Không được tiếp cận các phần mềm thiết kế chip EDA tiên tiến, ngành sản xuất chip Trung Quốc có nguy cơ không thể bắt kịp các đối thủ trên thế giới.
Thời các con chip máy tính được thiết kế bằng tay đã qua, giờ là “sân chơi” cho các phần mềm tự động hóa thiết kế điện tử (Electronic Design Automation) - EDA software có thể thiết kế chip chứa đến hàng trăm tỷ bóng bán dẫn. Phần mềm EDA ra đời cho phép các kỹ sư thiết kế và phát triển các con chip ngày càng phức tạp hơn và nó đang trở thành mặt trận mới nhất trong cuộc chạy đua công nghệ giữa Trung Quốc và Mỹ sau công bố lệnh kiểm soát xuất khẩu đa phương đối với các công cụ phần mềm EDA của Bộ Thương mại Mỹ (12/8/2022).
Các kỹ sư phân tích thiết kế chip bằng tay trên các tấm phim chụp. (Ảnh chụp năm 1979)
Chỉ chiếm một phần nhỏ trong chuỗi cung ứng, nhưng phần mềm EDA lại không thể thiếu để tạo nên các con chip ngày nay. Và hầu hết thị trường này được kiểm soát bởi 3 công ty Phương Tây. Điều đó mang lại cho Mỹ một lợi thế mạnh mẽ - tương tự như việc hạn chế tiếp cận đối với các máy quang khắc trong sản xuất chip.
Ngày 12/8/2022, Bộ Thương mại Mỹ công bố lệnh kiểm soát xuất khẩu đa phương đối với các công cụ phần mềm EDA, nhằm ngăn Trung Quốc và hơn 150 quốc gia khác được tiếp cận chúng mà không có các giấy phép đặc biệt. Sự kiện này trở thành bước ngoặt mới trong cuộc chiến công nghệ giữa Trung Quốc và Mỹ. Khó khăn đang đe dọa tới Trung Quốc. Tại sao phần mềm EDA này lại quan trọng đến thế và liệu Trung Quốc có thể phát triển một giải pháp thay thế hay không?
Phần mềm EDA là gì?
Phần mềm EDA (phần mềm tự động hóa thiết kế điện tử) là một phần mềm chuyên dụng trong sản xuất chip. Những phần mềm này cung cấp một loạt các module thường được sử dụng trong toàn bộ quy trình thiết kế: thiết kế logic, sửa lỗi, sắp xếp các thành phần, đi dây, tối ưu thời gian và tiêu thụ năng lượng, và nhiều điều khác nữa. Top 5 phần mềm EDA mạnh mẽ nhất hiện nay có thể kể đến như: Cadence, Mentor Graphics PADS, Altium Designer, Eagle PCB Design, KiCAD.
Phần mềm EDA quan trọng như thế nào đối với việc sản xuất chip?
Cho dù thị trường phần mềm EDA chỉ chiếm một phần rất nhỏ (khoảng 10 tỷ USD - năm 2021) trong toàn bộ thị trường bán dẫn toàn cầu trị giá 595 tỷ USD nhưng nó lại đặc biệt quan trọng đối với toàn bộ chuỗi cung ứng.Ông Mike Demler mô tả: Toàn bộ hệ sinh thái ngành bán dẫn như tam giác khổng lồ. Một góc là các hãng đúc chip, những công ty như TSMC, một góc khác là các công ty sở hữu các bản quyền trí tuệ như ARM, làm ra và bán các thiết kế chip có thể tái sử dụng và góc cuối cùng là các công cụ EDA. Cả ba cùng nhau đảm bảo chuỗi cung ứng được vận hành trơn tru cho toàn ngành bán dẫn.
Phần mềm EDA không chỉ quan trọng đối với những hãng thiết kế chip, mà còn quan trọng với cả các nhà sản xuất chip. Họ cần đến bản quyền EDA để xác minh xem một thiết kế có thể sản xuất được hay không. Các hãng đúc chip không có cách nào chỉ sản xuất thử một hai con chip đơn lẻ làm mẫu được – họ phải đầu tư nhiều tháng cho việc sản xuất thử và mỗi lần hàng trăm con chip sẽ được chế tạo. Đó sẽ là một sự lãng phí khủng khiếp nếu trong thiết kế có lỗi nào đó. Vì vậy, các nhà sản xuất chip luôn cần một loại phần mềm EDA đặc biệt để kiểm tra các thiết kế này.
.jpg)
Thiết kế chip bằng phần mềm Cadence
Sự thống trị của người Mỹ đối với phần mềm EDA
Hiện tại trên thế giới chỉ có một vài công ty bán phần mềm cho các bước của quy trình sản xuất chip. Họ cũng là những hãng đã thống trị thị trường này từ nhiều thập kỷ nay với như: Cadence (Mỹ), Synopsys (Mỹ) và Mentor Graphics (hãng của Mỹ đã được Siemens của Đức mua lại năm 2017). Chỉ tính riêng ba công ty cung cấp phần mềm EDA hàng đầu thế giới này đã kiểm soát đến 70% thị trường EDA toàn cầu. Và “Hầu hết mọi con chip trên thế giới đều được thiết kế bởi một loại phần mềm Cadence nào đó” - Anirudh Devgan, Giám đốc điều hành của Cadence Design Systems.
