芯片行業(yè)基礎知識概述

1.2圖像處理器GPU芯片

在GPU芯片這一塊國內(nèi)廠商和國外大廠差距極大。大家看看自己用的筆記本電腦的顯卡是哪個公司的就知道了！整個GPU圖形芯片領域，包括獨立顯卡和集成顯卡。在具體市場份額方面，英特爾得益于筆記本電腦、傳統(tǒng)PC行業(yè)的優(yōu)勢，其核芯顯卡市占率超過全球市場的三分之二。

如果只看獨立顯卡，美國著名企業(yè)英偉達是這一塊絕對的王者。在獨顯領域，英偉達GPU芯片的市占率超過80%。而我們國內(nèi)做得比較好的景嘉微和中科曙光。但國內(nèi)企業(yè)在GPU這一塊和英偉達、英特爾、AMD的差距巨大，不是短時間能趕得上的。圖像處理GPU這一塊，國內(nèi)必須要努力追趕。。

1.3通信芯片

通信是一個很大的概念，很大的范疇！各種各樣的通信芯片也是五花八門！通信可以劃分為手機移動通信、wifi通信、藍牙通信。

在移動通訊設備中最重要的器件就是射頻芯片和基帶芯片，射頻芯片負責射頻收發(fā)、頻率合成、功率放大；而基帶芯片負責信號處理和協(xié)議處理。

1.3.1 手機基帶芯片

提到基帶大家可能都聽過但是不了解具體是什么，這個東西簡單來說是手機通話和上網(wǎng)的必備組件，也就是說沒了它，手機既不能通話又不能上網(wǎng)，重要性不言而喻。

全球移動通信市場經(jīng)過1G-3G時代的發(fā)展，到4G時代已有多家半導體廠商進入基帶芯片市場。然而，5G基帶芯片的性能要求和技術復雜程度要比前幾代高得多，目前全球只有高通、華為海思、紫光展銳、三星和聯(lián)發(fā)科研發(fā)出了5G基帶芯片。英特爾的5G通信業(yè)務賣給了蘋果，到現(xiàn)在還沒有推出5G基帶芯片。在基帶芯片這塊，大陸有華為海思和紫光展銳兩家企業(yè)，臺灣也有聯(lián)發(fā)科。其中海思依靠華為的通信技術和專利積累，推出了巴龍系列基帶芯片，以及集成巴龍基帶的麒麟處理器；紫光展銳的虎賁T7520在中端市場將有一定的話語權，但目前在5G基帶芯片方面還是美國的高通占據(jù)一定領先優(yōu)勢。

1.3.2 射頻前端芯片

射頻芯片被譽為模擬芯片皇冠上的明珠。射頻芯片又分為射頻收發(fā)芯片和射頻前端芯片。而目前射頻前端芯片的復雜度更高，所以我們重點關注一下射頻前端芯片。射頻前端包括“1：”濾波器（Filter）、功率放大器（PA）、開關（Switch/Tuner）、低噪聲放大器（LNA）四種器件“。這四種器件 2020 年市場規(guī)模占比分別為 47%、32%、13%、8%。射頻前端器件的技術難度從大到小為：濾波器、功率放大器（PA）、開關/低噪聲放大器（LNA）。

市場格局方面，2020年，全球射頻前端芯片的市場規(guī)模已經(jīng)超過200億美元。具體企業(yè)市占率方面，我們可以看一下這張圖片。

圖片的橫坐標是產(chǎn)品銷售額，縱坐標是增速。在射頻領域，特別是手機射頻前端領域，前五大公司思佳訊、Qorvo 威訊、Qualcomm 高通、博通、Murata 村田市場份額總計超過了85%。國內(nèi)的企業(yè)，我只知道江蘇無錫的卓勝微和芯樸科技做的射頻前端芯片還不錯。射頻前端器件采用特殊制造工藝，且不同器件之間的工藝差別大，美日巨頭以 IDM模式壟斷市場，國內(nèi)廠商大多是fabless模式，國內(nèi)廠商需要突破設計、工藝兩層壁壘。

