打压升级！美国限制GAA技术，国产芯片厂商一片淡定，麻木或影响不大吗？

据彭博社消息称，美国正考虑进一步限制中国获取用于人工智能的芯片技术。知情人士透露，讨论中的措施将限制中国使用一种名为“全环绕栅极技术”（GAA）的尖端芯片架构的能力。

那什么是GAA呢？与通常的芯片架构（ARM），以及EDA又有什么不同呢？另外，GAA限制后，对于国产芯片产业将产生什么后果呢？

一、何为GAA，一种立体晶体管架构

我们知道晶体管是最基础的半导体元器件，主要用于控制电流的大小以及开关。晶体管对电流的控制是通过对栅极施加一个电压，从而在通道内部产生一个电场，用来调节源极和漏极之间电流的大小。通电后，电流会从Source（源极）流入Drain（漏级），而Gate（栅极）就相当于闸门，主要负责控制两端源极和漏级的通与断。

如今晶体管成为电子产品的最重要组成部分，其实也是芯片最基本的机构。一般来说，晶体管栅极的最小宽度（栅长），就是我们常说的几nm工艺中的数值。比如28nm，就代表管的栅长就是28，每一次制程工艺的迭代，本质上就是不断降低晶体管栅极宽度的过程。

在过去的很长一段时间里都是平面型晶体管的天下，但随着集成电路的出现，对于工艺和能耗越来越高。晶体管结构也由平面转变为立体。

2011年，英特尔率先推出了首款商用的FinFET（Fin Field-Effect Transistor鳍式场效应晶体管）结构芯片。FinFET最大的特色就是将晶体管的结构从平面变立体，对栅极形状进行改制，闸门被设计成类似鱼鳍的叉状3D架构，位于电路的两侧控制电流的接通与断开，大幅度提升了源极和栅极的接触面积，减少栅极宽度的同时降低漏电率，让晶体管空间利用率大大增加。

随着栅极宽度的进一步缩小，FinFET架构也已基本达到极限，为了进一步缩小晶体管、解决并降低成本，整个行业正在转向GAA（Gate-All-Around Field-Effect Transistor全环绕栅极晶体管）技术。

也就是说，GAA是一种晶体管架构技术，而我们知道现在的芯片都是由几亿、几十亿，甚至上百亿个晶体管组成。为了将数量庞大的晶体管进行有效的排列组合，以及更好利用芯片的有限空间，就出现了专门的芯片架构及指令集，如ARM架构及指令集。

二、晶体管架构、芯片架构、EDA的区别

如上所述，晶体管架构与芯片架构的区别就在于应对是单个晶体管，或是多个晶体管的区别。那与我们通常说的EDA又有什么关系呢？

从本质来说，晶体管架构、芯片架构以及EDA三者都是软件；但EDA全称是电子自动化设计，是芯片设计软件，一种特殊的工业软件。

但EDA软件并不是某单独一个软件，而是用于芯片设计中的设计、仿真、验证等多个工具的合集，也就是说一系列软件的集合；涉及到芯片设计的每个环节，其最大作用就是减少芯片设计的工作量和开发周期。简单来说，EDA软件作用就是按照芯片工程师制定的规则去自动画图，大幅度减少了工程师的重复工作。

也就是说，EDA工具包中既有晶体管架构相关设计工具，也包含了芯片架构的相关工具；而且随着先进工艺升级的难度不断加大，EDA工具与代工厂之间已经形成密切的开发协同工作模式。

因此，可以简单理解为现在头部的EDA工具商（如美国新思科技）已经将上述两者都已经整合到工具集里了。

三、GAA技术限制对国产芯片的影响

以上基本把GAA是什么，以及与晶体管架构、芯片架构和EDA工具之间的关系初步梳理了一下。最重要的是，此次美国对GAA技术的限制会如何影响国产芯片产业呢？

与之前不同GAA是从晶圆制造端启动的；简单的说，是从制造端倒逼着设计端进行升级；但由于现在产业高度融合，实际上也是全球半导体生态的一次升级。目前，三星已于2023年在3nm节点的时候率先转入了GAA（全环绕栅极）晶体管架构但良率不理想，正在开发二代工艺；而台积电将在2025年量产2nm芯片的时候全面转向GAA架构。理论上，采用GAA晶体管架构，可以覆盖到1nm制程工艺。

而目前除了华为海思之外，还没有哪家芯片设计公司可以做到3nm或2nm工艺水平；因此，从当前应用角度而言，美国限制GAA技术对于国产芯片来说影响微乎其微。

然后，GAA虽然在当前国内没有广泛的应用，但下一代芯片将会采用GAA技术以提高效率和性能。尤其是先进制程人工智能芯片将官方采用。何况，当代EDA工具已经贯穿了IC设计的全流程，从仿真、综合到版图，以及后面的工艺制造，形成了密不可分的整体；而GAA作为数字芯片后端设计的重要部分，后端工艺调试时必不可少；但国内基本上没有全套的解决方案。

在国产GAA技术上，公开信息所知的，一个是国产存储第一大厂长鑫在2023年第69届IEEE国际电子器件会议上，展示了其在环绕式闸极结构（Gate-All-Around，GAA）技术上突破的论文，可以用在3nm工艺制程芯片上，也可以向下搞定5nm、7nm、10nm和14nm。从这个论文显示长鑫拥有了这个技术实力。

另外就是中科院微电子所集成电路先导工艺研发中心朱慧珑课题组提出并实现了世界上首个具有自对准栅极的叠层垂直纳米环栅晶体管（Vertical Sandwich Gate-All-Around FETs或VSAFETs）。

以上两个成果，由于各方面的限制目前都没有进一步验证的相关信息。

因此，此次美国对于GAA技术的限制，虽然短期内影响不大，但国产芯片未来进阶之路必然是向3nm及以下先进工艺迈进的；之前大家总是认为，国产芯片进阶更先进制程的主要障碍在芯片制造环节，或者更直接就是芯片制造设备的缺失；但此次对GAA技术的限制，让国产芯片的进阶之路又多了一重障碍——也就是在芯片设计环节进行了限制。

这意味着，美国对于国产芯片的限制和打压又升级了——从半导体设备和材料、EDA工具、芯片设计技术等全方位限制和打压。对于国内半导体行业来说，切不可因GAA看似遥远而掉以轻心，任重而道远！