晶片是如何產生的?我們的晶片產業鏈真實差距有多大?

在不依靠美國企業的情況下，華為能否獲得足夠優秀的晶片？而我國晶片相關企業，技術和世界先進水平差距又有多大？

晶片是如何誕生

晶片又名集成電路，是半導體元件產品的統稱。大致可分為兩類，實現思考功能的晶片，如 CPU、AI；實現記憶功能的晶片，如存儲晶片等。

造晶片的第一步，是設計電路圖（IC設計），高通、英偉達、海思它們就是幹這個的。

集結無數專家，根據晶片的用途制定規格，再使用 EDA軟體完成細節設計。

設計好的電路圖，需要拿到晶片工廠流片，也就是通過流水線一樣的工藝，「試生產」個幾片幾十片，供測試用，測試通過了才能開始大規模生產。

看起來簡單，實則需要恐怖的人力物力財力。像麒麟 980，華為從2015年就立項研發，一次流片就幾千萬美元；如果流片失敗不僅錢白花，還影響產品上市時間。

據悉，澎湃 S2之所以至今未面世，是因為流片五次都失敗了，小米幾個億砸下去連水花都沒冒一個，雷布斯心裡苦啊！

造晶片的第二步，就進入到製作階段。

首先，需要找原材料沙子，這個沙子不是我們在沙灘上玩的那種，需要從石英巖中提取出來。 這個石英巖也是由沙子形成的，一些沙子隨著時間的推移擠壓在一起，在地球深處被加熱，除石英外幾乎所有元素都從巖石中消失了，所以從這種沙子裡能提煉出的高純度的矽。 怎麼提煉呢？當然是用熔爐了，把它們和足量的碳混在一起，經過幾千攝氏度高溫炙烤，加上反覆地酸化和蒸餾後，轉變成純度高達 99.999999％ 的純矽錠。

這些純矽錠再通過一種名為「直拉法」的工藝，一邊旋轉，一邊冷卻，最終成為一根黑大粗長的單晶矽棒。

矽谷當年之所以取名矽谷，靈感就是來源於它，可見矽對於世界的影響。

接下來，這根矽棒會被切頭去尾，因為那部分性能不好。隨後經過外徑研磨，把矽棒磨削成指定的尺寸，通常是 8英寸或 12 英寸，直徑越大，最終單個晶片生產成本就越低；但相應的，加工技術要求也越高。

再往下，要用鑽石刀將矽棒給切成一片片又薄又平的圓盤，根據用途，厚度一般在 0.5~1.5毫米。

把圓盤進行拋光，磨得比家裡的鏡子還「亮」個上百倍後，就形成了矽晶圓，也就是製作晶片的底盤。

有點像造房子，矽晶圓相當於地基，把電路圖「建造」在上面，便誕生出晶片。只不過其步驟之繁瑣和苛刻，都快趕得上造一座城市了。

由於晶片製造對工藝要求極高，需要在無塵環境中進行，所以在幾個足球場那麼大的工廠裡，水和空氣都經過多級過濾，比醫院的手術臺還要乾淨 10萬倍。

有點想去裡面逛逛，感受下呼吸如此純淨的空氣，是怎樣一種感受......

