中国本土厂商至今并无能力独立开发三奈米以下先进制程必需使用的GAAFET电晶体技术的EDA，也直接限制了中国IC设计公司设计先进制程未来最前端芯片的能力。（美联社）
EDA软体是现代积体电路（Integrated Circuits, IC）设计不可或缺的一部分：透过设计软体，工程师不需从零开始画出复杂图形，以程式语言即可组合不同功能的标准化元件来建立复杂的积体电路图；模拟（simulation）工具则方便设计者直接透过模型参数模拟设计出的芯片电路的表现，测试芯片算力、散热、功耗等物理性质以求最佳化；而验证（verification）工具则测试设计各部件的连结是否正确并发挥应有的功能，以及是否符合晶圆厂制程的规格要求确保良率。
美中科技战的新战场
2022年八月12日美国商务部工业与安全局（BIS）宣布限制四项新兴核心技术（emerging and foundational technologies）对中国的出口，被禁技术之一包括环绕闸极场效电晶体（Gate- all-around，GAAFET）技术的电子设计自动化（Electronic Design Automation, EDA）软体，被认为是美中芯片科技战中另一杀手级禁令。模拟与验证功能是EDA软体的核心，EDA开发者与晶圆代工厂需要紧密合作，才能透过反映制造实况的数据让模拟验证功能有效。因此，中国本土厂商至今并无能力独立开发三奈米以下先进制程必需使用的GAAFET电晶体技术的EDA，也导致本次禁令直接限制了中国IC设计公司设计先进制程未来最前端芯片的能力。
巨头寡占：EDA产业的现状
EDA公司主要透过向IC设计公司销售软体和定期授权金获利，目前全球EDA市场呈现寡占态势，由三大巨头美国新思科技（Synopsys，约20,300员工，市占32%）、益华（Cadence，约10,200名员工，市占30%）与德国西门子旗下的明导国际（Mentor Graphics/Siemens EDA，市占13%）主导市场，仅余25%市占则由中国华大九天（Empyrean）、安硅思（Ansys）、是德科技（Keysight）等数百公司分食。而在中国市场，三巨头市占约八成以上。本土产品大多只能支援28奈米以上成熟制程，本土龙头华大九天虽有针对14、7、5奈米部分芯片设计的工具，但产品尚未能覆盖先进制程逻辑芯片的全部设计流程。且如同其他应用软体，IC设计工程师要从自大学进入电路设计起已经习惯使用的语言与成熟的软体平台转移到其他产品，过渡期学习成本相当高，公司也需时间磨合确定国产EDA能符合需求，万一有误差投片成本损失风险巨大。即便有中国政府补助力量和美国禁令的推力，中国本土设计业转用国产诱因不高，因此短期内中国想打破美国公司的垄断十分困难。
中国本土设计业转用国产诱因不高，因此短期内中国想打破美国公司的垄断十分困难。（撷取自Pixabay）
大撒币：中国政府的补贴战略
2015中国制造2025的提出和中美科技战乌云密布，激起中国业界关于EDA严重依赖美国厂商、需尽快扶持本土产业的讨论，支援国产EDA产业的政策也陆续出炉。2018年九月中国重点投资半导体行业的国家集成电路产业投资基金（俗称“大基金”）投入华大九天时值2400万人民币的股权，约占8.8%的股份。在华为2019年五月因进入实体清单被美国政府禁止使用美商EDA产品与更新服务之后，中国财政部与税务总局宣布IC设计企业与软体企业可享两年免征企业所得税加上之后三年所得税减半的“两免三减半”。有EDA公司注册的地方政府也纷纷颁布针对EDA产业的补贴政策，深圳2019年五月宣布“关于加快集成电路产业发展若干措施”，补贴EDA公司资本支出20%（最高3000万RMB）、对EDA营运收入10%给予奖励补贴（最高1000万），EDA最重要的研发费用给予30%补助（最高3000万），最后补贴IC设计公司购买本土EDA公司费用的20%（最高300万）。上海2022年则宣布补贴EDA企业投资30%、杭州2022年七月宣布补贴EDA R&D15%、北京则于今年二月宣布补贴最多50%的EDA工具采购费用。中央、地方多管齐下，砸重金补贴EDA投资研发与采购成本，可见EDA作为“芯片之母”在中国芯片国产雄心下的关键角色。然而在国产EDA已经比三巨头产品便宜一半以上的情况下，政府仍需下如此重金补贴企业采购成本，也侧面显现中国本土产品和三巨头技术与市场份额上的差距。
