美國從EDA下絆子，3nm工藝關鍵技術GAA將與中國無緣？

美國商務部工業安全局在近日宣布，將四項新技術納入出口管制，包括兩大寬帶隙半導體材料（氧化鎵和金剛石）、開發GAAFET結構集成電路的ECAD軟件、以及生產和開發燃氣渦輪發動機或系統的壓力增益燃燒技術。我們在上一篇文章中已經對這四大技術的出口管制進行了分析，本文我們來詳細講講GAA相關EDA軟件的限制有何影響。

在美國商業部工業安全局給出的這份決定文件中，關于GAA EDA的條例將直接被添加到“電子類”商業控制清單中的軟件出口控制中。我們可以通過對比一下位列其中的其他軟件來有個大致認知，比如用于算力超過5GFLOPS、擁有32位及以上算數邏輯單元的信息安全微處理器的控制軟件；用于開發EUV光刻機光掩膜或光罩的計算光刻模型；用于讓微處理器、微電路在EMP或ESD干擾后1ms內完全恢復的軟件。

明眼人都能看出，美國對這類軟件的限制明顯是沖著在先進技術和國防安全來的，而GAAFET恰好就是目前最先進的半導體技術之一。而這類軟件出口管制給出的理由是國家安全和反恐怖主義，鑒于沒有哪個國家位于美國反恐怖主義的清單上，所以就只剩因為國家安全而實施出口管控的國家了，除了北約成員、日韓與新西蘭、澳大利亞得以幸免外，其余國家都被列入了管制范圍內。

EDA出口限制意欲為何

在美國《聯邦公報》刊登決定文件給出的細則中，對用GAAFET進行IC設計開發的EDA軟件進行了詳細的說明，美國商務部工業安全局指出EDA工具不僅僅用于商用IC的設計，同樣在軍用和航天航空用的FPGA和ASIC設計中起到不可或缺的作用。

針對四項新技術的出口管制文件 / 聯邦公報

自從EUV光刻機斷供以來，國內雖然在突破7nm芯片制造上已經受阻，但除了華為等被列入實體清單的公司外，仍然有設計7nm以下芯片并完成流片的能力，比如阿里巴巴的倚天710芯片。從國產GPU、AI芯片和服務器芯片的發展趨勢來看，我們已經走到了7nm、5nm的路口，未來要想繼續保持競爭力，只能沿著這個單行道走下去。

3nm GAA EDA解決方案 / 三星

而GAAFET技術是突破3nm及以下工藝的關鍵技術，對于已經開始限制14nm半導體制造設備出口的美國來說，此舉無疑是想從設計和制造兩頭來控制中國半導體產業的突破。美國其實已經在半導體設計上占據主導地位，但近年來自中國IC設計公司的挑戰不斷增加，所以美國開始實施各種出口管制，加上最近簽署的芯片法案，為的就是奪回半導體生產制造的霸主地位，同時又穩固自己在設計上的壟斷性優勢。

GAA的重要性與國內外EDA廠商差距

GAA作為FinFET結構的繼任者，采用了柵極全環繞半導體電子導通通道的方式，提供了良好的柵極控制和極佳的擴展性，有效抑制了短溝道效應，為半導體供應進入埃米時代奠定了基礎。

Intel 20A RibbonFET結構 / 英特爾

業界也已經達成了共識，GAA技術用于3nm及后續工藝已經成了定局，確定的廠商有三星、臺積電和英特爾。三星率先在3nm上開始使用GAA技術，而且已經正式開始生產，臺積電將在2nm節點上跟上這個潮流，英特爾則要等到Intel 20A這個節點才會使用。雖然其結構叫法可能有所不同，比如納米線、納米片或納米帶等等，但歸根結底都是GAA技術，考慮到目前仍在推進先進工藝的也就這么三家，要想繞過這一技術來設計3nm以下的芯片基本不可能了。

鑒于目前國內半導體產業的芯片設計流程中，美國EDA廠商的設計工具依然占據主導地位，尤其是先進工藝的芯片設計，所以這一出口管制帶來的影響才不可忽視。我們以率先使用GAA技術的三星為例，三星在今年六月底正式宣布了運用GAA技術的3nm芯片開始生產，三星先進代工廠聯盟的EDA合作伙伴們也紛紛發來祝賀，包括Ansys、Cadence、西門子EDA和新思，他們已經從仿真、驗證、布局上和三星的GAA技術展開了合作，全面涵蓋了模擬、數字和混合信號的IC設計。

早在2020年10月，新思就發布了3nm GAA的AMS（模擬與混合信號）設計參考流程，新思和三星對其進行合作優化，可為使用三星3nm GAA工藝技術的工程師在先進的5G、HPC、AI和IoT應用上提供最大化的設計效率，縮短設計周期。該流程包括設計時電遷移分析、實時設計規則檢查和新思的IC Validator物理驗證方案。

