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已经生效! 美国断供EDA软件! 中国企业不能设计传感器了

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已经生效! 美国断供EDA软件! 中国企业不能设计传感器了
浏览:101 发布日期:2022-09-04

与此同时提到的技术有两种超宽禁带半导体材料——金刚石和氧化镓,还有一种燃气轮机的压力增强燃烧技术——压力增益燃烧(PGC)技术。

半导体和发动机,是美国看守最严的两项技术!受此禁令影响,80%以上国产企业使用的MEMS EDA软件的母公司已向中国禁售半导体制造设备!

我国芯片、传感器等半导体产业长期以来极度依赖美国企业的EDA设计软件,传感器EDA设计软件市场几乎100%无国产!一旦禁用,中国传感器企业还能设计出传感器吗?我们有替代的国产MEMS CAD软件吗?

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已经生效!禁用这个EDA软件模块!美国誓要斩断中国先进芯片之路!

美国的EDA电子设计自动化软件对中国企业的断供,已经是第三次了。

第一次是2018年对付中兴;第二次是2019年断供华为;而这一次,干脆是对中国整个芯片企业。

而这次断供的,并不是全部EDA软件,而是一个EDA软件模块——该模块用于设计GaaFET结构芯片所必需。

这就像“打蛇打七寸”般致命的中国半导体产业的关键点,将影响半导体未来10年的格局,甚至可能斩断中国先进芯片制造升级之路!

▲先进芯片制造工艺发展历程:PlanarFET、FinFET、GAAFET

为什么美国一定要禁用GAAFET结构芯片所必须的EDA软件模块?

因为半导体制程已经进入3纳米后工艺,摩尔定律面临着失效的局面,而半导体界正在采用一种全新的全栅式场效应晶体管GaaFET来应对更先进的制程,以替代之前一直使用的鳍式场效应晶体管FinFET。

目前,全球3大主流先进芯片制造商,三星已经在其3nm工艺里使用GAA晶体管,而台积电和英特尔则计划在2024年将GAA技术用于其2nm工艺。

因此,GAAFET工艺是进入2纳米制程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,针对不同制程阶段,有不同的主流工艺架构,也就有不同的EDA工具。

在此之前,主流的工艺架构一直是FinFET,即鳍式场效应晶体管,FinFET工艺在22纳米制程之后成为半导体的主流工艺架构,一直延续到5纳米制程。包括中芯国际目前14nm晶圆使用的,也都是FinFET工艺。

而如果中芯国际等中国厂商想向更高制程的芯片进发,那么就绕不开GAAFET工艺。

美国不仅要我们造不了芯片——不让买最先进的EUV光刻机,更要我们不能设计最先进的芯片——禁用设计GAAFET的EDA模块。

这四项技术的禁用,早在2021年11月,以美国为主导的42国参与的《瓦森纳协定》的修订中,已经写入。而美国的出口管制涵盖了比国际协议更广泛的技术,包括用于生产半导体的额外设备、软件和技术。相关情况可参看《40页141次!这42个国家对中国封锁最严重的高科技竟是传感器!》内容。

▲2021年11月修订《瓦森纳协定》新增对GAAFET的表述。

短期内,这项禁令对中国半导体产业的影响不大,因为中国公司还在突破5nm和7nm制程中。但是未来10年,中国向2nm、3nm制程进发,中国需要用到先进制程芯片的公司,如AI芯片公司、挖矿芯片公司等,都将受到极大影响。

因为这意味着,中国所有半导体公司都不能用2nm、3nm等更高制程工艺设计最先进的芯片!那么到时,中国的一堆Fabless公司还有什么竞争力?

狠吗?狠!许多半导体行业专家都认为,这一规则对中国芯片设计公司来说影响最大,美国想斩断中国所有半导体产业的未来!

中国MEMS产业在镰刀的边缘:80%以上国产企业使用的MEMS EDA软件母公司已禁售设备!

