我們之前已經(jīng)通過半導(dǎo)體系列的13篇文章之旅（半導(dǎo)體系列1-什么是半導(dǎo)體）對半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的全部細(xì)分行業(yè)有了一個大致的了解，那么如何更進(jìn)一步地深入了解半導(dǎo)體行業(yè)呢？“橫看成嶺側(cè)成峰，遠(yuǎn)近高低各不同”，事物在不同的角度往往呈現(xiàn)不同的樣子，不同角度的審視也往往給我們帶來更深的理解，因此從另一個角度，即半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的上下游構(gòu)成去了解半導(dǎo)體也許是上面問題的較好答案。在此有必要說明，由于半導(dǎo)體行業(yè)的細(xì)分行業(yè)眾多，產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)成也會有所不同，每一個都去專門介紹會比較繁雜。所幸的是，這些細(xì)分行業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈也較多共性，而其中產(chǎn)業(yè)鏈最復(fù)雜的當(dāng)屬集成電路，因此接下來我們將首先重點(diǎn)介紹芯片的產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)成，其他產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)鏈后面有機(jī)會我們也會單獨(dú)開篇討論。

我們知道作為二氧化硅的沙子要變成人類智慧結(jié)晶的芯片需要非常漫長、復(fù)雜且精細(xì)的過程，這一過程也構(gòu)成了芯片產(chǎn)業(yè)鏈。在接下來的內(nèi)容中，我們將會發(fā)現(xiàn)芯片產(chǎn)業(yè)鏈實際上是具有兩個維度的存在，橫向的維度是”一粒沙子如何變成芯片“這一產(chǎn)業(yè)鏈過程，縱向的維度則是支撐上述橫向產(chǎn)業(yè)鏈的工具、設(shè)備、原料等環(huán)節(jié)的產(chǎn)業(yè)鏈過程。這兩個維度如同經(jīng)緯線一樣交織、協(xié)作、互相依賴，因此想要了解整個芯片產(chǎn)業(yè)鏈的全貌，必須同時對這兩個維度有所了解。

我們的計劃是這樣的，首先通過一篇文章鳥瞰芯片產(chǎn)業(yè)鏈，點(diǎn)明縱橫兩個維度的要點(diǎn)環(huán)節(jié)，同時對半導(dǎo)體其他細(xì)分行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的異同進(jìn)行簡要說明，然后從橫向維度詳述一粒沙子變成芯片的產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)，最后從縱向維度介紹芯片產(chǎn)業(yè)支撐環(huán)節(jié)。讓我們開始第一步吧。

1.?橫向產(chǎn)業(yè)鏈全流程可以分為四步：芯片設(shè)計、芯片制造（晶圓加工）、芯片封裝、芯片測試，這四大環(huán)節(jié)是一顆芯片從無到有的必經(jīng)之路，一般情況下，芯片封裝和測試合稱為“芯片封測”。芯片封測環(huán)節(jié)完成之后就可提供給下游模組廠商或整機(jī)廠商使用，但芯片產(chǎn)業(yè)鏈中并不是只有這四個環(huán)節(jié)就萬事大吉了，還要有四個非常重要的支撐環(huán)節(jié)，也就是我們上面所說的縱向產(chǎn)業(yè)鏈的環(huán)節(jié)：EDA工具、IP支持、生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)原材料，這四個也是IC行業(yè)中必不可少的關(guān)鍵部分。

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（1）芯片設(shè)計是指根據(jù)終端產(chǎn)品的需求進(jìn)行邏輯設(shè)計和規(guī)則制定，從系統(tǒng)、架構(gòu)、模塊、電路等各個層級進(jìn)行選擇并組合， 確定器件結(jié)構(gòu)、 工藝方案等， 實現(xiàn)相關(guān)的功能和性能要求，并提供最終的GDSII文件給掩膜廠制作掩模，在此補(bǔ)充一下除了掩膜廠外，部分晶圓制造廠也會采取自制方式對內(nèi)提供掩膜版，如英特爾、臺積電、三星等三家全球最先進(jìn)的晶圓制造廠都有自制掩膜版業(yè)務(wù)，其所用的掩膜版絕大部分由自己的專業(yè)工廠生產(chǎn)。芯片設(shè)計按產(chǎn)品可以分為數(shù)字芯片設(shè)計和模擬芯片設(shè)計，設(shè)計流程主要可分為前端設(shè)計（ Front end）與后端設(shè)計（ Back end），其中前端設(shè)計（也稱為邏輯設(shè)計）主要涉及芯片的功能設(shè)計，后端設(shè)計（也稱為物理設(shè)計）主要涉及工藝有關(guān)的設(shè)計，使其成為具備制造意義的芯片。

