破冰三纳米制程，以赤子之心攻坚“造芯”难题

6月30日晚，央视二套《经济半小时》栏目播出《小米3纳米答卷的背后》，聚焦国内3纳米芯片科技的突破进行报道。作为产业链代表企业，专注芯片制造EDA软件国产化的苏州培风图南半导体有限公司在节目中亮相。

3纳米，滴水藏海的先进制程芯片里藏着“中国芯”竞逐世界一流的雄心壮志。2024年初，培风图南推出自研的三维工艺和器件仿真软件套件Mozz TCAD，在全球EDA领域激起了不小的涟漪。这款中国软件不仅实现了与国外同类产品的全面对标，更在部分关键应用场景中实现了反超。

凭借此项技术，培风图南这家多年来默默无闻的中国EDA厂商也随之跻身全球仅有的两家拥有工艺仿真软件的EDA厂商之列。从创业之初靠给航天军工“打零工”攒出国内首个TCAD自研团队，到18年坚持自研一举攻克3纳米先进制程，培风图南的每一步都是国产芯片破局技术垄断的缩影。

不移拏云之心

矢志高端芯片“自主可控”

在位于苏州工业园区环普苏桐112国际科创园的培风图南公司，工程师轻点鼠标，屏幕上花花绿绿的各项数值开始高速演化。仅仅十几分钟时间，这些过去需要在晶圆厂耗费数月、耗资巨大的芯片工艺试验即告完成。“每个指甲盖大的芯片中有上亿个晶体管，TCAD就是用来找到每个晶体管里原子的最佳排列。”该工程师说。

秀出这波“神操作”的软件，就是培风图南自主研发的TCAD软件。以此为基础，培风图南刚刚攻克芯片制造3纳米工艺难关。这意味着每单位国产芯片处理器已具备更小体积、更低功耗、更多计算单元、更强性能的优势。

何为“培风图南”？公司创始人、董事长沈忱解释道，公司名称源自《庄子·逍遥游》中的“故九万里，则风斯在下矣，而后乃今培风；背负青天，而莫之夭阏者，而后乃今将图南”，寓意厚积薄发追求远大志向。这一兼具诗意与深意的名称，显示了该公司在EDA国产化征程中的宏愿。

EDA（Electronic Design Automation，即电子设计自动化）可以理解为一套专门用于设计和制造芯片的软件工具包，全面覆盖芯片从最初的功能设计、仿真模拟、功能验证、电路的物理实现到最终制造生产的全流程环节。

而在EDA软件中，TCAD（Technology Computer Aided Design，即技术计算机辅助设计）又是实现芯片设计与制造的关键环节，可以对不同的芯片加工工艺进行仿真，从而取代昂贵、费时的实验；也可以对不同器件结构进行优化，对电路性能及缺陷等进行模拟，以此提高性能。

然而，由于TCAD的研发需融合量子力学、等离子体物理等十数门学科，加之海外巨头在该领域树立的行业壁垒，其生态极为封闭，后进入者需要付出极高的学习、试错成本和巨大的研发投入。

如此艰难的条件下，一家民营企业“自食其力”研发出这一对于国家战略安全具有重要意义的软件，无疑是令人惊讶和佩服的。而支撑培风图南十八年如一日矢志攻坚的，是深植于两位80后创始人沈忱和贡顶精神内核的成长经历。

“我和革命烈士许杏虎同乡、同校，高中时目睹国家尊严受损，让我们这代人把‘自强不息’的信念刻进骨髓。”籍贯江苏丹阳的公司联合创始人、CTO（首席技术官）贡顶谈及创业初心时，目光仍如少年时期那般灼热。

“自强不息”的朴素理想，最终淬炼为“自主可控”的时代使命。特别是伴随着国际形势的急剧变化，技术封锁、产品禁运几乎成为常态，这些因素促使沈忱和贡顶决心把攻坚重心坚定锚定在国产EDA领域。

历经筚路蓝缕，培风图南终以Mozz TCAD套件实现“中国第一且唯一”的突破。通过实际商用落地与客户严苛反馈反复验证，其各项产品性能均已达到可与海外领先EDA同类型竞品全面比肩的水平。这为中国在芯片赛道实现弯道超车提供了强大的“软”支撑，“中国芯”的未来必定是一片星辰大海。

十八年磨一剑

突围TCAD软件“技术瓶颈”

“我们最初的互信，其实是通过互相提交代码、互相检查对方数学和代码的能力建立起来的。俗话说字如其人，在我们这个领域，代码体现了工作习惯和审美观。”今年2月，东方财经浦东频道《浦东新脸谱》栏目播出《创业“双子星”的EDA软件破局之路》，沈忱和贡顶在节目中“溯源”相识之初的有趣故事。

2007年，留学新加坡国立大学的沈忱在博士课题攻关中，偶然发现了贡顶的半导体仿真软件的源代码。两人虽未曾谋面，却因对代码开发的高度共鸣开启“云端协作”。当他们意识到自己开发的软件产品比当时国际上流行的某款软件还要先进时，一颗创业的种子就此萌芽。

当时还不到30岁的沈忱和贡顶，面临的困难是空前的。国内三维工艺仿真领域几乎是“真空”状态，而且该技术涉及量子力学、材料学、等离子体物理等十数门交叉学科，需将千道工序转化为数学模型。“这就好比是没有存档功能的游戏，错一步就归零。”提及研发阶段的坎坷历程，沈忱历历在目。

