頭條揭密》卡不住7nm 美斷供EDA能阻陸先進工藝國產化？
美國卡住EUV光刻機，中國也造出7nm製程晶片，美國若卡住EDA，中國有沒有辦法突破封鎖？這將是近期半導體業界與國際上高度重視的問題。（圖／Shutterstock)
美國宣佈晶片法案之後，再次就半導體技術對華實施出口管制，設限項目包括2類半導體材料與一類用於晶片設計的EDA─即電腦輔助設計軟體。這類軟體被稱爲「晶片之母」，沒有它就無法設計晶片。但是，就像卡住了EUV光刻機，中國同樣造出7nm製程晶片，美國若卡住EDA，中國有沒有辦法突破封鎖？是否有助於EDA技術國產化的目標？這是目前半導體業界非常關切的議題。
拜登的晶片法案在國會通過後，隨即由商務部宣佈增加4個對大陸出口管制項目，除1項燃氣渦輪發動機技術外，其餘3項都與半導體產業有關。（圖／美聯社）
美國商務部日前宣佈限制用於開發閘極全環電晶體（GAAFET）結構積體電路所必需的電子電腦輔助設計（ECAD，或稱EDA）軟體，EDA是被用來完成晶片的功能設計、綜合、驗證、物理設計（包括佈局、佈線、版圖、設計規則檢查）等流程時廣泛使用的高級設計方式。GAAFET是相對於目前先進製程主流鰭式場效應電晶體（FinFET）更先進的技術，這項限制將阻礙中國開發3nm或更先進的製程。
美方爲防範中芯國際於先進製程上做出令人意外的技術突破，除了限制光刻機技術之外，另外再加一道設計軟體的限制與2項半導體材料障礙，以阻止其技術趕上全球最先進製程。圖爲中芯國際。（圖／路透）
美方加碼限制這項設計工具，很可能是受到數週前大陸中芯國際使用7奈米制程造出礦機晶片的影響，外界認爲中芯國際突破此一先進製程技術的可能由前臺積電研發長梁孟鬆主導，這項技術發展顯然已超越格羅方德，成爲全球製程技術排名第3的半導體代工公司。美方爲防範中芯國際於先進製程上做出令外界意外的技術突破，除了限制光刻機技術之外，另外再加一道設計軟體的限制與2項半導體材料做爲保險。
中芯國際突破7nm先進製程後，其技術發展顯然已超越格羅方德，成爲全球製程技術排名第3的半導體代工公司。圖爲格羅方德。（圖／路透）
然而，限制了EDA是否就能卡得住中國的半導體先進製程技術發展？EDA是半導體電腦輔助設計軟體的通稱，沒有EDA就無法設計晶片。而美方現在限制的是GAAFET的EDA軟體，而GAAFET是爲解決FinFET在5nm以下的問題而開發的架構，雖然如此，臺積電和英特爾認爲未來在3nm製程上，FinFET架構仍有可爲。因此，如果繼續使用FinFET架構開發3nm製程，美國的EDA禁令就暫時不會發生效用。至於英特爾宣佈將在5nm轉向GAAFET ，臺積電將在2nm引入GAAFET，這都不妨礙中國以FinFET開發3nm製程技術。如此雖然中國相較於美、臺、韓還是可能會慢了一步，但不至於動彈不得，何況目前主流製程的技術仍在FinFET上。
其次，EDA軟體仍有實現國產化的路徑可走。目前，全球的EDA軟體主要由美國楷登（Cadence）、美國新思科技（Synopsys）與德國西門子（SiemesEDA，原名Mentor Grphics）等3家企業壟斷，這3家在大陸EDA市場市佔率高達85%以上。大陸也有數家本土EDA軟體公司，約有11%市佔率，其他國家則分走另外的4%。
美方加碼限制晶片設計關鍵工具輸入中國，很可能是受到數週前大陸中芯國際使用7奈米制程造出礦機晶片的影響。（圖／Shutterstock)
大陸本土的EDA公司大約始於上世紀80年代，由於《巴統協議》的禁令限制，中國買不到晶片設計所需的最新EDA軟件，當時中國動員了17個單位的200多名專家，在北京集成電路設計中心開發供自己使用的工具，於1993年做出首款自主設計的EDA，取名「熊貓」。這款「熊貓」獲得大陸的科學技術進步獎，當時有20家設計公司和研究機構使用，由於價格低廉，外國也有些公司使用，市場反應不錯。
大陸本土企業做出EDA後，《巴統協議》禁令就在1994年取消，外國EDA巨頭進入中國，以其技術與資本優勢，很快地奪取大陸晶片設計軟體市場，加上大陸推動國際化，本土的EDA首先失去市場，跟着也失去政策支持，EDA發展幾乎陷入停滯。一直到15年後的2008年，中共實施「核高基」（核心電子器件、高端通用晶片及基礎軟體）重大科技專項研發，才重新扶植本土EDA，也再度出現一些大陸本土EDA公司。
目前半導體主流製程的技術仍在FinFET上，美方限制GAAFET的EDA軟體，暫時還看不到對中國半導體企業的影響。（圖／Shutterstock)
目前大陸約有50多家EDA公司，包括華大九天、國微集團、芯願景、芯華章、廣立微等等，其中規模最大的是華大九天，其董事長劉偉平參與過「熊貓」的開發，最近纔在創業板上市。它是唯一能夠提供先進製程模擬電路設計全流程EDA工具系統的大陸企業。其電路仿真工具支持5nm量產製程，其他模擬電路設計EDA工具則能支持28nm製程。另外也有公司的EDA能做到支持10nm，例如主攻數位晶片的思爾芯科技。
相較於美德3巨頭的EDA已達到2nm，大陸本土企業還有不少的距離，但是近幾年被「卡脖子」後，中共政策上更加支持本土企業，在《十四五規劃》和《2035年遠景目標綱要》中，對EDA的技術攻關就被列爲積體電路技術之首。許多人認爲，面對愈來愈多的限制禁令，或許也正是推動國產化的重要助力。
依照過去經驗，在本土企業克服技術障礙逐漸接近突破3nm門檻時，美方就會放開限制，以資本與技術優勢大舉掠奪市場，以阻止未來的對手從市場獲得持續發展的資金。（圖／Shutterstock)
以目前情況觀察，這次美方的禁令仍僅對3nm以下的晶片設計造成影響，而大陸多數廠商都還停留在20nm製程左右，短期內問題不大。不過，有些分析指出， 依照過去經驗，在本土企業克服技術障礙逐漸接近突破3nm門檻時，美方就會放開限制，以資本與技術優勢大舉掠奪市場，以阻止未來的敵對企業從市場獲得持續發展的資金。這種幾乎可以預見的將來，可能還需要北京給予更多的政策支持，才能壯大足以與外國競爭的本土企業，同時讓尖端半導體技術在國內紮根。