（2）芯片制造實現(xiàn)芯片電路圖從掩模上轉(zhuǎn)移至硅片上，晶圓制造廠根據(jù)掩膜（有的晶圓廠， 在晶圓上批量制造集成電路， 通過多次重復(fù)運(yùn)用光刻、刻蝕、離子注入、薄膜沉積、化學(xué)機(jī)械研磨等工藝最終將IC設(shè)計公司設(shè)計好的電路圖移植到晶圓上并實現(xiàn)預(yù)定的芯片功能。芯片制造是一個非常復(fù)雜、精細(xì)的過程，也是產(chǎn)業(yè)鏈的核心環(huán)節(jié)。芯片制造的主要流程大致可以分為硅片制造、晶圓制造工藝（芯片生產(chǎn)的前道工藝）。

（3）芯片封測完成對芯片的封裝和性能、功能測試，即將上一步完成后的晶圓再送往下游封測廠進(jìn)行切割、 焊線、 塑封， 以防止物理損壞或化學(xué)腐蝕， 同時使芯片電路與外部器件實現(xiàn)電氣連接，測試其性能和功能是否符合要求。芯片封測是產(chǎn)品交付前的最后工序，完成這一步就可以移交給下游廠商使用。芯片封測也稱為芯片生產(chǎn)的后道工藝。

2. 縱向產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵環(huán)節(jié)：如上所述主要包括EDA工具、IP支持、生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)原材料四個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

（1）EDA（ Electronics Design Automation）軟件是一種在計算機(jī)的輔助下，完成集成電路的功能設(shè)計、綜合、驗證、物理設(shè)計等流程的軟件工具集群。在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中， EDA 軟件處于上游位置，是芯片設(shè)計的“基石”，是推動芯片設(shè)計創(chuàng)新的重要輔助工具之一。實際上EDA工具的使用貫穿整個芯片設(shè)計和制造流程，并提供封裝測試平臺。根據(jù)設(shè)計流程EDA可分為前端設(shè)計與后端設(shè)計?；蛘甙丛O(shè)計的產(chǎn)品分位數(shù)字芯片EDA和模擬芯片設(shè)計EDA、PCB設(shè)計EDA。

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（2）IP(Intellectual Property)，直譯為知識產(chǎn)權(quán)。在集成電路（IC，Integrated Circuit）設(shè)計中，IP核是指已驗證的、可以重復(fù)使用的具有某種確切功能的集成電路設(shè)計模塊。例如Intel的處理器技術(shù)、Nvidia的GPU技術(shù)、TI的DSP技術(shù)、Motorola的嵌入式MCU技術(shù)、Trident的Graphics技術(shù)等。這些模塊是具有性能高、功耗低、技術(shù)密集度高、知識產(chǎn)權(quán)集中、商業(yè)價值昂貴等特點(diǎn)，并且是集成電路設(shè)計產(chǎn)業(yè)的最關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)要素和競爭力體現(xiàn)。集成電路是整個信息產(chǎn)業(yè)的“芯”，而IP又是這個“芯”的“核”，這就是所謂的IP核。IP核可分為軟IP核 (soft IP core )、固IP 核(firm IP core)和硬IP 核(hard IP core )，我們將在后面介紹IP的文章中進(jìn)行詳細(xì)討論。

（3）半導(dǎo)體材料，指半導(dǎo)體生產(chǎn)制造過程中所需要的材料，處于IC產(chǎn)業(yè)鏈的最上游， 對整個產(chǎn)業(yè)起到基礎(chǔ)性作用，主要應(yīng)用于晶圓制造和封裝環(huán)節(jié)。半導(dǎo)體材料的子行業(yè)和品種非常之多，同時技術(shù)門檻高、 產(chǎn)品附加值大， 而且隨著半導(dǎo)體行業(yè)不斷更新升級， 半導(dǎo)體材料廠商通常需要與下游的晶圓制造和封測廠商保持緊密的聯(lián)系。根據(jù)晶圓制造流程，半導(dǎo)體材料可以分為基體材料（如硅片、第三代半導(dǎo)體）、前道晶圓制造所需的工藝材料和后道封裝材料。