1.3.3 WIFI芯片

wifi芯片這個領域呢，有較高的技術壁壘、規(guī)模壁壘和認證壁壘，目前 Wi-Fi 芯片行業(yè)競爭格局較為穩(wěn)定。目前WiFi芯片領域的主要參與者分為兩類，一類是以博通、高通、德州儀器、Marvell、瑞昱、聯(lián)發(fā)科為首的傳統(tǒng)全球IC設計龍頭企業(yè);另一類是以樂鑫科技、南方硅谷、聯(lián)盛德微電子為代表的新銳物聯(lián)網(wǎng)IC設計商。

這個領域，美國的博通不論是市場占有率還是產(chǎn)品性能都位居世界第一！大部分高端手機里的WIFI芯片都是博通的！而臺灣的聯(lián)發(fā)科、瑞昱也有一定的市場份額。大陸在WIFI芯片做得比較好的，我只知道樂鑫科技和珠海的全志！

1.3.4藍牙芯片

做藍牙芯片的企業(yè)相當多，這個領域我覺得技術含量不算特別高，個人認為比WIFI芯片簡單多了。國內(nèi)大大小小的芯片設計公司都有在做藍牙芯片的。這個領域不再多講。

1.4存儲器芯片

存儲芯片是一個高度壟斷的市場，全球市場基本被前三大公司占據(jù)，且近年來壟斷程度逐步加劇。受全球市場寡頭壟斷格局影響，中國企業(yè)的議價能力極低，我國存儲器芯片發(fā)展受限。

我們可以看一下這張圖片，2020年全球存儲器芯片的市場份額。三星、海力士、美光壟斷前三。

在細分領域，全球DRAM市場仍由三大巨頭主導，全球NAND Flash半數(shù)市場份額由三星和鎧俠占據(jù);在NOR Flash全球市場中，我國企業(yè)兆易創(chuàng)新位列前三。近年來國內(nèi)廠商奮力追趕，已在部分領域?qū)崿F(xiàn)突破，逐步縮小與國外原廠的差距，其中，兆易創(chuàng)新位列NOR Flash市場前三，聚辰股份在EEPROM芯片領域市占率全球第三，長江存儲128層3DNAND存儲芯片，直接跳過96層，加速趕超國外廠商先進技術。但在市場份額方面，由于DRAM和NAND Flash占據(jù)了存儲芯片95%左右的市場份額，我國部分企業(yè)雖然在NOR flash方面有所突破，但仍未改變存儲器芯片市場被韓美三巨頭壟斷的格局。中國的存儲器芯片廠商追趕先進任重而道遠。

1.5消費電子芯片領域

安防監(jiān)控、機頂盒、人工智能、汽車電子、觸控芯片五大板塊，分開來說。

1.5.1 監(jiān)控芯片

說實話，監(jiān)控芯片是國內(nèi)做得相當不錯的芯片領域！可以說監(jiān)控芯片，國內(nèi)處于世界第一梯隊！世界一流！目前國內(nèi)安防監(jiān)控企業(yè)比如，海康威視和大華。據(jù)我所知海康威視大部分的監(jiān)控芯片還是用的華為海思的！另外一些新興的芯片設計公司也在做監(jiān)控芯片。世界范圍內(nèi)，老牌的監(jiān)控芯片廠商有美國的德州儀器（TI公司）。

1.5.2 機頂盒芯片

這一塊國內(nèi)做得還不錯。華為海思這一塊國內(nèi)最強，另外中興微電子、福州瑞芯微、Amlogic（晶晨半導體）都在做機頂盒芯片，除了海思以外，amlogic做得最好。amlogic（晶晨半導體）是在美國硅谷成立，但現(xiàn)在已回大陸注冊。除了大陸以外臺灣的mstar之前也做得不錯，但這幾年業(yè)務被海思和amlogic擠壓得很厲害。mstar中文名叫晨星半導體，總部在臺灣新竹，已經(jīng)被聯(lián)發(fā)科收購。

