美国再祭出口管制，瞄准大算力芯片EDA、第四代半导体、5G材料设路障
原创 连于慧 问芯Voice 2022-08-13 14:49 发表于上海


美国再度对中国发布全新的出口管制禁令，且这一次是针对前沿技术而来。 8月12日，美国商务部发布一项规则预览版，有四大项“新兴和基础技术”加入出口管制清单，其中三项涉及半导体。

第一，管制两种超宽禁带半导体材料——氧化镓（Ga2O3）和金刚石。管制将自2022年8月15日生效。

第二，用于开发GAAFET结构的EDA软件。该管制将自2022年8月15日起算60天后生效。

第三，是用于生产和开发燃气轮机发动机部件或系统的压力增益燃烧技术。管制将自2022年8月15日生效。

以上四项管制技术未来出口、再出口到中国需经申请，管制原因是国家安全。

这次美国限制出口的是GAA (Gate-all-around）芯片架构的EDA 软件。三星已经率先在3nm制程芯片上采用GAA架构，宣布出货; 台积电也将会在2nm制程研发方向也是GAA架构。

在全球 EDA 市场，新思 Synopsys、Cadence 、西门子Siemens EDA 三家占比达70%; 在中国市场中，这三大EDA公司在中国的市占率也高达80%，国产化的比例仍低。根据统计资料显示，新思的中国区营收约占 17%; Cadence也有约 13% 营收来自中国。

EDA在芯片设计领域至关重要，美国终究会将禁令之手深入EDA产业算是业界都心里有数，也造就这几年EDA国产化风潮兴盛。

这次美国对于EDA的禁令只针对3nm/2nm先进制程的GAA芯片，可以解读为针对的是“大算力芯片”。

很巧的是，“大算力芯片”正式中国半导体这几年大力发展和突破的方向，美国等同是朝产业趋势的前方，先设了一道路障。

未来无论是挖矿机ASIC芯片、AI芯片、CPU/GPU/DPU等芯片目前在12nm/7nm等阶段，往下发展很快会走到3nm/2nm，且这几个领域都是国内非常热门、投入巨大资源，且急起直追的芯片领域，但这次美国先行出手了！

氧化镓（Ga2O3）和金刚石，是超宽禁带半导体材料属于第四代半导体，有别于第一代的硅(Si)，第二代的砷化镓(GaAs)及磷化铟(InP)，以及第三代的碳化硅(SiC)及氮化镓 (GaN)。

氧化镓( Ga2O3 ) 的优势在耐压、电流、功率、损耗等维度都有其优势，最早使用于光电领域的应用，直到2012年开始，业内用于功率器件。目前氧化镓的材料主要是以日本供应商为主。在对高功率器件的性能要求提升下，越来越多人投入氧化镓领域，也成为美国、日本、德国等国家的研究和竞争重点。

金刚石材料应用很关键，主要是对防止5G，集成电路，手机等过热的终极材料。该材料有禁带宽度大、硬度和热导率极高、电子饱和漂移速度高、耐高温、耐腐蚀、抗辐照等优点。可以用于高压和高效功率电子、高频和大功率微电子、深紫外光电子等领域

美国对第四代半导体等技术实施新出口管制，针对中国吗？
吕栋观察者网 2022-08-13 22:26 发表于上海
► 文 观察者网 吕栋 编辑/周远方
在半导体等先进技术领域，美国频繁用行政手段干预正常的市场竞争。前几天，拜登刚签署了2800亿美元的芯片法案，限制半导体巨头们对华投资，转眼美国商务部又对几项新技术进行出口管制。

当地时间8月12日，美国商务部工业和安全局（BIS）发布公告，称出于国家安全考虑，将四项“新兴和基础技术”纳入新的出口管制。这四项技术分别是：能承受高温高电压的第四代半导体材料氧化镓和金刚石；专门用于3nm及以下芯片设计的ECAD软件；可用于火箭和高超音速系统的压力增益燃烧技术。

尽管BIS并没有直接提到中国，但汇业律师事务所高级合伙人杨杰向观察者网指出，中国现在属于被美国列为国家安全管控的国家之一，只要技术和物项被美国政府列入出口管制目录，大概率就会对中国的出口设置限制，比如美国企业对华出口需要许可证等，这实际上会造成中美在半导体领域里进一步脱钩。

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图源：BIS

美国商务部副部长艾伦∙埃斯特韦斯（Alan Estevez）在公告中宣称，美国进行出口管制是为了让“全球各地的公司能在一个公平的竞争环境中运行”。他提到，科技进步使得半导体和发动机等技术运行的更快、更高效和更耐用，甚至可以在更恶劣的条件下运作，这可能使它们成为商业和军事领域“游戏规则”的改变者。

