独家|中外芯片公司如何看《芯片法案》与EDA断供
文丨智驾网 黄华丹
芯片无疑是近期话题的中心。
从美国多项芯片相关政策落地，到近日有消息传出部分芯片价格雪崩。缺芯至今，关于芯片的话题一直牵扯着大众的神经。
价格雪崩的芯片包括部分PC和手机等消费电子芯片，以及部分车载芯片。据称，意法半导体某款电子控制芯片从2021年高位的3500元降至600元。
此外，疫情之下，经济衰退，由于消费预期下降，英特尔、英伟达和AMD等巨头也纷纷调低了预期。
而同时，美国对中国高端芯片产业的限制政策却层层加码。作为最精细最复杂的科技产品，芯片关乎整个科技产业的发展，在各国产业中均占据着重要的位置。
这也并不是美国首次对他国半导体产业实施打击。上世纪80年代，美国就通过《美日半导体协议》对彼时处于鼎盛时期的日本半导体产业进行了打击，进而取而代之成为全球半导体行业老大。
而自2019年起对华为的制裁也导致华为如日中天的手机业务出现断层。
这一次，美国对半导体行业的干预是从光刻机到EDV，再到通过法案变相迫使芯片企业二选一乃至试图联合日本、韩国、中国台湾成立Chip-4，将中国孤立于供应链之外。
01.
美国的制裁组合拳都有哪些？
7月，彭博社消息报道，美方知情人士透露，美国正在向荷兰政府施压，要求阿斯麦公司（ASML）禁止对华出口深紫外光刻机DUV。此前，由于无法获得荷兰政府的出口许可，ASML已经无法向中国出售其最先进的极紫外光刻机EUV。
随后，北京时间8月9日晚，美国总统拜登正式签署《芯片与科学法案》（The Chips and Science Act），简称芯片法案。
这项前后僵持近三年的法案主要内容包括：
而对于接受补贴的公司，禁止其在会对美国产生威胁的国家扩大一定制程先进半导体的产能。同时，为确保该禁令与半导体技术和美国出口管制的发展保持同步，商务部长、外交部长和国家情报局总监可能将定期审核，需要对哪些技术进行出口管制。禁令期限为十年。
8月12日，美国商务部工业和安全局（BIS）又发布一项新增的出口限制临时最终规定，对四项技术进行出口管制，其中涉及半导体的包括：
设计GAAFET（全栅极场效应晶体管）结构集成电路所必需的EDA /ECAD软件，
金刚石和氧化镓为代表的超宽禁带半导体材料。
关于金刚石和氧化镓的禁令于8月15日生效，关于EDA软件的禁令则于8月15日后60日内生效。
此外，从今年三月起，美国就积极拉拢韩国、日本、中国台湾地区组成Chip-4联盟，力图将中国排除在产业链之外。
那么，这些政策到底意味着什么？相关芯片企业，包括中国公司与美国公司会受到怎样的影响？而芯片巨头们又将对此如何反应？
我们采访了部分中美芯片企业，并尝试基于产业进行简要解读。
02.
EDA和光刻机之于芯片
首先，我们来简单了解一下相关的芯片产业链。
芯片的生产制造流程包括芯片设计、制造、封装和测试。
EDA全称Electronic design automation，电子设计自动化软件。即用于设计芯片的软件工具，涵盖逻辑设计、电路系统设计、系统仿真、性能分析到设计PCD版图等一系列芯片设计流程，其贯穿集成电路产业设计、制造、封测等各个环节，被誉为“芯片之母”。
而此次被美国商务部列入出口管制的是设计GAAFET结构集成电路所需的ECAD工具。
GAAFET全称Gate-All-Around FET，全栅极场效应晶体管，最早由三星于2019年提出，以解决FinFET在5nm以下制程遇到的问题。
FinFET为鳍式场效应晶体管，也是曾经英特尔公司为了适应更小制程的芯片制造而提出的结构。
如今，当芯片制程来到5nm以下，FinFET也开始无法适应，因而需要更先进的GAAFET结构。
目前，三星已经在3nm制程上使用GAAFET，台积电则准备在2nm制程中引入GAAFET。
在制造环节，将晶圆制造成集成电路非常重要的一个环节就是在硅晶片涂上光致抗蚀剂，盖上遮光物模版，利用紫外光使模版之外的部分溶解，再用溶剂洗去溶解部分，剩下的便是模版的形状。
此处需要用到的就是光刻机。
根据光刻机的发展历程和光源，可分为紫外光源（UV）、深紫外光源（DUV）和极紫外光源（EUV）。一般而言，目前制造7nm及以下制程芯片需要EUV，14nm及以下制程则需要用到DUV。
数据显示，ASML占据90%的光刻机市场份额，而在单价过亿的高端EUV光刻机市场，ASML更是实现了100%垄断。
03.
