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你有没有想过,一觉醒来,美国政府通告:禁止授权中国传感器企业使用IntelliSuite、ConventorWare等美国设计软件。
中国传感器企业还能设计出传感器吗?我们有替代的国产MEMS CAD软件吗?
这不是开玩笑!恐怖的事情正在发生,美国开始禁止更多中国企业使用设计软件!
警惕!Figma封禁大疆等多家企业,美国新一轮制裁升级的开始
据多家媒体报道,3月12日,美国设计软件公司Figma正式向大疆、华为、360等多家被美国列入制裁名单的中国企业发邮件:
“你好,我们了解到大疆在发布的制裁名单当中被点名,因此Figma无法再为您提供对我们软件的访问权限,我们已经开始冻结您的账户,您将无法再通过Figma访问您的文体,但我们将会在接下来的两周内通过电子邮件或者其他方式将您的文件提供给您。”
Figma正式禁止这些公司使用该软件。这是个什么软件呢?需要美国大动干戈?
Figma是一个向量图形编辑器和原型设计工具,主要基于网页进行工作,其三个显著特性分别是:实时协作、矢量网格、版本历史。因此备受各企业设计师、工程师们的青睐,尤其是疫情期间,远程协作办公需求增大,Figma在国内有着众多设计师和工程师在使用。
还好,这只是一个UI设计协作工具软件,国内做这种软件的企业不多,但也不是没有。
封锁的消息确认后,国内的即时设计、MasterGo、Pixso等设计工具团队迅速响应,纷纷发声帮助这些被封禁的企业渡过难关。
▲蓝湖团队公众号公告
▲Pixso更改官网说明
虽然该款软件并非国内“卡脖子”工业设计软件范畴,但也给我们敲了个大大的警钟。
美国制裁华为,从制裁华为使用的芯片设计类工业软件开始:
从2020年5月15日开始,美国开始了对华为的一系列制裁,从禁止华为使用美国企业的芯片设计软件,到2020年8月17日禁止含有美国技术的代工企业生产芯片提供给华为,再到2020年9月15日禁止拥有美国技术成分的芯片提供给华为。
可以看到,工业设计软件是美国最先想“卡死”华为的地方。
此次事件被相关专家认为有重大意义,因为之前的制裁针对性比较集中,主要禁止采购、制造等下游产业,现在开始从源头设计软件卡死,禁止中国高端企业继续研发新产品,企图断绝中国中高端制造的创造命根。
同时,美国也有向更多中国企业、更多行业不同技术产品进行封锁的倾向。
如果美国断了中国的传感器设计软件,我们有替代吗?
很显然,答案令人绝望。
目前我国在中高端传感器芯片上的进口率大约在80%左右,而传感器设计软件则几乎100%使用国外,尤其是美国的产品。
这些传感器设计软件包括我们许多传感器从业人员都熟知的IntelliSuite、ConventorWare、L-Edit等EDA软件,这些软件几乎都是美国公司的产品。
这些软件在我国传感器行业内有多普遍?小编举两个具体的例子。
ConventorWare作为市场占有率最高的传感器设计软件,我国80%以上的企业都在用它。
在2016年结束的“国家高技术研究发展计划”(863计划)里,承担MEMS传感器研究项目的30个研究小组,也全部使用Conventor。
更可怕的是,目前还没有什么国产软件能够代替这些传感器设计软件的使用。
也即是说,如果一觉醒来,美国禁止Conventor、IntelliSuite等软件授权中国企业使用,我们中国传感器企业将连一颗MEMS传感器也不能设计!
传感器设计软件对我们产业意味着什么?
正如我们所知:MEMS技术是传感器的重要发展技术,目前已经占据1/3左右的传感器市场,随着集成化、智能化、低功耗等趋势愈发明显,MEMS技术也将越来越重要。
这些年传感器在手机、汽车、自动化等应用越来越多,MEMS技术功不可没。可以说,没有MEMS技术的传感器未来,将黯然失色。
传感器设计软件主要是指以MEMS CAD(计算机辅助设计软件)为首的工业软件,是MEMS传感器设计实现电子设计自动化(EDA)的关键。
MEMS传感器为什么一定要用到CAD设计软件?
