產(chǎn)業(yè)觀察 | 半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)：全球競(jìng)爭(zhēng)與中國(guó)崛起 | 附最新半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈圖譜

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半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)對(duì)現(xiàn)代化社會(huì)的建立與維護(hù)至關(guān)重要，涉及國(guó)家安全和戰(zhàn)略部署，因此，全球相關(guān)國(guó)家都出臺(tái)了半導(dǎo)體的支持政策，這造成半導(dǎo)體供應(yīng)在朝區(qū)域化的方向發(fā)展。

美國(guó)增強(qiáng)對(duì)于半導(dǎo)體和芯片領(lǐng)域投資規(guī)模;歐盟更注重提升半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)綜合競(jìng)爭(zhēng)力;日本也在針對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行建設(shè)。

半導(dǎo)體國(guó)產(chǎn)化的浪潮聲勢(shì)正好，而國(guó)外、國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體玩家眾多，半導(dǎo)體行業(yè)本身分支也多，對(duì)于不在此行業(yè)的人來(lái)說(shuō)，難免隔霧看花，今天我們就簡(jiǎn)單介紹一下，芯片的分類(lèi)以及產(chǎn)業(yè)圖譜，讓大家對(duì)于我國(guó)“戰(zhàn)斗”在前線的行業(yè)人員有一個(gè)了解，芯片和半導(dǎo)體的關(guān)系是什么?芯片從業(yè)者們?cè)诟墒裁?

芯片、半導(dǎo)體以及集成電路

芯片是一種集成電路，而集成電路占半導(dǎo)體行業(yè)的80%以上。半導(dǎo)體指常溫下導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體與絕緣體之間，且導(dǎo)電性可控的材料。我們比較常聽(tīng)到的，是用半導(dǎo)體所制作成的產(chǎn)品，主要分為：集成電路、分立器件、光電器件和傳感器。集成電路是一種微型電子器件或部件，也可以理解為“由半導(dǎo)體材料制成的一個(gè)超大規(guī)模電路的一個(gè)集合，讓電容，晶體管，電阻等器件工作在硅片(或者其他介質(zhì))上”。

因此，可以說(shuō)集成電路是由半導(dǎo)體材料制成的芯片，而芯片則是半導(dǎo)體材料上集成了多個(gè)電子元件的微型電子器件。它們共同構(gòu)成了現(xiàn)代電子設(shè)備和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心。

芯片的分類(lèi)

現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展快速又多樣，芯片的架構(gòu)、種類(lèi)隨之增多。按照不同的標(biāo)準(zhǔn)，可將其分為不同的類(lèi)型，比如數(shù)字集成電路(大規(guī)模IC-CPU、GPU，微處理器-MCU、MPU、DPS)、模擬集成電路、存儲(chǔ)器(DRAM、SRAM)等。

芯片的制造過(guò)程

芯片的制造工序繁多，簡(jiǎn)單可以概括為三大步驟：設(shè)計(jì)(集成電路)——流片(芯片)——封裝(可運(yùn)用)。

上游產(chǎn)業(yè)：原材料及機(jī)器設(shè)備

芯片行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈上游為半導(dǎo)體核心產(chǎn)業(yè)，涵蓋芯片生產(chǎn)制造所需的原材料以及機(jī)器設(shè)備，對(duì)于技術(shù)的要求極高。

中游產(chǎn)業(yè)：半導(dǎo)體制造

芯片行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈中游為半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，包含設(shè)計(jì)、制造、封測(cè)等一系列環(huán)節(jié)。

下游產(chǎn)業(yè)：半導(dǎo)體應(yīng)用

芯片行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈下游涉及到方方面面。

根據(jù)IBS《Design Activitiesand Strategic Implications》數(shù)據(jù)顯示，全球范圍內(nèi)芯片設(shè)計(jì)成本日益增高。

我國(guó)目前要攻克的難點(diǎn)，主要集中在“設(shè)計(jì)”環(huán)節(jié)。關(guān)于芯片設(shè)計(jì)，有一個(gè)很知名的理論——摩爾定律：當(dāng)價(jià)格不變時(shí)，集成電路上可容納的元器件的數(shù)目，約每隔18-24個(gè)月便會(huì)增加一倍，性能也將提升一倍。10nm-7nm-5nm-3nm，工藝不斷接近原子極限，靠縮小物理尺寸提高集成度已經(jīng)愈發(fā)艱難，摩爾定律顯著放緩，該如何續(xù)寫(xiě)摩爾定律的傳奇?