1.5.3 人工智能芯片

人工智能芯片是芯片領域近些年很熱的一個問題。

世界范圍內(nèi)知名的人工智能芯片有美國的英偉達、英特爾，荷蘭的恩智浦。國內(nèi)知名的人工智能芯片設計企業(yè)有華為海思、寒武紀、地平線等等?，F(xiàn)在國內(nèi)做人工智能芯片的很多，字節(jié)跳動、阿里平頭哥、百度、騰訊，這些互聯(lián)網(wǎng)公司也都擠進來內(nèi)卷了。但芯片行業(yè)不等同于互聯(lián)網(wǎng)，他們玩得轉(zhuǎn)互聯(lián)網(wǎng)，但芯片行業(yè)沒那么好整，我們拭目以待，看他們做出的芯片究竟怎樣。說句題外話，人工智能芯片以及人工智能相關產(chǎn)業(yè)鏈在科技領域是一個熱門領域，很有利于“講故事”、“講ppt”、炒作，對于部分公司炒高估值、炒股價，很有利，你懂的。所以擠進來做人工智能芯片的企業(yè)特別多。但目前人工智能芯片市場還有待拓展。中國企業(yè)目前在人工智能芯片業(yè)務這一塊還沒有特別拔尖的。

1.5.4 汽車電子芯片

其實汽車電子芯片是一個很大的范疇，汽車電子芯片是汽車電子所有芯片的統(tǒng)稱。前面提到的MCU芯片也在汽車電子領域有很多應用，除了MCU芯片以外，無人駕駛芯片是近幾年一個比較熱門的領域，但目前無人駕駛芯片落地還有些困難，各大廠商都想搶跑。除此之外，汽車電子領域的芯片還包括傳感器芯片、一些模擬芯片。

在汽車電子芯片整體的格局方面，荷蘭企業(yè)恩智浦、美國企業(yè)德州儀器、德國企業(yè)英飛凌、日本企業(yè)瑞薩電子、意大利的意法半導體是這一領域龍頭。

歐洲企業(yè)在這一領域有極大話語權。恩智浦、英飛凌、意法半導體、博世四家歐洲企業(yè)就占據(jù)全球30%的市場份額。恩智浦目是由荷蘭的飛利浦發(fā)展出來的企業(yè)，2015年12月，恩智浦收購了飛思卡爾之后，開始成為汽車半導體和通用微控制器市場的領導者。美國企業(yè)以德州儀器為代表，日本企業(yè)以瑞薩電子為代表。歐美日三足鼎立。中國企業(yè)基本沒有話語權。國內(nèi)在汽車電子這一塊我就只知道比亞迪半導體做得不錯。其他沒有特別有分量的公司。

1.5.5 觸控芯片

這一塊國內(nèi)做得不錯。深圳企業(yè)匯頂科技是這個領域龍頭，另外臺灣的mstar和敦泰科技也做得不錯！據(jù)我所知，觸控芯片如果不涉及指紋識別的話，本身并沒有特別高的技術含金量。如果涉及指紋識別，那觸控芯片難度增加不少。而近一兩年，匯頂科技的觸控芯片業(yè)務也受到強有力挑戰(zhàn)。希望中國芯片企業(yè)能在挑戰(zhàn)中成長。

1.6時鐘芯片

這一塊差距很大！美國的廠商完全領先！不同于消費電子行業(yè)，時鐘芯片偏向模擬，好多產(chǎn)品可以賣好多年！時鐘芯片主要的市場都被美國公司把持！國際知名的時鐘芯片企業(yè)有美國的TI、Silicon Labs（芯科科技）、micro chip。國內(nèi)目前在做時鐘芯片的企業(yè)有寧波奧拉半導體、浙江賽思電子、新港海岸。但以上中國企業(yè)的時鐘芯片產(chǎn)品與國外廠商差距明顯。

1.7FPGA芯片

FPGA芯片這個領域，國內(nèi)廠商和美國廠商差距極大。美國企業(yè)起步很早，全球FPGA市場由巨頭Xilinx，altera兩大巨頭壟斷，萊迪斯Lattice和Microsemi瓜分剩下大部分份額。四大廠商不僅在芯片設計壟斷，而且還壟斷了FPGA芯片配套的EDA軟件，芯片設計和EDA工具上都形成了極強的技術封鎖。Xilinx、Altera、Lattice等公司通過近9000項專利構筑了牢固的知識產(chǎn)權壁壘，并形成了非常強大的產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈，四大廠商的市場占有率達到了96%。

