《美国智库发布《半导体出口管制双刃剑:电子设计自动化》报告》

  • 来源专题:集成电路与量子信息
  • 发布时间:2025-11-17
  • 据官网10月6日报道,美国战略与国际研究中心(CSIS)发布《半导体出口管制双刃剑-电子设计自动化》报告。该报告主要聚焦于美国对华半导体出口管制背景下,中国在芯片设计领域推动“去美国化”的战略应对。报告指出,美国利用其龙头企业占据全球芯片设计市场约70%份额的绝对性优势,对中国实施了一系列出口管制。但这把“双刃剑”在试图限制中国获取先进技术的同时,也导致美国芯片设计企业的收入直线下降,暴露出美国管制政策的代价与困境。

    一、美国对华芯片设计管制的演进路径和影响

    (一)多边机制启动阶段

    2022年8月,美国联合《瓦森纳协定》成员国,首次将用于3纳米以下、采用全环绕栅极场效应晶体管(GAAFET)技术的EDA工具纳入多边出口管制。这标志着美国在半导体设计上游关键环节构筑技术壁垒。

    (二)单边管制扩展阶段

    2022年10月,美国进一步将先进芯片以及用于制造14纳米以下芯片的设备纳入管制范围;2023年10月,美国扩大英伟达为中国市场定制的A800、H800等降级版芯片的限制,并将管制适用范围扩大至43个国家,以防范技术转移风险。这一阶段,美国更多依赖自身的域外管辖与长臂执法,盟友配合度与政策一致性开始出现波动。

    (三)技术闭环与实体清单管理阶段

    2024年12月,美国出口管制措施进一步升级,将先进封装与技术计算机辅助设计(TCAD)等关键软件工具纳入控制范围,并将包括华大九天在内的约140家中国企业增列入实体清单,显示出对上游EDA和相关设计环节进行系统性技术约束的决心。

    (四)政策回调与动态博弈阶段

    2025年6月出现了政策转折。美国商务部向相关EDA厂商致函后,撤销了部分针对中国客户的软件出口限制。报告指出,此举并非战略转向,而是应对许可积压、企业营收受损和执行资源紧张等现实挑战的战术调整,反映出政策进入动态博弈阶段。

    二、中国企业规避出口管制的措施

    (一)利用存量许可与技术维护窗口期

    在2022年美国针对3nm以下GAAFET技术EDA工具实施制裁前,中国头部芯片设计企业已通过长期授权协议,从美国EDA“三巨头”(Synopsys、Cadence、Siemens EDA)获取了长期(部分达10年)有效的软件使用许可,覆盖了当时主流及部分先进制程的设计工具。

    制裁生效后,中国企业虽无法获得美国EDA工具的软件更新(如针对5nm以下制程的功能迭代)和技术支持(如设计故障排查、与代工厂工艺适配指导),但既有的存量许可仍能确保芯片设计的连续性,形成短期技术缓冲。与此同时,中国加速本土EDA工具研发,以突破长期技术依赖。

    (二)聚焦非管制技术路径

    中国企业重点布局芯粒(Chiplet)技术路径,旨在通过先进封装技术(如2.5D/3D封装)将不同成熟制程(例如28nm、14nm)、不同功能的芯粒集成,形成性能接近先进制程芯片的系统。

    这种技术路径的关键优势在于:无需依赖5nm以下先进制程及配套管制EDA工具(美国对14nm以上成熟制程设备/工具管制较宽松)生产,单个芯粒设计难度低、所需EDA工具多为非管制类型,可从技术源头绕开对管制先进制程的依赖。

    (三)政府驱动本土生态建设

    中国政府的“十四五”规划将EDA列为半导体领域“卡脖子”技术,2022年成立国家EDA技术创新中心,整合企业、高校资源协同攻关。

    在资金层面,国家半导体大基金三期2024年募集超475亿美元,重点扶持华大九天等本土EDA企业推进全流程工具链研发。

    在市场培育上,政府通过政策引导国内芯片设计企业优先采用本土EDA工具,2022年中国本土EDA企业市场份额升至12.5%(2018年仅6.24%)。同时,政府推动本土EDA企业与中芯国际等代工厂合作,加速工具与成熟制程(28nm/14nm)工艺适配,逐步实现部分环节替代。

    三、EDA出口管制对美国的战略反噬

    (一)人才流动壁垒问题

    美国半导体产业协会(SIA)报告预测,到2030年美国半导体行业将出现约67000名专业人才缺口。然而,美国出口管制的“视同出口”规则进一步制约了美国企业招聘和留用外国工程师的能力,削弱了创新根基。与此同时,中国正加速培养本土STEM人才,并积极吸纳全球高端专家。

