手工設計計算機芯片的日子早已一去不復返了。在 1970 年代芯片中包含數千個晶體管，而今天它們已經超過了 1000 億個，而手動創建這些設計是不可能的。這就是電子設計自動化 （EDA） 軟件的用武之地。它是一類工具，可幫助電氣工程師設計和開發更復雜的芯片。

該軟件現在構成了中美科技貿易戰的最新戰線。8 月 12 日，美國商務部宣布對某些 EDA 工具實施多邊出口管制，阻止中國和 150 多個其他國家（基本上是任何不是美國傳統盟友的國家）在沒有特別許可的情況下訪問這些工具。

EDA 軟件是半導體供應鏈中一個小而強大的部分，它主要由三個西方公司控制。這給了美國一個強大的籌碼點，類似于它上個月想要限制使用光刻機的方式——這是芯片制造的另一個關鍵工具。那么這個行業是如何變得如此以美國為中心的，為什么中國不能開發自己的替代軟件呢？

什么是 EDA？

電子設計自動化（也稱為電子計算機輔助設計或 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，只是它更復雜，因為它處理集成電路上的數十億個微型晶體管。

沒有任何一個占主導地位的軟件程序可以代表行業中的佼佼者。相反，在整個設計流程中經常使用一系列軟件模塊：邏輯設計、調試、組件布局、布線、時間和功耗優化、驗證等等。由于現代芯片非常復雜，每一步都需要不同的軟件工具。

EDA 對芯片制造有多重要？

盡管 2021 年全球 EDA 市場的價值僅為 100 億美元左右，僅占5950 億美元半導體市場的一小部分，但它對整個供應鏈具有獨特的重要性。

從事芯片設計和 EDA 行業 40 多年的顧問 Mike Demler 表示，如今的半導體生態系統可以被視為一個三角形。一個角落是代工廠，或者像臺積電這樣的芯片制造商；另一個角落是 ARM 等知識產權公司，它們制造和銷售可重復使用的設計單元或布局；第三個角落是 EDA 工具。三者共同確保供應鏈順利進行。

從名字上看，EDA 工具似乎只對芯片設計公司很重要，但它們也被芯片制造商用來在生產前驗證設計是否可行。代工廠無法制造單個芯片作為原型。它必須投入數月的時間和生產，而且每次都要在同一個半導體基礎上制造數百個芯片。如果發現它們有設計缺陷，那將是巨大的浪費。因此，制造商依靠一種特殊類型的 EDA 工具來進行自己的驗證。

EDA行業的龍頭企業有哪些？

只有少數幾家公司為芯片制造過程的每個步驟銷售軟件，而且他們已經統治了這個市場數十年。排名前三的公司——Cadence（美國）、Synopsys（美國）和 Mentor Graphics（美國，但在 2017 年被德國公司西門子收購）——控制了全球約 70% 的 EDA 市場。他們的主導地位如此強大，以至于許多 EDA 初創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，進一步鞏固了寡頭壟斷地位。

美國政府在做什么來限制對中國的 EDA 出口？

美國公司對EDA行業的巨大影響力讓美國政府很容易擠壓中國的準入。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清單中。美國將與包括德國在內的其他 41 個國家協調實施這些限制措施。

受限制的工具是那些可用于 GAAFET（環柵場效應晶體管）架構的工具，這是當今最先進的電路結構，這對于制造最新芯片和未來更先進的芯片至關重要。商務部仍在征求公眾意見，以確定哪種 EDA 軟件最有助于實現這一特定結構，因此應將其添加到列表中。

中國科技巨頭華為在 2019 年同樣受到限制，無法使用所有美國 EDA 工具，而拜登政府延續了特朗普政府將出口管制作為貿易戰武器的偏好。咨詢公司歐亞集團的分析師陸曉萌表示：“他們上一輪對華為的限制非常成功，以至于他們發現這是要追求的目標。”

中國將受到怎樣的影響？

短期內中國不會受到那么嚴重的影響，因為中國的代工廠還不夠先進，無法制造出需要 GAAFET 結構的最先進的芯片。但封鎖意味著中國芯片設計公司將無法使用最先進的工具，而且隨著時間的推移，他們很可能會落后。

但是，阻止軟件的出口與阻止光刻機等大件硬件的出口有很大的不同，因為它們的可追溯性很強，所以不可能走私到中國。EDA 軟件工具是在線分發的，因此它們可以被盜版。

中國公司要么保留他們已經購買的 EDA 軟件，要么訴諸黑客許可或通過影子實體獲取它們。這使得預測最新一輪限制措施的有效性變得更加困難。

中國在 EDA 方面做了什么？

中國已經慢慢意識到它需要開發國內替代品。在其最新的五年計劃中，這是中國最高的經濟藍圖，EDA被列為中國需要突破的半導體行業第一個尖端技術。這意味著更多的政府資源將投入到這一領域的研發中，包括中國政府支持的半導體投資基金，該基金于2018年投資了中國EDA公司華大九天。

華大九天的創始人從1980年代就開始從事EDA設計工作，是目前國內EDA軟件的領頭羊，但僅占國內EDA市場的6%。它還遠未開發出完整的設計流程，這意味著其產品只能替代美國公司提供的一小部分產品。

同時，概倫電子、廣立微等中國EDA公司在技術布局和創新方面走的較為靠前。

此外，還有更多的初創公司正在填補這一空白，其中大多數由 Cadence 或 Synopsys 的前中國員工領導。哥本哈根商學院副教授 Douglas Fuller 表示，憑借更多的國際經驗和更少的歷史負擔，這些初創公司可能更有能力挑戰現狀。“從長遠來看，如果他們把它們拼湊起來，它們可能是華大的更好替代品，”他說。

中國開發國產EDA替代品難嗎？

中國有一個充滿活力的軟件產業，它產生了一些世界著名的消費科技應用程序，如騰訊的微信和阿里巴巴的支付寶。“但就工業用途、企業用途軟件而言？這是中國的缺點，”盧說。“很長一段時間以來，中國的產業政策制定者都沒有意識到 ［EDA 軟件］ 是真正的瓶頸。”

這是一個需要數十年和數十億美元投資才能取得重大研究進展的領域，因此即使中國企業現在想趕上，也需要很長時間才能取得重大進展。

一個大問題是人才。EDA 工具開發是一個如此利基的領域，傳統上，中國公司一直在努力吸引許多接受過 EDA 工具制造培訓的少數工程師。

它將如何影響美國芯片公司？

最新的 EDA 出口管制針對的是行業中非常專業和先進的部分。“這種高端軟件尚未被中國公司廣泛使用，因此限制對美國供應商的直接商業影響是有限的，”盧說。

但芯片公司通常不歡迎出口管制，因為此類政策會減少對美國產品的需求，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、設備制造商以及供應鏈上的其他所有人。“你會有很多憤怒的公司，”富勒說。“不僅在美國——不僅僅是 EDA 公司。”

審核編輯 ：李倩