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2022年国内外芯片发展情况及差距分析

2022-11-15 09:51:00

从美国用芯片掐住华为、中兴的脖子后，芯片产业成为全民关注的焦点。民众对国内的芯片产业寄予厚望，期待能够突破技术封锁，实现国内的产业结构升级。我国是世界工厂，承接了全世界电子产品的加工制造，每年需要大量进口芯片。不过由于芯片产业链条长，每个环节均有不小的技术难度，导致我国芯片自给能力弱，在整个产业链的多数环节，我们与国际先进技术之间存在巨大差距。按照芯片产业链环节划分，具体可以分为：芯片设计、晶圆制造、EDA工具、芯片原材料、封装、测试、半导体设备等七个领域，每个领域都有一定的门槛。因篇幅有限，本文仅从芯片设计、晶圆制造、芯片原材料三个领域分别整理介绍下目前国内发展情况以及与国外企业的差距所在。

设计领域

芯片行业的设计领域，指的是规格制定、架构设计到tape－out的所有流程。 tape out，指提交最终GDSII文件给工厂做加工。简单通俗地说，就是芯片在晶圆厂生产之前的所有流程都属于设计领域。在芯片行业，我们把仅从事芯片设计，没有其他生产、封装、测试业务的公司称之为fabless或者design house，比如国内的华为海思、紫光展锐、中兴微电子、比特大陆、寒武纪、汇顶科技，美国的高通、博通也属于这一类型。而既有芯片业务，又有芯片晶圆制造业务的公司，我们称之为IDM（Integrated Device Manufacture），国内的士兰微属于这类企业，美国的英特尔，韩国的三星、海力士，意大利的意法半导体也属于这类企业。我们从处理器芯片、通信芯片、存储器芯片、消费电子芯片几大领域来比较一下国内芯片设计企业和国外的差距。

手机处理器芯片

这一块国内和世界领先水平有较大差距。世界范围内的知名手机处理器厂商有高通、MTK（联发科），苹果和三星这两家也有自己的手机处理器芯片。而国内大部分手机厂商，比如小米、vivo、oppo都是用高通或者联发科的处理器芯片。国内手机处理器设计的主要厂商是华为海思。但由于众所周知的原因，台积电不能给海思代工芯片，所以华为的麒麟芯片现在处境很尴尬。目前其他国内公司，只有紫光展锐研发的虎贲T7510芯片采用的是台积电12纳米工艺，按照网上的说法，这一款芯片相当于高通骁龙710系列。国内手机厂商里，好像只有海信用过这款处理器芯片。

微机处理器芯片

微机处理器芯片就是我们台式电脑或笔记本电脑的处理器芯片。这一块美国的英特尔是绝对的老大，从奔腾处理器到酷睿i3、i5、i7，英特尔一直领跑。这个领域能够对英特尔构成威胁的，估计只有AMD。目前国内和美国差距极大，貌似没有听说过国内有做微机处理器芯片的公司。

通信芯片——手机基带芯片

通信是一个很大的概念，很大的范畴。各种各样的通信芯片也是五花八门，本文主要介绍手机基带芯片。提到基带大家可能都听过但是不了解具体是什么，这个东西简单来说是手机通话和上网的必备组件，也就是说没了它，手机既不能通话又不能上网，重要性不言而喻。目前基带芯片，美国的高通行业领跑，台湾的联发科和韩国的三星紧随其后，国内基带芯片做得比较好的只有华为海思。但华为之前也用高通的基带芯片，现在因为众所周知的原因，台积电不给华为代工芯片，其他中国企业需要加快基带芯片的研发。

人工智能芯片

世界范围内知名的人工智能芯片有美国的英伟达、英特尔，荷兰的恩智浦。国内知名的人工智能芯片设计企业有华为海思、寒武纪、地平线等等。现在国内做人工智能芯片的很多，字节跳动、阿里平头哥、百度、腾讯，这些互联网公司也都挤进来内卷，但芯片行业不等同于互联网，他们玩得转互联网，但芯片行业没那么简单。当然，人工智能芯片以及人工智能相关产业链在科技领域是一个热门领域，很有利于“讲故事”“讲ppt”，对于部分公司炒高估值、炒股价很有利，所以挤进来做人工智能芯片的企业自然特别多。至于成果，尚未可知。

