(圖片來源:@視覺中國)

繼拜登簽署完限制中國半導(dǎo)體的《芯片與科學(xué)法案》后,美國再對先進(jìn)技術(shù)實(shí)行出口管制。

鈦媒體App 8月14日消息,美國商務(wù)部工業(yè)和安全局(BIS)宣布,從15日起將金剛石、氧化鎵(Ga2O3)兩種超寬帶隙基板半導(dǎo)體材料,設(shè)計(jì)GAAFET架構(gòu)(全柵場效應(yīng)晶體管)的先進(jìn)芯片EDA軟件工具,以及用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的壓力增益燃燒技術(shù),列入商業(yè)管制清單,對這些技術(shù)出口進(jìn)行管控。

上述消息是在周五(8月12日)晚公布的。美國商務(wù)部表示,此次管控的四項(xiàng)新興和基礎(chǔ)技術(shù),使用其都將“顯著增加軍事潛力”。而列入該清單意味著,這四種技術(shù)的出口將需要向美國商務(wù)部申請出口許可。如果企業(yè)申請出口許可但美國政府不允許的話,上述技術(shù)可能無法在全球供應(yīng)鏈中進(jìn)行供應(yīng)。

負(fù)責(zé)美國工業(yè)和安全事務(wù)的商務(wù)部副部長艾倫·埃斯特維茲 (Alan Estevez) 表示,科技進(jìn)步讓半導(dǎo)體和引擎等能夠更快、更有效率、更加持久,并在更嚴(yán)峻的環(huán)境下運(yùn)行。他說,“這(出口禁令)將可以成為商業(yè)和軍事領(lǐng)域的游戲規(guī)則改變者。”

管控GAA EDA工具對中國芯片短期影響有限

美國商務(wù)部表示,此次計(jì)劃是基于“瓦森納協(xié)定”成員國于2023年12月的會議決定的。該協(xié)定是由美國主導(dǎo),日本、英國、俄羅斯等41個(gè)參與國成立,意在限制常規(guī)武器、軍民兩用物品及技術(shù)的轉(zhuǎn)讓的組織。

具體到此次出口管控的四項(xiàng)技術(shù)中,基于GAAFET架構(gòu)的芯片設(shè)計(jì)工具ECAD(EDA)軟件主要用于3nm及以下芯片設(shè)計(jì);金剛石、氧化鎵屬于耐高溫高電壓的化合物(第四代)半導(dǎo)體襯底材料;壓力增益燃燒技術(shù)可用于火箭和高超音速系統(tǒng)。

上述技術(shù)當(dāng)中,美國對EDA工具實(shí)行出口管制引發(fā)了行業(yè)關(guān)注。

EDA通常指,利用電腦輔助設(shè)計(jì)軟件來完成集成電路的功能設(shè)計(jì)、驗(yàn)證等流程的設(shè)計(jì)方式,其貫穿近6000億美元的集成電路(IC)產(chǎn)業(yè)設(shè)計(jì)、制造、封測等各個(gè)環(huán)節(jié),被譽(yù)為“芯片之母”。芯片工程師必須依靠EDA軟件工具,才能完成電路設(shè)計(jì)、版圖設(shè)計(jì)等工作。

EDA軟件在芯片產(chǎn)業(yè)中不可或缺。2023年5月,美國商務(wù)部將華為列入實(shí)體清單,導(dǎo)致其無法使用最新5nm的EDA軟件設(shè)計(jì)海思麒麟芯片,讓工業(yè)軟件的自主性愈加受到重視。(詳見鈦媒體App前文:《國產(chǎn)EDA,到底能不能打破海外三巨頭壟斷?| 鈦媒體深度》)

需要注意的是,本次禁止出口的GAAFET架構(gòu)EDA軟件,目前擁有該技術(shù)的芯片制造商只有三星和臺積電,正對3nm進(jìn)行小范圍量產(chǎn)。因此,有行業(yè)人士表示,美國此次出口管制,限制的是3nm以下的EDA工具,這意味著短期內(nèi)對中國半導(dǎo)體行業(yè)影響有限,長期來看會限制中國推進(jìn)關(guān)鍵的下一代先進(jìn)制程技術(shù)。

此前鈦媒體App在2nm文章中詳細(xì)介紹了GAAFET架構(gòu)技術(shù)。這一方案由三星在2023年提出,目的就是為了解決FinFET結(jié)構(gòu)在5nm以下制程時(shí)遇到的一系列問題。(詳見鈦媒體App前文:《臺積電、三星激戰(zhàn)2nm》)