在這裡面，矽晶圓將經歷數百道工藝，最終成為晶片。

首先，會把矽晶圓送到「烤爐」中，在精確控制的溫度和氣體氛圍下，於其表面烘焙形成均勻的氧化膜，接著在上面噴淋一種叫「光刻膠」的保護層。

有點像烤吐司，把表面烤焦，然後在上面抹一層醬。

之後，我們熟悉的光刻機就登場了。它將紫外線透過掩膜，把預先設計好的電路圖投影到矽晶圓上，被照到的光刻膠會溶解，變成電路的形狀。

光刻完成的矽晶圓，將被浸泡在刻蝕試劑中，沒有被光刻膠保護的部分（也就是光刻好的電路圖），表面的氧化膜逐漸被腐蝕掉，裸露出矽基底，最終形成電路圖。

這時，光刻膠的使命就完成了，被無情的清理掉。

值得注意的是，光刻和蝕刻的製程工藝，與成芯後的性能息息相關。通俗點說，就是刻的越精細，每顆晶片上的電晶體就越多，性能便越強。

再往後，輪到離子注入環節了。離子就是帶電的原子，它們會嵌入到矽裡面，改變它們的極性，形成電晶體。

如此一來，電流就只能從一個方向通過，而電晶體將扮演小型開關的作用，這樣，CPU就能理解我們的指令，並做出相應的反饋。

接著，開始沉積鍍銅。在真空設備內，通過惰性氣體離子束打在銅靶材上，將銅原子衝刷出來，然後沉積在矽晶圓上，一層又一層。相當於給矽晶圓上鋪上幾層「銅灰」。

鍍上銅後，矽晶圓要拿回去，再次經歷表面磨削、光刻、刻蝕等過程，把鍍好的銅分割成細小的導線，達到連接電晶體的目的。

較為複雜的晶片，會重複鍍銅到刻蝕這一步驟 20次以上，形成 20多層複雜的電路。裡面有數公裡長的導線，將幾千萬甚至上億根電晶體連接在一起，令人嘆為觀止。

經過這一系列的流程後，我們得到了布滿晶片的矽晶圓，進入到最後一步封裝測試。

最後一步封裝測試

用精細的切割器，將矽晶圓切成一個個集成電路裸片，然後和底板、散熱片等部件拼裝在一起，一顆完整的晶片就此誕生，通過最終檢測後，便可以包裝、銷售了。

其實，以上這些看得人眼花繚亂的流程，已經是大幅簡化後的版本。由此可見，一顆指甲蓋大小的晶片中，包含了難以計數的元件，涉及無數前沿核心技術，工藝複雜又精妙。 小魚想說，售價數千元的手機，才是真正的工業時代奢侈品，相比之下神馬 LV 包包陀飛輪手錶，技術含量弱爆了。 因此，一顆晶片的誕生，需要產業鏈上下遊多家公司、數千名工程師、歷經無數道工序完成。整個晶片產業鏈相關企業，大致可分為四類——IC設計、晶片製作、封裝測試、設備製造。

我們的晶片產業鏈真實差距有多大？

IC設計，前面有提到，高通、英偉達、海思它們就是幹這個的。因為有海思撐大梁，所以這一項中國晶片業和世界先進水平差距並不算太大。

2018年，海思營收為 75.7億美元，而全球排第一的博通營收 217.5 億美元，是海思的 2.87 倍。

目前，除了我們熟悉的麒麟系列手機晶片外，海思的產品還有伺服器晶片（鯤鵬系列）、基站晶片、基帶晶片、AI 晶片等等。這次海思能拿出充足的「備胎」，確保華為大部分產品的戰略安全，其深厚的技術底蘊可見一斑。

唯一的問題是，IC設計中必須用到的 EDA 軟體，基本被美國壟斷。世界上三大 EDA 軟體 Cadence、Mentor 和 Synopsys，全都是美國的，儘管海思也有自研，可技術上仍存在不小的差距。

晶片製作領域，典型代表臺積電，三星、英特爾也有自己的製造廠。

目前大陸第一大製造商中芯國際2018年營收 33.6億美元，世界第一大製造商臺積電，2018年銷售額創紀錄為 1.03萬億新臺幣，約合 323億美元，差距為 10倍。

但更大的差距，還在製程工藝上。臺積電作為 ASML最大股東，能第一時間拿到 ASML最新的光刻機，目前已經開始試生產 5納米晶片；而中芯國際的 14納米工藝才正準備量產，二者之間存在兩代半左右的技術差距。

此外，晶片製作是晶片製造環節中，最燒錢的一項，而且隨著製程工藝進步，所需投資成倍增長。從70年代的幾千萬美元，到幾億美元，十幾億美元，幾十億美元，上百億美元......