芯片法案及跨国芯片巨头的反应
公开数据显示，上世纪90年代，美国占全球半导体制造业份额的37%。但随着全球产业分工的细化，美国半导体企业逐渐将芯片制造环节转移到东亚等地区，目前美国所占全球芯片制造份额只有12%，与之相对的是台积电、三星等芯片代工企业的崛起。目前，东亚在芯片制造领域占75%的份额。
从设计环节来看，据IC Insights发布的芯片市场研究报告显示，去年总部在美国的设计公司产值全球占比68%，中国台湾占比21%，中国大陆占比9%。
从销售环节来看，美国也以54%的份额稳居首位，韩国排名第二，占22%，日本占6%，中国台湾占1%。
可以看出，制造环节是美国想要实现产业链自给自足最大的痛。因而，美国政府希望通过补贴与税收减免等政策吸引企业和人才回到美国国内。
但目前，制造业的主要集中地在东亚。
因而也有观点认为，美国试图通过向企业发放补贴迁移产能并没有那么容易。制造产业链长期集中在东亚，无论是人力还是成本方面，东亚都有明显的优势。
关于这点，美政府就公开承认过在美生产成本较其他地区高出四到七成。而台湾《经济日报》社论认为，这应该还是刻意压低的数字。而且，芯片法案目前分配给制造投资的预算仅有390亿美元，仅台积电一个厂的投资就超过百亿美元，对于赴美建厂而言，美政府的补贴基本属于杯水车薪。
另外，美国本土不仅人力成本高昂，同时也缺乏芯片制造相关的人才。据称，此前台积电计划在亚利桑那州建厂，就因为招不到足够的工程师和技术人员而延期了好几个月。
而且，要想拿到美国政府的补贴，芯片企业十年内不得在威胁美国国家安全的国家进行先进制程的投资，已经投资的，也不能再扩大产能。当然，此处主要是指中国大陆。
这也是该法案会引起如此轰动的原因。
对于在中美两地均有业务的跨国企业来说，拿到美国政府的补贴，就意味着要停滞其中国业务。这显然需要权衡。
为此，智驾网采访了包括Mobileye、赛灵思、高通等芯片巨头。
Mobileye表示其芯片由台积电代工，芯片法案的落地对其并无影响。
由于话题比较敏感，赛灵思与高通表示不方便作官方回应。
英特尔CEO帕特·盖尔辛格（Pat Gelsinger）则出席了拜登签署芯片法案的仪式，并在其成为法律后发表声明：
据外媒报道，英特尔一直是该法案的支持者，并多次呼吁政府提供更多的补助，以帮助美国芯片企业与竞争对手抗衡。
英特尔希望能获得120亿美元补贴，用于其在亚利桑那州和俄亥俄州的晶圆厂建设。
帕特·盖尔辛格认为，该法案可能是二战以来美国“最重要的产业政策”。
但英特尔自身其实在中国有诸多布局，包括对地平线等中国半导体企业的投资。如果接受美国政府的补贴，受限制条件约束，对其在中国境内的业务会有何影响目前暂未有所披露。
英特尔中国并未对此事进行回应。
此前，台积电与三星也已确定赴美建厂，分别设址亚利桑那州和德克萨斯州，预计2024年投产。台积电美国工厂为5nm制程工厂。
04.
