華為海思這些芯片設(shè)計企業(yè)在中國 MEMS 傳感器市場占比高達 60%

今年，國內(nèi)芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已經(jīng)被推到風(fēng)口浪尖，輿論鋪天蓋地。從華為被傳要自己建廠造芯的“塔山計劃”傳聞就可以看出，傳聞是真也好，是假也罷，媒體和半導(dǎo)體行業(yè)圈都被這個新聞?wù)◤椪ㄅd奮了，可見社會各界對于國產(chǎn)芯片的期待高居不下。

在政策層面來看，前不久國務(wù)院正式公布《新時期促進集成電路產(chǎn)業(yè)和軟件產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的若干政策》，對集成電路財稅、投融資、研究開發(fā)、進出口、人才、知識產(chǎn)權(quán)、市場用用、國際合作等八個方面入手。

在社會各界和政治層面來看，國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，尤其是芯片等集成電路產(chǎn)業(yè)未來將會獲得極大的發(fā)展動力。

但是，并不是所有人都知道半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)具體有哪些類型，產(chǎn)業(yè)鏈又是如何的。

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)及市場概況

按照主流的說法來看，半導(dǎo)體元件市場主要歸為四類，集成電路（芯片）、光電子、分立器件和傳感器，2018年集成電路、光電子器件、分立器件和傳感器的全球市場規(guī)模分別為3，933億美元、380億美元、241億美元和134億美元，占4，688億美元半導(dǎo)體市場整體規(guī)模的比例分別約為83.9%、8.1%、5.1%和2.9%。需要指出的是，由于占比的原因，所以很多內(nèi)容將半導(dǎo)體與集成電路劃上了等號，其實實際上并不是那么回事。

宏觀來看，在2019年全球各地區(qū)半導(dǎo)體收入占比中，美國具有絕對優(yōu)勢，收入比達到了47%，韓國為19%，日本和歐洲各為10%，中國臺灣省為6%，中國大陸只有5%。

雖然近來華為海思被美國制裁了，但是能看得出海思近幾年在芯片領(lǐng)域的發(fā)展速度堪稱神速，國外研究機構(gòu)IC Insights近日公布2020年上半年（1H20）全球十大半導(dǎo)體（IC和OSD光電，傳感器和分立器件）銷售排名，海思位列第十。

同時，在榜單中，可以看到有6家美國企業(yè)（分別是英特爾、美光、博通、高通、英偉達以及德州儀器），2家韓國企業(yè)（三星和SK海力士），中國大陸1家（華為海思），臺灣省1家（臺積電）。

雖說這些企業(yè)，都是處在半導(dǎo)體領(lǐng)域金字塔頂端，但是這些企業(yè)術(shù)業(yè)有專攻，在產(chǎn)業(yè)鏈所擔(dān)任的環(huán)節(jié)也是不盡相同。

集成電路

剛剛說過，半導(dǎo)體元件的類型中占比較大的就是集成電路（Integrated Circuit， 簡稱IC），又稱為芯片（chip），所以集成電路、IC、芯片、chip在絕大多數(shù)情況下指的都是一個東西。那么分立器件，傳感器和光電子和集成電路的區(qū)別是什么呢？其實就是名字上的“集成”二字，集成電路中的晶體管數(shù)量現(xiàn)在都是以億為單位進行計算的。

那么，芯片的分類方式有很多。按照芯片的使用功能來分類的，芯片可分為CPU、GPU、FPGA、SOC、ASIC、存儲芯片等等一系列，具體功能可以自行查詢。

按照信號來分，又可以分為模擬芯片和數(shù)字芯片兩種，現(xiàn)在的芯片也不僅僅是單純的模擬芯片和數(shù)字芯片，它既可以處理模擬信號又能處理數(shù)字信號，這種芯片的稱呼主要依據(jù)模擬部分和數(shù)字部分的占比大小進行稱呼。當(dāng)然，還有最為人熟知的7nm、14nm芯片，這種分類主要是按照工藝制程來進行分類。

說到工藝，就不得不提到芯片的制作流程，大體分為芯片設(shè)計→芯片制造→封裝測試→整機廠商。在上面所說的2020年前十半導(dǎo)體廠商中，英特爾、三星、SK海力士、美光、德州儀器，這五家廠商都是屬于從芯片設(shè)計到封裝測試等流程一條龍包攬，博通、高通、英偉達、華為海思則是只負(fù)責(zé)芯片設(shè)計環(huán)節(jié)，而芯片制造、封裝測試等環(huán)節(jié)，則交由臺積電等第三方廠商來完成，所以臺積電主要業(yè)務(wù)也就是為高通、華為海思這些芯片設(shè)計企業(yè)提供芯片制造服務(wù)。

