芯片從宏觀到微觀，達(dá)到最底層，其實(shí)全是晶體管以及連接它們的導(dǎo)線。芯片的制造過程包括芯片設(shè)計(jì)、晶圓生產(chǎn)和芯片封裝以及測試等環(huán)節(jié);

1． 芯片設(shè)計(jì)：芯片設(shè)計(jì)是行業(yè)的頂端，包含電路設(shè)計(jì)、版圖設(shè)計(jì)和光罩制作。設(shè)計(jì)方面的主要環(huán)節(jié)是電路設(shè)計(jì)，需要考慮多方面因素以及涉及多元知識結(jié)構(gòu)。版圖設(shè)計(jì)和光罩可以借助計(jì)算機(jī)程序;

2． 晶圓生產(chǎn)：包括了晶圓片生產(chǎn)環(huán)節(jié)、光罩光刻環(huán)節(jié)，晶圓處理和測試。其中光罩刻蝕環(huán)節(jié)最復(fù)雜，刻蝕要求越來越高。高純度硅晶片的提純和切割同樣依賴于工藝技術(shù)。目前芯片的主要成本在晶圓生產(chǎn)環(huán)節(jié);

3． 芯片封裝：芯片封裝是對生產(chǎn)完畢的 IC 晶圓片進(jìn)行切割和接線焊接以及裝測，處于行業(yè)下游，整體工藝和技術(shù)不斷發(fā)展;

4． 芯片測試：是對成品芯片進(jìn)行檢測，屬于質(zhì)量控制環(huán)節(jié)。

芯片的制造過程、功能分類和企業(yè)介紹

芯片設(shè)計(jì)，也叫集成電路設(shè)計(jì)，簡稱：IC 設(shè)計(jì)（integrated circuit），這是整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈高端的部分，主要由于芯片核心的底層架構(gòu)（知識產(chǎn)權(quán)和技術(shù)壁壘）被掌握在少數(shù)廠商手中，專利費(fèi)可能達(dá)到設(shè)計(jì)成本的 50%以上。代表企業(yè)有：博通（NASDAQ:AVGO）、高通（NASDAQ:QCOM）、英偉達(dá)（NASDAQ:NVDA）和華為企業(yè)旗下的海思。

芯片的制造過程、功能分類和企業(yè)介紹

芯片設(shè)計(jì)從功能到布線基本分為五個(gè)步驟，在設(shè)計(jì)過程中涉及芯片硬件設(shè)計(jì)和軟件協(xié)同。

芯片的制造過程、功能分類和企業(yè)介紹

1． 功能設(shè)計(jì)階段：確定產(chǎn)品的應(yīng)用場合，設(shè)定諸如功能、操作速度、接口規(guī)格消耗功率等規(guī)格制定，作為電路設(shè)計(jì)的依據(jù)。可同時(shí)規(guī)劃軟件模塊及硬件模塊的劃分。

2． 設(shè)計(jì)描述和行為級驗(yàn)證：依據(jù)功能將 SOC（System-on-a-Chip，系統(tǒng)級芯片），劃分為若干功能模塊，并決定實(shí)現(xiàn)這些功能將要使用的 IP 核。此階段間接影響 SOC 內(nèi)部架構(gòu)、各模塊間互動的訊號，及未來產(chǎn)品的可靠性。之后，用 VHDL 或 Verilog 等硬件描述語言實(shí)現(xiàn)各模塊的設(shè)計(jì)，和電路仿真器進(jìn)行功能驗(yàn)證。該階段仿真未考慮電路實(shí)際延遲，也無法獲得精確結(jié)果。

3． 邏輯合成：確定設(shè)計(jì)描述正確后，使用邏輯綜合工具（synthesizer）進(jìn)行綜合。綜合過程中，需要選擇適當(dāng)?shù)倪壿嬈骷欤?a href="http://www.qldv.cn/tags/Cirrus logic/" target="_blank">logic cell library），作為合成邏輯電路時(shí)的參考依據(jù)。綜合工具支持的 HDL 語法均是有限的，一些過于抽象的語法只適于作為系統(tǒng)評估時(shí)的仿真模型，而不能被綜合工具接受。