EDA与光刻机是对先进制程的限制
不同于芯片法案旨在推动美国本土的芯片制造，美国商务部BIS出台的EDA禁令以及对14nm以下先进设备的禁令则旨在抑制竞争对手的先进制程芯片发展技术。当然，此处的竞争对手主要也是指中国大陆。
如前文所述，由于此次美国商务部出口禁令限制的是用于GAAFET架构的EDA，也即3nm以下制程芯片，而目前国内芯片制程大多停留在6nm，7nm级别。因而，短期来看，美国断供用于设计GAAFET结构芯片的EDA对中国芯片产业影响并不明显。
但长远来看，如果中国不能解决3nm以下先进制程芯片的设计问题，这条禁令就会直接阻碍中国芯片产业向下一代更先进制程发展。
目前，国内EDA市场主要由海外三巨头统治。数据显示，美国新思科技（Synopsys）、美国楷登电子（Cadence）和西门子EDA市场份额合计超过77%。
中国自己还没有可用于3nm及以下先进制程芯片设计的EDA工具。
国内厂商中，华大九天在国内市占率为5.9%，排名第四，居本土企业首位。而据华大九天上市招股书披露，其数字电路仿真EDA工具技术支持5nm工艺，其他模拟电路EDA工具支持28nm制程。
另外，思尔芯的相关EDA产品可以支持10nm制程芯片的设计。
但三巨头的产品均已能支持2nm制程。
而且，华大九天是目前唯一能提供模拟电路设计全流程EDA工具系统的本土企业。其余国内企业均还无法提供全套工具链。
因此，从长远来看，要避免在芯片产业上卡脖子，中国着力发展自己的EDA企业势在必行。
目前，国内有五十多家EDA企业，包括华大九天、国微集团、芯愿景、芯华章、广立微、概伦电子、思尔芯、芯和半导等，约占总市场份额的11%左右。
另外，此次被列入出口管制的金刚石和氧化镓是新型超宽禁带半导体材料，可以在高低温、强辐射等极端环境下保持稳定，抗辐照和抗高温。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。
为此，我们也咨询了包括芯驰科技、宸芯科技在内的几家本土芯片企业，从目前来看美国的出口管制对国内芯片公司暂无影响。
而在光刻机方面，目前国产光刻机的已经实现22nm级别的研发，但尚无法用于商业生产。
另一种被视为能解决制程问题的方案是Chiplet，即小芯片，又称芯粒。
Chiplet是一种芯片“模块化”设计方法，也是异构集成的封装技术。
不同于传统的SoC，Chiplet能将不同工艺节点、不同功能、不同材质的Chiplet，通过先进封装技术集成在一起，从而形成一个SoC，以平衡芯片计算性能与成本。
其优势是设计灵活，成本低，上市周期短。
而且，Chiplet可实现不同工艺节点的芯片产品搭配，并通过添加或删除Chiplet，来创建具有不同功能集的不同产品。
例如，一颗芯片可以集成28nm，14nm，7nm的节点，通过I/O die互连，从而创造出与7nm芯片一样的性能和作用，在一定程度上减少美国对先进制程的管制。
05.
美国想孤立中国芯片产业并没有那么容易
短期来看，美国的这些政策对中国芯片企业并没有太大影响。但从长远来看，先进制程EDA与光刻机的断供必然会影响中国芯片企业向更先进制程的发展。对中国的产业链来说，在设计发展到需要用到3nm制程以前，找到可以替代的方案至关重要。
芯片法案虽然本意是为美国本土芯片企业提供补贴，支持美国本土产业链的发展，更多的是一种防守策略。由于美国芯片设计公司大都由台积电、三星代工，对美国而言，在风云诡谲的国际局势下，试图将制造企业迁回国内的尝试也无可厚非。但由于其存在排斥性条款，限制美国企业在他国生产芯片，又是一种强行转移产业链的行为，会导致全球分工出现混乱。
而对中国市场来说，美国的Chip-4联盟如果真的成立，对中国大陆芯片产业必然造成深远的影响。美国、日本、韩国、中国台湾涵盖了设计、制造、封测等多领域的龙头企业，如中国台湾的联发科、台积电、日月光，韩国的三星、SK海力士，日本的东芝、瑞萨、东京威力科创等，美国的美光、英特尔、博通、高通等。
但另一方面，中国大陆作为全球最大的半导体市场，一年的半导体消费量为2991亿美元，约占全球一半。对于在华业务占有量较大的企业来说，无论是拿美国政府的补贴，还是加入所谓的Chip-4联盟，可能都不是好的选择。
以韩国为例，三星电子、SK海力士等韩国半导体企业在华业务均占较大比重。而且，三星电子唯一的海外存储芯片工厂位于西安。SK海力士则落户无锡生产DRAM芯片，占SK海力士DRAM芯片总产量的47%。
此次佩洛西访韩时韩总统避而未见亦透露出一定信号。
对美国来说，要想孤立中国的芯片产业和其期望将产业链全部迁回国内一样，都没有那么容易。
科技的发展需要产业的通力合作，尤其是芯片这样精细复杂的产品，本该是凝聚全人类智慧结晶的成果，却在地缘政治驱使下成为一种筹码。作为行业观察者，对此未免感到痛心。
但另一方面，芯片牵涉国家整个科技产业的发展，在多次被卡脖子的教训后，中国建立起自己完整的产业链也迫在眉睫。这或许亦是一种悖论。