雨后春笋：大量出现的中国国产EDA公司
中国半导体大撒币下真假EDA公司因为补助和资金狂潮如雨后春笋崛起，据Cadence和Synopsys共同创办人Alberto L. Sangiovanni-Vincentelli估计，约有75家是有真实可使用产品的公司。而国产市占率一样也呈华大九天独居龙头，其他著名公司有概伦电子（Primarius）、广立微（Semitronix）等。华大九天产品支援对类比跟LCD驱动IC全设计流程，但对于数位IC仅有对部分模拟验证流程推出产品，有五款可支援五奈米制程，但对于设计流程中较困难的将程式码转化为电路图的前段逻辑合成、后段布局绕线等环节尚未能推出产品。而EDA最大本土客户华为在2020年被禁止使用美系EDA时，每年购买EDA成本约在500万美元左右，据称2020年底华为手上的EDA授权便已过期，公司转而着手研发自家的EDA系统，并于2023年三月宣布实现支援14奈米制程以上的EDA。
中国EDA企业虽有短期政府大力注资，但长期结构上仍面临人才不足、无法有先进制程厂商配合研发等问题。（美联社）
EDA软体产品投入成本高、需要打入晶圆代工厂获取制程资料开发验证工具，而客户使用一但在业界普及，不会轻易转换到其他产品。况且中国EDA软体产业长久以来有智慧财产权剽窃的问题，若软体可供下载便有可能被复制盗版，高投入门槛与激烈的科技迭代竞争不利小公司发展茁壮，这也鼓励已经有成熟利基和充足资本的大公司并购有优秀产品的小型公司来扩充产品线的业界生态。Cadence、Synopsys、Mentor Graphics便是借由大量的收购新创成长为三巨头，Synopsys2002收购Avanti成为第一家提供前后端IC设计完整方案的公司，2023年底也传出要收购市占第五名大厂Ansys，也曾收购台湾公司思源（2012）和至达（2023）。中国IC设计2023年会ICCAD指出，全球140家EDA公司中中国就有87家，在EDA补贴浪潮下已上市的大公司趁机并购了不少新创，如华大九天2022年并购有记忆体／ IP设计软体的芯达科技，概伦电子2021年收购韩国EDA公司Entasys和2020年收购开发AI模拟和验证软体的博达微。未来产业趋势在政府资源引导与市场竞争下，将会由当下多家小公司红海竞争但产品多为针对设计流程某一节点的“点工具”，朝向企业数量收敛，每一家公司能结合多项产品，以单一平台支援设计流程所有环节的“全流程”方向发展。但并购热潮成功的前提也需要中国大厂推出足以成为护城河的关键产品才能让设计公司愿意全流程采纳本土大厂的EDA，扶植EDA国家队和实现进口替代。
冲破突围？中国EDA的发展障碍
中国EDA企业虽有短期政府大力注资，但长期结构上仍面临人才不足、无法有先进制程厂商配合研发等问题。以人才言，中国软体顶尖人才仍优先偏好软体科技巨头如腾讯、阿里巴巴工作，再来是新思、Cadence等外商，最后才是本土企业。纯论员工人数，截至2022年中国EDA企业从业人员共约3000人，其中2500人为研发人员，比起新思Cadence全球各自统合上万员工相形见绌。且本土研发人员散布各大公司开发相互竞争的技术，并无一家大公司或机关能统合人力与资源在落后技术追赶甚或弯道超车。另一个难以逾越的技术高墙，便是EDA开发过程需和代工厂合作取得先进制程的各项数据，IC设计厂商也早习惯使用主流EDA可读取的制程设计套件（PDK），若要改用本土EDA得和晶圆厂合作开发新的PDK，已和老牌EDA合作的先进晶圆厂未必愿意合作，这也是IC设计业要采用国产EDA最重要的瓶颈。
