華為、英偉達(dá)突破芯片大戰(zhàn)界限

據(jù)報(bào)道，華為和中國(guó) EDA 公司開發(fā)了一種集成電路（IC）設(shè)計(jì)自動(dòng)化平臺(tái)，用于生產(chǎn)制程節(jié)點(diǎn)小至 14nm 的半導(dǎo)體芯片。

據(jù)媒體報(bào)道，該技術(shù)的評(píng)估和測(cè)試應(yīng)于今年完成。

如果測(cè)試和評(píng)估成功完成，中國(guó)可能會(huì)朝著克服美國(guó)政府對(duì)其半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的制裁邁出一大步。

14nm 是中芯國(guó)際使用的最先進(jìn)的工藝節(jié)點(diǎn)，中芯國(guó)際運(yùn)營(yíng)著中國(guó)最大的半導(dǎo)體代工廠。新的 EDA 工具應(yīng)涵蓋中國(guó)工業(yè)、汽車和消費(fèi)應(yīng)用所需的大部分芯片。

新的 EDA 工具，如果像報(bào)道的那樣可行，也可能給 EDA 行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者 Synopsys，Cadence Design Systems 和 Siemens EDA（前身為 Mentor Graphics）帶來麻煩，所有這些都位于美國(guó)，并受到美國(guó)政府對(duì)中國(guó)出口限制的約束。

這些限制目前只影響他們最先進(jìn)的技術(shù)，即用于設(shè)計(jì)從 3nm 開始的全環(huán)柵晶體管的軟件。

Cadence 和 Synopsis 最近在中國(guó)的銷售額約占 15%，兩家公司的總銷售額都以兩位數(shù)的速度增長(zhǎng)。然而，Synopsys 本財(cái)年對(duì)投資者的指導(dǎo)假設(shè)美國(guó)政府的出口管制不會(huì)進(jìn)一步變化，而 Cadence 指出其地理收益組合可能會(huì)發(fā)生重大變化。

Mentor Graphics 在被西門子收購(gòu)后于 2017 年退市，現(xiàn)在是該公司數(shù)字工業(yè)部門的一部分，西門子 EDA 似乎正在與其兩個(gè)主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手保持一致，這三家公司合計(jì)占全球 EDA 行業(yè)收入的 75% 左右。

除華為外，從事 EDA 開發(fā)的中國(guó)公司還包括 Empyrean Technology，X-Epic，Cellixsoft，Xpedic 等。Empyrean 提供模擬和混合信號(hào) IC，SoC 和平板顯示器（FPD）設(shè)計(jì)解決方案，是最先進(jìn)的。

根據(jù) Digitimes 的一份報(bào)告，與三星代工合作的 23 家 EDA 公司中有 8 家是中國(guó)的，他們通過技術(shù)和有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格實(shí)現(xiàn)了這一地位。美國(guó)人對(duì)中國(guó)壓低價(jià)格以搶占市場(chǎng)份額的擔(dān)憂開始成為現(xiàn)實(shí)。

中國(guó) EDA 產(chǎn)業(yè)的下一個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)將是 7nm，這是目前該國(guó)光刻能力的極限。由于禁止向中國(guó)出口 EUV 光刻設(shè)備，因此較小節(jié)點(diǎn)的進(jìn)入壁壘急劇上升。

與此同時(shí)，半導(dǎo)體設(shè)計(jì)和相關(guān)的光刻技術(shù)也在前沿迅速發(fā)展。2022 年 10 月，研究機(jī)構(gòu) TrendForce 寫道，如果目前的趨勢(shì)繼續(xù)下去，

• 「... 中國(guó)在 10nm 以上的工藝中實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體自主化并不困難"

• 「致力于 SoC、云計(jì)算芯片、GPU 發(fā)展的中國(guó)本土 IC 設(shè)計(jì)人員，為了滿足產(chǎn)品升級(jí)的迭代需求，注定要轉(zhuǎn)向更先進(jìn)的制造工藝，并有望在未來 2-4 年內(nèi)走向 4nm 制造工藝」

• 但美國(guó)對(duì) EDA 軟件的限制影響「預(yù)計(jì)將在 2025 年逐步顯現(xiàn)，不僅推遲了一些中國(guó)國(guó)內(nèi) IC 設(shè)計(jì)人員的開發(fā)進(jìn)度，甚至造成發(fā)展停滯。