（4）半導(dǎo)體設(shè)備，指半導(dǎo)體生產(chǎn)制造過程中所用到的設(shè)備，主要應(yīng)用于 IC 制造（前端設(shè)備）、 IC 封測（后道設(shè)備） 兩大領(lǐng)域。IC 制造設(shè)備又包括硅片生產(chǎn)設(shè)備和晶圓加工設(shè)備，其中硅片生產(chǎn)備主要由硅片廠進(jìn)行采購，最終產(chǎn)品為硅片；晶圓加工設(shè)備主要由晶圓廠 進(jìn)行采購，最終產(chǎn)品為晶圓； IC 封測設(shè)備通常由專門的封測廠 進(jìn)行采購， 包括揀選、測試、貼片、鍵合等多個環(huán)節(jié)。

3. 芯片產(chǎn)業(yè)鏈的幾個要點(diǎn)概述：

（1）如上所述芯片產(chǎn)業(yè)鏈包括設(shè)計、制造、封測三個環(huán)節(jié)，在實際的商業(yè)活動中，不同企業(yè)涉足的環(huán)節(jié)不同，這里面分成兩大派。第一大派被稱為IDM（Integrated Device Manufacture），它是一種集芯片設(shè)計、制造、封裝、測試和銷售等多產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)于一體的一條龍產(chǎn)業(yè)運(yùn)作模式，也是芯片廠商最初的運(yùn)營模式。此后隨著集成電路技術(shù)演進(jìn)，芯片的工藝復(fù)雜度不斷升高，從而造成芯片設(shè)計、掩模制作等在內(nèi)的一次性工程費(fèi)用，以及單顆芯片的加工成本快速上升，而這也就意味著投資額提升、盈虧平衡所需要的最小銷量提升。在技術(shù)、投資和市場的三重作用下，越來越多的廠商無力承擔(dān)先進(jìn)芯片的開發(fā)全過程，因此第二大派別應(yīng)運(yùn)而生，即Fabless+Foundry 的分工模式，在傳統(tǒng) IDM 大廠之外開始涌現(xiàn)了無生產(chǎn)線的集成電路設(shè)計公司（Fabless）、不做設(shè)計的晶圓代工廠（Foundry）、專業(yè)的知識產(chǎn)權(quán)模塊（IP 核）供應(yīng)商及封裝與測試廠商。

（2）芯片產(chǎn)業(yè)鏈和半導(dǎo)體其他細(xì)分行業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)幾乎沒有太大的區(qū)別，主要的不同在于芯片產(chǎn)業(yè)鏈的分工更細(xì)，其他行業(yè)如分立器件、光電器件、傳感器多以IDM廠商為主。至于不同細(xì)分行業(yè)各環(huán)節(jié)的具體不同，我們在此不再單做比較，因為未來我們對各細(xì)分行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行單獨(dú)介紹后，其間的區(qū)別也就不言自明了。

（3）芯片產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的價值量如何呢？根據(jù)中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2021年中國集成電路產(chǎn)業(yè)銷售額為10458.3億元。其中設(shè)計、制造、封測的占比分別為43.2%︰30.4%︰26.4%。此外，世界集成電路產(chǎn)業(yè)三業(yè)結(jié)構(gòu)合理占比（設(shè)計︰制造︰封測）分別為3︰4︰3。如果考慮其他環(huán)節(jié)，在整個半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中，全球EDA/IP價值量占比約為3%，半導(dǎo)體材料和設(shè)備占比分別為5%和12%，其他環(huán)節(jié)中邏輯器件、存儲器和DAO（分立器件、模擬器件,以及其它類別器件如光電器件和傳感器)分別占比30%、9%、17%，晶圓制造占19%，封測占6%。注意這里與上述集成電路產(chǎn)業(yè)三者結(jié)構(gòu)占比3:4:3不一致的原因主要有兩個，一是這是全半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)，二是晶圓制造和封測環(huán)節(jié)沒有包含IDM廠商中相應(yīng)的制造和封測業(yè)務(wù)。結(jié)合兩者數(shù)據(jù)我們可以估算整個產(chǎn)業(yè)鏈中設(shè)計、制造、封測占比分別為24%、32%、24%。

至此我們已經(jīng)從空中鳥瞰了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的全景，為了更清晰的展示總結(jié)，我們給出以下的思維導(dǎo)圖。下一篇文章，我們將就芯片的設(shè)計過程做一個詳細(xì)的介紹，我們下次再見。