这次禁令带来最直接影响,就是美国最大的几家半导体设备制造商,如泛林LAM和科磊KLA,已经在这两天相继宣布不再向中国出售14纳米制造的设备。

其中,对中国传感器产业来说,更值得关注的是泛林LAM。2017年,泛林LAM收购了MEMS传感器EDA设计软件公司Conventor,这是一个全球传感器产业无人不知的软件。

Conventor在我国传感器行业内有多普遍?小编举两个具体的例子。

ConventorWare作为全球市场占有率最高的传感器设计软件,我国80%以上的企业都在用它。

在2016年结束的“国家高技术研究发展计划”(863计划)里,承担MEMS传感器研究项目的30个研究小组,100%全部使用Conventor。

除了Conventor外,IntelliSuite、ANSYS等传感器EDA软件,这些软件几乎都是美国公司的产品。

目前我国在中高端传感器芯片上的进口率大约在80%左右,而传感器设计软件则几乎100%使用国外,尤其是美国的产品。

更可怕的是,目前还没有什么国产软件能够代替这些传感器设计软件的使用。

现在,Conventor母公司泛林LAM已授令禁止向中国出售半导体制造设备。所以你猜,随着冲突日益加剧,美国会不会一笔直接禁止Conventorware、IntelliSuite等软件授权中国企业使用?

没有这些EDA软件,我们中国传感器企业恐怕连一颗MEMS传感器也不能设计!

传感器EDA设计软件影响重大

正如我们所知:MEMS技术是传感器的重要发展技术,目前已经占据1/3左右的传感器市场,随着集成化、智能化、低功耗等趋势愈发明显,MEMS技术也将越来越重要。

这些年传感器在手机、汽车、自动化等应用越来越多,MEMS技术功不可没。可以说,没有MEMS技术的传感器,未来将黯然失色。

传感器设计软件主要是指以MEMS CAD(计算机辅助设计软件)为首的工业软件,是MEMS传感器设计实现电子设计自动化(EDA)的关键。

MEMS技术已经被国家列为“十四五规划”和2035年远景目标纲要的科技前沿领域攻关技术之一!

MEMS器件为什么一定要用到CAD设计软件?

一个原因是MEMS器件小,MEMS技术基于微纳加工技术,器件尺寸非常小,一般从1毫米到1微米不等,未来纳米级NEMS技术也将逐渐发力。人工设计及许多传统设计方式在如此小的器件上着力,很不现实。

同时,MEMS技术是涉及力学、电学、电磁学、流体力学等多学科交叉的新兴技术,对MEMS器件的设计上包含了许多新工作原理和器件结构的研究、开发,需要结合多学科理论进行分析,这样就大大增加了设计参数的选择难度,以过往常规分析计算方法已经远无法满足设计需求。

2D和3D计算机绘图技术的发展使我们能够对复杂的MEMS结构及版图进行计算机设计。有限元技术的应用使得人们可以用精确的计算机数值求解方法来分析和预测器件的性能,对器件工作的静态、准静态和动态模拟成为可能,从而能够对MEMS器件结构和工艺进行计算机模拟和设计优化。

因此传感器CAD设计软件对现代传感器,尤其是MEMS传感器的设计、研发,有着非常重要的地位。

国外传感器EDA设计软件发展现状与主要软件对比

与国内长期只注重对传感器技术的开发,而忽视相关CAD系统研究不同。国外在开始MEMS研究早期,就已经开始着手CAD软件的设计,到了上世纪1980年代,已经有一些比较完整的CAD系统面世。

同时,这些CAD软件对MEMS的研究有着巨大的促进作用,加快了MEMS器件的设计和仿真,让MEMS从实验室走向工业量产起了不可替代的作用。

在1990年代初,美国就研究出了用在硅压力传感器设计的MEMS CAD软件(CAE MEMS)。到了中期,以Coventor、IntelliSense 、Microcosm等公司为代表,基于MEMS的工艺模拟、器件建模、分析模拟以及设计优化等方面,提供较为成熟的专业商业设计软件IntelliSense、MEMCAD、Coventor等,对3D MEMS的工艺和器件模拟及设计优化有很大帮助。