4． 門級驗(yàn)證：門級功能驗(yàn)證是寄存器傳輸級驗(yàn)證。主要的工作是要確認(rèn)經(jīng)綜合后的電路是否符合功能需求，一般利用門電路級驗(yàn)證工具完成。注意，此階段仿真需要考慮門電路的延遲。

5． 電路布局與繞線：將設(shè)計(jì)好的功能模塊合理地安排在芯片上，規(guī)劃好它們的位置。各模塊之間的連線通常比較長，因此，產(chǎn)生的延遲會嚴(yán)重影響 SOC 的性能，尤其在 0．25 微米制程以上，這種現(xiàn)象更為顯著。目前，這一個(gè)行業(yè)仍然是中國的空缺。

整個(gè)集成電路市場 IC 設(shè)計(jì)將近 1000 億美元體量，前五名占據(jù) 50%的市場份額，其中博通和高通占據(jù) 30%。市場集中度非常高。

美國最近升級對華為的打壓措施，禁止華為使用芯片設(shè)計(jì)中最常用的 EDA 軟件。

EDA，電子設(shè)計(jì)自動化（Electronics Design AutomaTIon），作為計(jì)算機(jī)輔助工具，EDA 工具軟件可大致可分為芯片設(shè)計(jì)輔助軟件、可編程芯片輔助設(shè)計(jì)軟件、系統(tǒng)設(shè)計(jì)輔助軟件等三類。可以進(jìn)行電路設(shè)計(jì)與仿真，PCB 自動布局布線，可輸出多種網(wǎng)表文件與第三方軟件接口。

作為芯片設(shè)計(jì)的關(guān)鍵軟件技術(shù)，沒有 EDA 幾乎就無法研發(fā)出芯片，而高端的 EDA 軟件目前被 Cadence、Synopsys、Mentor 三家美國公司壟斷，這三家 EDA 軟件公司占據(jù)了國內(nèi) 95%的市場份額。

根據(jù)芯片功能的不同，可以將集成電路可以分為 CPU、GPU、FPGA、AISC、存儲器、模擬電路等：

（1） CPU

中央處理器（CPU，Central Processing Unit）是一塊超大規(guī)模的集成電路，是一臺計(jì)算機(jī)的運(yùn)算核心和控制核心。它的功能主要是解釋計(jì)算機(jī)指令以及處理計(jì)算機(jī)軟件中的數(shù)據(jù)。

CPU 根據(jù)架構(gòu)的不同主要可以分為四類：

X86：適合 windows 系統(tǒng)，專利在英特爾和 AMD 的手中，其他廠商很難取得授權(quán)。

ARM：適合手機(jī)和平板上的安卓和 IOS 系統(tǒng)，專利在 ARM 公司手中，需要付費(fèi)使用。

MIPS、RISC-V：開源的指令集，可以免費(fèi)使用，但是支持的應(yīng)用生態(tài)較少。

PowerPC:PowerPC 架構(gòu) CPU 主要被 IBM 用于其小型機(jī)上。

從目前的 CPU 市場來看，國內(nèi)在各類架構(gòu)的 CPU 均有企業(yè)涉足，其中 ARM 架構(gòu)的 CPU 海思取得了較大成功，MIPS 架構(gòu)的 CPU 北京君正的在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域有較大優(yōu)勢。

（2） GPU

圖形處理器（英語：Graphics Processing Unit，縮寫：GPU），又稱顯示核心、視覺處理器、顯示芯片，是一種專門在個(gè)人電腦、工作站、游戲機(jī)和一些移動設(shè)備（如平板電腦、智能手機(jī)等）上圖像運(yùn)算工作的微處理器。目前，在桌面 GPU 市場，全球市場份額基本被英偉達(dá)和 AMD 占據(jù)，在手機(jī) GPU 市場，以蘋果、高通和 ARM 的 GPU 為主。