根據EDA廠商的看法，從FinFET到GAAFET，其實并不如從平面結構到FinFET那樣翻天覆地的變化，但每個流程節點都需要進行大量的“方法調整”。可如今GAA相關的出口管制砸下后，國內IC設計公司要想用上GAA工藝節點下的全流程EDA軟件工具也就難了，而國內EDA廠商目前最多只完成了數字或模擬一個方向的全流程電路設計，至于工藝上的進展我們可以從招股書中看出。

從華大九天的招股書來看，也只有電路仿真工具支持到了5nm，其他的模擬電路EDA設計工具還在28nm的水平。從國微思爾芯的招股書來看，其承接的國家級專項研究項目中，目標是開發一套數字芯片全流程EDA系統，包括布局布線、時序分析、物理驗證、邏輯綜合等工具，且支持16nm工藝，并對10nm工藝有一定支持，根據招股書中說明的實際執行情況來看，主要研究目標已經完成，正在后續驗收工作階段。

概倫電子在其招股書中表示其制造類與設計類EDA工具，均能支持到3nm的先進工藝節點和FinFET、FD-SOI半導體工藝，從其技術水平與特點一欄來看，這里指的主要是器件建模與驗證和電路仿真及驗證EDA工具。廣立微的招股書中也提到，其EDA解決方案已經成功應用于180nm到3nm的工藝技術節點，也已經進入三星電子的供應體系。

由此來看，國內EDA廠商在GAA技術上的積累還是有所缺失的，這也是因為對于三星和臺積電這類先進晶圓廠來說，他們在開發GAA工藝節點的過程中就與新思、Cadence、西門子EDA這三大EDA廠商緊密合作了，而國內EDA廠商往往只能在工藝節點開發完成后才能拿到數據，然后才能開始PDK相關的合作與開發。所以國內在這方面的落后，大部分要歸結于沒有長時間的經驗與合作積累。

管制的后續影響

GAA相關EDA的出口管制其實和此前對華為、中芯國際的限制在性質上并不一樣，這次針對的不再是特定的公司，而是直接從產業鏈上出發，對國家進行限制。這對于EDA廠商、晶圓廠未來的營收都是一次沉重的打擊，以新思為例，今年第二季度來自中國的營收占比約16.8%，但仍處于一個上漲的趨勢。

顯而易見的是，這一連串的出口管制確實對中國3nm及之后的芯片設計造成了一定影響，但并沒有封堵所有的可能性。對于GAAFET結構的芯片制造來說，EDA工具只是其中一環，美國并沒有對三星或臺積電的GAA PDK做出限制，像華大九天、概倫電子、廣立微和鴻芯微納等廠商又是三星和臺積電的EDA合作伙伴。

這樣一來，國內EDA廠商若是也開始布局GAAFET的話，依然不會受此限制。而現有的美國EDA廠商在GAA節點之外的軟件工具，也可以繼續用下去，當然，如果能拿到美國商業部的許可的話，還是可以繼續供應GAA相關EDA工具的，但這種可能性幾近微乎其微了。

此外，這一規定中也提到，EDA軟件常常以模塊和功能授權的形式來提供，像GAA這樣的特定技術也必須得通過“專門設計”來實現。這也是另外三項出口管制即刻生效，而針對EDA的出口管制還要到10月份才會實施的原因，在此之前美國商務部將征求公眾和行業意見，確定有哪些特定的軟件特性或功能可以用于設計GAAFET架構的芯片，計劃探討出一個合理的出口管控方式，所以具體如何實施尚未確定下來，但管制是逃不掉了。

這就和EUV光刻機和華為5G芯片的處境一樣，固然國內依然可以購置ASML的DUV光刻機，但與EUV光刻機徹底無緣了，而華為也只是可以用上高通的4G移動芯片而已。美國政府并不打算斬斷本國公司在中國的所有盈利來源，但同時也決心隔絕中國有任何在先進半導體技術上做出突破的契機。

國產EDA的下一個目標

其實大家對于GAA相關EDA的出口管制也不必太悲觀，首先模擬電路這塊的迭代速度相對較慢，還沒有那么快用上GAA技術，所以這項舉措影響的主要還是2024年之后的數字電路設計。

而國內的數字EDA廠商也已經開始行動，支持7nm/5nm的邏輯綜合、仿真驗證技術均已經在研發階段，再下一步肯定就是3nm之后的節點了。美國實施的出口管制目前看來還是在“戰未來”，但無疑也為國內EDA廠商定下了一個不小的目標。