目前,主流MEMS设计仿真软件主要有Coventorware、IntelliSuite、COMSOL、ANSYS等,

其中Coventor成立于1996年,总部位于美国北卡罗来纳州。COVENTOR提供的主要产品是SEMulator3D和CoventorMP。SEMulator3D提供虚拟制造环境,而CoventorMP包括Coventorware和MEMS+。Coventorware是MEMS设计和器件级仿真中最广泛使用的软件。

Teledyne DALSA、X-FAB等MEMS制造厂使用SEMulator3D进行工艺开发、物理设计验证、客户支持和故障分析。Conventor被研究人员和工业界广泛使用,主要客户有德州仪器、IBM、索尼、飞兆半导体、丰田、现代、霍尼韦尔等。

IntelliSense成立于1991年,总部位于波士顿。Intellisuite的第一个版本于1995年发布。它为MEMS工艺模拟应用和耦合场有限元分析提供了端到端工具。一些使用该软件的公司有日立、尼康、斯坦福大学、杜克大学、苹果、本田、滨松等。

▲COMSOL、ANSYS、Coventorware、IntelliSuite等四款主要MEMS仿真软件的对比

可以看到,国外相关企业对MEMS CAD设计软件的重视程度高、起步早,目前已经远远抛离了我国。

到今天,我国从事MEMS设计软件研发的机构依然很少,主要以大学等科研院所为主,而民营企业还没有公司去涉足。

除了传感器设计软件,国内其他工业产业设计软件怎样?

从细分领域来说,传感器设计软件是最惨的——连一个可替代的国产MEMS CAD设计软件都没有。

而其他工业设计软件则好一点,但也好的有限,以EDA软件为例:

在中国市场,国产EDA软件所占份额大概在10%左右,剩下的90%全部都被美国的Synopsys、Cadence和Mentor Graphics三巨头所垄断。而目前国产EDA软件市场份额最大的是华大九天,挤进了TOP4。华大九天在10%的国产软件份额中占了一般半多,可以说是国产EDA软件的绝对龙头了。

在工业CAD领域,全球工业CAD设计软件四大巨头分别是法国的达索系统、德国的西门子软件、美国的PTC还有美国的欧特克,根据IDC在2016年公布的数据,这四家公司占据了全球CAD市场的72%的份额,传统CAD巨头在全球领域拥有绝对的话语权。

而在中国市场上,这四家企业更是占到了超过90%的份额,国内的中望软件、数码大方等公司只占据了不到10%的市场。

综合来看,在整个中国工业设计软件领域,90%以上都被国外软件——尤其是美国公司所垄断。

但相对而言,传感器领域是最惨的,一家能上市场的MEMS设计公司都没有。至少,在EDA、CAD工业软件领域,我们还有华大九天、广州中望等公司的工业设计软件产品可以用。

结语

技术制裁,是美国等发达国家的常用伎俩,简单粗暴却很实用。当他们处于技术高地,就会用各种理由抽掉身后的梯子,斩断中国等后发追赶国家的技术追赶之路。

芯片、传感器等现代制造对EDA软件的需求,体现在方方面面。

以MEMS/NEMS技术为代表的现代传感器,设计复杂,生产难度高,设计、研究人员希望能够在计算机上首先进行虚拟样机的结构设计,可以对MEMS的各种参数进行优化,在设计阶段就能够对设计方案进行分析、比较和验证。

这样,能够大幅提高设计效率,提升设计质量,降低量产成本,缩短研发周期,CAD等工业设计软件,是MEMS传感器等现代先进制造必不可少的手段。

期待早日拥有属于我们自己的传感器设计软件!

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