【文/科工力量專欄作者 鐵流】

8月13日，美國商務部周五發布最終規定，對設計GAAFET（全柵場效應晶體管）結構集成電路所必須的EDA軟件；金剛石和氧化鎵為代表的超寬禁帶半導體材料；燃氣渦輪發動機使用的壓力增益燃燒(PGC)等四項技術實施新的出口管制。相關禁令生效日期為2022年8月15日。

在禁令發布後，一些媒體把美國斷供EDA說得很嚴重。其實，這種說法並不準確。從結果上說，這次EDA禁令，對學術交流和人才培養確實有影響，但對工業界而言，影響微乎其微。短期來看，禁令對大陸工業界沒有任何影響。長遠來看，這項禁令反而會成為促使本土EDA廠商和晶圓廠進步的巨大動力，只要國產EDA和本土製造工藝發展起來，美國的禁令對大陸工業界就更沒有影響。

什麼是EDA工具

EDA工具是電子設計自動化（Electronic Design Automation）的簡稱，是從計算機輔助設計（CAD）、計算機輔助製造（CAM）、計算機輔助測試（CAT）和計算機輔助工程（CAE）的概念發展而來的。利用EDA工具，工程師將芯片的電路設計、性能分析、設計出IC版圖的整個過程交由計算機自動處理完成。

由於上世紀六十七年代，集成電路的複雜程度相對偏低，這使得工程師可以依靠手工完成集成電路的設計、布線等工作。但隨着集成電路越來越複雜，完全依賴手工越來越不切實際，工程師們只好開始嘗試將設計過程自動化，在1980年卡弗爾.米德和琳.康維發表的論文《超大規模集成電路系統導論》提出了通過編程語言來進行芯片設計的新思想，加上集成電路邏輯仿真、功能驗證的工具的日益成熟，使得工程師們可以設計出集成度更高且更加複雜的芯片。

1986年，硬件描述語言Verilog問世，Verilog語言是現在最流行的高級抽象設計語言。1987年，VHDL在美國國防部的資助下問世。這些硬件描述語言的問世助推了集成電路設計水平的提升。隨後，根據這些語言規範產生的各種仿真系統迅速被推出，使得設計人員可對設計的芯片進行直接仿真。隨着技術的進步，設計項目可以在構建實際硬件電路之前進行仿真，芯片布線布局對人工設計的要求和出錯率也不斷降低。

時至今日，儘管所用的語言和工具仍然不斷在發展，但是通過編程語言來設計、驗證電路預期行為，利用工具軟件綜合得到低抽象級物理設計的這種途徑，仍然是數字集成電路設計的基礎。一位從事CPU設計的工程師表示，“在沒有EDA工具之前，搞電路要靠人手工，對於大規模集成電路有上億晶體管的設計用手工簡直是不可為的......可以說有了EDA工具，才有了超大規模集成電路設計的可能”。

EDA工具基本由國外壟斷

目前，全球的EDA軟件主要由Cadence、Synopsys、Mentor等三家美國企業壟斷。稱霸EDA市場的美國三巨頭，牢牢占據了全球超過70%的市場份額。Synopsys是EDA三巨頭之首。國內從事EDA軟件開發的領頭羊華大九天和這三家不是一個數量級的廠商。鐵流在一次展會上看到華大九天的展台左邊是Cadence，右邊是Synopsys，猶如兩個巨人中間夾着一個兒童，場景異常尷尬。誠然，華大九天也想在某些點工具上做些突破，但就整體技術實力而言幾乎是蚍蜉撼樹。

正是因為國內從事EDA工具開發的公司在Synopsys、Cadence、Mentor面前實力過於懸殊，國內IC設計公司幾乎100%採用國外EDA工具。而且在一段時間裡，看不到縮小和Synopsys、Cadence、Mentor技術差距的可能性。

這裡提一下安全問題。也許有人會問，如果Synopsys、Cadence、Mentor在EDA工具里埋地雷，而國內IC設計公司恰恰用這些被埋雷的EDA工具設計芯片，那麼芯片的安全性還有保障麼？對於這個課題，其實有專門針對設計和版圖的安全性的研究，打比方說，如果是DC工具在你的設計里埋個雷，人肉檢查是搞不定的，因此，有專門做硬件木馬檢測技術的研究。不過，這些研究目前還處在低級階段，只能和目前現存木馬匹配，存在很大限制。