很多人把希望寄托于chiplet技術(shù)。Chiplet技術(shù)是把一些預(yù)先生產(chǎn)好的實(shí)現(xiàn)特定功能的芯片裸片(die)通過(guò)先進(jìn)的封裝技術(shù)集成在一起形成一個(gè)系統(tǒng)級(jí)芯片，而這些基本的裸片就是Chiplet。

使用Chiplet技術(shù)，減小了產(chǎn)生制造缺陷的概率，提高了小芯片晶粒的良率，從而降低單晶粒成本，另外，因可以靈活采用不同工藝集成，也降低了部分模塊被迫采用先進(jìn)工藝帶來(lái)的成本問(wèn)題，且一個(gè)項(xiàng)目的chiplet可直接復(fù)用到另一個(gè)項(xiàng)目，節(jié)省項(xiàng)目開(kāi)發(fā)周期和成本。

Chiplet技術(shù)正朝向IP芯片化、集成異構(gòu)化、集成異質(zhì)化發(fā)展，但考慮到DIE、封裝、PCB因材質(zhì)不同導(dǎo)致熱膨脹產(chǎn)生差異， Chiplet封裝上板后的產(chǎn)品將面臨較大的良率及可靠性問(wèn)題，需要特定的應(yīng)力仿真EDA工具以評(píng)估系統(tǒng)應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)。

什么是EDA?

EDA 全稱(chēng)是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(Electronic Design Automation)，狹義的EDA是指利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD等)軟件，來(lái)完成超大規(guī)模集成電路(VLSI)芯片(IC)的功能設(shè)計(jì)、綜合、驗(yàn)證、物理設(shè)計(jì)(包括布局、布線、版圖、設(shè)計(jì)規(guī)則檢測(cè)等)等流程的設(shè)計(jì)方式。

而廣義的EDA是指用于輔助完成超大規(guī)模集成電路芯片設(shè)計(jì)、制造、封裝、測(cè)試整個(gè)流程的計(jì)算機(jī)軟件。

國(guó)產(chǎn)EDA產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛。中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù)表示，中國(guó)集成電路設(shè)計(jì)銷(xiāo)售額2021年達(dá)5047.93億元，同比增長(zhǎng)19%。中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)集成電路設(shè)計(jì)分會(huì)(ICCAD)的數(shù)據(jù)顯示，2015年中國(guó)芯片設(shè)計(jì)公司數(shù)量?jī)H為736家，2021年已增長(zhǎng)至2,810家，CAGR達(dá)25.02%。國(guó)內(nèi)集成電路設(shè)計(jì)占比不斷提升，2021年集成電路設(shè)計(jì)占比更是高達(dá)43%，這些數(shù)據(jù)都表明，對(duì)于國(guó)產(chǎn)EDA的需求很大。

在國(guó)產(chǎn)EDA行業(yè)中，除了華大九天等深耕單個(gè)領(lǐng)域的老牌企業(yè)外，還出現(xiàn)了一些新興的企業(yè)，如芯瑞微(PhySim)。芯瑞微以其多物理場(chǎng)仿真軟件和提供chiplet一站式解決方案的服務(wù)而備受關(guān)注。

這些新興企業(yè)的涌現(xiàn)豐富了國(guó)產(chǎn)EDA行業(yè)的生態(tài)系統(tǒng)，推動(dòng)了行業(yè)的創(chuàng)新和發(fā)展。它們積極應(yīng)對(duì)著國(guó)內(nèi)芯片設(shè)計(jì)與制造的挑戰(zhàn)，不斷提升技術(shù)能力，為國(guó)內(nèi)芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。隨著國(guó)內(nèi)芯片需求的不斷增長(zhǎng)，這些企業(yè)有望在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)中發(fā)展壯大，并在全球舞臺(tái)上展現(xiàn)實(shí)力。

結(jié)語(yǔ)

半導(dǎo)體行業(yè)作為關(guān)鍵領(lǐng)域，在科技迅猛發(fā)展的時(shí)代具有重要性。我國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)正面臨技術(shù)攻堅(jiān)戰(zhàn)，無(wú)數(shù)芯片從業(yè)者默默耕耘，努力在全球競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)主動(dòng)地位。政府出臺(tái)政策措施支持發(fā)展，優(yōu)化行業(yè)環(huán)境，增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力。教育和科研取得成績(jī)，高校和研究機(jī)構(gòu)培養(yǎng)專(zhuān)業(yè)人才，產(chǎn)學(xué)研合作推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新。然而，行業(yè)仍面臨競(jìng)爭(zhēng)激烈、技術(shù)更新快的挑戰(zhàn)。我們需保持冷靜、堅(jiān)定信心，依靠科技創(chuàng)新和人才培養(yǎng)提升實(shí)力，以應(yīng)對(duì)困難和問(wèn)題。只有如此，我們才能在未來(lái)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地。我國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展已取得成果，但仍需努力。我們應(yīng)以嚴(yán)謹(jǐn)、穩(wěn)重、理性的態(tài)度，推動(dòng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)邁向新高峰，實(shí)現(xiàn)科技強(qiáng)國(guó)目標(biāo)。