Внутри программного обеспечения, которое станет следующим фронтом в войне чипов между США и Китаем

Объяснения Tech Review: наши редакторы раскрывают сложный и запутанный мир технологий, чтобы помочь вам лучше понять мир, в котором мы живем, и то, что будет дальше.

Времена, когда компьютерные микросхемы разрабатывались вручную, давно прошли. Если в 1970-х чипы содержали тысячи транзисторов, то сегодня их более ста миллиардов, и создать эти конструкции вручную невозможно. Здесь на помощь приходит программное обеспечение Electronic Design Automation (EDA). Это категория инструментов, которые помогают инженерам-электрикам проектировать и разрабатывать все более сложные микросхемы.

Это программное обеспечение теперь является последним полем битвы в торговой войне технологий между Китаем и США. 12 августа Министерство торговли США объявило о многостороннем экспортном контроле над некоторыми инструментами EDA, не позволяя Китаю и более чем 150 другим странам — по сути, любой стране, которая не является традиционным союзником США — получить доступ без специально выданных лицензий.

Программное обеспечение EDA — это небольшая, но мощная часть цепочки поставок полупроводников, и в основном она контролируется тремя западными компаниями. Это дает Соединенным Штатам мощные рычаги воздействия, подобные тому, как они хотели ограничить доступ к литографическим машинам — еще одному важному инструменту для производства микросхем — в прошлом месяце. Так как же индустрия стала настолько ориентированной на Америку, и почему Китай не может просто разработать собственное альтернативное программное обеспечение?

Что такое ЭДА?

Автоматизация электронного проектирования (также известная как электронное автоматизированное проектирование или ECAD) – это специализированное программное обеспечение, используемое при производстве микросхем. Это похоже на САПР, которым пользуются архитекторы, только более сложное, работающее с миллиардами крошечных транзисторов на интегральной схеме.

Снимок экрана KiCad, бесплатного программного обеспечения EDA. ДЖОН НИЛ / WIKIMEDIA COMMONS

Ни одно доминирующее программное обеспечение не представляет лучшее в отрасли. Вместо этого в процессе проектирования часто используется ряд программных модулей: проектирование логики, отладка, размещение компонентов, прокладка кабелей, оптимизация времени и мощности, проверка и т. д. Поскольку современные чипы настолько сложны, для каждого шага требуется отдельный программный инструмент.

Насколько важен EDA для производства чипов?

Хотя в 2021 году глобальный рынок EDA оценивался примерно в 10 млрд долларов США, что составляет небольшую долю от рынка полупроводников, который оценивается в 595 млрд долларов, он имеет уникальное значение для всей цепочки поставок.

Сегодняшнюю полупроводниковую экосистему можно представить в виде треугольника, – говорит Майк Демлер, консультант, более 40 лет работающий в сфере проектирования микросхем и электронных устройств. С одной стороны литейные заводы или производители микросхем, такие как TSMC; на другом углу находятся компании, занимающиеся интеллектуальной собственностью, такие как ARM, которые производят и продают многоразовые элементы дизайна или макеты; а в третьем углу инструменты EDA. Все вместе они обеспечивают бесперебойную работу цепочки поставок.

Судя по названию, может показаться, что инструменты EDA важны только для компаний, занимающихся разработкой микросхем, но они также используются производителями микросхем для проверки возможности разработки перед производством. У литейного завода нет возможности изготовить один чип в качестве прототипа; приходится инвестировать месяцы времени и производства, и каждый раз на одной и той же полупроводниковой основе изготавливаются сотни микросхем. Было бы ужасно, если бы у них обнаружились конструктивные недостатки. Поэтому производители полагаются на специальный инструмент EDA для выполнения собственной проверки.

Кто основные компании в индустрии EDA?

Лишь несколько компаний продают программное обеспечение для каждого этапа процесса производства микросхем, и они десятилетиями доминируют на этом рынке. Три основные компании — Cadence (американская), Synopsys (американская) и Mentor Graphics (американская, но приобретенная немецкой компанией Siemens в 2017 году) — контролируют около 70% мирового рынка EDA. Их доминирование настолько сильно, что многие стартапы EDA указывают...