（3） FPGA

FPGA 是現(xiàn)場可編程門陣列，是指一切通過軟件手段更改、配置器件內(nèi)部連接結(jié)構(gòu)和邏輯單元，完成既定設(shè)計(jì)功能的數(shù)字集成電路，又稱為“萬能芯片”。FPGA 的一大特點(diǎn)是可以通過編程實(shí)現(xiàn)任意芯片的邏輯功能，包括 ASIC、DSP 甚至 PC 處理器等。目前，F(xiàn)PGA 市場已經(jīng)被 Xilinx 和 Atlera 兩大巨頭壟斷，合計(jì)占據(jù) 90%市場，擁有 6000 多項(xiàng)專利對后來者形成了巨大的專利壁壘。我國目前 FPGA 領(lǐng)域的參與者主要有紫光同創(chuàng)（紫光集團(tuán)的子公司）、高云半導(dǎo)體、上海安路、京微齊力，與國際巨頭還有較大差距，主要以中低密度 FPGA 為主，國內(nèi)市場占有率不足 3%。

（4） AISC

AISC 是一種為專門目的而設(shè)計(jì)的集成電路，特點(diǎn)是面向特定用戶的需求，ASIC 在批量生產(chǎn)時(shí)與通用集成電路相比具有體積更小、功耗更低、可靠性提高、性能提高、保密性增強(qiáng)、成本降低等優(yōu)點(diǎn)。

（5） 存儲芯片

與前面幾種相比，存儲芯片每個(gè)存儲單元基本相同，設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)難度較小、主要在制造環(huán)節(jié)難度較大。目前全球存儲芯片市場上，DRAM 基本被三星、海力士和美光壟斷，國內(nèi)紫光集團(tuán)、長江存儲、福建晉華、兆易創(chuàng)新、合肥長鑫在進(jìn)行 DRAM 相關(guān)的研發(fā)，未來隨著產(chǎn)能釋放有望實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化替代。

（6） 模擬芯片

模擬電路是處理模擬信號的電路，如話筒里的聲音信號，電視信號和 VCD 輸出的圖像信號、溫度采集的模擬信號和其它模擬量的信號處理的集成模塊。與數(shù)字電路不同，模擬芯片研發(fā)周期較長、更新?lián)Q代較慢，設(shè)計(jì)軟件較少，注重設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)。從全球的模擬芯片企業(yè)來看，目前全球前 10 大企業(yè)均為國外公司，還沒有中國公司入圍。

芯片的制造過程、功能分類和企業(yè)介紹

國內(nèi) IC 設(shè)計(jì)產(chǎn)品主要應(yīng)用于：消費(fèi)電子、通信、智能卡、計(jì)算機(jī)、多媒體、導(dǎo)航、功率、模擬芯片。

國內(nèi)主要的芯片設(shè)計(jì)公司：

芯片的制造過程、功能分類和企業(yè)介紹

?海思半導(dǎo)體

海思半導(dǎo)體成立于 2004 年 10 月，總部位于深圳，在北京、上海、美國硅谷和瑞典設(shè)有設(shè)計(jì)分部。前身是創(chuàng)建于 1991 年的華為集成電路設(shè)計(jì)中心。海思的產(chǎn)品覆蓋無線網(wǎng)絡(luò)、固定網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字媒體等領(lǐng)域的芯片及解決方案，成功應(yīng)用在全球 100 多個(gè)國家和地區(qū);在數(shù)字媒體領(lǐng)域，已推出 SoC 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控芯片及解決方案、可視電話芯片及解決方案、DVB 芯片及解決方案和 IPTV 芯片及解決方案。2017 年，國內(nèi) IC 設(shè)計(jì)規(guī)模達(dá)到 2073．5 億元，年增 26．1%。華為海思半導(dǎo)體以 361 億的銷售額排在第一。2017 年約有 7000 萬臺手機(jī)搭載海思芯片，以去年全球發(fā)貨量達(dá)到 1 億 5300 萬臺而言，搭載海思芯片的手機(jī)占了 45%。

