近些年美中關係緊張,晶片設計工具EDA也成為美中科技競爭的新戰場。儘管中共不計成本與後果地進行巨額補貼,但仍沒有辦法解決發展EDA最大的障礙。

甚麼是EDA?

ECAD或稱為EDA,即電子設計自動化(Electronic design automation),是晶片設計必不可缺的一個軟件工具。

不同的製程階段,有不同的EDA工具,22nm至5nm製程,主流工藝架構是FinFET;GAA屬於下一代晶片工藝,是2nm製程以下的主流工藝架構。

雖然EDA行業僅佔價值6,000億美元全球半導體行業的1.6%,但卻是開發最新尖端晶片供應鏈中的關鍵瓶頸。製程越先進的晶片,對EDA工具的依賴度越高。

全球EDA領域由三家美國公司主導:Synopsys、Cadence和Siemens EDA,這三家公司共同生產了設計、生產和測試最複雜晶片所需的幾乎所有軟件。

三大巨頭產品都支持的最先進工藝,能達到2nm,而中國國內華大九天僅一款產品支持5nm,思爾芯的EDA產品僅支持10nm製程,其它僅支持28nm製程,與國際工藝相差甚遠。

上海諮詢公司ICWise Research的數據顯示,儘管中國大陸努力生產本土尖端晶片,但這三家公司仍佔據中國 EDA 市場近80%的份額。

美國晶元軟件製造商新思科技(Synopsys)。示意圖(Shutterstock)
美國晶元軟件製造商新思科技(Synopsys)。示意圖(Shutterstock)

台灣工研院政策與區域研究組組長李冠樺對《大紀元》表示,EDA是IC設計業者的協助工具,IC設計業者透過EDA的工具,把程式語言轉化成實地晶片布局,然後將實體晶片布局資料打包以後,交給晶圓代工業者製作光罩,然後進行製造。

「隨著晶片設計越來越走向高階,比如Apple的A17 Pro晶片大概有近190億個電晶體,把這190億個電晶體合適布局到晶片上面, EDA的功能和運算能力必須非常強大。」

國產EDA通過3nm認證?

2022年8月,美國對中國實施GAA工藝EDA的出口禁令,限制中共發展下一代3納米以下製程晶片技術的能力。

2023年美國制裁後不久,大陸網絡很快傳出,華大九天宣布其EDA軟件已經成功支持了3nm工藝節點,且已經獲得台積電和三星等全球領先的晶片代工廠商的認可和下單。國產EDA廠商概倫電子也支持7nm/5nm/3nm等先進工藝節點。

2023年2月28日江蘇省宿遷市一個生產半導體晶片的工廠。(STR/AFP)
2023年2月28日江蘇省宿遷市一個生產半導體晶片的工廠。(STR/AFP)

李冠樺表示,「大陸網絡提到台積三星兩邊下單,我有點疑惑,不太符合我的認知,我不太能認同它達到了國際先進水平。」

他分析說,事實上對於IC業者來說,EDA工具除了必須要有優良布局能力以外,還有兩個因素非常關鍵:一個就是EDA業者必須能夠提供豐富的矽智財庫(IP Library又稱知識產權核庫),因為程式語言變成實際的電晶體布局,很多需要事前的轉化驗證,國際上像Cadence或Synopsys,更強調能把程式語言轉化成真正可以落實、確保良率的矽智財元件。

「其次就是矽智財元件在開發的時候,必須要跟晶圓代工業者高度配合,越先進的製程越需要如此,這樣才能確保可以完美地實現在代工廠的製造上面。」

他總結說,「如果從布局能力、豐富的矽智財及跟晶圓代工的高度配合這三個條件來看,華大九天頂多只是在布局能力可以達到3納米布局要求,至於後兩個條件,我是持懷疑態度的。」

台灣IC設計資深經理Brad Liao對《大紀元》表示,通常認定一個EDA軟件在3納米成功,是指IC設計公司利用EDA的軟件設計出晶片,交給台積電、三星等具有3納米技術的代工廠製造。而且製造出來的晶片測試結果是成功的,才能說這個EDA軟件在3納米OK。

「目前沒有看到任何一家IC設計公司,利用華大的EDA設計出3納米產品有產出。所以,華大的宣布只是自己宣稱的,並沒有真正經過市售產品驗證過的。」他說。

中共巨額補貼也解決不了發展障礙

面對美國全面的晶片出口管制,中共試圖自力更生。中共2021年發布的最新五年經濟規劃中,將晶片設計軟件確定為半導體行業技術突破的重中之重。

2023年,南京成立了國家EDA創新中心,並將其目標設定為「承擔打破美國在EDA軟件領域壟斷的關鍵工作」。

同時,加大政府對國內EDA產業的補貼,並推動國內企業佔據更大的市場份額。

2018年9月,中共「大基金」項目投入華大九天2,400萬人民幣的股權;2019年5月華為被美國納入實體清單後,中共財政部與稅務總局宣布IC設計企業與軟件企業可享「兩免三減半」政策。

地方政府也紛紛推出EDA產業的補貼政策:深圳2019年5月宣布補貼EDA公司資本支出20%、對EDA營運收入10%給予獎勵補貼,EDA最重要的研發費用給予30%補助等等;上海2022年補貼EDA企業投資30% 、杭州2022年7月補貼EDA R&D 15%、北京則於2023年2月宣布補貼最多50%的EDA工具採購費用。

華大九天2024年上半年,華大九天獲得了7,700萬元人民幣的政府補貼。

李冠樺表示,對於半導體來說,補貼已是中共的一個戰略了,即使是現在經濟不景氣,它還會持續進行補貼。因為對它來講,這是非常關鍵卡脖子的技術,一定要想辦法掌握自主能力。

Brad Liao表示,設計一個晶片需要投入大量的人力、金錢和時間,而中國大陸的EDA軟件目前技術依然落後國際三大EDA廠。目前中國大陸很多IC設計公司使用的國際EDA大廠軟件是盜版的,所以在中國大陸,它本身使用本土EDA工具的誘因非常小。萬一中國大陸的補貼再取消之後,本土EDA廠商的前景會更加黯淡。

儘管中國EDA企業雖有短期政府大力注資,但長期結構上仍面臨人才不足、EDA生態環境弱、產品成熟度差、無法有先進製程代工廠商配合研發等問題。

李冠樺表示,中國大陸發展EDA最大的障礙,還是在於它沒辦法取得台積電等代工廠先進製程的配合。因此即使它做出來了,它實現的良率跟功能,是不是都達到原先設計者的預期,還是存疑的。

他說,因為布局能力靠發展運算,還有辦法克服。但先進製程比的是最先端的技術以及資本。在目前美國的管制下面是有困難的。所以距離美國的領先水準的差距還蠻大的。

「中國的EDA頂多就是在中國境內,應該是走不出中國了。」

Brad Liao表示,美國目前在EDA工具上的制裁只限於GNA電晶體的技術,也就是2-3納米的技術,這是非常先進的技術。目前中國大陸IC設計公司,基本上沒有人使用2-3納米的技術來進行量產, 2-3納米以外的都沒有限制。

「EDA軟件技術障礙沒有像光刻機這麼遙不可及,技術的障礙也沒有那麼大,所以我覺得不會引發美國新一輪的EDA制裁。」

李冠樺表示,EDA不過就是在晶片實現中的協助工具,現在美國已經對先進設計上的EDA工具有制裁,包含人才上面,都已經進行了充份的管制了。事實上應該已經幾乎把可能的路都堵住了,應該不會有新一輪的制裁。#

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