    (二)盟友协调机制弱化

    美国从多边走向单边的过程,导致盟友配合度下降。日本、荷兰、欧盟内部的产业利益与政策节奏并不完全同步,这使美国的管制体系在执行上出现了“高目标、低协同”的结构性矛盾。

    (三)企业竞争力风险

    长期高强度的管制削弱了美国EDA企业的市场黏性和生态优势,增加了研发和合规成本,也削弱了其与全球客户的信任关系。CSIS警告,如果这种局面持续,美国或面临在战略上“自噬”其在EDA领域主导地位的风险。

    总而言之,美国在半导体设计与EDA领域的出口管制是一场高风险的战略博弈。短期来看,有效延缓了中国的技术进程,但也付出了疏远盟友、削弱产业竞争力、加剧全球人才竞争与政策执行压力的巨大代价。长期来看,未来这场技术竞赛的成败,取决的已不只是技术本身,而是政策设计的战略远见、国际协调与执行能力。如果美国无法在遏制与竞争力之间建立动态平衡,其构筑的技术管制体系很可能在长期战略层面反噬其全球领导力根基。



  • 原文来源:https://www.csis.org/analysis/double-edged-sword-semiconductor-export-controls-electronic-design-automation;https://www.csis.org/analysis/designing-out-us-technology
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    • 2024年11月26日,美国智库战略与国际研究中心(CSIS)发布《联合出口管制对美国和中国的半导体制造设备行业的真正影响》报告。报告分析了中国政策文件以及中国、美国、日本和荷兰领先半导体设备公司的财务和市场份额数据,得出了美国及其盟友半导体设备出口管制影响的十大判断。该报告是美智库CSIS系列报告的第二份。 1. 早在美国扩大技术出口管制之前,中国就已计划逐步减少对外国半导体制造设备的依赖。中国早在2015年就通过《中国制造2025》提出了“用中国制造替代进口”的目标,并在2006年发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006━2020年)》中明确要求实现半导体技术自给自足。中国半导体制造设备产业本地化的目标和政策支持,早在出口管制前就已存在。 2. 美国及其盟友的出口管制与中国的技术进步率之间不存在简单关系,中国最大的技术进步来自于没有出口管制的领域(太阳能电池和电动汽车)。也就是说,中国取得最大进展、投入最多资源的两个技术领域,并不是美国实施出口管制的最有力领域。中国这两个行业的最大差异不在于是否存在出口管制,而在于生产半导体制造设备的技术复杂性要高得多。 3. 迄今为止美国及其盟友实施的半导体出口管制举措,对中国企业发展的影响仍具有两面性,视时间、细分技术领域而动态变化。美国早期的出口管制有力逆转了中国半导体行业某些领域的进展,例如NAND存储器制造和智能手机芯片设计。最近的出口管制也在很多方面让中国半导体制造设备公司的日子变得更加艰难,无法再合法获得美国的子零部件或技术专业知识。然而,尽管存在出口管制,主要半导体制造设备供应商仍在支持中国竞争对手在半导体领域的发展,以协助设施规划、安装、维修和设备的操作故障排除、先进节点半导体工艺技术合同研发等方式。至少截至2024年11月,主要半导体制造设备供应商仍在合法支持中国传统芯片制造业务。 4. 拜登政府2022年出口管制强化了第一届Trump政府于2019年开始实施的半导体设备管制政策。第一届Trump政府推出了美国政府对半导体制造设备出口管制的现代方法。2022年10月,拜登政府显著扩大了美国对半导体制造设备的出口管制,不仅包括实体清单和最终用途限制,还包括一些适用于整个中国范围的出口管制(包括使用美国人规则)。同样重要的是,拜登政府使其中一些控制措施变得更加多边化,促使日本和荷兰彻底改革先进半导体制造设备出口管制政策。 5. 