EDA对芯片制造有多重要？

手工设计计算机芯片的日子早已一去不复返了。在 1970 年代芯片中包含数千个晶体管，而今天它们已经超过了 1000 亿个，而手动创建这些设计是不可能的。这就是电子设计自动化 （EDA） 软件的用武之地。它是一类工具，可帮助电气工程师设计和开发更复杂的芯片。

该软件现在构成了中美科技贸易战的最新战线。8 月 12 日，美国商务部宣布对某些 EDA 工具实施多边出口管制，阻止中国和 150 多个其他国家（基本上是任何不是美国传统盟友的国家）在没有特别许可的情况下访问这些工具。

EDA 软件是半导体供应链中一个小而强大的部分，它主要由三个西方公司控制。这给了美国一个强大的筹码点，类似于它上个月想要限制使用光刻机的方式——这是芯片制造的另一个关键工具。那么这个行业是如何变得如此以美国为中心的，为什么中国不能开发自己的替代软件呢？

什么是 EDA？

电子设计自动化（也称为电子计算机辅助设计或 ECAD）是用于芯片制造的专用软件。它就像建筑师使用的 CAD 软件，只是它更复杂，因为它处理集成电路上的数十亿个微型晶体管。

没有任何一个占主导地位的软件程序可以代表行业中的佼佼者。相反，在整个设计流程中经常使用一系列软件模块：逻辑设计、调试、组件布局、布线、时间和功耗优化、验证等等。由于现代芯片非常复杂，每一步都需要不同的软件工具。

EDA 对芯片制造有多重要？

尽管 2021 年全球 EDA 市场的价值仅为 100 亿美元左右，仅占5950 亿美元半导体市场的一小部分，但它对整个供应链具有独特的重要性。

从事芯片设计和 EDA 行业 40 多年的顾问 Mike Demler 表示，如今的半导体生态系统可以被视为一个三角形。一个角落是代工厂，或者像台积电这样的芯片制造商；另一个角落是 ARM 等知识产权公司，它们制造和销售可重复使用的设计单元或布局；第三个角落是 EDA 工具。三者共同确保供应链顺利进行。

从名字上看，EDA 工具似乎只对芯片设计公司很重要，但它们也被芯片制造商用来在生产前验证设计是否可行。代工厂无法制造单个芯片作为原型。它必须投入数月的时间和生产，而且每次都要在同一个半导体基础上制造数百个芯片。如果发现它们有设计缺陷，那将是巨大的浪费。因此，制造商依靠一种特殊类型的 EDA 工具来进行自己的验证。

EDA行业的龙头企业有哪些？

只有少数几家公司为芯片制造过程的每个步骤销售软件，而且他们已经统治了这个市场数十年。排名前三的公司——Cadence（美国）、Synopsys（美国）和 Mentor Graphics（美国，但在 2017 年被德国公司西门子收购）——控制了全球约 70% 的 EDA 市场。他们的主导地位如此强大，以至于许多 EDA 初创公司专注于一种利基用途，然后将自己出售给这三家公司之一，进一步巩固了寡头垄断地位。

美国政府在做什么来限制对中国的 EDA 出口？

美国公司对EDA行业的巨大影响力让美国政府很容易挤压中国的准入。在其最新公告中，它承诺将某些 EDA 工具添加到其禁止出口的技术清单中。美国将与包括德国在内的其他 41 个国家协调实施这些限制措施。

受限制的工具是那些可用于 GAAFET（环栅场效应晶体管）架构的工具，这是当今最先进的电路结构，这对于制造最新芯片和未来更先进的芯片至关重要。商务部仍在征求公众意见，以确定哪种 EDA 软件最有助于实现这一特定结构，因此应将其添加到列表中。

中国科技巨头华为在 2019 年同样受到限制，无法使用所有美国 EDA 工具，而拜登政府延续了特朗普政府将出口管制作为贸易战武器的偏好。咨询公司欧亚集团的分析师陆晓萌表示：“他们上一轮对华为的限制非常成功，以至于他们发现这是要追求的目标。”

中国将受到怎样的影响？

短期内中国不会受到那么严重的影响，因为中国的代工厂还不够先进，无法制造出需要 GAAFET 结构的最先进的芯片。但封锁意味着中国芯片设计公司将无法使用最先进的工具，而且随着时间的推移，他们很可能会落后。

但是，阻止软件的出口与阻止光刻机等大件硬件的出口有很大的不同，因为它们的可追溯性很强，所以不可能走私到中国。EDA 软件工具是在线分发的，因此它们可以被盗版。

中国公司要么保留他们已经购买的 EDA 软件，要么诉诸黑客许可或通过影子实体获取它们。这使得预测最新一轮限制措施的有效性变得更加困难。

中国在 EDA 方面做了什么？

中国已经慢慢意识到它需要开发国内替代品。在其最新的五年计划中，这是中国最高的经济蓝图，EDA被列为中国需要突破的半导体行业第一个尖端技术。这意味着更多的政府资源将投入到这一领域的研发中，包括中国政府支持的半导体投资基金，该基金于2018年投资了中国EDA公司华大九天。

华大九天的创始人从1980年代就开始从事EDA设计工作，是目前国内EDA软件的领头羊，但仅占国内EDA市场的6%。它还远未开发出完整的设计流程，这意味着其产品只能替代美国公司提供的一小部分产品。

同时，概伦电子、广立微等中国EDA公司在技术布局和创新方面走的较为靠前。

此外，还有更多的初创公司正在填补这一空白，其中大多数由 Cadence 或 Synopsys 的前中国员工领导。哥本哈根商学院副教授 Douglas Fuller 表示，凭借更多的国际经验和更少的历史负担，这些初创公司可能更有能力挑战现状。“从长远来看，如果他们把它们拼凑起来，它们可能是华大的更好替代品，”他说。

中国开发国产EDA替代品难吗？

中国有一个充满活力的软件产业，它产生了一些世界著名的消费科技应用程序，如腾讯的微信和阿里巴巴的支付宝。“但就工业用途、企业用途软件而言？这是中国的缺点，”卢说。“很长一段时间以来，中国的产业政策制定者都没有意识到 ［EDA 软件］ 是真正的瓶颈。”

这是一个需要数十年和数十亿美元投资才能取得重大研究进展的领域，因此即使中国企业现在想赶上，也需要很长时间才能取得重大进展。

一个大问题是人才。EDA 工具开发是一个如此利基的领域，传统上，中国公司一直在努力吸引许多接受过 EDA 工具制造培训的少数工程师。

它将如何影响美国芯片公司？

最新的 EDA 出口管制针对的是行业中非常专业和先进的部分。“这种高端软件尚未被中国公司广泛使用，因此限制对美国供应商的直接商业影响是有限的，”卢说。

但芯片公司通常不欢迎出口管制，因为此类政策会减少对美国产品的需求，从而减少他们的收入。这不仅适用于 EDA 公司，也适用于代工厂、IP 公司、设备制造商以及供应链上的其他所有人。“你会有很多愤怒的公司，”富勒说。“不仅在美国——不仅仅是 EDA 公司。”

审核编辑 ：李倩