去年三星、臺積電投資的 7 納米工廠，投資都超過了兩百億美元。它們是靠政府的全力支持，同時利用舊工廠的高利潤，才撐得起新廠房的投入。

相比之下，中芯國際在利潤上遠不如它們，所以未來在追求先進位程工藝上，會顯得極為吃力，希望不要像牙膏廠一樣，變成 14 納米++++~

封裝測試，它的技術要求，相比設計和製造會低一些，所以我們和世界先進水平的差距也相對較小。

中國第一大封裝廠長電科技2018年營收 238.56億元；世界第一大封裝廠日月光2018年營收 1519.2億新臺幣，約合人民幣 334.4億元，差距為 1.4倍。

設備製造，就是供應生產晶片需要的設備，如光刻機、蝕刻機等等。

這是中國晶片產業最大的弱項，一個光刻機便被卡的死死的，更別提各種高純原料、清洗用研磨液、掩膜版等；甚至，我們連一些特殊原料的包裝桶都需要進口。

選自：365知識網

總的來說，目前大陸的晶片產業，還是處於極為薄弱的狀態。 不過，只要海思能夠在「備胎」有效的時間裡，設計出足夠優秀的晶片，臺積電那邊不出么蛾子，滿足華為產品使用還是做得到的。 引用一句網友的話：當你不夠強大的時候，敵人的制裁，立刻會讓你原形畢露；但當你足夠強大的時候，敵人的制裁只會成為你的勳章。

而對於大陸的晶片產業來說，一切並非沒有希望。

一方面，很多優秀的中國企業，已經在從各個細節入手，提升我們的綜合競爭力。

如中微半導體，其創始人尹志堯，曾位居美國應用材料總公司（世界最大半導體生產設備供應商）副總裁，被稱為矽谷最成功的華人之一。

2004年，尹志堯放棄一切，回國創業，僅用三年時間，便為中國填補了等離子體刻蝕機的空白。目前，中微半導體已研發出了 7 納米刻蝕機臺，與世界最先進的水平同步，並成為大陸地區唯一一家有資格向臺積電供應設備的廠商。

另一方面，目前摩爾定律在納米階段已逐漸失效。

以目前的工藝技術，到了 3 納米以下的時候，電子在半導體內的流動，就不是按照我們所理解的理論來走了，而是會遇到神秘的量子效應，當前的工藝技術就會面臨天花板。

所以在幾年之內，各領先企業都會停滯在 3 納米製程附近，正是中國趕上來的好機會。

今天的中國，擁有全世界最好的硬體產業基礎，也擁有全世界最多的工程師、設計師，而且他們在共同文化背景下，可以很快協作起來。這形成了中國企業打造全球領先產品的能力。

所以，在晶片上，中國能否實現彎道超車，就讓時間給我們答案。

我國半導體產業鏈詳情匯總

1.半導體概述

半導體，Semiconductor，是指常溫下導電性能介於導體與絕緣體之間的材料，由於半導體的導電性的可控制性，被廣泛地應用於大部分的電子產品中，常見的半導體材料有矽、鍺、砷化鎵等。

半導體產品，可分為集成電路、分立器件（含功率器件）、光電器件和傳感器（含MEMS），集成電路又分為數字電路和模擬電路，數字電路又細分為存儲器、微器件（MPU、MCU、DSP）、邏輯電路（包括特殊應用和標準邏輯電路）。

半導體產品分類

2.半導體產業鏈

半導體產業鏈分為核心產業鏈以及支撐產業鏈。

核心產業鏈：完成半導體產品的設計、製造和封裝。

半導體支撐產業鏈：提供上遊半導體材料、設備和軟體服務。

半導體產業鏈結構

半導體核心產業鏈主要由設計、製造和封測三個環節：

晶片設計：晶片設計是晶片的研發過程，是通過系統設計和電路設計，將設定的晶片規格形成設計版圖的過程；晶片設計公司對晶片進行寄存器級的邏輯設計和電晶體級的物理設計後，將不同規格和效能的晶片提供給下遊廠商。