Xem thêm bài viết “Hầu hết mọi con chip trên thế giới đều được thiết kế bởi một loại phần mềm Cadence nào đó”.
Sự thống trị của họ lớn đến mức các startup về EDA khi nổi lên nhắm vào một thị trường ngách nào đó sẽ thường bán mình cho một trong ba công ty lớn này, củng cố hơn nữa vị thế độc quyền của họ. Sự thống trị của các công ty Mỹ khiến chính phủ Mỹ dễ dàng siết chặt quyền tiếp cận của các công ty Trung Quốc. Những phần mềm bị hạn chế là phần mềm để thiết kế kiến trúc chip với công nghệ GAAFET (gate-all-around field-effect transistor: bóng bán dẫn với cực cổng bao quanh). Đây được xem là kiến trúc mạch tiên tiến nhất hiện nay, đặc biệt quan trọng đối với việc tạo ra các chip mới nhất hiện nay cũng như trong tương lai.
Mới đây nhất, chính phủ Anh cũng vừa chặn một thương vụ thâu tóm hãng cung cấp phần mềm EDA của Anh có tên Pulsic, khi phát hiện ra người mua là công ty phần mềm thiết kế bán dẫn Super Orange HK Holding hóa ra lại có quan hệ với quỹ Phát triển Công nghệ Bán dẫn của Trung Quốc.
Trung Quốc sẽ bị ảnh hưởng như thế nào?
Trong ngắn hạn, Trung Quốc sẽ không bị tác động nặng nề bởi lệnh cấm này. Nhưng trong dài hạn, các công ty thiết kế chip Trung Quốc không thể tiếp cận được các công cụ tiên tiến nhất để tạo ra các con chip hiện đại dùng công nghệ GAAFET và rất có thể họ sẽ bị tụt lại phía sau.
Không giống như đối với lệnh cấm xuất khẩu máy quang khắc, việc chặn xuất khẩu phần mềm cũng khó khăn hơn nhiều khi chúng được phân phối trực tuyến và có thể bị vi phạm bản quyền. Ngoài ra các công ty Trung Quốc cũng có thể tiếp tục sử dụng phần mềm EDA mà họ đã mua hoặc mua lại chúng thông qua các tổ chức trung gian. Điều đó khiến khó dự đoán mức độ hiệu quả của lệnh cấm vận này.
Có thể bạn quan tâm "Phần mềm EDA dùng để thiết chip với công nghệ GAAFET"
Trung Quốc có đang phát triển công cụ EDA?
Trung Quốc cũng đã nhận ra sự cần thiết phải phát triển giải pháp thay thế. Trong kế hoạch 5 năm lần thứ nhất gần đây. EDA được xem như công nghệ tiên tiến hàng đầu trong lĩnh vực bán dẫn mà Trung Quốc phải tạo đột phá. Điều này đồng nghĩa với việc những công ty phát triển EDA của Trung Quốc như Huada Empyrean sẽ nhận được nhiều vốn đầu tư hơn từ chính phủ.
Dù đã nghiên cứu EDA từ những năm 1980, trở thành công ty hàng đầu Trung Quốc về phần mềm EDA, nhưng hiện Huada Empyrean chỉ chiếm khoảng 6% thị phần nội địa. Họ cũng chưa thể phát triển toàn bộ quy trình thiết kế, sản phẩm của Huada Empyrean chỉ có thể thay thế một số công cụ trong các phần mềm EDA của công ty Mỹ. Nhiều startup khác của Trung Quốc cũng đang cố gắng lấp đầy khoảng trống này, hầu hết là do các cựu nhân viên người Trung Quốc của Candence hoặc Synopsys - ví dụ như X-Epic và Hẹian Industrial Software. Với nhiều kinh nghiệm quốc tế hơn, các startup này có thể trở thành sự thay thế tốt hơn cho Huada Empyrean.
.jpg)
Khi kiến trúc GAAFET được áp dụng cho các chip từ 3nm trở xuống, các phần mềm EDA là thành phần không thể thiếu để thiết kế nên các con chip này.
Trung Quốc có gặp khó khăn khi muốn thay thế phần mềm EDA?
Mặc dù Trung Quốc có một ngành công nghiệp phần mềm sôi động, nhưng theo Xiaomeng Lu: Phần mềm dành cho doanh nghiệp, sử dụng trong công nghiệp (phần mềm EDA) là nút thắt của Trung Quốc trong thời gian dài. Đây là lĩnh vực cần hàng chục năm phát triển và hàng tỷ USD đầu tư để đạt được các tiến bộ đáng kể. Vì vậy ngay cả khi các công ty Trung Quốc muốn bắt kịp đối thủ Mỹ, sẽ mất một thời gian dài trước khi họ đạt được tiến bộ nào. Một khó khăn nữa của Trung Quốc còn phải đối mặt đó là cuộc chiến thu hút các kỹ sư được đào tạo về EDA – thường chỉ chiếm một số lượng rất nhỏ.