前不久，美国商务部工业和安全局（BIS）在《联邦公报》中披露了一项新增的出口限制临时最终规则，涉及先进半导体、涡轮发动机等领域。该禁令对具有GAAFET（环绕栅极场效应晶体管）结构的集成电路所必需的EDA/ECAD软件、以金刚石和氧化镓为代表的超宽禁带半导体材料、包括压力增益燃烧（PGC）在内的四项技术实施了新的出口管制。

  图片来源：联邦公报

  对EDA和新材料双重围堵

  此次禁令，不同于以往的做法，矛头直接指向了半导体产业链上的两个关键环节。一个是行业“芯片之母”的EDA，另一个是半导体材料领域的“超新星”金刚石和氧化镓。

  这是继芯片法案之后，美国再次在先进工艺芯片领域，挥出围堵重拳。

  什么是GAA？GAA全称为Gate-All-Around，是一种环绕式栅极技术晶体管，也叫做 GAAFET，它的概念是比利时IMEC Cor Claeys博士及其研究团队于1990年发表文章中提出。

  根据电气与电子工程师协会（Institute of Electrical and Electronics Engineers）在国际器件与系统技术发展蓝图（International Roadmap for Devices and Systems,以下简称“IRDS”）官网发布的《2016年版IRDS™白皮书》，其预测GAAFET将在4nm及以下节点取代FinFET。

  2021年年初，三星在IEEE国际固态电路大会（ISSCC）上公布了3nm制造技术的一些细节，包括类似全栅场效应晶体管(GAAFET)结构，率先开启先进工艺在技术架构上的转型。据报道，三星电子采用GAAFET架构的3nm芯片在6月30日就已初步生产，首批芯片已在7月25日开始发货。

  可以说，在未来3nm或4nm及以下的芯片器件中，GAAFET将成为主要芯片结构之一。在 GAAFET 技术的巧妙帮助下，半导体工艺的进化之路还将进一步往前走。因此，GAAFET也将是世界芯片行业的主要发展方向，必然会对我国芯片发展将起到至关重要的作用。

  结合美国《2022年芯片与科学法案》阻碍先进工艺产能落地中国来看，美国商务部发布的该项措施意在限制我国企业跟进GAAFET技术，最终导致我们的芯片设计止步于3nm工艺。

  而对于禁令中提到的金刚石和氧化镓，两者都是半导体材料领域的“超新星”，被认为是制备下一代高功率、高频、高温及低功率损耗电子器件最有希望的材料。

  在后摩尔时代，具有先天性能优势的宽禁带半导体材料脱颖而出，而氧化镓的出现，为产业带来了新风向。作为超宽禁带半导体，氧化镓有望替代碳化硅和氮化镓成为新一代半导体材料。目前，各国的半导体企业都争先恐后布局，氧化镓正在逐渐成为半导体材料界一颗冉冉升起的新星。

  随着SiC和GaN功率电子学进入发展成熟阶段，新的需求又在推动下一代功率电子学的发展，金刚石被认为是制备下一代高功率、高频、高温及低功率损耗电子器件最有希望的材料，被业界誉为“终极半导体”。

  美国加码此两项材料禁令，正如其商务部表示，此举涵盖的“新兴和基础技术”包括氧化镓和金刚石，因为“使用这些材料的设备显著地增加了军事潜力”。

  短期内断供影响有限

  GAAFET是进入2nm之后的主流工艺架构。在摩尔定律下，集成电路上可容纳的晶体管数量大约每18个月就会增加一倍，针对不同工艺阶段，有不同的主流架构，也就有不同的EDA工具。

  以前，主流的工艺架构一直是FinFET，FinFET在22nm工艺之后成为半导体的主流架构，一直延续到5nm工艺。美国这份规则中，所提到的GAAFET结构的EDA软件，是所有半导体公司在进入先进工艺后都无法避开的一个环节。

  此次禁令这一规则意味着，我国那些要用到先进工艺芯片的公司，如AI芯片公司等，未来有可能在2nm、3nm工艺及以下的芯片设计上进程受阻。

  但是，由于断供的EDA软件过于先进，明显超越了我国晶圆厂的制造能力，总体来说短期影响不大。

  一是因为3nm以下工艺对于工业界而言并非不可或缺，我国晶圆厂现有的12nm、14nm工艺已经能够满足绝大部分市场需求。在进入28nm工艺节点后，继续攀升工艺的性价比越来越低，这也是很多对成本非常敏感的芯片依旧采用28nm工艺的原因。何况开发3nm工艺必然高度依赖ASML、应用材料、泛林等欧美公司的半导体设备，潜在风险不可小觑。

  二是因为2nm、3nm已经是目前最先进的芯片工艺，台积电3nm工艺依然采用FinFTE结构的晶体管，预计于第三季度开始量产。目前，国内应用先进工艺的初创GPU公司、互联网造芯大厂、自动驾驶芯片公司、手机芯片自研公司等EDA企业，主要还是集中在7nm-5nm之间突破。所以未来3-5年内，7nm-3nm依然会是主流的先进工艺。

  对于禁令中的两个半导体材料来说，我国氧化镓商业化刚刚起步，金刚石离商业化还有较大距离，短期内对国内产业链影响有限，但是长期来看第四代半导体材料仍是重要布局点，占据先发优势至关重要。

  创新破局并弯道超车

  目前美国限制基于GAAFet的EDA软件出口，其实是在做提前布局，整个半导体行业全面进入GAAFet时代，大约还有两三年时间。也就是说，这条新规能够产生具体的市场影响还尚需时日，这就给了我们一定缓冲时间，也将是我们大力发展软硬件、迎头赶上、突破枷锁的关键阶段。

  根据台积电的road map，采用GAA晶体管结构构的2nm工艺，将于2025年量产。而第一批产能通常会由苹果包揽，所以其他企业全面转向2nm工艺的时间点应该在2026年左右。由此，未来四年对国内EDA产业十分宝贵，可以加大力度追赶破局。

  美国此项禁令给国内CPU企业的工艺在未来5至10年内锁了上限，这就促使CPU企业把精力用在如何提升架构设计水平和CPU核的性能上，而不是想着去购买国外更好的CPU核、EDA工具以及更先进的台积电工艺，这对于国产CPU行业而言是大好事。

  面对困境，我们应该选择换道超车的策略，率先在新领域创新，破除技术封锁走向技术自主。在刚刚起步不久、竞争没那么激烈、技术差距较小的第三代半导体领域，在新能源汽车、5G基站、光伏、风电、高铁、自动驾驶等应用领域找到新的增长点，即可以在其他战场上弥补损失。

  从2018年到2020年，国产EDA工具在国内市场销售份额分别为6.2%、8.3%、11.5%，尽管规模依然很小，但市占率稳中有升。国内EDA市场巨大，EDA三巨头也格外重视中国市场，如果能把国产EDA充分渗透到国内市场，那么对EDA发展会起到良好的促进作用。这就需要政府、高校、相关机构牵头，把产业链打通，让整个产业链上游相互促进、协同发展，EDA也会在不断的迭代中完善，最终完成国产替代化。

  结语

  此次断供并不可怕，但需要我们警惕的是，如果此次断供未能达到实质上的“围堵”效果，不排除美国继续加码的可能。EDA和芯片制造或许是美国在半导体产业链中最后的两张牌，也许会动作频出。所以，我们不能掉以轻心，要利用这几年的有利时机，发展国产EDA，在当前牢不可破的格局中，撕开一道裂痕！