國內(nèi)廠商方面，據(jù)我所知，只有紫光集團旗下的子公司紫光同創(chuàng)做的FPGA芯片還不錯，但和美國公司的差距很大。

綜合來看目前國內(nèi)的芯片設計公司在世界處于什么發(fā)展水平呢？我的觀點是整體落后，局部細分領域（比如監(jiān)控芯片、觸控芯片）世界領先！芯片設計相對于芯片生產(chǎn)來說，芯片設計國內(nèi)與世界領先水平有較大差距，但沒有像芯片生產(chǎn)那樣大的差距，我個人觀點，美國公司在設計領域處于第一梯隊，臺灣公司和韓國公司處于第二梯隊，大陸企業(yè)的芯片設計的水平在世界范圍內(nèi)處于第二梯隊和第三梯隊之間，可以說2.5梯隊。

2.晶圓制造領域

晶圓是指硅半導體集成電路制作所用的硅晶片，由于其形狀為圓形，故稱為晶圓。在硅晶片上可加工制作成各種電路元件結構，而成為有特定電性功能的IC產(chǎn)品。晶圓的原始材料是硅，而地殼表面有用之不竭的二氧化硅。 晶圓制造是根據(jù)設計出的電路版圖，通過爐管、濕刻、淀積、光刻、干刻、注入、退火等不同工藝流程在半導體晶圓基板上形成元器件和互聯(lián)線，最終輸出能夠完成功能及性能實現(xiàn)的晶圓片。

在芯片行業(yè)，我們把僅從事晶圓制造的企業(yè)稱之為foundry。

晶圓制造目前在世界上的發(fā)展情況來看，臺灣的臺積電在晶圓制造領域領先世界，目前屬于世界第一的水平，臺積電目前獨一檔，第一梯隊，臺積電之后有哪些？三星、英特爾、格羅方德、UMC（聯(lián)電）、SMIC、意法半導體、PSMC（力晶）、華虹。大陸最強的中芯國際可以說屬于2.5梯隊，大陸第二的華虹屬于第三梯隊。以上芯片制造企業(yè)中，臺積電、UMC、PSMC都是臺灣企業(yè)，英特爾是美國公司，格羅方德本來是AMD的芯片生產(chǎn)部門，后來獨立出來被阿聯(lián)酋的資金收購，但目前格羅方德大部分工廠仍在美國。意法半導體目前應該是歐洲在芯片生產(chǎn)領域最高水平的公司啦！

從目前的新工藝的推進和老工藝的成熟度來看，承載中國大陸芯片生產(chǎn)希望的中芯國際勉強處于第二梯隊，不說和臺積電、三星相比，就是和臺灣的UMC相比，都略有差距。而大陸芯片制造第二的華虹，目前僅僅能夠量產(chǎn)28納米芯片。芯片生產(chǎn)這一塊，大陸企業(yè)追趕先進制造，任重而道遠！

3.EDA工具

EDA是電子設計自動化的英文簡稱。EDA工具是指利用計算機輔助設計軟件，來完成超大規(guī)模集成電路芯片的功能設計、綜合、驗證、物理設計等流程的設計方式。

在芯片行業(yè)，我們把提供EDA工具的企業(yè)稱之為EDA設計服務供應商。

目前，在EDA工具方面，EDA工具廠商的三巨頭——cadence、synopsys、mentor公司壟斷了絕大多數(shù)市場份額，其他EDA廠商很多都是在三巨頭的陰影之下，夾縫之中求生存。

這三大公司的總部都位于美國加州，其中cadence和synopsys都是美國公司，而mentor本來也是美國公司，不過現(xiàn)在已經(jīng)被德國的西門子收購。

而我們目前國內(nèi)使用的EDA工具，幾乎現(xiàn)在開發(fā)流程就沒有使用國產(chǎn)的工具！目前三巨頭壟斷了絕大部分EDA工具！以我本人經(jīng)常使用的EDA工具為例吧！IC驗證工具方面用的最多的是synopsys公司的vcs、cadence公司的irun！code debug用的最多的是synopsys公司的verdi，以前讀書時用過mentor公司的modelsim。

DFT目前用的也是mentor公司的tessent和synopsys的DFT compiler。后端PR工具目前常用的ICC和innovus分別是synopsys和cadence的工具。形式驗證用的是synopsys公司的formality。STA用的是synopsys的PT。邏輯綜合用的還是synopsys公司的design compiler。因為我是做數(shù)字IC的，用的synopsys的工具多一些，模擬IC應該用cadence的工具多一些！FPGA驗證都是用賽靈思的ISE和VIVADO。