實(shí)際上,國內(nèi)市場長期被海外EDA三巨頭統(tǒng)治。以收入規(guī)模計(jì),2023年中國EDA市場,美國新思科技(Synopsys)、美國楷登電子(Cadence)和西門子EDA市場份額合計(jì)超過77%。國內(nèi)廠商中,華大九天(301269.SZ)在國內(nèi)市占率達(dá)到5.9%,排在第四,居本土企業(yè)首位。

近年來,國內(nèi)廠商在EDA領(lǐng)域已經(jīng)取得不小進(jìn)步。根據(jù)華大九天上市招股書披露,其數(shù)字電路仿真EDA工具技術(shù)支持5nm工藝,其他模擬電路EDA工具支持28nm制程;國產(chǎn)存儲EDA廠商概倫電子(688206.SH)接受投資者提問時(shí)回應(yīng)稱,在器件建模和電路仿真等部分工具中能夠支持7nm/5nm/3nm等先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)和FinFET、FD-SOI等各類半導(dǎo)體工藝路線;而另一家EDA公司思爾芯主要聚焦數(shù)字芯片的前端驗(yàn)證,其相關(guān)EDA產(chǎn)品能做到支持10nm。

當(dāng)前在芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域,包括展銳、壁仞、阿里平頭哥等約3000家中國芯片設(shè)計(jì)公司,仍依賴于美國EDA軟件。其中,展銳的手機(jī)芯片采用了EUV 6nm制程,壁仞最新發(fā)布的通用GPU(圖形處理器)芯片采用7nm工藝,需要用到EDA工具。而華大九天的客戶主要是中芯、華虹等,后者最先進(jìn)的制程是90nm。

云岫資本合伙人兼CTO趙占祥此前對鈦媒體App表示,未來國內(nèi)EDA市場需要發(fā)力高端數(shù)字大芯片(CPU、GPU等)的EDA工具和部分關(guān)鍵性技術(shù)、創(chuàng)新性的EDA軟件工具。“目前看國內(nèi)企業(yè)EDA規(guī)模較小,但是未來有機(jī)會壯大。”

此外,金剛石、氧化鎵是新型超寬禁帶半導(dǎo)體材料,氧化鎵禁帶寬度達(dá)到了4.9eV,可以在高低溫、強(qiáng)輻射等極端環(huán)境下保持穩(wěn)定,抗輻照和抗高溫;而其高擊穿場強(qiáng)的特性則確保了制備的氧化鎵器件可以在超高電壓下使用,有利于提高載流子收集效率。

目前,氧化鎵技術(shù)距離實(shí)際應(yīng)用還有兩方面挑戰(zhàn):一是大尺寸高質(zhì)量單晶的制造,目前僅有日本企業(yè)研發(fā)出6英寸單晶,但還未實(shí)現(xiàn)批量供貨;二是氧化鎵材料大功率、高效率電子器件還處于實(shí)驗(yàn)室階段的研發(fā),暫時(shí)無法大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用。

最后一種出口管制技術(shù)是壓力增益燃燒技術(shù)(PGC),在陸地和航空航天領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用潛力,涉及應(yīng)用包括火箭和高超音速系統(tǒng)等,有潛力把燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)效率提高10%以上。2023年,美國國家科學(xué)院曾把壓力增益燃燒等技術(shù)列入先進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)十大優(yōu)先研究領(lǐng)域。

根據(jù)BIS公告,對氧化鎵、金剛石以及壓力增益燃燒技術(shù)的出口管制將自今年8月15日生效,對ECAD軟件的出口管制將在自8月15日起60天后生效。

持續(xù)出口管制下,中國需深耕成熟工藝

據(jù)觀察者網(wǎng),匯業(yè)律師事務(wù)所高級合伙人楊杰表示,中國現(xiàn)在屬于被美國列為國家安全管控的國家之一,只要技術(shù)和物項(xiàng)被美國政府列入出口管制目錄,大概率就會對中國的出口設(shè)置限制,比如美國企業(yè)對華出口需要許可證等,這實(shí)際上會造成中美在半導(dǎo)體領(lǐng)域里進(jìn)一步脫鉤。未來也不排除美國把更多自身掌握一定優(yōu)勢的新技術(shù)和新物項(xiàng)納入出口管制,從而加強(qiáng)對華打壓。

