美國試圖鎖死中國下一代芯片技術(shù)

注意，這里說的是下一代，是下一代！與現(xiàn)在的EDA軟件無關(guān)，這項EDA軟件的禁令只是針對GAA架構(gòu)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，臺積電也會在今年量產(chǎn)同代的芯。

中國目前的最先進的工藝來自中芯國際，中芯在前不久被發(fā)現(xiàn)“偷偷”用DUV光刻機實現(xiàn)了7nm工藝的量產(chǎn)。但即使進步如此神速，中芯國際和三星、臺積電之間，至少還隔著一個7nm+（EUV版的7nm工藝）、5nm兩代，對中芯來說，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，因為目前實現(xiàn)的7nm已經(jīng)是DUV光刻機的極限，想要再進一步就需要EUV光刻機，現(xiàn)時根本買不到。

所以現(xiàn)下最頭疼的是：第一，從哪搞來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(xù)的5nm工藝。至于用來設(shè)計3nm的GAA架構(gòu)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

GGA的全稱是Gate all around Field Effect Transistors(簡稱GAAFET)，中文全稱全環(huán)柵晶體管，該技術(shù)能夠延續(xù)半導(dǎo)體技術(shù)經(jīng)典“摩爾定律”的新興技術(shù)路線，可進一步增強柵極控制能力，克服當(dāng)前技術(shù)的物理縮放比例和性能限制。

各種晶體管結(jié)構(gòu)示意圖，可見GAAFET整個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，滿足某些柵極寬度的需求。在同等尺寸結(jié)構(gòu)下，GAA溝道控制能力增強，給尺寸進一步微縮提供可能；傳統(tǒng)FinFET的溝道僅三面被柵極包圍，GAA以納米線溝道設(shè)計的整個外輪廓都被柵極完全包裹，意味著柵極對溝道的控制性能就更好。專家表示：“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工藝過程中，需要EDA供應(yīng)商深度合作

而在流片、試產(chǎn)過程中，三星和全球三大EDA軟件供應(yīng)商新思科技（Synopsys）深度合作，加速為GAA 架構(gòu)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(gòu)的GAA 架構(gòu)，需要新設(shè)計和認證工具，因此采用了新思科技的Fusion Design Platform。三星代工設(shè)計技術(shù)團隊副總裁表示，新思科技的支持非常關(guān)鍵。

用來實現(xiàn)GAA架構(gòu)的新思科技EDA軟件中的物理設(shè)計套件（PDK）已在2019年5月發(fā)布，2020 年通過制程技術(shù)認證。

“ANSYS和三星攜手合作，使用3nm GAA技術(shù)繼續(xù)為最先進的設(shè)計提供支持技術(shù)。目前，Ansys多物理場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(xù)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，讓客戶能夠通過使用我們的數(shù)字解決方案實現(xiàn)3納米（nm）GAA技術(shù)工藝節(jié)點的最佳功率、性能和尺寸。從數(shù)據(jù)描述到全數(shù)字流程實施和簽名，所有這些都基于Cadence Cerebrus AI的技術(shù)驅(qū)動，以最大限度地提高生產(chǎn)率。通過定制解決方案，我們與三星共同啟用并驗證了完整的AMS流程，通過自動化布局提高了電路設(shè)計和模擬的生產(chǎn)效率。我們期待著繼續(xù)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
“西門子EDA很高興通過與三星的合作，從最初開發(fā)階段確保我們現(xiàn)有的軟件平臺也能夠在三星新的3納米（nm）工藝節(jié)點上運行。通過SAFE?計劃，西門子行業(yè)領(lǐng)先的3納米EDA工具得已認證”——EDA服務(wù)商西門子EDA
“通過我們與三星代工事業(yè)部的長期戰(zhàn)略合作，使得我們的解決方案能夠支持三星的先進工藝，幫助我們共同的客戶加快他們的設(shè)計周期?，F(xiàn)在通過新思科技數(shù)字設(shè)計、模擬設(shè)計和IP產(chǎn)品，繼續(xù)擴大對三星采用GAA架構(gòu)的3 nm工藝的支持，使客戶能夠為關(guān)鍵的高性能計算應(yīng)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(xiàn)在，上面四家有能力提供GAA技術(shù)EDA設(shè)計軟件的，都無法向中國提供相關(guān)產(chǎn)品。

臺積電的態(tài)度：3nm仍然堅守FinFET

對臺積電而言，GAAFET仍然只是未來的發(fā)展路線。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(yù)計在2nm工藝制程上，臺積電才會引入GAAFET。

臺積電業(yè)務(wù)開發(fā)副總張曉強：臺積電認為繼續(xù)采用FinFET架構(gòu)開發(fā)3納米制程，能幫助客戶取得成功的最佳方案。預(yù)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，類比密度則提升1.1倍。

臺積電預(yù)計將在2nm工藝節(jié)點將轉(zhuǎn)向GAA架構(gòu)，全新的MBCFET（多橋-通道場效應(yīng)晶體管）架構(gòu)以GAA制程為基礎(chǔ)，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題。因此2nm或?qū)⑹荈inFET結(jié)構(gòu)全面過渡到GAA結(jié)構(gòu)的技術(shù)節(jié)點。在經(jīng)歷了Planar FET，F(xiàn)inFET后，晶體管結(jié)構(gòu)將整體過渡到GAAFET結(jié)構(gòu)上。

如果美國擴大出口管制，被視為下一代，或?qū)χ袊鴣碚f至少是下下一帶的芯片開發(fā)設(shè)計軟件，中國將遭遇災(zāi)難性的挫折。

而這項技術(shù)需要專業(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設(shè)計集成電路(IC) ，而市場由楷登電子Cadence、新思科技(Synopsys)和西門子 EDA主導(dǎo)，這些公司都位于西方。

英偉達(Nvidia)一位芯片設(shè)計專業(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年時間來建立他們在這一領(lǐng)域的專業(yè)知識。(中國)在短期內(nèi)趕上的可能性很小?！?/p>

由于美國對尖端設(shè)備實施出口管制，我國目前沒有一家代工廠能夠開發(fā)出5納米以下的制造技術(shù)，并且約3000家集成電路設(shè)計公司仍嚴重依賴進口的EDA軟件。而用于設(shè)計非GAA芯片的EDA軟件未來是否也會受到禁令影響？沒人能回答這個問題。

國內(nèi)的EDA軟件廠商行不行？

國家目前在努力減少對海外采購的半導(dǎo)體設(shè)計軟件和設(shè)備的依賴，國內(nèi)的EDA行業(yè)一直在蓬勃發(fā)展。數(shù)十家公司一直在尋求替代進口系統(tǒng)，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(yīng)商帝天科技自上周在深圳IPO以來，其股價已上漲兩倍。在2020年，帝天科技在國內(nèi)EDA市場占有約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研究機構(gòu)，以加快EDA 2.0技術(shù)突破，并開發(fā)國產(chǎn)EDA生態(tài)系統(tǒng)。根據(jù) PitchBook的數(shù)據(jù)，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工具的全球市場規(guī)模估計為91億美元。預(yù)計到2026年將增長64%，達到149億美元。