美国这次专门封杀GAAFET EDA的目的相当明确：在禁止先进微影设备出售中国，扼杀中芯七奈米以下制造能力的同时，在设计端也要瘫痪华为海思等中国顶尖IC设计业设计三奈米制程以下芯片的能力。华为2020年推出交由台积电代工（现可由中芯七奈米制造）的麒麟9000已是五奈米技术，若想推出三奈米以下产品必须使用三星三奈米、台积电二奈米制程以下的GAAFET。美国只限制GAAFET也因为五奈米以上都有中国EDA厂商可部分支援设计流程，过度限制美国三巨头产品卖给中国反而可能迫使中国IC设计转而购买本土产品帮忙练兵，有利中国实现进口替代，还不如让中国厂商在资源与技术劣势下继续被三巨头压制。Cadence在2021年对BIS的报告就指出，在华为之后若扩大限制EDA出口至中国，中国厂商在7奈米以上制程和类比IC市场可以快速取代三巨头的市占，中国IC设计公司也可以和外国IC设计公司合作委托代理设计或是间接取得EDA突破封锁。
美中大博弈：EDA产业是否改变半导体版图？
2022年的EDA禁令只针对GAAFET，可能就是在美国三巨头强力游说下面对经济现实的折衷方案。面对微影设备端的禁令，中国／中芯目前可见的对策除了中长期加速华为／上海微电子相关设备的研发，短期中芯也不惜成本开发了用现有DUV多重曝光／蚀刻来制造七奈米甚至五奈米芯片。那在软体端，中国可否也有相似的短期与中长期对策呢？
短期而言，华为海思和其他中国IC设计业者在EDA软体授权过期后仍可能以骇客或第三方转手方式取得盗版EDA软体授权码使用先进EDA，然后投片中芯等可配合盗版EDA设计的本土晶圆厂。2019年新思就曾提告InnoGrit利用中国盗版工具和伪授权码生成器破解其软体在中国与北美使用。在成熟制程盗版是中国市场长年问题，但一来美国厂商不太可能在中国法庭占到便宜，只能针对海外分公司在中国境外提告求偿，二来让中国工程师持续习于使用美国软体也限制了中国厂商发展，也使美国厂比较少采取法律手段对抗盗版，相关诉讼不多。而在22奈米以下先进制程端，全部依赖盗版EDA不切实际，原因也是IC设计需要代工厂绑定EDA正版版本的PDK，PDK会因每次投片量产更新资料，而每次更新都会检测软体是否有最新版本的授权，盗版软体不更新很快就不能使用。而晶圆厂收到芯片设计文件，也可知道EDA软体版本，晶圆厂可拒绝代工并通知智财权被侵害的企业。更有效率的方式，则是设立看似与实体清单内公司无联系的第三方公司作为白手套购买EDA产品，2019年新思与中企全芯智造成立合伙公司，就被怀疑是因应华为进入出口清单提前成立第三方中介EDA贩售。华为2023年成功发展七奈米芯片在中芯量产，被官员与智库认为极有可能使用盗版EDA软体，因为华为正版授权在2020年早已过期，也无法获得版本更新与技术支援，而中国也尚无七奈米以下全设计流程的EDA。因为以上原因，相比使用盗版，透过第三方白手套购买使用正版EDA软体比起盗版在先进制程设计上是更为可行的做法，EDA三巨头或晶圆厂也没有诱因协助美国政府调查告发。此外，如同辉达在AI芯片禁令后推出降规版A800，新思和Cadence在GAAFET禁令后很快推出了不支援GAAFET的降规产品，仍可供IC设计厂商设计三奈米以上先进芯片，中国仍可设计当前先进制程端主流FINFET的芯片。
中长期而言，中国持续撒币投入自研外，也可透过并购外国EDA公司或延揽外国EDA公司顶尖人才回国创立公司以快速增进本土实力。2022年8月英国便引用国家安全与投资法阻止中国EDA公司合见工软旗下香港超橙控股收购英国EDA公司Pulsic，认为此收购可增进威胁国家安全的中国尖端半导体发展。
大撒币在中国经济成长下行、地方财政拮据的情况能否持续，都是将来中国EDA发展的问号。（美联社）