國產(chǎn)EDA工具的研發(fā)任重而道遠?。?/p>

4.芯片原材料

芯片生產(chǎn)需要大量的原材料，比如硅晶圓、光刻膠等等。對于大家經(jīng)常聽說的***，我們用最通俗的語言來概括它的原理，就是投影儀+單反的原理，將激光光束透射過畫著線路圖的掩模，將芯片線路圖成比例縮小投射到涂了光刻膠的硅晶圓上，最終形成芯片的電路圖。所以硅晶圓和光刻膠是芯片生產(chǎn)過程中非常重要的原材料。

芯片制造所需的原料有很多，其中需求量最大的當屬硅晶圓。數(shù)據(jù)顯示，硅晶圓在芯片制造材料中占比最高，達到37%。硅晶圓制造行業(yè)整合現(xiàn)象早在上世紀90年代就已經(jīng)出現(xiàn)，經(jīng)過三十年時間廝殺，目前90%的市場份額都被日韓四巨頭占據(jù)。它們分別是信越化學、環(huán)球晶圓、勝高以及SK siltron。

在光刻膠領域，全球有超過87%的市場份額都被美國羅門哈斯、日本JSR、東京應化、日本信越與富士電子材料這五家企業(yè)所壟斷，其中美國企業(yè)占到了15%市場份額，而日本企業(yè)市場份額更是超過了75%；美日壟斷！

美國公司應用材料目前排行業(yè)第一吧！日本公司也有話語權， 2019年，日本和韓國打芯片戰(zhàn)，禁止日本企業(yè)出口高純度氟化氫及光阻劑等材料原材料給韓國，韓國半導體制造廠只能停工，即便不停工，使用替代原料進行風險量產(chǎn)，會使得到的芯片的可靠性問題受到客戶們的強烈懷疑，無疑將會引起不小的業(yè)內(nèi)地震。

5.封裝

芯片封裝，簡單點來講就是把Foundry生產(chǎn)出來的集成電路裸片放到一塊起承載作用的基板上，再把管腳引出來，然后固定包裝成為一個整體。

封裝國內(nèi)最強就是長電了，但封裝是依賴于晶圓制造的，與工藝相關！除了長電之外還有華潤微等企業(yè)。

6.測試

個人感覺芯片行業(yè)技術難度最低的就是測試和封裝。測試的話包括CP測試、FT測試等等，包括了芯片的功能測試、可靠性測試、老化測試等等。

國內(nèi)目前的芯片測試由封測廠來完成，某些企業(yè)同時完成封裝測試工作，這些企業(yè)被稱為封測廠，而某些企業(yè)只進行測試工作，這類企業(yè)被稱為測試廠。

7.半導體設備

芯片行業(yè)的設備業(yè)務主要指的是芯片生產(chǎn)、封裝、測試過程中需要使用的設備，比如晶圓制造過程中需要使用的***、蝕刻機，測試過程中需要使用的ATE測試基臺。***這個大家都耳熟能詳了，知道國內(nèi)目前***的差距，就不再多說！先進***這一塊荷蘭的阿斯麥爾獨家供貨，日本的佳能也生產(chǎn)一些低工藝的***設備。

封測廠用的ATE測試基臺等設備基本都是愛德萬或泰瑞達等公司的產(chǎn)品。愛德萬是日本公司，而泰瑞達是美國公司，總部在馬薩諸塞州。這一塊的市場份額幾乎沒有國內(nèi)公司的蛋糕。

第二個部分

下面是芯片開發(fā)的一個流程圖

主要包括三大板塊：design、fabrication facility、assembly facility。

其中測試工作包括了晶圓生產(chǎn)之后的測試和封裝之后的測試。

由于我本人是一名數(shù)字IC開發(fā)工程師，對模擬的內(nèi)容不是特別清楚，我就講講數(shù)字IC這一塊的。

設計流程中的第一個部分就是系統(tǒng)需求，主要在這個環(huán)節(jié)進行芯片規(guī)格的制定、方案的制定，從而確認芯片的架構和功能，負責這一塊工作的主要是項目經(jīng)理或芯片架構師。