中国半导体设备公司起步规模很小,但发展迅速;公司规模的快速增长发生在中国设备需求大幅增长时期,与管制力度并无明显相关性。 长期以来,中国本土半导体制造设备产业规模较小,技术水平远远落后于全球先进水平。过去15年里,中国作为半导体制造设备的供应商和买家不断发展,但与外国企业相比,规模仍然很小。2023年,中国半导体制造设备供应商占全球市场份额的3.2%,占中国国内市场份额(又称中国自给自足率)的9.6%或15%[1],且几乎局限于传统节点。 6. 中国半导体企业的研发支出呈爆发式增长,但增速自2021年以来有所下降。 从中国八家最大的上市半导体设备公司[2]的研发支出数据来看,中国半导体设备行业起步时研发投入相对较低,但自中国政府自2015年实施“中国制造2025”政策以来,中国半导体设备行业的研发投入呈现出超常增长。在过去两年中,虽然中国半导体设备行业研发相对增速有所放缓,但绝对增长仍然非常高。 7. 2016-2024年,美国和国际领先的半导体设备公司在实施日益严格的出口管制后,继续展现出强劲的中国收入增长。 从全球规模最大的六家半导体设备提供商[3]的营收数据来看,这些公司在美国开始对半导体制造设备实施出口管制前后在中国的营收都有所增长;2016-2024年,这些公司每年在中国的营收增长都超过世界其他地区。对此最可能的解释是,中国半导体制造商提前进行了国际设备采购,通过增加库存囤货量来应对不久的将来将实施的出口管制举措。许多已销往中国的半导体设备仍可能处于等待安装、未使用状态。 8. 美国及其盟友当前的出口管制举措,在技术上和地理上改变了半导体制造设备的需求构成,但可能没有改变总体需求轨迹。 现阶段,中国仍然是一个庞大且不断增长的半导体制造设备需求市场。中国企业已经将半导体产业发展重点从最先进制程节点竞争转向最大限度地实现国内自给自足和全球传统芯片生产领导地位,购买了更多的传统半导体制造设备。一方面,由于担心中国产能过剩,许多外国企业对传统节点制程投资持谨慎态度。另一方面,如果中国无法购买先进设备,那么采购和生产就会在中国境外进行,原本销往中国的先进工具将销往美国、中国台湾地区、韩国、日本、欧洲等地。 9. 更严格的半导体设备出口管制可能导致美国设备公司确保对中国的销售不会从美国发货和/或在美国境外制造。 2016年尤其是2019年以来,美国企业向中国销售的美国设备越来越多地从非美国国家出口。过去对中国的出口额和对中国的销售额几乎相同,但2020年后销售额的增长压倒性地超过了出口额。这一变化源于美国采取了更为严格的出口管制,而美国公司寻求合法地避免出口管制,在没有严格使用《外国直接产品规则》的情况下,严格的管制仅适用于美国本土的出口。也就是说,不严格实施和执行《外国直接产品规则》或《美国人规则》的出口管制可能会激励美国公司将生产转移到海外,从而导致美国制造业就业机会减少。 10. 美国及其盟友无法说服中国政府及中国企业放弃半导体制造设备去美国化的努力,但是可以采取政策措施使中美脱钩努力变得更加困难。 目前美国根本没有任何政策可以说服中国放弃半导体制造设备领域的去美国化和脱钩目标。当美国及其盟友考虑改革半导体制造设备出口管制举措时,应该少关注如何改变中国的目标,而应更多地关注如何使中国实现目标的成本尽可能高且复杂。 [1] 不同来源的统计数据 [2] 中微半导体设备(上海)公司(AMEC)、北方华创科技集团(Naura)、安姆科(上海)公司(AMCR Shanghai)、拓荆科技公司(Piotech)、沈阳芯源微电子设备公司(Kingsemi)、深圳中科飞测科技公司(Skyverse Technology)、江苏微导纳米科技公司(Jiangsu Leadmicro Nano Technology)、至纯科技集团(PNC Process) [3] 美国排名前三的半导体制造设备供应商应用材料公司、泛林集团和科磊半导体公司以及荷兰的ASML公司、日本的东京电子公司和爱德万测试(Advantest)公司。
  • 《美国NIST发布《半导体生态系统中的计量缺口》报告》

