半导体产业:全球竞争与中国崛起 | 附最新半导体产业链图谱

产业科技产业科技2024-01-26 15:42
半导体产业对现代化社会的建立与维护至关重要,涉及国家安全和战略部署,因此,全球相关国家都出台了半导体的支持政策,这造成半导体供应在朝区域化的方向发展。

半导体产业对现代化社会的建立与维护至关重要,涉及国家安全和战略部署,因此,全球相关国家都出台了半导体的支持政策,这造成半导体供应在朝区域化的方向发展。

美国增强对于半导体和芯片领域投资规模;欧盟更注重提升半导体产业综合竞争力;日本也在针对半导体产业薄弱环节进行建设。

半导体国产化的浪潮声势正好,而国外、国内半导体玩家众多,半导体行业本身分支也多,对于不在此行业的人来说,难免隔雾看花,今天我们就简单介绍一下,芯片的分类以及产业图谱,让大家对于我国“战斗”在前线的行业人员有一个了解,芯片和半导体的关系是什么?芯片从业者们在干什么?

芯片、半导体以及集成电路

芯片是一种集成电路,而集成电路占半导体行业的80%以上。半导体指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间,且导电性可控的材料。我们比较常听到的,是用半导体所制作成的产品,主要分为:集成电路、分立器件、光电器件和传感器。集成电路是一种微型电子器件或部件,也可以理解为“由半导体材料制成的一个超大规模电路的一个集合,让电容,晶体管,电阻等器件工作在硅片(或者其他介质)上”。

因此,可以说集成电路是由半导体材料制成的芯片,而芯片则是半导体材料上集成了多个电子元件的微型电子器件。它们共同构成了现代电子设备和计算机系统的核心。

芯片的分类

现代社会发展快速又多样,芯片的架构、种类随之增多。按照不同的标准,可将其分为不同的类型,比如数字集成电路(大规模IC-CPU、GPU,微处理器-MCU、MPU、DPS)、模拟集成电路、存储器(DRAM、SRAM)等。

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芯片的制造过程

芯片的制造工序繁多,简单可以概括为三大步骤:设计(集成电路)——流片(芯片)——封装(可运用)。

上游产业:原材料及机器设备

芯片行业产业链上游为半导体核心产业,涵盖芯片生产制造所需的原材料以及机器设备,对于技术的要求极高。

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中游产业:半导体制造

芯片行业产业链中游为半导体制造领域,包含设计、制造、封测等一系列环节。

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下游产业:半导体应用

芯片行业产业链下游涉及到方方面面。

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根据IBS《Design Activitiesand Strategic Implications》数据显示,全球范围内芯片设计成本日益增高。

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我国目前要攻克的难点,主要集中在“设计”环节。关于芯片设计,有一个很知名的理论——摩尔定律:当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件的数目,约每隔18-24个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。10nm-7nm-5nm-3nm,工艺不断接近原子极限,靠缩小物理尺寸提高集成度已经愈发艰难,摩尔定律显著放缓,该如何续写摩尔定律的传奇?

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很多人把希望寄托于Chiplet技术。Chiplet技术是把一些预先生产好的实现特定功能的芯片裸片(die)通过先进的封装技术集成在一起形成一个系统级芯片,而这些基本的裸片就是Chiplet。

使用Chiplet技术,减小了产生制造缺陷的概率,提高了小芯片晶粒的良率,从而降低单晶粒成本,另外,因可以灵活采用不同工艺集成,也降低了部分模块被迫采用先进工艺带来的成本问题,且一个项目的chiplet可直接复用到另一个项目,节省项目开发周期和成本。

Chiplet技术正朝向IP芯片化、集成异构化、集成异质化发展,但考虑到DIE、封装、PCB因材质不同导致热膨胀产生差异, Chiplet封装上板后的产品将面临较大的良率及可靠性问题,需要特定的应力仿真EDA工具以评估系统应用风险。

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什么是EDA?

EDA 全称是电子设计自动化(Electronic Design Automation),狭义的EDA是指利用计算机辅助设计(CAD等)软件,来完成超大规模集成电路(VLSI)芯片(IC)的功能设计、综合、验证、物理设计(包括布局、布线、版图、设计规则检测等)等流程的设计方式。

而广义的EDA是指用于辅助完成超大规模集成电路芯片设计、制造、封装、测试整个流程的计算机软件。

国产EDA产业发展迅猛。中国半导体产业协会的数据表示,中国集成电路设计销售额2021年达5047.93亿元,同比增长19%。中国半导体行业协会集成电路设计分会(ICCAD)的数据显示,2015年中国芯片设计公司数量仅为736家,2021年已增长至2,810家,CAGR达25.02%。国内集成电路设计占比不断提升,2021年集成电路设计占比更是高达43%,这些数据都表明,对于国产EDA的需求很大。

在国产EDA行业中,除了华大九天等深耕单个领域的老牌企业外,还出现了一些新兴的企业,如芯瑞微(PhySim)。芯瑞微以其多物理场仿真软件和提供chiplet一站式解决方案的服务而备受关注。

这些新兴企业的涌现丰富了国产EDA行业的生态系统,推动了行业的创新和发展。它们积极应对着国内芯片设计与制造的挑战,不断提升技术能力,为国内芯片产业的发展做出了重要贡献。随着国内芯片需求的不断增长,这些企业有望在国内市场中发展壮大,并在全球舞台上展现实力。

结语

半导体行业作为关键领域,在科技迅猛发展的时代具有重要性。我国半导体行业正面临技术攻坚战,无数芯片从业者默默耕耘,努力在全球竞争中占据主动地位。政府出台政策措施支持发展,优化行业环境,增强竞争力。教育和科研取得成绩,高校和研究机构培养专业人才,产学研合作推动技术创新。然而,行业仍面临竞争激烈、技术更新快的挑战。我们需保持冷静、坚定信心,依靠科技创新和人才培养提升实力,以应对困难和问题。只有如此,我们才能在未来竞争中立于不败之地。我国半导体产业发展已取得成果,但仍需努力。我们应以严谨、稳重、理性的态度,推动半导体产业迈向新高峰,实现科技强国目标。

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