我國晶片設計類上市公司

1、紫光國芯——國內壓電晶體元器件領域的領軍企業，產品涵蓋智慧卡晶片、特種行業集成電路、FPGA和存儲器晶片等。

2、國民技術——射頻晶片；行動支付限域通信 RCC技術。

3、景嘉微——軍用GPU（JM5400型圖形晶片），主營業務為高可靠軍用電子產品的研發、生產和銷售。

4、全志科技——A股唯一一家獨立自主IP核晶片設計公司（類似巨頭ARM）數模混合高速信號的設計與集成技術在55nm/40nm/28nm工藝下實現HDMI、LVDS、PLL、AudioCODEC、USB2.0、TV-encoder、TV-decoder等數模混合IP。

5、艾派克——通用列印耗材晶片（SOC晶片——自主智慧財產權的32位嵌入式CPU內核、ASIC晶片）。

6、大唐電信——子公司聯芯科技（LC1860晶片-中低端產品）、恩智浦（車燈調節器晶片、門驅動晶片、電池管理晶片）、大唐微電子（金融IC卡—國內唯一一家自有模塊封裝產線的晶片商）為旗下三家半導體設計提供商。

7、歐比特——SOC、晶片式衛星等；國內航空航天控制晶片龍頭（S698系列芯）。

8、北京君正——自主創新的XBurst CPU核心技術——MIPS架構M200晶片。

9、匯頂科技——全球領先的單層多點觸控晶片、全球首創的觸控螢幕近場通信技術Goodix Link、全球首家應用於Android手機正面的指紋識別晶片、全球首創的Invisible Fingerprint Sensor(IFS)、全球首創支持玻璃蓋板的指紋識別晶片、全球首創應用於移動終端的活體指紋檢測技術Live Finger Detection。

10、士蘭微——完全自主智慧財產權的單晶片 MEMS高性能六軸慣傳感器。

11、盈方微——合作開發騰訊Ministation晶片。

12、上海貝嶺——BL6523單相計量晶片。

13、中穎電子——AMOLED驅動IC唯一量產廠商。

14、兆易創新——國內存儲晶片設計龍頭廠商之一。

15、三安光電——LED晶片龍頭。

16、聖邦股份——模擬晶片供應商。另外還有諸如國科微、中科創達、科大國創、中科曙光等一系列智能晶片企業。

晶圓製造：晶圓製造指在製備的晶圓材料上構建完整的物理電路。

我國半導體材料上市公司類

1、隆基股份——矽晶片生產龍頭企業；

2、上海新陽——國內晶圓化學品+大矽片領先企業；

3、強力新材——國內光刻膠領先企業；

4、南大光電——MO 源龍頭，特種氣體和光刻膠帶來新的增長點；

5、康強電子——引線框、鍵合絲等；

6、菲利華——石英玻璃、掩模版等；

7、有研新材——電子化學品及試劑等；

8、飛凱材料——紫外線固化材料；

9、江豐電子——高純濺射靶材；

10、阿石創——真空蒸鍍膜料、濺射靶材；

11、岱勒新材——金鋼絲切割材料；

12、三安光電——藍寶石基板；

13、揚傑科技——國內分立器件龍頭；

封裝測試：是將生產出來的合格晶圓進行切割、焊線、塑封，使晶片電路與外部器件實現電氣連接，並為晶片提供機械物理保護，並利用集成電路設計企業提供的測試工具，對封裝完畢的晶片進行功能和性能測試。