? 紫光展銳

紫光集團(tuán)于 2013 年收購展訊通信，2014 年收購銳迪科，并于 2016 年將兩者整合為紫光展銳。整合后的紫光展銳致力于移動通信和物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的 2G/3G/4G 移動通信基帶芯片、射頻芯片、物聯(lián)網(wǎng)芯片、電視芯片、圖像傳感器芯片等核心技術(shù)的自主研發(fā)。目前在全球設(shè)有 16 個(gè)技術(shù)研發(fā)中心及 7 個(gè)客戶支持中心。2017 年收入 110 億元，僅次于華為海思半導(dǎo)體。

紫光展鋭加速向中、高端產(chǎn)品線布局，針對移動通信提出全新的芯片品牌“虎賁”，物聯(lián)網(wǎng)芯片新品牌名稱為“春藤”。

?北京豪威是全球前三大圖像傳感器供應(yīng)商，2018 年收入 100 億元，同比增長 10．5%。

被韋爾股份（SH:603501）收購。上海韋爾半導(dǎo)體股份有限公司主營業(yè)務(wù)為半導(dǎo)體分立器件和電源管理 IC 等半導(dǎo)體產(chǎn)品的研發(fā)設(shè)計(jì)，以及被動件（包括電阻、電容、電感等）、結(jié)構(gòu)器件、分立器件和 IC 等半導(dǎo)體產(chǎn)品的分銷業(yè)務(wù)，這些產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于移動通信、車載電子、安防、網(wǎng)絡(luò)通信、家用電器等領(lǐng)域。

?中興微電子是中興通訊的控股子公司，是全球少數(shù)能提供通信云、管、端全領(lǐng)域芯片的廠商。中興微 2018 年?duì)I收 61 億元，同比下降了近 20%。

?華大半導(dǎo)體在新型顯示方面的觸控及 OLED 芯片技術(shù)全球領(lǐng)先。

?格科微的主要產(chǎn)品為 CMOS 圖像傳感器。

?紫光國微是國內(nèi)領(lǐng)先的安全芯片供應(yīng)商。

?兆易創(chuàng)新（SH:603986），產(chǎn)品以 MCU 和 NAND 及 NORFalsh 閃存芯片為主。

?匯頂科技（SH:603160），是安卓陣營全球指紋識別芯片第一供應(yīng)商，市占率全球領(lǐng)先。

?北斗星通：導(dǎo)航芯片

?國科微：高清監(jiān)控芯片

?納斯達(dá)：打印機(jī)芯片

?萬盛股份：收購硅谷數(shù)模，數(shù)模混合芯片

?盛科網(wǎng)絡(luò)：以太網(wǎng)交換仙品

?國微技術(shù)：視密卡設(shè)計(jì)

?景嘉微：GPU 芯片

?紫光國芯 存儲芯片、智能芯片、FPGA

? 全志科技 AP

?中穎電子 顯示屏驅(qū)動芯片、小家電 MCU 芯片、電源管理芯片

?東軟載波 載波通信芯片、智能集中器

?上海貝嶺 模擬和數(shù)模混合集成電路及系統(tǒng)解決方案

?盈方微 SoC 芯片

?圣邦股份 模擬 / 混合信號集成電路芯片

? 國民技術(shù) 安全芯片和通訊芯片

?北京君正 32 位嵌入式 CPU 芯片、智能視頻芯片

?中科曙光 高端計(jì)算機(jī)、存儲等設(shè)備，大數(shù)據(jù)、云計(jì)算。

?富瀚微 視頻編解碼 SoC 和圖像信號處理器芯片

? 國科微 廣播電視系列芯片和智能監(jiān)控系列芯片

?瑞芯微 AP

?3545．TW 敦泰 顯示芯片、觸控芯片

新三板上的芯片設(shè)計(jì)企業(yè)有：

?司南導(dǎo)航（OC:833972）：北斗導(dǎo)航芯片，包括射頻芯片和基帶芯片，射頻芯片負(fù)責(zé)接受和發(fā)射衛(wèi)星信號，而基帶芯片負(fù)責(zé)信號處理和解碼。司南導(dǎo)航在多模寬帶射頻芯片排名第一 。詳細(xì)分析文章見：《掘金新三板之司南導(dǎo)航：憑什么吸引中國衛(wèi)星導(dǎo)航總工程師加盟？》