隨著華為 14nm EDA 工具的公布，這一預(yù)測(cè)直接指向下一個(gè)戰(zhàn)場(chǎng)。

3 月 21 月，全球領(lǐng)先的 GPU 設(shè)計(jì)商 Nvidia 宣布推出一個(gè)名為 cuLitho 的新軟件庫(kù)，為計(jì)算半導(dǎo)體光刻技術(shù)帶來加速計(jì)算。

CuLitho 使用當(dāng)前解決方案所需功率的一小部分將光掩模的生產(chǎn)速度提高三到五倍。隨著芯片制造商轉(zhuǎn)向 2nm 及以下制程，它應(yīng)該會(huì)帶來更好的設(shè)計(jì)規(guī)則，更高的密度和更高的良率。

該技術(shù)是與 Synopsys（全球最大的 EDA 公司）、ASML（EUV 光刻設(shè)備的壟斷生產(chǎn)商）和臺(tái)積電（世界領(lǐng)先的 IC 代工廠）合作開發(fā)的，歷時(shí) 4 年。臺(tái)積電計(jì)劃從 6 月開始生產(chǎn)。

根據(jù) Techopedia 的定義，軟件庫(kù)是一套用于開發(fā)軟件程序和應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)和編程代碼。光刻是在硅晶圓上創(chuàng)建 IC 設(shè)計(jì)的過程。光掩模是設(shè)計(jì)模板。

ASML 對(duì)計(jì)算光刻的解釋如下：

「在平版印刷過程中，光的衍射以及 [晶圓上] 感光層中的物理和化學(xué)效應(yīng)會(huì)使機(jī)器試圖打印的圖像變形（可以想象這是試圖用寬水彩畫筆畫一條細(xì)線）。

「計(jì)算光刻使用制造過程的算法模型，使用來自我們機(jī)器和測(cè)試晶圓的關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)...... 為了優(yōu)化掃描儀（光刻機(jī)）、掩模和工藝，以提高設(shè)備的可制造性和產(chǎn)量...

「如果沒有計(jì)算光刻技術(shù)，芯片制造商就不可能制造出最新的技術(shù)節(jié)點(diǎn)。

參與 cuLitho 開發(fā)和應(yīng)用的高層管理人員對(duì)這項(xiàng)技術(shù)有這樣的看法：

英偉達(dá)首席執(zhí)行官黃仁勛（Jensen Huang）表示：「隨著光刻技術(shù)達(dá)到物理極限，英偉達(dá)引入 cuLitho 以及與我們的合作伙伴臺(tái)積電、ASML 和 Synopsys 的合作，使晶圓廠能夠提高產(chǎn)量，減少碳足跡，并為 2nm 及更高層奠定基礎(chǔ)?！?/p>

臺(tái)積電首席執(zhí)行官 CC Wei 博士表示：「cuLitho 團(tuán)隊(duì)通過將昂貴的操作轉(zhuǎn)移到 GPU 上，在加速計(jì)算光刻方面取得了令人欽佩的進(jìn)展，這一發(fā)展為臺(tái)積電在芯片制造中更廣泛地部署逆光刻技術(shù)和深度學(xué)習(xí)等光刻解決方案開辟了新的可能性，為半導(dǎo)體規(guī)模的持續(xù)發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。」

ASML 首席執(zhí)行官 Peter Wennink 表示：「我們計(jì)劃將對(duì) GPU 的支持集成到我們所有的計(jì)算光刻軟件產(chǎn)品中，我們與 NVIDIA 在 GPU 和 cuLitho 上的合作應(yīng)該會(huì)為計(jì)算光刻帶來巨大的好處，從而為半導(dǎo)體微縮技術(shù)帶來巨大的好處，在高數(shù)值孔徑極紫外光刻時(shí)代尤其如此?！?/p>

Synopsys 首席執(zhí)行官 Aart de Geus 表示，計(jì)算光刻，特別是光學(xué)接近校正（OPC），正在推動(dòng)最先進(jìn)芯片的計(jì)算工作負(fù)載的界限，通過與我們的合作伙伴 NVIDIA 合作，在 cuLitho 平臺(tái)上運(yùn)行 Synopsys OPC 軟件，我們將時(shí)間從幾周縮短到幾天。

光學(xué)接近校正可補(bǔ)償由光衍射或過程效應(yīng)引起的誤差，以提高光刻的精度。ASML 的高數(shù)值孔徑 EUV 光刻系統(tǒng)計(jì)劃于 2025 年進(jìn)行大批量生產(chǎn)。