手工設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)芯片的日子早已一去不復(fù)返了。在 1970 年代芯片中包含數(shù)千個(gè)晶體管，而今天它們已經(jīng)超過(guò)了 1000 億個(gè)，而手動(dòng)創(chuàng)建這些設(shè)計(jì)是不可能的。這就是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化 （EDA） 軟件的用武之地。它是一類工具，可幫助電氣工程師設(shè)計(jì)和開發(fā)更復(fù)雜的芯片。

該軟件現(xiàn)在構(gòu)成了中美科技貿(mào)易戰(zhàn)的最新戰(zhàn)線。8 月 12 日，美國(guó)商務(wù)部宣布對(duì)某些 EDA 工具實(shí)施多邊出口管制，阻止中國(guó)和 150 多個(gè)其他國(guó)家（基本上是任何不是美國(guó)傳統(tǒng)盟友的國(guó)家）在沒有特別許可的情況下訪問(wèn)這些工具。

EDA 軟件是半導(dǎo)體供應(yīng)鏈中一個(gè)小而強(qiáng)大的部分，它主要由三個(gè)西方公司控制。這給了美國(guó)一個(gè)強(qiáng)大的籌碼點(diǎn)，類似于它上個(gè)月想要限制使用光刻機(jī)的方式——這是芯片制造的另一個(gè)關(guān)鍵工具。那么這個(gè)行業(yè)是如何變得如此以美國(guó)為中心的，為什么中國(guó)不能開發(fā)自己的替代軟件呢？

什么是 EDA？

電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（也稱為電子計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)或 ECAD）是用于芯片制造的專用軟件。它就像建筑師使用的 CAD 軟件，只是它更復(fù)雜，因?yàn)樗幚?a target="_blank">集成電路上的數(shù)十億個(gè)微型晶體管。

沒有任何一個(gè)占主導(dǎo)地位的軟件程序可以代表行業(yè)中的佼佼者。相反，在整個(gè)設(shè)計(jì)流程中經(jīng)常使用一系列軟件模塊：邏輯設(shè)計(jì)、調(diào)試、組件布局、布線、時(shí)間和功耗優(yōu)化、驗(yàn)證等等。由于現(xiàn)代芯片非常復(fù)雜，每一步都需要不同的軟件工具。

EDA 對(duì)芯片制造有多重要？

盡管 2021 年全球 EDA 市場(chǎng)的價(jià)值僅為 100 億美元左右，僅占5950 億美元半導(dǎo)體市場(chǎng)的一小部分，但它對(duì)整個(gè)供應(yīng)鏈具有獨(dú)特的重要性。

從事芯片設(shè)計(jì)和 EDA 行業(yè) 40 多年的顧問(wèn) Mike Demler 表示，如今的半導(dǎo)體生態(tài)系統(tǒng)可以被視為一個(gè)三角形。一個(gè)角落是代工廠，或者像臺(tái)積電這樣的芯片制造商；另一個(gè)角落是 ARM 等知識(shí)產(chǎn)權(quán)公司，它們制造和銷售可重復(fù)使用的設(shè)計(jì)單元或布局；第三個(gè)角落是 EDA 工具。三者共同確保供應(yīng)鏈順利進(jìn)行。

從名字上看，EDA 工具似乎只對(duì)芯片設(shè)計(jì)公司很重要，但它們也被芯片制造商用來(lái)在生產(chǎn)前驗(yàn)證設(shè)計(jì)是否可行。代工廠無(wú)法制造單個(gè)芯片作為原型。它必須投入數(shù)月的時(shí)間和生產(chǎn)，而且每次都要在同一個(gè)半導(dǎo)體基礎(chǔ)上制造數(shù)百個(gè)芯片。如果發(fā)現(xiàn)它們有設(shè)計(jì)缺陷，那將是巨大的浪費(fèi)。因此，制造商依靠一種特殊類型的 EDA 工具來(lái)進(jìn)行自己的驗(yàn)證。

EDA行業(yè)的龍頭企業(yè)有哪些？

只有少數(shù)幾家公司為芯片制造過(guò)程的每個(gè)步驟銷售軟件，而且他們已經(jīng)統(tǒng)治了這個(gè)市場(chǎng)數(shù)十年。排名前三的公司——Cadence（美國(guó)）、Synopsys（美國(guó)）和 Mentor Graphics（美國(guó)，但在 2017 年被德國(guó)公司西門子收購(gòu)）——控制了全球約 70% 的 EDA 市場(chǎng)。他們的主導(dǎo)地位如此強(qiáng)大，以至于許多 EDA 初創(chuàng)公司專注于一種利基用途，然后將自己出售給這三家公司之一，進(jìn)一步鞏固了寡頭壟斷地位。

美國(guó)政府在做什么來(lái)限制對(duì)中國(guó)的 EDA 出口？

美國(guó)公司對(duì)EDA行業(yè)的巨大影響力讓美國(guó)政府很容易擠壓中國(guó)的準(zhǔn)入。在其最新公告中，它承諾將某些 EDA 工具添加到其禁止出口的技術(shù)清單中。美國(guó)將與包括德國(guó)在內(nèi)的其他 41 個(gè)國(guó)家協(xié)調(diào)實(shí)施這些限制措施。

受限制的工具是那些可用于 GAAFET（環(huán)柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管）架構(gòu)的工具，這是當(dāng)今最先進(jìn)的電路結(jié)構(gòu)，這對(duì)于制造最新芯片和未來(lái)更先進(jìn)的芯片至關(guān)重要。商務(wù)部仍在征求公眾意見，以確定哪種 EDA 軟件最有助于實(shí)現(xiàn)這一特定結(jié)構(gòu)，因此應(yīng)將其添加到列表中。