?艾為電子 （ 833221．OC ） ，一家專注于高品質(zhì)、高性能的模擬、數(shù)模混合信號、射頻等 IC 設(shè)計(jì)，聚焦在手機(jī)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、汽車電子、可穿戴和消費(fèi)類電子等領(lǐng)域 。目前，艾為推出了聲、光、電、射、手五大產(chǎn)品線，四百余款自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外手機(jī)及 IoT 品牌。

?鉅芯集成 （ 838981．OC ） ，致力于多媒體處理芯片、MCU 微控制芯片、RF 射頻芯片的設(shè)計(jì)與開發(fā)以及系統(tǒng)集成與系統(tǒng)平臺的建設(shè)與開發(fā)，客戶主要分布于中國大陸、臺灣、南美等地區(qū)。公司大股東為創(chuàng)業(yè)板上市公司思創(chuàng)醫(yī)惠。

?明波通信 （ 430368．OC ） ，主要從事數(shù)字電視領(lǐng)域大規(guī)模集成電路 （ IP/ASIC ） 及移動、車載多媒體芯片研究開發(fā)。

?力生美（OC:837169）：專注于電源管理集成電路的設(shè)計(jì)、銷售與技術(shù)服務(wù)企業(yè)，經(jīng)過幾年的發(fā)展和沉淀，目前已形成覆蓋 0～75W 以下的多種電源解決方案的集成電路產(chǎn)品線。

?華芯微 （ 871451．OC ） ，致力于開發(fā)、設(shè)計(jì)與銷售具有自主知識產(chǎn)權(quán)的芯片產(chǎn)品，主要產(chǎn)品涵蓋了 MCU、馬達(dá)驅(qū)動、射頻、智能遙控、傳感器芯片、電源管理等多種電子產(chǎn)品領(lǐng)域，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于安防、小家電、智能家居、傳感器等多種消費(fèi)類電子生活場景。

下面這些曾經(jīng)在新三板掛牌，現(xiàn)在已經(jīng)摘牌。

?834203 華瀾微 ：存儲控制器芯片，已經(jīng)摘牌。

?芯朋微（OC:430512）：電源管理和驅(qū)動芯片，已經(jīng)轉(zhuǎn)科創(chuàng)板了。

?833220 思比科：圖像傳感器芯片，已經(jīng)摘牌。

?中感微 （ 835399．OC ） ，音頻傳感網(wǎng)芯片系列、視頻傳感網(wǎng)芯片系列和電池電源管理芯片系列。已經(jīng)摘牌。

?納芯微 （ 838551．OC ） ，國內(nèi)首款面向工業(yè)傳感器領(lǐng)域的 NSX2860 系列高性能、高集成度傳感器信號調(diào)理變送芯片和國內(nèi)首款面向汽車前裝市場的 NSX9260 系列汽車壓力傳感器調(diào)理芯片。已經(jīng)摘牌

?想實(shí)電子 （ 839648．OC ） ，主要從事高精度芯片的深度開發(fā)、設(shè)計(jì)、測試、銷售。已經(jīng)摘牌。

?宏晶科技 （ 832193．OC ） ，位于合肥高新區(qū)，主營業(yè)務(wù)為芯片設(shè)計(jì)、開發(fā)、銷售及相關(guān)技術(shù)服務(wù)，主要產(chǎn)品 MS9282 是目前市面上唯一一顆單芯片的 VGA/YPBPR-HDMI 視頻處理芯片。已經(jīng)摘牌。

可見，新三板上的芯片設(shè)計(jì)企業(yè)數(shù)量挺多，但是大部分都做的是競爭激烈技術(shù)門檻低的低端市場，盈利能力很差，因此不少都摘牌了。也有少數(shù)不錯(cuò)的，比如芯朋微（KCB:A03823），上了科創(chuàng)板。

審核編輯 黃昊宇