芯片产业链系列1-一篇文章鸟瞰芯片产业链的所有关键环节

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芯片产业链系列1-一篇文章鸟瞰芯片产业链的所有关键环节

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芯片产业链是一个复杂且精细的系统工程，涉及多个关键环节和支撑要素。本文将从横向和纵向两个维度，全面解析芯片产业链的各个环节，帮助读者建立对芯片产业的整体认知。

横向产业链全流程

芯片产业链的横向维度主要涵盖四个核心环节：芯片设计、芯片制造（晶圆加工）、芯片封装、芯片测试。这四大环节是一颗芯片从无到有的必经之路，通常将芯片封装和测试合称为“芯片封测”。完成封测环节后，芯片即可提供给下游模组厂商或整机厂商使用。

芯片设计

芯片设计是指根据终端产品的需求进行逻辑设计和规则制定，从系统、架构、模块、电路等各个层级进行选择并组合，确定器件结构、工艺方案等，实现相关的功能和性能要求，并提供最终的GDSII文件给掩膜厂制作掩模。部分晶圆制造厂（如英特尔、台积电、三星）也会采取自制方式对内提供掩膜版。

芯片设计按产品可以分为数字芯片设计和模拟芯片设计，设计流程主要可分为前端设计（Front end）与后端设计（Back end）。前端设计（也称为逻辑设计）主要涉及芯片的功能设计，后端设计（也称为物理设计）主要涉及工艺有关的设计，使其成为具备制造意义的芯片。

芯片制造

芯片制造实现芯片电路图从掩模上转移至硅片上，晶圆制造厂根据掩膜（有的晶圆厂，在晶圆上批量制造集成电路，通过多次重复运用光刻、刻蚀、离子注入、薄膜沉积、化学机械研磨等工艺最终将IC设计公司设计好的电路图移植到晶圆上并实现预定的芯片功能。芯片制造是一个非常复杂、精细的过程，也是产业链的核心环节。芯片制造的主要流程大致可以分为硅片制造、晶圆制造工艺（芯片生产的前道工艺）。

芯片封测

芯片封测完成对芯片的封装和性能、功能测试，即将上一步完成后的晶圆再送往下游封测厂进行切割、焊线、塑封，以防止物理损坏或化学腐蚀，同时使芯片电路与外部器件实现电气连接，测试其性能和功能是否符合要求。芯片封测是产品交付前的最后工序，完成这一步就可以移交给下游厂商使用。芯片封测也称为芯片生产的后道工艺。

纵向产业链关键环节

纵向产业链主要包含四个关键环节：EDA工具、IP支持、生产设备、生产原材料。

EDA工具

EDA（Electronics Design Automation）软件是一种在计算机的辅助下，完成集成电路的功能设计、综合、验证、物理设计等流程的软件工具集群。在半导体产业链中，EDA软件处于上游位置，是芯片设计的“基石”，是推动芯片设计创新的重要辅助工具之一。实际上EDA工具的使用贯穿整个芯片设计和制造流程，并提供封装测试平台。根据设计流程EDA可分为前端设计与后端设计。或者按设计的产品分位数字芯片EDA和模拟芯片设计EDA、PCB设计EDA。

IP支持

IP（Intellectual Property），直译为知识产权。在集成电路（IC，Integrated Circuit）设计中，IP核是指已验证的、可以重复使用的具有某种确切功能的集成电路设计模块。例如Intel的处理器技术、Nvidia的GPU技术、TI的DSP技术、Motorola的嵌入式MCU技术、Trident的Graphics技术等。这些模块是具有性能高、功耗低、技术密集度高、知识产权集中、商业价值昂贵等特点，并且是集成电路设计产业的最关键产业要素和竞争力体现。集成电路是整个信息产业的“芯”，而IP又是这个“芯”的“核”，这就是所谓的IP核。IP核可分为软IP核(soft IP core)、固IP核(firm IP core)和硬IP核(hard IP core)，我们将在后面介绍IP的文章中进行详细讨论。

生产设备

半导体设备指半导体生产制造过程中所用到的设备，主要应用于IC制造（前端设备）、IC封测（后道设备）两大领域。IC制造设备又包括硅片生产设备和晶圆加工设备，其中硅片生产设备主要由硅片厂进行采购，最终产品为硅片；晶圆加工设备主要由晶圆厂进行采购，最终产品为晶圆；IC封测设备通常由专门的封测厂进行采购，包括拣选、测试、贴片、键合等多个环节。

生产原材料

半导体材料指半导体生产制造过程中所需要的材料，处于IC产业链的最上游，对整个产业起到基础性作用，主要应用于晶圆制造和封装环节。半导体材料的子行业和品种非常之多，同时技术门槛高、产品附加值大，而且随着半导体行业不断更新升级，半导体材料厂商通常需要与下游的晶圆制造和封测厂商保持紧密的联系。根据晶圆制造流程，半导体材料可以分为基体材料（如硅片、第三代半导体）、前道晶圆制造所需的工艺材料和后道封装材料。

芯片产业链的几个要点概述

产业链分工模式

如上所述芯片产业链包括设计、制造、封测三个环节，在实际的商业活动中，不同企业涉足的环节不同，这里面分成两大派。第一大派被称为IDM（Integrated Device Manufacture），它是一种集芯片设计、制造、封装、测试和销售等多产业链环节于一体的一条龙产业运作模式，也是芯片厂商最初的运营模式。此后随着集成电路技术演进，芯片的工艺复杂度不断升高，从而造成芯片设计、掩模制作等在内的一次性工程费用，以及单颗芯片的加工成本快速上升，而这也就意味着投资额提升、盈亏平衡所需要的最小销量提升。在技术、投资和市场的三重作用下，越来越多的厂商无力承担先进芯片的开发全过程，因此第二大派别应运而生，即Fabless+Foundry的分工模式，在传统IDM大厂之外开始涌现了无生产线的集成电路设计公司（Fabless）、不做设计的晶圆代工厂（Foundry）、专业的知识产权模块（IP核）供应商及封装与测试厂商。

产业链价值分布

芯片产业链各环节的价值量如何呢？根据中国半导体行业协会统计数据，2021年中国集成电路产业销售额为10458.3亿元。其中设计、制造、封测的占比分别为43.2%︰30.4%︰26.4%。此外，世界集成电路产业三业结构合理占比（设计︰制造︰封测）分别为3︰4︰3。如果考虑其他环节，在整个半导体产业链中，全球EDA/IP价值量占比约为3%，半导体材料和设备占比分别为5%和12%，其他环节中逻辑器件、存储器和DAO（分立器件、模拟器件,以及其它类别器件如光电器件和传感器)分别占比30%、9%、17%，晶圆制造占19%，封测占6%。注意这里与上述集成电路产业三者结构占比3:4:3不一致的原因主要有两个，一是这是全半导体产业数据，二是晶圆制造和封测环节没有包含IDM厂商中相应的制造和封测业务。结合两者数据我们可以估算整个产业链中设计、制造、封测占比分别为24%、32%、24%。