一个原因是MEMS器件小,MEMS技术基于微纳加工技术,器件尺寸非常小,一般从1毫米到1微米不等,未来纳米级NEMS技术也将逐渐发力。人工设计及许多传统设计方式在如此小的器件上着力,很不现实。
同时,MEMS技术是涉及力学、电学、电磁学、流体力学、热血等多学科交叉的新兴技术,对MEMS器件的设计上包含了许多新工作原理和器件结构的研究、开发,需要结合多学科理论进行分析,这样就大大增加了设计参数的选择难度,以过往常规分析计算方法已经远无法满足设计需求。
2D和3D计算机绘图技术的发展使我们能够对复杂的MEMS结构及版图进行计算机设计。有限元技术的应用使得人们可以用精确的计算机数值求解方法来分析和预测器件的性能,对器件工作的静态、准静态和动态模拟成为可能,从而能够对MEMS器件结构和工艺进行计算机模拟和设计优化。
因此传感器CAD设计软件对现代传感器,尤其是MEMS传感器的设计、研发,有着非常重要的地位。
国外传感器CAD设计软件发展现状与差距
与国内长期只注重对传感器技术的开发,而忽视相关CAD系统研究不同。国外在开始MEMS研究早期,就已经开始着手CAD软件的设计,到了上世纪1980年代,已经有一些比较完整的CAD系统面世。
同时,这些CAD软件对MEMS的研究有着巨大的促进作用,加快了MEMS器件的设计和仿真,让MEMS从实验室走向工业量产起了不可替代的作用。
在1990年代初,美国就研究出了用在硅压力传感器设计的MEMS CAD软件(CAE MEMS)。到了中期,以IntelliSense、Coventor 、Microcosm等公司为代表,基于MEMS的工艺模拟、器件建模、分析模拟以及设计优化等方面,提供较为成熟的专业商业设计软件IntelliSense、MEMCAD、Coventor等,对3D MEMS的工艺和器件模拟及设计优化有很大帮助。
根据国家863计划MEMS专项“MEMS设计方法”的资助课题论文《MEMS器件综合技术的研究》的介绍:
Illinois大学开发的ACES软件可用于硅湿法腐 蚀、砷化嫁湿法腐蚀和RIE腐蚀工艺的模拟。应用ACES可根据设计的版图和刻蚀条件得出腐蚀后的三维MEMS结构。
除了专业软件外,许多有限元分析软件已用于MEMS器件的建模、分析和模拟,其中 ANSYS作为大型有限元分析软件在MEMS器件的设计和模拟方面的成功应用,已得到MEMS设计者的青睐。ANSYS软件包包含了力、热、声、流体、电、电磁等分析模块,其耦合场分析部分还包含了MEMS器件常用的压电分析。其流体分析模块ANSYS/FLOTRAN已成为国际默认的MEMS流体模拟分析标准软件。
鉴于MEMS计算机设计和模拟技术的应用需求,许多通用软件也已应用于MEMS设计和模拟,如AutoCAD用于MEMS结构设计和建模,Tanner Tools Pro为MEMS提供版图设计,Matlab用于模拟数据的后处理和图形化,Cadence用于接口电路的设计模拟等。
一些软件还为MEMS应用进行了改进,最近Analogy和Microcosm Technologies宣布共同开发AutoMM/Saber软件,该软件将为MEMS计算机模拟提供从EDA(electronic design automation)到MDA(mechanical design automation)的桥梁,Microcosm的3D MEMCAD和Analogy的MAST HDL(hardware description language)结合而成的Saber软件已经为Analog Devices的ADXL系列汽车气囊加速度传感器提供了成功的模拟。
可以看到,国外相关企业对MEMS CAD设计软件的重视程度高、起步早,目前已经远远抛离了我国。
到今天,我国从事MEMS设计软件研发的机构依然很少,主要以大学等科研院所为主,而民营企业还没有公司去涉足。
除了传感器设计软件,国内其他工业产业设计软件怎样?
从细分领域来说,传感器设计软件是最惨的——连一个可替代的国产MEMS CAD设计软件都没有。
而其他工业设计软件则好一点,但也好的有限,以EDA软件为例:
在中国市场,国产EDA软件所占份额大概在10%左右,剩下的90%全部都被美国的Synopsys、Cadence和Mentor Graphics三巨头所垄断。而目前国产EDA软件市场份额最大的是华大九天,挤进了TOP4。华大九天在10%的国产软件份额中占了一般有多,可以说是国产EDA软件的绝对龙头了。
在工业CAD领域,全球工业CAD设计软四大巨头分别是法国的达索系统、德国的西门子软件、美国的PTC还有美国的欧特克,根据IDC在2016年公布的数据,这四家公司占据了全球CAD市场的72%的份额,传统CAD巨头在全球领域拥有绝对的话语权。
而在中国市场上,这四家企业更是占到了超过90%的份额,国内的中望软件、数码大方等公司只占据了不到10%的市场。
综合来看,在整个中国工业设计软件领域,90%以上都被国外软件——尤其是美国公司所垄断。
但相对而言,传感器领域是最惨的,一家能上市场的MEMS设计公司都没有。至少,在EDA、CAD工业软件领域,我们还有华大九天、广州中望等公司的工业设计软件产品可以用。
结语
以MEMS/NEMS技术为代表的现代传感器,设计复杂,生产难度高,设计、研究人员希望能够在计算机上首先进行虚拟样机的结构设计,可以对MEMS的各种参数进行优化,在设计阶段就能够对设计方案进行分析、比较和验证。
这样,能够大幅提高设计效率,提升设计质量,降低量产成本,缩短研发周期,CAD等工业设计软件,是MEMS传感器等现代先进制造必不可少的手段。
期待早日拥有属于我们自己的传感器设计软件!