除了技术层面的重重难关，两位年轻创业者还要面对资本和市场对国产软件的不信任。正如贡顶在接受《经济半小时》采访时所说，“工程上的难度并不是最难的，最难的应该还是被工业界接受的程度。因为行业巨头已经占据了先机，并不是说你的产品做得好，就真的能取代。”

确实，从2011年到2021年的十年间，全球EDA市场被新思科技、楷登电子、西门子三大巨头垄断。培风图南自主研发的TCAD软件无人问津，公司只能靠承接芯片抗辐射加固设计项目艰难维系。

这种情况下，破局没有捷径，只有久久为功。尽管TCAD项目“前途未卜”，培风图南依然放弃了做硬件的机会和国外厂商抛出的代理权橄榄枝，坚持做一家纯自研的EDA软件公司。“挫折和困难是再普通不过的事情，做工作如果没有感到绝望和痛苦，就说明还没有触碰到最前沿。我们这个行业不怕穷，就怕不能坚持。”沈忱坚定地说。

怀着“开发中国人自己的TCAD软件”的信念，培风图南每年稍有盈余就用来扩充研发团队。为维系技术火种，团队开辟“双线作战”：一面攻坚TCAD软件开发，一面承接项目积累TCAD开发经费，反哺软件开发。持续的研发投入，公司资金链几度面临断裂。苏州工业园区以研发场地、政策接力输血，最终帮公司渡过难关。

2022年，由于美国对先进制程的EDA软件实施出口禁令，客观上使得长期依赖进口工具的晶圆厂开始试水国产设计软件。国产替代需求爆发式增长，培风图南获得了资本市场的关注。特别是2023年2月，国内知名产投方入股，让培风图南在EDA“圈内”名声大噪。

2021年至2024年间，公司完成了数亿元融资，已经成为拥有百名员工、产品实现商业化、营收向亿元迈进的国家级科技型企业。2024年，培风图南“十八年磨一剑”的坚守终于迎来了破茧时刻：其工艺和器件仿真软件套件Mozz TCAD通过了头部客户的技术验收，成为国内唯一拥有支持逻辑、存储、功率、光电全场景的完整TCAD软件套件。

如今，培风图南已在苏州工业园区建成面积超2000平方米的研发总部及晶圆测试中心，搭建起涵盖光学邻近效应修正（OPC）、工艺器件仿真（TCAD）、3D表面结构仿真（Emulator）、TCAD-SPICE快速建模、电路仿真与寄生参数抽取等全系列制造类EDA软件产品体系。

剑指虚拟晶圆厂

推动芯片生产“流程再造”

在培风图南虚拟晶圆厂技术负责人面前的屏幕上，一个立体几何图形如充满生命的不规则魔方般旋转、扭曲、缩放。这个“千变万化”的几何体所模拟的，正是虚拟晶圆厂中芯片的制造过程。

“虚拟晶圆厂可以帮我们进一步缩小产品的迭代周期和成本，优化工艺参数，提高器件性能和产量。可以说，虚拟晶圆厂就是TCAD下一阶段发展的重要方向。”沈忱说。在传统模式下，工程师需要在真实的生产线上做实验，成本高、周期长、风险大。现在，他们可以在虚拟环境中无限次地尝试各种可能性，直到找到最优方案。

2024年，培风图南推出了三维工艺和器件仿真软件套件Mozz TCAD，实现EDA全品类工具覆盖及TCAD技术商业化。凭借从米级到纳米级的多物理场仿真能力、完整的TCAD产品矩阵和3D TCAD技术，培风图南成为国内目前唯一具备虚拟晶圆厂构建能力的EDA厂商。

目前，培风图南的虚拟晶圆厂芯片全流程已经基本跑通。凭借该技术，真实世界的物理模型能够和数字世界中的虚拟模型一一对应，实现了芯片制造从单步工艺到全流程的数字化重塑。这意味着，晶圆厂不需要斥巨资购买设备、反复试错，只需要在虚拟环境中调整离子注入剂量、优化薄膜沉积参数，就能即刻看到不同方案对芯片性能的影响。

数据显示，在碳化硅仿真中，培风图南工具的精度与速度较国际竞品均有显著提升。新一代的虚拟晶圆厂软件正成为我国头部芯片企业突破技术瓶颈、追赶甚至超越国际巨头的一柄利器，正在重新定义全球产业的竞争格局。

此外，在人工智能成为大国科技博弈焦点的今天，虚拟晶圆厂的发展更是生逢其时。它不仅可以为AI芯片研发提供强大辅助，其运行产生的高保真海量仿真数据，本身亦是训练AI模型的宝贵资源，两者相互赋能、良性循环。

窥一斑而见全豹。培风图南虚拟晶圆厂的不断优化迭代，带来的不仅是“工具革新”，更是芯片制造的“流程再造”。通过虚拟晶圆厂积累的庞大数据量，企业得以构建工艺知识库，预判技术演进趋势。就此意义而言，国产软件已跨越单纯对标海外的阶段，迈入深度契合本土需求、支持自主技术路线探索的崭新阶段。

“现在国内厂商纷纷在探索新的技术路线，对下一代工艺节点的研发也在提速。我们上下游联合起来，正在构建设计—仿真—量产的闭环生态。”沈忱认为，未来五年是至关重要的机遇“窗口期”。随着先进制程的不断演进，虚拟晶圆厂在成本、良率上所带来的价值将愈发凸显，除了百亿规模的未来市场外，也将撬动晶圆代工业千亿规模的产能提升。

此时此刻，培风图南的目标清晰而坚定：推动中国半导体产业在核心瓶颈上实现跨越，逐步追赶乃至超越欧美传统优势地位。

本版撰稿 武炜昕

（苏州培风图南半导体有限公司供图）