chips manufacturing process

今年八月中旬,美國商務部針對特定 EDA 工具,發表了一項出口管制多邊協定,管制對象為中國與其他 150 個國家──基本上只要不屬於美國傳統外交同盟,就都被列在管制名單內,若要使用受管制的 EDA 工具,必須先取得官方特別許可

究竟 EDA 是什麼?為何美國政府如此小心提防,而這波管制又將如何影響中國的半導體產業?

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什麼是 EDA,其產業應用有哪些?

EDA 是英文「Electronic Design Automation」的字首縮寫,意即「電子設計自動化」,是廣義 CAD(電腦輔助設計)的一種,指利用電腦軟體工具將複雜的電子產品設計過程自動化,以縮短產品開發時間,協助工程師設計電子產品,提高其市場競爭力

EDA 貫穿於整個晶片生產流程,從晶片設計、電路性能分析、到 IC 或 PCB 佈局,EDA 軟體是晶片設計的全方位解決方案,也是半導體製造業中最上游的產業,雖然產值不高,但如果停擺,下游的設計、製造、封裝皆無法運作

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EDA 為何成為半導體產業關鍵?

儘管 2021 年,全球 EDA 市場規模估值落在 100 億美元,比起整個半導體市場的 5,950 億美元可說是冰山一角,不過它對於半導體供應鏈而言,可謂至關重要。

依半導體產業體系來看,EDA 為 IC 設計所需的軟體,為半導體製程技術提升的必需品,缺乏替代性產品;EDA 軟體的需求者還包含 IC 製造、設計業之研發及測試驗證人員。

Mike Demler 是一位擁有超過 40 年晶片設計、EDA 產業經驗的專業顧問,他認為半導體產業生態系就像是一個三角形,兩端分別是台積電等晶圓代工廠、IP 矽智財,像是 ARM 架構設計,最後一端就是 EDA 工具,唯有三者協力才能確保晶片供應鏈順暢。

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EDA 軟體市場呈現寡占局勢

根據全球市場研究機構 TrendForce 的統計資料,2021 年 EDA 三大廠商之市占率分別為:Synopsys(新思科技)占比 32%、Cadence 30%、Siemens(西門子)13%;前兩者均為美國企業,德國西門子則在 2017 年併購美國企業 Mentor Graphics,三者全球市占率總計達 75%。

由於 EDA 三巨頭幾乎在所有電子細項領域都有產品涉及,且 EDA 具有層層專利保護,使得進入門檻極高,下游客戶的依賴性亦高,這些因素都反過來強化了 EDA 市場寡占局面。

而 EDA 三巨頭本身能在全球站穩腳步,主要有三項原因:

  1. 不斷合併利基型小廠
  2. 研發經費充裕
  3. 美國政府在背後支持

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新思科技親臨 2023 AIoT 論壇!EDA 創新如何點亮 IC 設計的未來競爭力?

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美國政府如何管制 EDA 軟體出口?

由於美、德兩國在 EDA 產業具備壓倒性優勢,且德國一向是美國的友好同盟,EDA 自然就成為中美晶片戰中,美國政府的一張有力王牌;美國聯合德國等 41 個國家,共同執行這波出口管制令。

此次管制內容針對的是 GAAFET (Gate-all-around) 晶片所需的 EDA 軟體──GAAFET 中文譯為「閘極全環電晶體」,是進入 2 奈米晶片製程後的主流工藝架構,也是現行先進晶片製程中的必要環節

美國貿易部甚至向產業專家徵詢意見,以確保所有高價值的 EDA 軟體都被列入管制名單內。

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EDA 管制將如何衝擊中國晶片產業?

雖然短期內中國 IC 設計還沒有使用 GAAEDA 的需求,因為中國晶片廠商尚在進行 5 奈米、7 奈米製程的攻關,但外界預測 3~5 年後,當中國逐漸跨入 3 奈米先進製程設計,若缺乏美系 EDA 工具的支援,從最初的晶片設計,到後端的系統編程,甚至晶圓製造,恐怕都將陷入發展困境;換言之,軟體限制可能直接影響中國半導體生態系的長遠發展。

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本文開放合作夥伴轉載,參考資料:MIT Technology Review,首圖來源:Canva