在本輪出口管制信息出臺之前,美國總統(tǒng)拜登在上周簽署了2800多億美元的《芯片與科學(xué)法案》(The CHIPS and Science Act),其中包含限制接受美國這一法案支持的企業(yè)禁止在中國生產(chǎn)28nm以下先進(jìn)芯片等條款,引發(fā)行業(yè)熱議。(詳見鈦媒體App前文:《歷時(shí)一年多,美國參議院通過520億美元芯片法案》)

更早之前,美國兩家芯片設(shè)備公司泛林半導(dǎo)體(Lam Research)和科磊(KLA)已證實(shí),美國正在收緊對中國獲得芯片制造設(shè)備的限制。

因此,目前已經(jīng)有專家建議,中國半導(dǎo)體需要考慮深耕成熟制造工藝,以減少先進(jìn)芯片國產(chǎn)替代不足的影響。

清華大學(xué)教授魏少軍在2023世界5G大會上表示,從技術(shù)角度看,中國企業(yè)通過系統(tǒng)能力的提升,可以把芯片的制造要求降低2到3代甚至更高,大大延緩對先進(jìn)工藝的需求。

“我從芯片設(shè)計(jì)角度來看,任何的技術(shù)都有它自身的發(fā)展特點(diǎn),并非一定要走最先進(jìn)的工藝。我們?yōu)槭裁匆扇∽钕冗M(jìn)的工藝,是源于它最簡單、最容易,因?yàn)榘褑纹墒亲钊菀椎氖虑?在一個(gè)地方做設(shè)計(jì)就直接做進(jìn)去的,但它不是最優(yōu)的解決方案。芯片當(dāng)中絕大部分的東西并不需要最先進(jìn)的技術(shù)去做。”魏少軍指出。

有芯片行業(yè)人士告訴鈦媒體App,做成熟工藝+Chiplet是一個(gè)很不錯(cuò)的發(fā)展規(guī)劃。(詳見鈦媒體App前文:《爭議的“小芯片”技術(shù),能否幫助中國芯片“彎道超車”?》)

當(dāng)前,中國是全球最大的芯片進(jìn)口和消費(fèi)國。根據(jù)公開數(shù)據(jù),2023年,全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)銷售額是5560億美元,中國進(jìn)口了4300多億美元,占78%;去年中國芯片消費(fèi)市場規(guī)模達(dá)到1950億美元,占35%;中國生產(chǎn)了700億美元集成電路,占12.7%。

中國科學(xué)院科技戰(zhàn)略咨詢研究院今年6月發(fā)布的一篇論文中指出,國內(nèi)芯片設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)在全球競爭格局中長期受到邊緣化威脅,真正有市場影響力和生態(tài)話語權(quán)的中國企業(yè)鳳毛麟角。南華早報(bào)則引述行業(yè)設(shè)計(jì)人員稱,與全球同行相比,中國在EDA軟件方面存在很大差距。

“我們是否能夠?qū)ψ陨泶嬖诘膯栴}有清醒的了解和認(rèn)識。處在這樣一個(gè)大變革情況下,如果我們對創(chuàng)新過程的緊迫性認(rèn)識不足,可能會放慢創(chuàng)新步伐,實(shí)際上就給了我們的競爭對手一些可乘之機(jī)。”魏少軍表示,在外憂內(nèi)患下,中國半導(dǎo)體的發(fā)展當(dāng)前正面臨非常關(guān)鍵的時(shí)刻。

華泰證券研究指出,未來中國半導(dǎo)體國產(chǎn)化主要包括第三代半導(dǎo)體、半導(dǎo)體設(shè)備、AI/大算力芯片三個(gè)重要方向。其中在半導(dǎo)體設(shè)備端,光刻機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備上國產(chǎn)化率幾乎為0。美國出口管制壓力下,國產(chǎn)化需求存在進(jìn)一步提升空間。

二級市場上,受芯片半導(dǎo)體“國產(chǎn)替代”影響,Wind數(shù)據(jù)顯示,截至8月12日,申萬半導(dǎo)體ETF指數(shù)從今年4月最低點(diǎn)3792點(diǎn)以來,已經(jīng)累計(jì)反彈超32%;中證半導(dǎo)體ETF指數(shù)(CSI:H30184)周內(nèi)漲幅高達(dá)14.2%,創(chuàng)2023年7月以來的首次。(本文首發(fā)鈦媒體App,作者|林志佳)