我國半導體封裝測試上市公司

1、長電科技：國產半導體封測龍頭，整合星科金朋打造世界級先進封裝巨頭；

2、通富微電：國內封測領先企業，收購 AMD 資產實現跨越式發展；

3、華天科技：先進封裝比例提升，存儲晶片封測最大受益者；

4、晶方科技：專注 WLCSP 封裝，高端封裝需求提升，公司有望迎來業績拐點；

5、太極實業：韓國海力士合作，先進封裝技術；

6、精測電子：國內電子檢測行業龍頭。

半導體核心產業鏈

半導體支撐產業主要包括半導體材料、半導體設備以及半導體軟體服務：

半導體設備：半導體設備主要應用於晶圓製造和封裝測試環節。由於半導體加工工序多，因此在製造過程中需要大量的半導體製造設備。例如光刻機、刻蝕機、化學氣相沉積等設備。

我國半導體製造設備企業

1、北方華創——國內半導體清洗機、刻蝕機、PVD 龍頭；

2、晶盛機電——國內光伏、半導體矽晶熔爐龍頭；

3、長川科技——測試機、分選機細分龍頭；

選自：365知識網

4、至純科技——提純設備；

5、聯得裝備——自動化生產設備。

半導體材料：半導體材料種類繁多，襯底（矽片/藍寶石/GaAs等）、光刻膠、電子氣體、濺射靶材、CMP材料、掩膜版、電鍍液、封裝基板、引線框架、鍵合絲、塑封材料等。還需要光刻膠、特種氣體、刻蝕液、清洗液等眾多的材料。

半導體軟體服務：半導體軟體主要應用在IC設計流程中，設計完產品規格後，要硬體描述語言（HDL--常使用的有 Verilog、VHDL 等）將電路描寫出來，然後將合成完的程式碼再放入 EDA tool，進行電路布局與繞線。

3、半導體增量價值

微笑曲線理論，1992 年由宏碁創始人施振榮提出，總結全球製造業產業鏈價值量規律：

@完整的產業鏈包括市場調研、創意形成、技術研發、模塊製造與組裝加工、市場營銷、售後服務等環節，可以分為研發與設計、生產製造以及營銷和服務三個大環節；

@研發和設計分別位於產業鏈結構的前端和後端，分別是技術密集型領域、營銷和服務把握市場渠道均具有較高的價值量，擁有較高附加價值；

@生產與製造主要模式在採購設備和原材料進行加工，對產品的設計和渠道沒有大的話語權，擁有較低附加價

從以上圖上我們可以看到，晶片設計與研發價值比較高，營銷服務次之，最後才是生產製造。不過目前整個半導體產業鏈的整體盈利水平在國民經濟中都屬於比較搞得，所以盈利能力非常突出。

半導體分銷模式

根據是否取得了上遊IC設計製造商的分銷授權，IC分銷商主要可分為授權分銷商、獨立分銷商兩種，在此基礎上如果按照運營模式劃分，還有一種兼具授權、獨立兩種分銷模式的混合分銷商。

分銷商類別（按運營模式劃分）

授權分銷商：通過與IC設計製造商籤訂代理協議的方式獲得IC產品的分銷授權，與IC設計製造商合作緊密，並能得到IC設計製造商在信息、技術、供貨等方面的直接支持。其100%產品線均來自原廠授權，能夠持續穩定的向下遊客戶供應產品，是IC設計製造商進行產品推廣和銷售的主要渠道之一。技術支持能力是IC設計製造商選擇授權分銷商的重要標準之一。

獨立分銷商：不與IC設計製造商籤訂代理協議。大部分獨立分銷商沒有特定的代理品牌、沒有長期的採購和供應計劃，其主要競爭優勢和價值在於強大的信息網絡和供應商資料庫。

該類分銷商通過自己的渠道可以接觸到全球供應鏈的庫存，不論是來自IC設計製造商、其他分銷商，甚至是電子產品生產製造商。其所起的重要作用之一在於平衡整個市場的供應鏈，從實際運營情況來看，為客戶尋找難尋元器件、小批量供應、幫助客戶處理由於生產計劃變更而形成的過多庫存等是製造商希望獨立分銷商提供的主要增值服務。

混合分銷商：面對市場需求日益多元化的電子產品市場，為滿足客戶個性化的需求，提供整體服務，越來越多的IC分銷商開始兼具授權分銷商和獨立分銷商兩種成分，稱為「混合型分銷商」。