Los días en que los chips de computadora se diseñaban a mano quedaron atrás. Mientras que los chips contenían miles de transistores en la década de 1970, hoy tienen más de cien mil millones, y es imposible crear estos diseños manualmente. Ahí es donde entra en juego el software de automatización de diseño electrónico (EDA). Es una categoría de herramientas que ayudan a los ingenieros eléctricos a diseñar y desarrollar chips cada vez más complejos.
Este software ahora forma el último frente de batalla en la guerra comercial tecnológica entre China y los Estados Unidos. El 12 de agosto, el Departamento de Comercio de EE. UU. anunció un control de exportación multilateral sobre ciertas herramientas de EDA, lo que impidió que China y más de 150 países, básicamente cualquier país que no sea un aliado tradicional de EE. UU., accedan a ellas sin licencias especialmente otorgadas.
El software EDA es una parte pequeña pero poderosa de la cadena de suministro de semiconductores, y está controlado principalmente por tres empresas occidentales. Eso le da a EE. UU. un poderoso punto de influencia, similar a la forma en que quería restringir el acceso a las máquinas de litografía, otra herramienta crucial para la fabricación de chips, el mes pasado. Entonces, ¿cómo se ha vuelto la industria tan centrada en Estados Unidos y por qué China no puede simplemente desarrollar su propio software alternativo?
¿Qué es EDA?
La automatización del diseño electrónico (también conocida como diseño electrónico asistido por computadora o ECAD) es el software especializado que se utiliza en la fabricación de chips. Es como el software CAD que usan los arquitectos, excepto que es más sofisticado, ya que maneja miles de millones de transistores minúsculos en un circuito integrado.
No existe un único programa de software dominante que represente lo mejor de la industria. En cambio, a menudo se usa una serie de módulos de software a lo largo de todo el flujo de diseño: diseño lógico, depuración, colocación de componentes, enrutamiento de cables, optimización del tiempo y consumo de energía, verificación y más. Debido a que los chips modernos son tan complejos, cada paso requiere una herramienta de software diferente.
¿Qué tan importante es EDA para la fabricación de chips?
Aunque el mercado global de EDA se valoró en solo alrededor de $ 10 mil millones en 2021, lo que lo convierte en una pequeña fracción del mercado de semiconductores de $ 595 mil millones , tiene una importancia única para toda la cadena de suministro.
El ecosistema de semiconductores actual puede verse como un triángulo, dice Mike Demler, un consultor que ha estado en la industria del diseño de chips y EDA durante más de 40 años. En una esquina están las fundiciones, o fabricantes de chips como TSMC; en otra esquina se encuentran empresas de propiedad intelectual como ARM, que fabrican y venden maquetas o unidades de diseño reutilizables; y en la tercera esquina están las herramientas EDA. Los tres juntos se aseguran de que la cadena de suministro se mueva sin problemas.
Por el nombre, puede parecer que las herramientas EDA solo son importantes para las empresas de diseño de chips, pero también las utilizan los fabricantes de chips para verificar que un diseño es factible antes de la producción. No hay forma de que una fundición fabrique un solo chip como prototipo; tiene que invertir meses de tiempo y producción, y cada vez, se fabrican cientos de chips sobre la misma base de semiconductores. Sería un desperdicio enorme si se descubriera que tienen fallas de diseño. Por lo tanto, los fabricantes confían en un tipo especial de herramienta EDA para realizar su propia validación.
¿Cuáles son las empresas líderes en la industria de EDA?
Solo hay unas pocas empresas que venden software para cada paso del proceso de fabricación de chips, y han dominado este mercado durante décadas. Las tres empresas principales, Cadence (estadounidense), Synopsys (estadounidense) y Mentor Graphics (estadounidense pero adquirida por la empresa alemana Siemens en 2017), controlan alrededor del 70 % del mercado mundial de EDA. Su dominio es tan fuerte que muchas nuevas empresas de EDA se especializan en un nicho de uso y luego se venden a una de estas tres empresas, consolidando aún más el oligopolio.
¿Qué está haciendo el gobierno de EE. UU. para restringir las exportaciones de EDA a China?
La enorme influencia de las empresas estadounidenses en la industria de EDA facilita que el gobierno de EE. UU. exprima el acceso de China. En su último anuncio, se comprometió a agregar ciertas herramientas EDA a su lista de tecnologías cuya exportación está prohibida. Estados Unidos se coordinará con otros 41 países, incluida Alemania, para implementar estas restricciones.
Las herramientas restringidas son aquellas que se pueden usar para la arquitectura GAAFET (transistor de efecto de campo de compuerta completa), la estructura de circuito más avanzada en la actualidad, que es fundamental para fabricar los chips más recientes y más avanzados en el futuro. El Departamento de Comercio todavía está buscando comentarios públicos para identificar qué software EDA es más útil para lograr esta estructura específica y, por lo tanto, debe agregarse a la lista.
