芯知识|十分钟小科普半导体产业链有哪些?

路科验证 2024-11-07 12:10

 芯知识


产业链分上中下三层:最上面是基础产业链,包括了材料、耗材、设备、辅助制造,以及EDA等,中间是核心产业链,芯片设计公司、芯片制造公司和封装测试公司。下面是终端需求产业链。上中下游设计到的环节冗余繁多,接下来就让我们来一一认识一下各个环节都有些什么。






上游






主要包括半导体材料、生产设备、EDA、IP核。

先来说说半导体材料,半导体产业发展至今经历了三个阶段:

第一代半导体材料以硅为代表;第二代半导体材料砷化镓已广泛应用;以氮化镓和碳化硅、氧化锌、氧化铝、金刚石等为代表的第三代半导体材料,较前两代产品性能优势显著。目前,日本、美国、德国在全球半导体材料供应上占主导地位。

半导体设备贯穿半导体生产的各个环节,按照工艺流程可以分为四大板块——晶圆制造设备、测试设备、封装设备、前端相关设备。设备市场高度集中,光刻机、CVD 设备、刻蚀机、PVD 设备的产出均集中于少数欧美日本巨头企业手上。我国半导体设备国产化率较低。

EDA与IP授权是芯片设计的两个关键步骤,也是制造的基础。

EDA是电子设计自动化(Electronics Design Automation)的缩写,包括电路设计与仿真工具、PCB 设计软件、IC 设计软件、PLD 设计工具等。EDA技术就是以计算机为工具,设计者在EDA软件平台上,用硬件描述语言VerilogHDL完成设计文件,然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真,直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。

IP核(Intellectual Property Core)提供已经完成逻辑设计或物理设计的芯片功能模块,通过授权允许客户将其集成在其芯片设计中,通过流片形成最终的芯片产品。






中游






主要包括设计、制造、封测三大环节。

目前,全球半导体产业有两种商业模式,即IDM(Integrated Device Manufacture,集成器件制造)模式和垂直分工模式。垂直分工模式主要包括Fabless(无晶圆制造的设计公司)+Foundry(晶圆代工厂)+OSAT(封装测试企业),另外还有IP核(Intellectual Property Core)提供方等。

IDM模式的企业主要有Intel、三星、德州仪器(TI)等,这种模式涵盖设计、制造、封测等整个芯片生产流程。这类企业一般具有规模庞大、技术全面、积累深厚的特点。

垂直分工模式中,IP核、设计、制造、封装测试环节分离,IP核供应商提供专业的知识产权模块,设计公司(Fabless)直接面对客户需求,但只从事设计,将制造和封装测试外包,即晶圆代工厂(Foundry)、封装测试企业和IP核供应商为设计公司服务。

设计公司以高通、博通、联发科、海思为代表,晶圆代工厂以台积电、格罗方德、联电、中芯国际为代表,封测以日月光、矽品、安靠、长电科技为代表。    

制造是产业链里的核心环节,产能的输出都由制造企业所掌控,半导体制造在半导体产业链里具有卡口地位,地位的重要性不言而喻。封测行业附加价值较低,劳动密集度高,进入技术壁垒较低,目前封测行业呈现出台湾地区、美国、大陆地区三足鼎立之态。






下游





主要为半导体应用,例如PC、医疗、电子、通信、物联网、信息安全、汽车、新能源、工业等。

半导体产业已成为全球创新最为活跃的领域。以5G、汽车电子、物联网、AI(人工智能)、高性能运算、数据中心、工业机器人、智能穿戴等为驱动因素的新一轮硅含量提升周期到来,给半导体产业带来新机遇。

随着智能汽车行业转热,包括科技、互联网公司等众多公司参与进来,智能驾驶是个巨大无比的市场。如张江的黑芝麻公司,其第一款芯片已经与上汽合作落地量产,第二款芯片A1000正在量产过程中,该款芯片包含功能安全,量产周期更长,但下半年会在商用车上实现十万级以上的量产。明年乘用车领域会开始量产,黑芝麻智能预计明后两年会迎来大规模的爆发。此外,黑芝麻智能已经与一汽、蔚来、上汽、比亚迪、博世、滴滴、中科创达、亚太等在 L2、L3 级ADAS和自动驾驶感知系统解决方案上均有合作。



可以说在半导体产业链的各个环节,国内都有发展较快的公司。虽然差距仍然存在,但国产替代的进程会加速突破。在小编看来,在芯片设计环节,国内企业会最先诞生比肩全球的巨头。以需求为导向,我们有希望在AI芯片等方向实现新的突破,从而实现弯道超车。


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路科验证 专注于数字芯片验证的系统思想和前沿工程领域。路桑是Intel资深验证专家,主持验证架构规划和方法学研究,担任过亿门级通信芯片的验证经理角色。在工程领域之外,他在西安电子科技大学和西安交通大学客座讲授芯片验证课程。著有书籍《芯片验证漫游指南》。
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