拓爾微從三個維度帶你五分鐘了解芯片產業
- 分類：行業新聞
- 作者：拓爾微電子
- 來源：
- 發布時間：2022-10-21
- 訪問量：0
【概要描述】如果你是芯片行業的從業者，這當然是你的必修課；如果你是一位目光敏銳的投資者，這便是你做出正確決策的前提；但如果你只是路人甲，是否也有必要了解這個屬于科技前沿的領域呢？答案是肯定的。
拓爾微從三個維度帶你五分鐘了解芯片產業
【概要描述】如果你是芯片行業的從業者，這當然是你的必修課；如果你是一位目光敏銳的投資者，這便是你做出正確決策的前提；但如果你只是路人甲，是否也有必要了解這個屬于科技前沿的領域呢？答案是肯定的。
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- 作者：拓爾微電子
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- 發布時間：2022-10-21
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一、芯片技術及給人類帶來的改變
一個指甲蓋大小的芯片上有多少個晶體管呢？舉個例子，華為麒麟990芯片，就是由103億顆晶體管組成的。
華為麒麟990 5G芯片
圖源：華為官網
二、“卡脖子”與芯片產業的全球化分工
1.芯片設計
芯片的版圖設計就像建筑工程里的施工圖，按照圖紙廠商就可以開始生產。產業鏈上游的芯片設計是知識密集型行業，需要經驗豐富的尖端人才，這個領域的巨頭企業有美國的高通、英偉達、超微等。
與設計階段緊密相連的一個關鍵工藝是被稱之為“芯片之母”的EAD（電子設計自動化）軟件，這是芯片設計過程中必須使用到的軟件，并且EDA軟件的算法會直接決定芯片設計的優劣。
因此EDA軟件也是芯片產業中最容易被“卡脖子”的關鍵領域，目前美國企業楷登電子（Cadence）、新思科技（Synopsys）和明導國際公司（Mentor graphic）是EDA軟件三大龍頭企業，占據了全球78%和中國77%的市場份額。
2.芯片制造
芯片的制造就是按照版圖設計，通過上千的工藝步驟，從無到有在硅片上做出芯片（此時還是裸片）。
制造環節是投入巨大，進入門檻極高的一環。在這方面占據全球超一半產能的企業是中國臺灣的臺積電，目前臺積電最先進工藝可將制程推進到5nm級別，而國內以中芯國際為代表的晶圓代工廠能實現量產的制程是14納米。
在制造環節，想要將設計的電路從版圖轉移到硅片上，依靠的工藝是光刻，這就少不了另一個關鍵設備——光刻機，其中最高端的EUV（極紫外線光刻機）只有荷蘭的阿斯麥爾（ASML Holding N.V）能生產。
3.封裝測試
封測是芯片制造的最后一步，也就是芯片完成封裝保護和性能測試，至此，一顆芯片制造完成。
國內封裝業起步早、發展快，目前在全球已經具備一定的競爭力。2020年全球前十大封測企業中，中國大陸企業長電科技、通富微電和華天科技分別位列3、6、7名。
芯片生產環節及主要生產模式
圖源：艾瑞研究院
三、芯片技術前沿與中國芯片產業的前景
當前，中國是全球最大的半導體芯片消費市場，根據美國半導體產業協會（SIA）發布的數據，2021年全球售出1.15萬億顆芯片，銷售額達到創紀錄的5559億美元，其中在中國市場的銷售額同比增長27.1%至1925億美元。
近年中國及全球半導體市場銷售規模
圖源：艾瑞研究院
1.碳納米管或者石墨烯等新原理器件
這類器件最大的優勢是電子在其中的傳輸速度比在硅材料當中要更快。這樣，就算不把器件制程做到5納米，器件也能達到同樣的信息處理效率和低功耗。運用新材料，也可以有效延緩上文中提到的摩爾定律極限逼近。
2.可重構芯片
所謂“可重構”，就是芯片內部的電路結構可以根據適用軟件進行動態調整，使原本只能用于某個領域的專用芯片適應更多不同場景，最終降低生產成本。
3.經典芯片和量子計算芯片的結合
先通過算法將大問題分解成小問題，再將小問題交由量子芯片解決，最后把兩個系統的答案拼裝起來，得到最終答案。
4.類腦計算
目前芯片通用的運算模式是馮諾依曼體系，特點是數據的存儲和運算分開進行，不過整個過程的效率非常低，而大腦的運算模式叫做“存算一體”，都在神經元中進行，并且功耗遠低于現在的CPU芯片。通過仿照大腦的模式進行運算，類腦芯片很有希望實現高性能低功耗的智能運算。
從長遠來看，美國在芯片生態鏈中的核心地位依舊難以撼動，但中國通過加大投資及人才培養，有望建立自主產業鏈，建設本土可控的成熟制程產線，而新技術、新賽道上的突破，則能幫助國產芯片更好地迎頭趕上。
本文來源：芯師爺公眾號
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