佳方案。預期3納米效能可較5納米提升10%至15%，功耗減少25%至30%，邏輯密度增加1.7倍，SRAM密度提升1.2倍，類(lèi)比密度則提升1.1倍。

臺積電預計將在2nm工藝節點(diǎn)將轉向GAA架構，全新的MBCFET（多橋-通道場(chǎng)效應晶體管）架構以GAA制程為基礎，可以解決FinFET因為制程微縮，產(chǎn)生的電流控制漏電等物理極限問(wèn)題。因此2nm或將是FinFET結構全面過(guò)渡到GAA結構的技術(shù)節點(diǎn)。在經(jīng)歷了Planar FET，FinFET后，晶體管結構將整體過(guò)渡到GAAFET結構上。

如果美國擴大出口管制，被視為下一代，或對中國來(lái)說(shuō)至少是下下一帶的芯片開(kāi)發(fā)設計軟件，中國將遭遇災難性的挫折。

而這項技術(shù)需要專(zhuān)業(yè)EDA軟件，中國在這一領(lǐng)域落后于全球同行。工程師們需要這樣的軟件來(lái)設計集成電路(IC) ，而市場(chǎng)由楷登電子Cadence、新思科技(Synopsys)和西門(mén)子 EDA主導，這些公司都位于西方。

英偉達(Nvidia)一位芯片設計專(zhuān)業(yè)人士表示:“與全球同行相比，中國在 EDA 軟件方面存在巨大差距。Synopsys 和 Cadence 至少花了30年時(shí)間來(lái)建立他們在這一領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)知識。(中國)在短期內趕上的可能性很小?！?/p>

由于美國對尖端設備實(shí)施出口管制，我國目前沒(méi)有一家代工廠(chǎng)能夠開(kāi)發(fā)出5納米以下的制造技術(shù)，并且約3000家集成電路設計公司仍嚴重依賴(lài)進(jìn)口的EDA軟件。而用于設計非GAA芯片的EDA軟件未來(lái)是否也會(huì )受到禁令影響？沒(méi)人能回答這個(gè)問(wèn)題。

國內的EDA軟件廠(chǎng)商行不行？

國家目前在努力減少對海外采購的半導體設計軟件和設備的依賴(lài)，國內的EDA行業(yè)一直在蓬勃發(fā)展。數十家公司一直在尋求替代進(jìn)口系統，投資者也投入大量資金，希望政府的支持將有助于該行業(yè)的蓬勃發(fā)展。中國EDA供應商帝天科技自上周在深圳IPO以來(lái)，其股價(jià)已上漲兩倍。在2020年，帝天科技在國內EDA市場(chǎng)占有約6%的份額。

在非上市的EDA公司中，X-Epic是中國EDA行業(yè)一顆冉冉升起的新星。最近，該公司被南京評為17家有前途的初創(chuàng )企業(yè)之一。該公司已成立了一個(gè)研究機構，以加快EDA 2.0技術(shù)突破，并開(kāi)發(fā)國產(chǎn)EDA生態(tài)系統。根據 PitchBook的數據，截至今年1月，該公司已經(jīng)籌集了1.217億美元，其投資者包括中國國家開(kāi)發(fā)銀行和紅杉資本中國。

一份報告顯示，2020年EDA工具的全球市場(chǎng)規模估計為91億美元。預計到2026年將增長(cháng)64%，達到149億美元。