BIS在公告中声称，将四项支持生产先进半导体和燃气涡轮发动机的技术纳入出口管制，是《瓦森纳协定》42个参与国在2021年12月全体会议上达成一致的结果。此外，美国还在管控更多的技术，包括用于半导体生产的设备、软件和技术，这些管控已超出《瓦森纳协定》中商定的项目。

尽管美国打着42个国家的旗号，但俄罗斯卫星网等外媒早就揭露过，《瓦森纳协定》实际上完全受美国控制。当协定中的某一国家拟向中国出口某项高新技术时，美国甚至直接出面干涉。如捷克拟向中国出口“无源雷达设备”时，美国便向捷克施加压力，迫使捷克停止这项交易。

“出口管制是美国在与他国竞争过程中的一种手段，”杨杰向观察者网指出，考虑到中国正加大力度投资半导体，美国为了维持自身优势，正想法设法阻碍中国半导体产业的发展速度。

对于美国动不动就使用制裁大棒的做法，国外学者曾撰文抨击，如果美国想要保持其在电子行业的世界领导者地位，可以加大力度投资未来的技术知识，进而与中国相匹敌。那么，美国为什么要走制裁路线呢？因为制裁更容易实施，建立一个重视知识的社会更困难。这是晚期资本主义的病态。

在公告中，BIS介绍了四项最新被管制技术的详细信息（观察者网有所补充）。

氧化镓（Gallium Oxide，Ga2O3）和金刚石（diamond）

BIS公告称，氧化镓和金刚石是可以在更恶劣条件下工作的半导体材料，能承受更高的电压或更高的温度，采用这些材料生产出来的设备具备更高的军事潜力。

按照材料性质划分，半导体衬底目前大致可划分为四代：

第一代以硅（Si）、锗（Ge），为代表，主要应用于低压、低频、低功率的部分功率器件、集成电路；

第二代以砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）等为代表，被广泛应用于光电子和微电子领域；

第三代以碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）等宽禁带半导体为代表，在介电常数、导热率及工作温度等方面具有显著优势，目前已逐步应用在5G通信、新能源汽车、光伏等领域；

氧化镓、金刚石等被视为第四代半导体材料。

北京科技大学教授李成明曾介绍，氧化镓是一种新型超宽禁带半导体材料，与碳化硅、氮化镓相比，氧化镓的禁带宽度达到了4.9eV，高于碳化硅的3.25eV和氮化镓的3.4eV，确保了其抗辐照和抗高温能力，可以在高低温、强辐射等极端环境下保持稳定的性质；而其高击穿场强的特性则确保了制备的氧化镓器件可以在超高电压下使用，有利于提高载流子收集效率。

从市场调查公司富士经济2019年6月对宽禁带功率半导体元件的全球市场预测来看，2030年氧化镓功率元件的市场规模将会达到1542亿日元（约人民币92.8亿元），这个市场规模甚至超过氮化镓功率元件的规模（1085亿日元，约人民币65.1亿元）。

目前，针对氧化镓展开研究的各大企业、高校和研究所都对氧化镓的性能寄予厚望，但距离真正实际应用还需要解决很多关键的瓶颈问题。研发上遇到的障碍主要有两方面，一是大尺寸高质量单晶的制作，目前仅有日企研发出6英寸单晶，但还未实现批量供货。二是氧化镓材料大功率、高效率电子器件还处于实验室阶段的研发，在大规模实际应用方面还有欠缺。

中国科技部今年已将氧化镓列入“十四五重点研发计划”。而美国目前正从前沿军事技术布局的角度大力发展氧化镓材料。美国空军研究实验室、美国海军实验室和美国宇航局，积极寻求与美国高校和全球企业合作，开发耐更高电压、尺寸更小、更耐辐射的氧化镓功率器件。

需要指出的是，尽管在半导体衬底材料中有代际划分的说法，但并不能笼统地认为“后一代优于前一代”。第二代、第三代半导体并不能取代第一代半导体，而是根据不同材料的特性，在不同领域应用。

电子计算机辅助设计软件（Electronic Computer-Aided Design，ECAD）

ECAD是一类用于设计、分析、优化和验证集成电路或印刷电路板性能的软件工具。

BIS公告称，此次被纳入管制范围ECAD软件，是专门被用于开发具有全栅极场效应晶体管 (GAAFET) 结构集成电路的软件。

GAAFET晶体管结构是实现3nm及以下技术节点的关键。该技术使生产更快、更节能、更耐辐射的集成电路成为可能，可以用于推进许多商业和军事应用，包括国防和通信卫星。