中國(guó)科技巨頭華為在 2019 年同樣受到限制，無(wú)法使用所有美國(guó) EDA 工具，而拜登政府延續(xù)了特朗普政府將出口管制作為貿(mào)易戰(zhàn)武器的偏好。咨詢公司歐亞集團(tuán)的分析師陸曉萌表示：“他們上一輪對(duì)華為的限制非常成功，以至于他們發(fā)現(xiàn)這是要追求的目標(biāo)。”

中國(guó)將受到怎樣的影響？

短期內(nèi)中國(guó)不會(huì)受到那么嚴(yán)重的影響，因?yàn)橹袊?guó)的代工廠還不夠先進(jìn)，無(wú)法制造出需要 GAAFET 結(jié)構(gòu)的最先進(jìn)的芯片。但封鎖意味著中國(guó)芯片設(shè)計(jì)公司將無(wú)法使用最先進(jìn)的工具，而且隨著時(shí)間的推移，他們很可能會(huì)落后。

但是，阻止軟件的出口與阻止光刻機(jī)等大件硬件的出口有很大的不同，因?yàn)樗鼈兊目勺匪菪院軓?qiáng)，所以不可能走私到中國(guó)。EDA 軟件工具是在線分發(fā)的，因此它們可以被盜版。

中國(guó)公司要么保留他們已經(jīng)購(gòu)買的 EDA 軟件，要么訴諸黑客許可或通過(guò)影子實(shí)體獲取它們。這使得預(yù)測(cè)最新一輪限制措施的有效性變得更加困難。

中國(guó)在 EDA 方面做了什么？

中國(guó)已經(jīng)慢慢意識(shí)到它需要開發(fā)國(guó)內(nèi)替代品。在其最新的五年計(jì)劃中，這是中國(guó)最高的經(jīng)濟(jì)藍(lán)圖，EDA被列為中國(guó)需要突破的半導(dǎo)體行業(yè)第一個(gè)尖端技術(shù)。這意味著更多的政府資源將投入到這一領(lǐng)域的研發(fā)中，包括中國(guó)政府支持的半導(dǎo)體投資基金，該基金于2018年投資了中國(guó)EDA公司華大九天。

華大九天的創(chuàng)始人從1980年代就開始從事EDA設(shè)計(jì)工作，是目前國(guó)內(nèi)EDA軟件的領(lǐng)頭羊，但僅占國(guó)內(nèi)EDA市場(chǎng)的6%。它還遠(yuǎn)未開發(fā)出完整的設(shè)計(jì)流程，這意味著其產(chǎn)品只能替代美國(guó)公司提供的一小部分產(chǎn)品。

同時(shí)，概倫電子、廣立微等中國(guó)EDA公司在技術(shù)布局和創(chuàng)新方面走的較為靠前。

此外，還有更多的初創(chuàng)公司正在填補(bǔ)這一空白，其中大多數(shù)由 Cadence 或 Synopsys 的前中國(guó)員工領(lǐng)導(dǎo)。哥本哈根商學(xué)院副教授 Douglas Fuller 表示，憑借更多的國(guó)際經(jīng)驗(yàn)和更少的歷史負(fù)擔(dān)，這些初創(chuàng)公司可能更有能力挑戰(zhàn)現(xiàn)狀。“從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，如果他們把它們拼湊起來(lái)，它們可能是華大的更好替代品，”他說(shuō)。

中國(guó)開發(fā)國(guó)產(chǎn)EDA替代品難嗎？

中國(guó)有一個(gè)充滿活力的軟件產(chǎn)業(yè)，它產(chǎn)生了一些世界著名的消費(fèi)科技應(yīng)用程序，如騰訊的微信和阿里巴巴的支付寶。“但就工業(yè)用途、企業(yè)用途軟件而言？這是中國(guó)的缺點(diǎn)，”盧說(shuō)?！昂荛L(zhǎng)一段時(shí)間以來(lái)，中國(guó)的產(chǎn)業(yè)政策制定者都沒有意識(shí)到 ［EDA 軟件］ 是真正的瓶頸。”

這是一個(gè)需要數(shù)十年和數(shù)十億美元投資才能取得重大研究進(jìn)展的領(lǐng)域，因此即使中國(guó)企業(yè)現(xiàn)在想趕上，也需要很長(zhǎng)時(shí)間才能取得重大進(jìn)展。

一個(gè)大問(wèn)題是人才。EDA 工具開發(fā)是一個(gè)如此利基的領(lǐng)域，傳統(tǒng)上，中國(guó)公司一直在努力吸引許多接受過(guò) EDA 工具制造培訓(xùn)的少數(shù)工程師。

它將如何影響美國(guó)芯片公司？

最新的 EDA 出口管制針對(duì)的是行業(yè)中非常專業(yè)和先進(jìn)的部分。“這種高端軟件尚未被中國(guó)公司廣泛使用，因此限制對(duì)美國(guó)供應(yīng)商的直接商業(yè)影響是有限的，”盧說(shuō)。

但芯片公司通常不歡迎出口管制，因?yàn)榇祟愓邥?huì)減少對(duì)美國(guó)產(chǎn)品的需求，從而減少他們的收入。這不僅適用于 EDA 公司，也適用于代工廠、IP 公司、設(shè)備制造商以及供應(yīng)鏈上的其他所有人?！澳銜?huì)有很多憤怒的公司，”富勒說(shuō)?！安粌H在美國(guó)——不僅僅是 EDA 公司?！?/p>

審核編輯 ：李倩