合见工软2020年成立，第二大股东是大基金二期（股份10%），第五大股东中国互联网投资基金（股份6%）由中央网信办与中国财政部成立，推动网路墙国战略，总裁徐昀曾担任Cadence中国区总经理。路透社2023年底披露前Siemens EDA高管Liguo"Recoo" Zhang带着一批员工2022年回国创立SEIDA，宣称可以提供光学邻近修正（Optical Proximity Correction）软体技术协助晶圆厂进行校正布局。外国公司高管带着技术与人才带枪投靠中国，也是突破科技出口禁令的一个方法，美国目前虽然禁止公民和永久居民无许可为中国发展半导体，但在中国重金礼聘下，在宽广的中国市场另辟炉灶对外国公司内不得志的华裔高管仍有吸引力。2020年中企芯华章也未经投审会许可在台设立公司并招募工程师，由台湾力德公司担任聘雇的白手套，直接在台湾工作由VPN将成果传回中国母公司。检调也已于2023年十月起诉公司在台负责人。
掐脖子：美国是否再度出手？
2019年以来，美国在制程设备和设计软体两端的technological chokepoint分别以禁令“掐脖子”，狙击中国IC制造与设计在先进制程的发展，确实打击了分别为设计和制造龙头的华为和中芯，企业获利大减也拖慢了技术发展。但2023年华为7奈米芯片的推出，显现中国举国体制的补贴有其效果，也反映美国禁令仍有漏洞：先进制程端EDA软体透过各种管道无法完全禁绝，中芯透过DUV也可拼先进制程，虽然这也迫使中国付出极高的生产成本与资源浪费。另一后果则是这也让中国认识到其芯片供应链的真正软肋，并迫使其加大对本土产业链弱点的支持。而美国在欧美半导体巨头的多方游说下，对于是否扩大禁令，禁止让较成熟的先进制程工具与设备如可制作7奈米以上先进制程的DUV设备和EDA也有所保留。一来中国市场是美国半导体企业显著的利润来源，再来拱手将营收让与中国企业，也可能成为滋养中国设计与制造能力的养分，减轻政府补贴财政压力。开放西方企业在部分非最先进制程的市场继续供应中国，反而可以继续用市场力量压缩中国厂商的利润与生存空间，维持科技优势。美方芯片与半导体设备出口政策的一再反复微调，也反映两种派别态度之间的权衡，一派代表企业利益，认为只需禁止最先进技术输中就可保持美国技术优势，应续让企业继续卖降规产品，向中国收取发展先进制程的"芯片税"，另一派代表国安考量，认为只要是中国未拥有的技术，都应全面禁止输中，逼迫中国放弃发展半导体与相关应用如AI、监控、电信系统等。
2019年以来，美国狙击中国IC制造与设计在先进制程的发展，确实打击了分别为设计和制造龙头的华为和中芯，企业获利大减也拖慢了技术发展。（本报合成图片）
延长赛：胜败仍在未定之天
在各类政策激励与政府资源挹注下，中国EDA公司投资自主研发正如火如荼进行，中国IC设计业者在政策引导和风险分散考量下也开始转用本土产品。如同中国半导体设备业者，华大九天和盖伦电子等EDA公司在景气逆风的2023年营收成长约30%，且2019年以来年年增长都在30-40%以上。华大九天目标2025年达成5奈米IC设计全流程支援，为此2023年对R&D的投入达到营收的70.56%，比美厂30-40%的比例高出许多。如此高的研发投入下，企业在获利端也有所牺牲，也显现政府补助的必要性。2023年前三季华大九天共获利1.71亿人民币中，政府补贴就有1.29亿（75%），而概伦电子在获940万补贴之后仍亏损约2800万人民币（营收2.2亿、研发1.5亿占68%）。数位芯片的验证环节仍是中国产业面临的最大瓶颈，在制造设备端同被“掐脖子”的情况下要追赶并非易事，但在其他中国不落人后的市场，如类比IC设计和先进封装，在中美脱钩与政策支持的大环境下，中国EDA公司逐步拓展市占并走向获利仍大有可能。但举国体制补贴是否真的能分配资源到具竞争力的企业而非投入到如IPO失败的芯愿景技术落后、涉嫌山寨他家产品的公司，大撒币在中国经济成长下行、地方财政拮据的情况能否持续，都是将来中国EDA发展的问号。
※本文为《上报》与国家科学技术委员会・科技民主与社会研究中心“半导体产业政策研究组（DSET-SEMI）”的企划专题。