今年6月，三星已使用GAAFET技术量产3nm制程芯片，尚未公布具体客户名单。而台积电已宣布，3nm制程仍将采用FinFET晶体管结构，最早到2nm制程时才会使用GAAFET结构。

曾有半导体行业媒体撰文指出，采用GAAFET晶体管结构制造的芯片，性能有望提升25%，功耗降低50%。而使用FinFET结构，性能和功耗的改善大致都在15%到20%的范围内。但两种技术的难度和成本应该并不相同。

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元达律师事务所资深顾问詹凯向观察者网指出，用于开发GAAFET晶体管结构的ECAD软件将被美国添加到新的出口管制分类编号3D006下的商业管制清单（CCL）中。对于在NS列中带有“X”的国家/地区，出于国家安全 (NS) 和反恐 (AT) 的原因，这将需要出口许可证，包括中国也属于受限国家。

他认为，美国严格限制EDA领域是比较困难的，这将给当前已经面临严重不确定性的半导体产业带来巨大伤害。本次美国采取的临时禁令和之前判断一致，主要针对的是“3nm及以下”先进制程的ECAD，而不是全产品线和产业链均需要使用的EAD产品。从这个角度看，美方“小院高墙”的出口管制政策并没有改变。

目前，国内已涌现出华大九天、广立微、概伦电子、芯和半导体等多家EDA厂商。但被视为国产EDA龙头的华大九天去年曾在招股书中透露，该公司既有模拟电路设计及验证工具尚不支持16nm及以下先进工艺设计。

图源：华大九天招股书

压力增益燃烧技术（Pressure Gain Combustion，PGC）

BIS公告称，压力增益燃烧技术在陆地和航空航天领域具有广泛的应用潜力，涉及应用包括火箭和高超音速系统等。2020年，美国国家科学院曾把压力增益燃烧等技术列入先进燃气轮机十大优先研究领域。该技术利用多种物理现象，包括共振脉冲燃烧、定容燃烧和爆震，导致穿过燃烧器的有效压力上升，而消耗的燃烧量相同，有潜力把燃气涡轮发动机效率提高10%以上。不过，BIS目前尚无法确认任何正在生产中的发动机使用了这项技术，但已经有大量研究指向潜在生产。

根据BIS公告，对氧化镓、金刚石以及压力增益燃烧技术的出口管制将自今年8月15日生效，对ECAD软件的出口管制将在自今年8月15日起60天后生效。

杨杰告诉观察者网，这四项技术被美国纳入新的出口管制后，美国政府可能会设定新的许可证和要求。而BIS所提到的对美国国家安全造成严重影响，往往是对美国的军事优势存在一定威胁。未来也不排除美国把更多自身掌握一定优势的新技术和新物项纳入出口管制，从而加强对中国的打压。

他分析指出，美国的出口管制是针对不同的物项和不同的最终用户设置不同的管制要求。比如同一个半导体材料，如果向英国出口可能就不需要特别的许可证，但如果出口到中国，可能就需要特殊的许可证。甚至也有可能禁止对华出口，像一些被列入实体清单的中国企业，很可能就无法拿到许可证。

“对中国企业而言，如果未来美国在半导体领域加速与中国脱钩，中国企业一方面可能要加速去美化，也就是说在半导体领域里，要尽量减少对美国的依赖。另一方面也要注意，供应商中有没有受到美国制裁的企业，一旦与受到美国制裁的企业进行相关交易的话，可能自己也会受到美国制裁。”杨杰分析称。

对于美国频繁动用出口管制等手段打压中企，中国外交部早就表明过态度：美国动用国家力量，泛化国家安全，不断滥用出口管制等措施，对他国特定企业进行打压遏制，这是对自由贸易规则的严重破坏，对全球产业链供应链安全的严重威胁，也是对包括美国在内的各国人民福祉利益的严重损害。

尽管在目前的大环境下，美国继续出手打压中国相关产业的概率很大，但也有业内人士向观察者网指出，美国能够使用的手段其实比较有限，不可能像美商务部长雷蒙多所说的那样，轻易就能让某家企业“关门”。

首先，全球半导体产业离不开中国半导体产业的配合。荷兰光刻机巨头阿斯麦就曾直言，如果美国迫使该公司停止向中国大陆销售其主流光刻设备，全球半导体供应链将面临中断，美国企业也将成为受害者。当前，半导体制造业在东亚的聚集，不仅是美国产业的选择，也是全球化资源配置最高效的办法。