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    • 编译者:李衍
    • 发布时间:2023-06-25
    • 据战略科技前沿微信公众号报道,2023年6月5日,美国国家标准与技术研究院(NIST)发布了《半导体生态系统中的计量缺口》报告,旨在为CHIPS研发计量计划的受资助者提供指南,以便与CHIPS法案目标对齐。报告描述了CHIPS研发计量计划(CHIPS R&D Metrology Program)的产生、发展和战略优先领域,设计了一个旨在通过先进的测量、标准、建模和模拟加强美国半导体行业的计量计划。报告结合了NIST历时两年多的调查、研究结果,最终遴选确定出10项优先发展的重点领域,被视为CHIPS研发计量计划的研究组合路线图。 一、美国CHIPS研发计量计划的产生和发展历程 美国“芯片法案”拟投资500万美元用于实施美国的芯片发展战略,其中110亿美元用于CHIPS研发计划以发展微电子和半导体研发生态系统。CHIPS研发计划包含国家半导体技术中心(NSTC)、国家先进封装制造计划(NAPMP)、三家新的美国制造研究所(Manufacturing USA)、计量计划等四个组成部分。“芯片法案”规定了整个CHIPS研发计划的计量活动,要求:(1)NIST设立一个计量计划,以通过多学科研发增强美国半导体产业;(2)国家半导体技术中心支持使用3nm或更先进工艺制造微芯片的先进计量和表征,以及安全和供应链验证的计量;(3)先进封装制造计划和新制造研究所加强半导体先进测试能力,以支持国内生态系统。 2021年6月,NIST正式成立了一个半导体计量工作组,由代表NIST的6个实验室项目的计量主题专家组成。该工作组的最初目标是了解影响美国国内半导体发展的基础计量研发缺口,帮助NIST为CHIPS研发计量计划如何实现2021财年《国防授权法案》(NADD)中设定的目标建立发展愿景。NIST早期研究确定了反映美国半导体行业技术需求的八个计量研发主题领域,具体包括:(1)材料和尺寸缩放计量;(2)高通量制造的在线计量;(3)为供应商提供材料质量检测;(4)改进设计和制造的数字化手段;(5)先进封装的新型计量;(6)面向未来的先进封装关键领域;(7)材料和器件:表征、建模和设计;(8)半导体开发和供应链的安全和信任。 这八个主题领域为2022年4月召开的两个行业研讨会提供了议程,确定了最优先的计量研发需求。这些研讨会的讨论成果被总结发表在了2022年9月NIST发布的《美国半导体制造业的战略机遇》报告中。该报告从计量角度确定了7大挑战和32个研发方向。半导体计量工作组后来认识到32个研发方向描述了许多重叠或类似的计量概念和研发战略,可以合并这些概念和研发战略以更加紧密地使微电子计量需求与NIST的需求保持一致。因此,2022年10月CHIPS研发计量计划将32个研发方向整合为20个重点领域,到2022年11月又进一步凝练为10个优先发展的重点领域,以解决最关键的计量研发缺口。 二、美国CHIPS研发计量计划优先发展重点领域的遴选及确定 自2020年12月以来,NIST指导了一系列利益相关者研讨、内部能力评估和战略规划活动。活动亮点包括:(1)举办两个计量研发研讨会,以了解影响美国国内半导体制造能力的技术缺口(2022年4月);(2)组建一个由NIST的计量专家(来自中小企业)和实验室主任组成的内部小组,以审查利益相关者需求(2022年10月);(3)NIST研究人员为确定计量研发的优先发展领域而进行了研究组合建议的统计分析(2022年11月)。 通过利益相关者参与和内部项目收集的数据表明,半导体产业界、学术界和政府机构在半导体设计和制造价值链的所有阶段都需要更先进的计量,包括实验室的基础和应用研发、规模化的原型制作、工厂制造以及组装、封装和性能验证等阶段。NIST最终遴选确定出10项优先发展的重点领域清单,以解决美国微电子行业最亟需的计量技术。 CHIPS研发计量计划的10项优先发展重点领域分为两类: 1. 自动化、虚拟化和安全性,包括:(1)用于供应链信任和安全的先进计量;(2)先进模型的验证和确认;(3)下一代制造工艺的先进建模;(4)自动化、虚拟化和安全的标准;(5)设备和软件的互操作性标准。 2. 下一代微电子技术的计量,包括:(1)先进材料和器件的计量;(2)纳米结构材料表征的计量;(3)先进测量服务;(4)针对3D结构及器件的先进计量;(5)先进封装的材料表征计量。 为确保优先发展的重点领域和未来里程碑能够与高优先级的行业需求保持一致,CHIPS研发计量计划基于IEEE发布的两个微电子行业路线图——《异构集成路线图》(The Heterogeneous Integration Roadmap)和《国际器件与系统路线图》的计量章节(The International Roadmap for Devices and Systems, Metrology Chapter)进行了系统的全景评估。通过综合分析确定了影响当前和未来微电子计量利益相关者共同技术缺口和创新机会,并验证了CHIPS研发计量计划制定期间收集的数据。 三、美国CHIPS研发计量计划工作展望 展望未来,CHIPS研发计量计划的领导层将参考内外部利益相关者提供的意见,来进行预算制定和执行、项目优先级排序、项目规划和项目管理。保持外部参与仍将是CHIPS研发计量计划的主要重点,以加强沟通和推广方法,并收集对未来研发项目规划和实施有直接影响的意见。NIST将继续利用各种方法来引导利益相关者的参与,如虚拟研讨会、工作组会议、面对面活动、技术演示以及专注于商业化和技术转让的外部研究伙伴关系。此外,CHIPS研发计量计划还将通过社交媒体、NIST网站、新闻简报和主题邮件订阅等方式定期发布并更新研究进展和资助机会。