由於國內絕大多數芯片設計公司仍在採用進口的EDA工業軟件來設計芯片，這就導致在該領域我們完全受制於人。最近這些年，我國不少IC設計公司在商業上比較成功，但其技術路線和商業模式是存在巨大風險的。以國產ARM芯片為例，其設計工具方面依賴國外公司的EDA工具，在芯片設計上依賴ARM公司的IP核授權，在製造上依賴台積電的製造工藝，可以說是買國外的設計工具和CPU核、GPU核，“拼裝”芯片版圖，然後去台積電流片。

當然，這種“拼裝”芯片版圖要比我們自己買CPU、主板、顯卡、內存、硬盤組裝電腦要高端得多，但這種“拼裝”與真正獨立自主設計芯片尚有很大差距。我們在看到一些國產芯片通過“在洋人地基上蓋房子”的方式獲得商業上成功的同時，也必須正視這種商業模式的潛在風險和危害。

禁令短期內影響不大

EDA工具是與相應的製造工藝相匹配的，如果購買了28nm HKMG工藝的EDA軟件，那就只能用於設計該工藝的芯片，不能用於設計16nm FinFET工藝芯片，購買了16 nm 工藝的EDA軟件，就只能用於該工藝，不能用於設計7nm FinFET工藝芯片。

目前，美國禁止EDA公司向我國出售GAAFET（全柵場效應晶體管）結構集成電路所必需的EDA軟件，而GAAFET工藝是3nm以下芯片才會用到的，當下屬於尖端的5/7nm工藝用的都是FinFET（鰭式場效應晶體管），簡言之，5nm以上工藝的EDA並不在禁令範圍內，禁令只針對3nm以下工藝。

之前提到了EDA軟件是與相應製造工藝相匹配的，當下，大陸先進製造工藝依然是12/14nm，雖然有外媒對大陸最新工藝進行了比較，認為其性能接近台積電7nm，但該工藝的產能很小，尚處於試生產階段，大陸晶圓廠目前的主要營收來源依然是28nm以上工藝，在技術上與3nm工藝尚有不小的距離。

必須說明的是，3nm以下工藝對於工業界而言並非不可或缺，絕大多數芯片壓根沒必要用3nm工藝，大陸晶圓廠現有的12/14nm工藝已經能夠滿足絕大部分市場需求。在進入28nm工藝節點後，繼續攀升工藝的性價比越來越低，這也是很多對成本非常敏感的芯片依舊採用28nm工藝的原因。何況開發3nm工藝必然高度依賴ASML、應用材料、泛林等歐美公司的半導體設備，潛在風險不可小覷。

因此，鐵流認為，未來5年內，大陸晶圓廠的主要任務有兩個，一是逐步提升12/14nm工藝的產能和營收占比，提升7nm工藝良率，二是穩步提升半導體設備的國產化比例，構建紅色產業鏈。研發3nm工藝的優先級不會高於前兩者。

可以說，由於斷供的EDA軟件過於先進，明顯超越了大陸晶圓廠的製造能力。因此，短期來看，美國該項禁令對大陸企業沒有影響。

EDA禁令利好自主企業

目前的情況是，已經購買的EDA軟件可以繼續用，3nm以上工藝的EDA軟件也可以買，甚至有的時候還能用破解版。不過，對於破解版，不應對其抱有過高期望，一位行業人士告知：雖然破解版肯定會有，但未必會有支持，如果沒有廠商支持，破解版在使用中一旦出了問題就不好解決。

就這項禁令而言，明顯是對本土企業的重大利好，特別是那些真正幾十年如一日自主研發的企業，可以獲得政策紅利和市場紅利。就以華大九天為代表的本土EDA廠商來說，必然獲得資本市場的追捧和政策紅利，以及原本對華大九天不太感冒的一些本土大公司，也會基於技術備份的考量採購其產品。