設計流程中的第二個部分就是IC設計，主要完成芯片功能的實現(xiàn)，所以這里的IC設計又可以稱之為功能設計，之所以稱之為功能設計主要是與后面的DFT設計相區(qū)別。IC設計包括模擬IC設計和數(shù)字IC設計。數(shù)字IC設計這一塊，是使用硬件設計語言HDL來完成對芯片功能的實現(xiàn)。負責這一塊工作的主要是數(shù)字IC設計工程師或RTL設計工程師。

設計中的第三個部分就是數(shù)字IC驗證這一塊。數(shù)字IC驗證就是搭建驗證環(huán)境實現(xiàn)對芯片功能及時序的驗證。這一步的驗證仿真，我們可以將其稱之為前仿（相對于后仿而言）。這一步的驗證僅僅只是對芯片的功能進行驗證，并不對時序進行仿真。負責這一塊工作的主要是數(shù)字IC驗證工程師。

設計流程的第四個部分就是邏輯綜合，邏輯綜合是將經(jīng)過前仿驗證過的RTL代碼轉(zhuǎn)換映射為門級電路的一個過程。通俗來說這一流程是將代碼轉(zhuǎn)換為電路。負責這一塊工作的主要是邏輯綜合工程師或數(shù)字IC設計工程師。大公司項目多，團隊規(guī)模大，一般會有專門的邏輯綜合團隊，但小公司人力資源相對緊張，經(jīng)常會讓數(shù)字IC設計工程師同時負責邏輯綜合工作。

設計流程的第五個部分就是DFT設計，DFT是design for test的簡稱，區(qū)別于功能設計，DFT設計僅僅是針對測試所做的設計，無關芯片功能。

設計流程的第六個部分就是后端設計，在數(shù)字后端中包括了CTS，也就是時鐘樹綜合。PR布局布線。STA，靜態(tài)時序分析。后端設計完成之后，芯片設計公司提交最終GDSII文件給Foundry工廠做加工。這里的GDSII是一個二進制文件，其中含有集成電路版圖中的平面的幾何形狀，文本或標簽，以及其他有關信息并可以由層次結構組成。foundry廠用GDSII文件制作光刻掩膜版。

晶圓加工部分，是晶圓廠把IC設計公司提供的GDSII文件，通過爐管、濕刻、淀積、光刻、干刻、注入、退火等不同工藝流程在半導體晶圓基板上形成元器件和互聯(lián)線，最終輸出能夠完成功能及性能實現(xiàn)的晶圓片。

最后第三部分，晶圓加工完成之后，再將晶圓拿到封裝廠進行切割、封裝、測試。

第三個部分：芯片行業(yè)崗位介紹

項目經(jīng)理：負責產(chǎn)品規(guī)格的定義、功能的定義，全流程把控從架構設計到生產(chǎn)封測的各個環(huán)節(jié)，包括開發(fā)策略、資源調(diào)配、流程優(yōu)化及重組。

芯片架構師：負責芯片架構的設計、定義、布局、規(guī)劃及性能評估。

IC設計工程師：負責芯片功能的設計實現(xiàn)

IC驗證工程師：負責芯片功能、時序的驗證

邏輯綜合工程師：負責代碼的邏輯綜合工作，完成硬件代碼到門級電路的映射。

DFT工程師：負責進行可測性設計，便于芯片測試過程中的篩片。

后端工程師：負責對芯片進行布局布線和靜態(tài)時序分析。

芯片板級驗證測試工程師：負責芯片板級驗證。這個崗位與IC驗證工程師的區(qū)別在于，IC驗證工程師是進行代碼或者網(wǎng)表級別的功能驗證或時序驗證。而芯片板級驗證測試工程師是對流片后的樣片進行板級的功能測試、端口測試、兼容性測試、可靠性測試等等。

ATE測試工程師：主要負責芯片量產(chǎn)過程的CP測試和FT測試，維護量產(chǎn)過程，協(xié)同封測廠進行程序優(yōu)化和良率提升。

芯片封裝工程師：負責對芯片的封裝設計工作，完成封裝選型、打線圖設計、基板設計、結構設計、外形圖設計、射頻仿真等等。

芯片質(zhì)量工程師：負責芯片全流程質(zhì)量問題的跟蹤處理，分析芯片的過程失效原因，參與芯片產(chǎn)品端到端的質(zhì)量管控。