汽车电子芯片

其实汽车电子芯片是一个很大的范畴，前面提到的MCU芯片也在汽车电子领域有很多应用，除了MCU芯片以外，无人驾驶芯片是近几年一个比较热门的领域，但目前无人驾驶芯片落地还有些困难，各大厂商都想抢跑。而世界范围内的汽车电子芯片大厂有荷兰企业恩智浦、美国企业TI、德国企业英飞凌、日本企业瑞萨电子。国内我就只有比亚迪做得不错，最新消息显示，中信证券给予了比亚迪481.1元的目标价。综合来看目前国内的芯片设计公司在世界仍处于整体相对落后，局部细分领域（比如监控芯片、触控芯片）世界领先的状况。芯片设计相对于芯片生产来说，国内与世界领先水平有较大差距，但没有像芯片生产那样大的差距。大致上，美国公司在设计领域处于第一梯队，台湾公司和韩国公司处于第二梯队，大陆企业的芯片设计的水平在世界范围内处于第二梯队和第三梯队之间。

晶圆制造领域

晶圆是指硅半导体集成电路制作所用的硅晶片，由于其形状为圆形，故称为晶圆。在硅晶片上可加工制作成各种电路元件结构，而成为有特定电性功能的IC产品。晶圆的原始材料是硅，而地壳表面有用之不竭的二氧化硅。晶圆制造是根据设计出的电路版图，通过炉管、湿刻、淀积、光刻、干刻、注入、退火等不同工艺流程在半导体晶圆基板上形成元器件和互联线，最终输出能够完成功能及性能实现的晶圆片。

在芯片行业，我们把仅从事晶圆制造的企业称之为foundry。晶圆制造目前在世界上的发展情况来看，台湾的台积电在晶圆制造领域领先世界，目前属于世界第一的水平，台积电目前独一档，第一梯队，台积电之后有哪些？三星、英特尔、格罗方德、UMC（联电）、SMIC、意法半导体、PSMC（力晶）、华虹。大陆最强的中芯国际可以说属于2.5梯队，大陆第二的华虹属于第三梯队。以上芯片制造企业中，台积电、UMC、PSMC都是台湾企业，英特尔是美国公司，格罗方德本来是AMD的芯片生产部门，后来独立出来被阿联酋的资金收购，但目前格罗方德大部分工厂仍在美国。意法半导体目前应该是欧洲在芯片生产领域最高水平。从目前的新工艺的推进和老工艺的成熟度来看，承载中国大陆芯片生产希望的中芯国际勉强处于第二梯队，不说和台积电、三星相比，就是和台湾的UMC相比，都略有差距。而大陆芯片制造第二的华虹，目前仅仅能够量产28纳米芯片，落后了UMC（联电）三年，和英特尔、台积电的差距更大。大陆企业追赶先进制造，任重而道远。

芯片原材料

芯片生产需要大量的原材料，比如硅晶圆、光刻胶等等。

对于大家经常听说的光刻机，我们用最通俗的语言来概括它的原理，就是投影仪+单反的原理，将激光光束透射过画着线路图的掩模，将芯片线路图成比例缩小投射到涂了光刻胶的硅晶圆上，最终形成芯片的电路图。所以硅晶圆和光刻胶是芯片生产过程中非常重要的原材料。芯片制造所需的原料有很多，其中需求量最大的当属硅晶圆。数据显示，硅晶圆在芯片制造材料中占比最高，达到37%。硅晶圆制造行业整合现象早在上世纪90年代就已经出现，经过三十年时间厮杀，目前90%的市场份额都被日韩四巨头占据。它们分别是信越化学、环球晶圆、胜高以及SKsiltron。在光刻胶领域，全球有超过87%的市场份额都被美国罗门哈斯、日本JSR、东京应化、日本信越与富士电子材料这五家企业所垄断，其中美国企业占到了15%市场份额，而日本企业市场份额更是超过了75%，属于真正的美日垄断。目前国内在芯片原材料方面和国外差距较大。

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