另外，對於國內CPU公司而言，美國這項禁令也是利好。近年來，隨着信創的東風，國產CPU着裝成長，這些CPU可以分為兩個流派，一個流派是從零開始自主研發，自主設計指令集，自主設計微結構，重視CPU核升級和IPC提升，對尖端工藝依賴比較弱，典型代表是龍芯，龍芯採用12nm工藝的CPU性能超過了技術引進的7nm CPU。

另一個流派則是技術引進，通過引進國外CPU核，重視工藝提升，因而對台積電依賴很高，在失去台積電流片渠道後，芯片就會“絕版”。同時，這類CPU的性能對台積電尖端工藝依賴性高，一旦換成大陸工藝則出現CPU性能倒退，典型代表是國產ARM芯片。

美國這項禁令等於是給中國CPU公司的工藝鎖了上限，而且是在未來5年至10年內，大陸CPU公司的工藝上限就是5nm，這會使那些依賴尖端工藝來提升性能的公司失去以往在工藝上的優勢。這等於是給那些專注於提升CPU核設計能力的自主CPU公司送紅利。

宏觀來看，美國這項禁令會促使CPU公司把精力用在如何提升架構設計水平和CPU核的性能，而不是把資源用在買國外更好的CPU核，買更好的EDA工具，以及買更先進的台積電工藝，這對於國產CPU行業而言是大好事。

EDA和製造工藝的進步需要攜手共進

EDA工具和國外差距大，一方面固然有國外起步早的先發優勢。另一方面，也需要整個產業鏈攜手共進。使用國外正版或破解版EDA工具只是權宜之計。國內單位應正視問題，齊心協力一起把國產EDA工具一點一點做強。

開發出性能優越的EDA工具，一方面要有良好的算法，另一方面需要和工藝相結合。前者對數學要求很高，由於數學這類純理論不賺錢，很多數學人才紛紛改行去來錢快的行業。後者則由於種種因素，使國產EDA軟件與自主工藝很難結合——即便在算法方面有可能取得一定的技術突破，但EDA設計的後端工具要和工藝相結合，而國內自主工藝方面比較弱，境內晶圓廠最先進的工藝線大多是引進的，還簽署一定限制條款。

正如國家要發展必然離不開完善的基礎建設，這是發展的基礎，EDA工具的研發進步就需要國內自主研發的製造工藝做基礎，由於缺乏自主研發的尖端製造工藝，所以和工藝結合的那部分就根本不可能取得技術突破。

那如果有了自主研發的先進工藝，就能夠開發出良好的EDA工具了麼？事情沒這麼簡單。即便有了自主研發的先進工藝，撇開工藝結合，光在算法技術上和國外三巨頭的差距也很遠。而且算法和工藝相結合很難，需要非常高深的數學理論，這是目前國內很難做到的。

技術發展也離不開商業因素，願意採購華大九天產品的公司相對偏少，而EDA工具的成熟，離不開IC設計公司的大規模應用。在國外三巨頭占有統治地位的情況下，會導致國產EDA陷入惡性循環——產品有差距導致客戶少，客戶少加劇產品差距。就國產EDA工具而言，短期還看不到趕超西方的可能性。

因此，國產EDA工具的成長和發展，必須依賴IC設計、IC製造公司的鼎立協助，只有大家協同形成合力，才有希望追趕國外EDA三大廠。這個過程會比較慢，可能很多年才能實現。幸運的是，美國政府的EDA禁令，等於是給我國EDA行業送上了神助攻，在禁令下，原本很難實現的行業大協作會迎來大提速。當下，龍芯、申威正在積極使用國產EDA和開源EDA工具，因為這些EDA工具可以滿足它們大部分嵌入式CPU的設計需求。

結語

總之，美國本次斷供EDA對我國產業界幾乎沒有多少負面影響，3nm工藝對於大陸來說可能是五至十年之後的事了。真正的負面影響不在產業界，而在學術界，因為斷供可能會影響學術和技術交流，對於人才的成長非常不利。

話說回來，如果不是美國政府咄咄逼人，華大九天、龍芯、達夢等一批幾十年如一日坐冷板凳，堅定不移自主研發的企業不會獲得這麼好的發展機會、發展環境。也許在20年後我們回望這段歷史的時候，會情不自禁的感慨必須給美國政府送1噸重的獎章。