第二，美国政府试图重建本土半导体制造业，不见得符合全部美国资本的立场，甚至也不符合美国劳动者的立场。特朗普执政时期，试图施压让制造业回流美国，但他们很难说服普通人前往汽车制造业、钢铁业以及技术含量更高的半导体制造业就业。一是因为半导体制造需要高强度工作，二是人才培训不可能短期完成。

“美国的干扰会一直存在，但具体作用没有那么夸张。”前述业内人士认为，半导体对整个国民经济和工业发展起着至关重要的作用，中国半导体产业要做好长期艰苦奋斗的打算，不能急功近利。

“我认为半导体产业并不是人和人的竞争，甚至也不是企业之间的竞争，而是国家间的竞争。”他指出，国内政策对半导体产业的支持力度还远远没有到头，“比起当年对高铁、光伏等行业的支持，政策方面还有很多牌可以出，还有很多工作可以做，中国半导体未来还是充满希望的。”

来源|观察者网

什么是“芯片之母”EDA软件

据天风国际研报，EDA(Electronic Design Automation，电子设计自动化)

如果把芯片制造比作建造一座大厦的话，IC设计就是大厦的设计图纸，EDA软件就是这张图纸的设计工具，只不过EDA软件比建筑设计软件的复杂度要高出N个数量级。

利用EDA工具，电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统，并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC版图或PCB版图的整个过程，在计算机上自动处理完成。并且是贯穿整个集成电路产业链的战略基础支柱之一。EDA技术可以广泛应用于电子、通信、航空航天、机械等多个领域。


所以总的来说，EDA是集成电路产业领域内“小而精”的环节，产值较小但又极其重要。据赛迪智库数据显示：2018-2020年全球EDA市场规模由62.2亿美元增长至72.3亿美元，年复合增长率达到7.81%。相对于几千亿美金的集成电路产业来说不值一提，但如果缺少了这个产品，全球所有的芯片设计公司都得停摆。

EDA的全球竞争格局

第一梯队：当下EDA行业市场集中度较高，被国际三大EDA巨头所垄断八成

Synopsys(新思科技)

CADEnce(铿腾电子)

Mentor Graphics(明导国际)(2016年被德国西门子收购)

EDA三巨头掌握着绝对的主导权，旗下产品在国内的市场占有率达到85%，并且在产品上各有特色，各自的IP侧重点和优势都有较大的差别。因此，不少一线的芯片设计厂商都有同时使用其中两三家厂商的不同EDA IP来设计芯片。

第二梯队：A NSYS 、Silvaco、Aldec Inc、华大九天等为代表的企业。该类企业拥有特定领域全流程，在局部领域技术较为领先。

第三梯队：Altium、Concept Engineering、概论电子、广立微、思尔芯、DownStream Technologies等为代表的企业。该类企业在EDA上的布局主要以点工具为主，缺少EDA特定领域全流程产品。


天风国际称，国产化势在必行。其研报称，EDA工具链大约有40个细分领域，三大巨头目前实现了全产业链覆盖，而国产龙头华大九天目前的覆盖率约40%，其他国产EDA厂商产品多为点工具，更不能为客户提供特定区域全流程产品服务。


另外，目前国际三大巨头能支持的最先进工艺已经达到2nm，而国内厂商仅有部分产品支持较先进的工艺制程。如华大九天仅有一款支持5nm，思尔芯支持10nm制程，其余仅支持28nm制程。


EDA的国产之路起于20世纪80年代，中国历史上第一款具有自主知识产权的EDA工具“熊猫”诞生，并获得多个国际大奖。在国家政策与资本双重支持下，国产EDA厂商数目不断在增加。根据芯思想研究院数据显示，2020年国内已有约49家EDA企业，比如：华大九天、芯愿景、广立微、概论电子、思尔芯等。

根据赛迪智库数据，2018-2020年中国EDA市场营收国产化份额由6%提升至11%，国产份额化步伐加快。


此外，我国也发布多项政策支持国内EDA/IP行业的发展，并且在政策加码下，或将会迎来新一轮的发展，根据到2023年，行业市场规模有望突破100亿美元，行业CAGR达：11.4%。


天风国际总结称，美国对中国的压力已经由贸易领域全面升级到科技。EDA作为“半导体上的明珠”必将受到美国限制。

面对这个研发周期长、利润低的产业，缺乏长期资金、人才和产业链支持的中国EDA企业其实仍然举步维艰。可即使前路漫漫，国产EDA必须要有。