傳感器

傳感器在半導(dǎo)體中市場規(guī)模雖然不大，但是作用不容小視。尤其，在物聯(lián)網(wǎng)時代下，傳感器成為收集數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)的基石。在物聯(lián)網(wǎng)實際應(yīng)用場景中，涉及到溫濕度、煙霧、光、空氣等各類傳感器，并且有很多場景待開發(fā)。

就目前全球市場規(guī)模來看，美、日、德三國占據(jù)了全球傳感器約70%的市場份額，已經(jīng)形成了三足鼎立的格局，包括博世、歐姆龍、德州儀器、ADI這些耳熟能詳?shù)钠髽I(yè)。

與芯片的制造流程類似，傳感器需要通過設(shè)計、制造、封測等環(huán)節(jié)。而在整個環(huán)節(jié)中，國內(nèi)傳感器芯片以及敏感元件等環(huán)節(jié)的自主研發(fā)能力較弱，僅在傳感器芯片上的進口率高達90%多，同時，跨國公司在中國 MEMS 傳感器市場占比高達 60%。

分立器件

對于分立器件，現(xiàn)在有很多說法，筆者的個人理解就是沒有封裝進集成電路的半導(dǎo)體二極管、半導(dǎo)體三極管、電阻、電容以及邏輯器件等都屬于分立器件。

當(dāng)然，分立器件也在逐步集成進IC里，使得IC更小，但是分立器件并不會完全消除。

因為，通用型的IC并不能滿足部分廠商的需求，配備不同的分立器件能夠?qū)崿F(xiàn)對應(yīng)的功能；IC的優(yōu)點是運算快，控制性強，但是對于大功率產(chǎn)品來說，單純IC很難實現(xiàn)，所以需要分立器件來提高輸出功率；同時，像工廠等一些高溫、高壓的惡劣環(huán)境下，IC并不能適應(yīng)，同時邏輯簡單，此時分立器件可以用來代替IC。

光電子

對于普通老百姓來說，最常見的光電子就是普通的LED和OLED等顯示設(shè)備了，包括打印機里面的發(fā)射器和光纖都是應(yīng)用了光電子技術(shù)。

具體來說，光電子技術(shù)是光子技術(shù)和電子技術(shù)結(jié)合而成，通過光子激發(fā)電子或者電子躍遷產(chǎn)生光子，實現(xiàn)光能與電能轉(zhuǎn)換的新技術(shù)。

按照應(yīng)用領(lǐng)域來分，光電子主要分為信息光電子（通信、大數(shù)據(jù)計算、人工智能、智能駕駛、無人機等）、能量光電子（固體、氣體、光纖激光器、光伏系統(tǒng)等）、消費光電子（光顯示、光照明等）、軍用光電子（紅外傳感、激光引像等）四大領(lǐng)域。

在光電子領(lǐng)域，國外入局時間較早，國外從20世紀(jì)80年代開始在光子學(xué)領(lǐng)域投入了大量精力，美國宣布的光子集成技術(shù)國家戰(zhàn)略，日本部署的光電子融合系統(tǒng)技術(shù)開發(fā)項目，德國的“地平線2020計劃”光電子集成研究項目。

當(dāng)然國內(nèi)也有布局，2011年科技部《國家重大科學(xué)研發(fā)計劃》對高性能納米光電子器件進行重點支持；2017年發(fā)布的《十三五材料創(chuàng)新專項規(guī)劃》指出大力研發(fā)新型納米光電器件及集成技術(shù)，加強示范應(yīng)用；2017年工信部正式公布智能制造試點示范項目名單，加快發(fā)展光電子器件與系統(tǒng)集成產(chǎn)業(yè)，推動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和實體經(jīng)濟深度融合；2018年3月科技部“十三五”《國家重點研發(fā)計劃》在光電子領(lǐng)域進行部署。

不過，與芯片技術(shù)類似，國內(nèi)外差距也比較明顯，國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈源頭的光電子材料、核心光電子器件的制備，與發(fā)達國家相比存在較大差距，且生長工藝復(fù)雜、對外技術(shù)依存度高，平均成本和利潤率超過整個產(chǎn)品的50%甚至達到70%。

總結(jié)：

從半導(dǎo)體領(lǐng)域來看，不論是集成電路，還是傳感器、光電子，這些半導(dǎo)體技術(shù)國內(nèi)起步都相對來說較晚，同時，差距仍然較大。最近一段時間，美國對于華為芯片的制裁，不僅僅只是停留在芯片方面，與半導(dǎo)體相關(guān)的器件都將會成為隱形的定時炸彈。

筆者此前與幾家國內(nèi)傳感器廠商交流時發(fā)現(xiàn)，無一例外，所用的傳感器芯片都是國外進口的。并且，他們也不是不想用國產(chǎn)替代，而是從目前整個國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀來看，幾乎是無“芯”可替。
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