芯片科普 | IC行业最全产业链梳理

芯片种类越多、功能越强大，就越让人忍不住好奇：一颗芯片究竟是如何“披荆斩棘、打磨棱角”来到我们面前的？

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。（一般情况下，芯片封装和测试合称为“芯片封测”。）

但芯片产业链中并不是只有这四个环节就万事大吉了，还要有四个非常重要的支撑环节：EDA工具、IP支持、生产设备、生产原材料，这四个也是IC行业中必不可少的关键部分。

芯片设计环节

就像筑造一座城堡一样，在正式动工之前，设计师要先进行非常详尽、精确的设计。

芯片设计的第一步就是在明确市场需求后，将市场需求转化为芯片的规格指标，然后形成芯片Spec，也就是芯片规格说明书，它会详细描述这款芯片的功能、性能、尺寸、封装、应用等内容。

为了让芯片有升级空间，在有了芯片的系统规格之后，就要从架构和算法上把芯片模块化。换句话说就是结合架构和算法把芯片的总体结构搭建出来，同时定义出各个功能模块。

下一步就需要使用硬件描述语言（HDL）搭建功能模块，通常是用Verilog来进行RTL代码设计的。紧接着就是逻辑功能的仿真验证，仿真验证是保证芯片功能性和正确性的关键步骤。

芯片设计的第四步是逻辑综合。就是把RTL代码变成门级网表。在逻辑综合的时候，必须要加入设定的约束条件，也就是要在最后的电路面积、时序等目标参数上达到标准。

芯片设计的第五步，包含布局布线设计、布线验证、寄生参数提取、布线后电路生成、布线后仿真、静态时序分析。完成这些，芯片设计部分就算是结束了，下一步就要进入制造阶段。

在IC行业，专门从事芯片设计的公司一般被称为Fabless或者Design House，它们并不涉及芯片加工、封装、测试等业务。像高通、博通、英伟达、AMD（超威半导体）、联发科、海思、平头哥、哲库、全志等，都属于这一类公司。

还有一类公司，是集设计、制造、封装、测试等多个产业环节于一身的，这类公司被称为IDM。像英特尔、三星和TI（德州仪器），就属于IDM。

芯片制造环节

就是在硅晶圆上制作电子器件和电路。这对制造环境无尘室的要求很高，温度、湿度、含尘都需要严格控制。

各类芯片的制造工序会有些不同，但基本工序一般都是在晶圆清洗后，进行氧化和淀积，然后反复进行光刻、刻蚀、薄膜淀积及离子注入等工序，最后形成晶圆上的电路。

在晶圆完成之后还需要进行电测试。每个晶圆粒都会被测试，不合格的晶圆就会被标上几号。然后晶圆将以晶粒为单位进行切割。

专门从事晶圆加工的企业，被统称为Foundry。大家熟知的台积电、联电、格芯、中芯国际、华虹，就属于这一类。

台积电目前确实是晶圆加工界的Top 1，无论是在先进制程还是成熟制程表现都是有目共睹的，2021年的市场占有率达到了52%。

芯片封测

利用塑料或者陶瓷包装晶粒与配线，目的就是为了给电路加上保护层，避免电路受到机械性刮伤或者高温破坏。

被封装好的芯片，还需要进行最后的测试环节，以保证芯片生产的良率。

目前芯片封测做得比较好的企业有日月光、安靠、江苏长电、矽品、力成这五家，市场份额能够占到70%左右。

EDA工具与IP支持

EDA指的是电子设计自动化，是电路设计过程中必需的软件工具。大家能想到的芯片设计公司，诸如华为海思、平头哥、哲库、intel、高通，没有任何一家公司能脱离EDA软件进行芯片设计。

我们一般把提供EDA工具的企业称之为EDA设计服务供应商。目前世界上最大的三家EDA设计服务供应商就是：Synopsys（新思科技，美国）、Cadence（楷登电子，美国）、Simens EDA（原Mentor，德国）。国内芯片设计企业目前使用主流EDA软件均来自于这三家公司。

国产EDA企业也在不断发展。华大九天、概伦电子、广立微等企业在国内都是比较有成果的公司，他们在局部环节是能够做到世界水平的。

现在芯片的功能不断增多，集成度也越来越高。所以就出现了很多成熟的常用设计模块，也称为IP（Intellectual Property）模块。目前大家所了解到的芯片设计，一般都不是从0开始的，而是基于成熟的模块，在它们的基础上再按照功能要求来设计芯片的。

这就产生了IP授权这一行为，设计公司无需对芯片每个细节进行设计，通过购买成熟可靠的IP方案，就能实现某个特定功能。这种开发模式，缩短了芯片开发的时间，提升了芯片的性能。这也就是为什么业内人士说芯片IP都是买来的。

目前ARM公司是IP领域绝对龙头，占40%左右的市场份额。

生产设备与原材料

芯片制造的过程极其复杂，加工程序可以达到数百道，所以对加工设备的要求非常高，这些设备一般都非常先进且昂贵，随便一台就上千万美元。

大家最熟知的应该就是现在卡住我们脖子的光刻机，世界上最大、最先进的光刻机生产商就是荷兰的ASML（阿斯麦尔）。

除了光刻机之外，还有单晶炉、抛光机、刻蚀机、划片机等设备。国内在生产设备领域的代表企业有上海微电子、北方华创、中国电科等。

生产原材料，除了用于制作硅棒的沙子之外。还有掩膜版、光刻胶、抛光材料、电子气体、湿电子化学品、靶材等。

国内目前比较大的材料领域的企业有江丰电子、南大光电、江化微、鼎龙、晶瑞、中环等。