El gigante de hardware chino Huawei fue restringido de manera similar en 2019, perdiendo el acceso a todas las herramientas EDA de EE. UU., y la administración Biden ha continuado con la preferencia de la administración Trump por los controles de exportación como arma de guerra comercial. “Su anterior ronda de restricciones a Huawei fue tan exitosa [que] descubrieron que este era el camino a seguir”, dice Xiaomeng Lu, analista de la consultora Eurasia Group.
¿Cómo se verá afectada China?
A corto plazo, China no se verá tan afectada, porque las fundiciones chinas no están lo suficientemente avanzadas para fabricar los chips de última generación que necesitan la estructura GAAFET. Pero el bloqueo significa que las empresas chinas de diseño de chips no podrán acceder a las herramientas más avanzadas y, a medida que pase el tiempo, lo más probable es que se queden atrás.
Sin embargo, bloquear la exportación de software es muy diferente a bloquear la exportación de hardware voluminoso como las máquinas de litografía, que son imposibles de pasar de contrabando a China porque son muy rastreables. Las herramientas de software EDA se distribuyen en línea, por lo que se pueden piratear.
Las empresas chinas podrían conservar el software EDA que ya compraron o recurrir a la piratería de licencias o adquirirlas a través de entidades en la sombra. Eso hace que sea más difícil predecir qué tan efectiva será esta última ronda de restricciones.
¿Qué está haciendo China con respecto a EDA?
China se ha dado cuenta lentamente de que necesita desarrollar alternativas internas. En su último plan quinquenal , que es el plan económico principal del país, EDA figuraba como la primera tecnología de vanguardia dentro de la industria de semiconductores donde China necesita hacer avances. Esto significa que se destinarán más recursos del gobierno a I+D en esta área, incluido el fondo de inversión en semiconductores respaldado por el gobierno de China , que invirtió en la empresa china EDA Huada Empyrean en 2018.
Huada Empyrean, cuyo fundador ha trabajado en diseño EDA desde la década de 1980, es el líder actual del país en software EDA nacional, pero solo representa el 6% del mercado EDA nacional. También está lejos de desarrollar un flujo de diseño completo, lo que significa que su producto solo puede reemplazar una pequeña parte de lo que ofrecen las empresas estadounidenses.
Están surgiendo más nuevas empresas para llenar el vacío , la mayoría de ellas dirigidas por ex empleados chinos de Cadence o Synopsys, como X-Epic, con sede en Nanjing, y Hejian Industrial Software, con sede en Shanghái. Con más experiencia internacional y menos carga histórica, estas nuevas empresas pueden estar mejor posicionadas para desafiar el statu quo, dice Douglas Fuller, profesor asociado de la Escuela de Negocios de Copenhague. “A más largo plazo, si los improvisaran, podrían ser una mejor alternativa a Huada”, dice.
¿Es difícil para China desarrollar una alternativa nacional de EDA?
China tiene una industria de software vibrante, que ha producido algunas aplicaciones de tecnología de consumo de fama mundial como WeChat de Tencent y Alipay de Alibaba. “¿Pero en términos de software de uso industrial, de uso corporativo? Ese es el inconveniente de China”, dice Lu. “Durante mucho tiempo, los responsables de la política industrial china no se dieron cuenta de que [el software EDA] es el verdadero cuello de botella”.
Es un área en la que se necesitan décadas y miles de millones de dólares de inversión para lograr avances significativos en la investigación, por lo que aunque las empresas chinas quieran ponerse al día ahora, pasará mucho tiempo antes de que logren avances significativos.
Un gran problema es el talento. El desarrollo de herramientas EDA es un campo de nicho, y las empresas chinas tradicionalmente han tenido problemas para atraer a muchos de los pocos ingenieros capacitados en la fabricación de herramientas EDA.
¿Cómo afectará a las empresas estadounidenses de chips?
El último control de exportación de EDA está dirigido a una sección muy especializada y avanzada de la industria. “Este software de gama alta aún no es ampliamente utilizado por las empresas chinas, por lo que el impacto comercial inmediato de la restricción en los proveedores estadounidenses es limitado”, dice Lu.
Pero los controles de exportación generalmente no son bien recibidos por las empresas de chips, ya que tales políticas pueden reducir la demanda de productos estadounidenses y, por lo tanto, sus ingresos. Esto es cierto no solo para las empresas de EDA, sino también para las fundiciones, las empresas de propiedad intelectual, los fabricantes de equipos y todos los demás en la cadena de suministro. “Tendrías muchas empresas enojadas”, dice Fuller. “No solo en los EE. UU., no solo en las empresas EDA”.