全方位数说中国当下芯片工业水平，差距到底有多大？

　　最近，美国在芯片法案中加入中国护栏条款，让企业在中美产业政策中选边站队，试图在芯片领域彻底扼杀中国的发展。
　　芯片的重要性毋庸置疑，它之于工业的作用，相当于人体的大脑中枢一般。自从华为遭受美国封杀以来，芯片也成为妇女老少都耳熟能详的话题。
　　如何实现芯片产业独立自主发展，并快速追赶上世界前列，已上升至国家重要战略。
　　2020年8月，国务院公开公布了《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》，（国发〔2020〕8号），政策明确将进一步优化集成电路产业和软件产业发展环境，深化产业国际合作，提升产业创新能力和发展质量。
　　中国的半导体产业正在快速发展，但我们与世界的差距到底有多大？光刻机只是冰山一角，本文以数据为基础，从芯片设计、设计工具、晶圆制造、芯片原材料、芯片封测、半导体设备六大板块出发，全面为大家解析中国芯片产业与世界的差距。芯片设计
　　简单来说芯片在晶圆厂生产之前的所有流程都属于芯片设计，像国内的华为海思、紫光展锐、中兴微电子、比特大陆、寒武纪等公司都属于单纯做芯片设计不涉及生产业务，像国际上更大型的公司，比如美国的英特尔，韩国的三星是芯片设计和芯片制造全覆盖。
　　2021年全球十大IC设计公司营收排名
　　上表为2021年全球十大IC设计公司营收排名，六家美国公司（高通、博通、英伟达、超威、美满、赛灵思）、四家中国台湾公司（联发科、联咏、瑞昱、奇景）垄断了全球前十。
　　与各大设计公司营收大涨相对比，受到制裁的华为海思，2021年营收从82亿美元暴跌至25亿美元，降幅达到81。
　　实在是太惨了，巅峰时华为海思是可以跻身前十行列的，如今只能克服困难从头再来。
　　继续从芯片细分类型来比较。
　　1。处理器芯片
　　中央处理器（centralprocessingunit）简称CPU，比如是我们常用的手机、电脑等设备最核心的部件便是CPU。
　　1。1手机芯片
　　刚才提到了华为海思就是国产手机处理器主要设计厂商，麒麟9000处理器问世时风头无两，后来的事大家都知道了，被迫按下暂停键。
　　华为麒麟9000处理器
　　除了麒麟，紫光展锐最新的第二代5G芯片唐古拉T770是6nm制程中端的处理器，产品性能介于骁龙765G和778G之间，是继高通、联发科、华为海思和三星之后，第五个能够量产5GSoC的厂商（苹果目前只能做到AP）。
　　但是唐古拉T770也只能算是国产第二，对于目前的主流芯片市场依然没有任何竞争力。
　　2022年第一季度全球智能手机芯片份额
　　从数据来看，2022年第一季度联发科以38的市场份额引领智能手机，华为只剩下1的市场份额了，紫光展锐的市场份额增长到11。
　　短时间内国产手机芯片唯一的希望寄托在清华展锐身上，目前技术落后于第一梯队，但势头良好，理想状态下，手机芯片设计能力五到十年内有望跻身第一梯队。
　　1。2电脑芯片
　　电脑CPU方面，英特尔和AMD两家独大，如下图所示，电脑CPU天梯排行。
　　电脑CPU天梯，图片源自：极速空间
　　国产电脑CPU，最先进的是上海兆芯推出的KXU6780A处理器，8核规格，主频2。7GHz，8MB缓存，16nm工艺打造，性能相当于英特尔i75500U，只能满足一般办公需求。
　　上海兆芯
　　此外海光CPU通过AMD，获得了部分X86的授权，目前主要用于服务器。其他国产CPU龙芯、鲲鹏、飞腾、申威都无法直接安装windows。
　　毫不夸张的说，国产电脑CPU的差距十年内没有追上第一梯队的可能性。
　　1。3微处理器
　　微处理器（MicroProcessorUnit，MPU）是由一片或少数几片大规模集成电路组成的中央处理器，ICInsights发布的2021年全球微处理器（MPU）供应商市场份额排名，如下图。
　　ICInsights的MPU排名是基于计算机CPU、嵌入式微处理器和手机应用处理器的销量，但不包括协处理器，例如AI机器学习加速器和独立图形处理单元（GPU）。许多具有集成CPU内核的特定应用片上系统（SoC）也不计入MPU排名。
　　英特尔、苹果、高通、AMD、联发科五家最大的微处理器供应商的市场份额合计达到去年全球1027亿美元MPU销售额的86。0，第6至第10位的分别是：英伟达、三星、紫光展锐、海思和恩智浦合计占2021年总额（或44亿美元）的4。3。
　　看到差距了吧，MPU十年内追上第一梯队的可能性也很小。
　　1。4微控制器
　　微控制器（MicroControllerUnit，MCU），是将微型计算机的主要部分集成在一个芯片上的单芯片微型计算机。
　　还是看半导体研究机构ICInsights公布2021年全球前十大MCU厂商的排名，分别是恩智浦、Microchip、瑞萨电子、意法半导体、英飞凌、德州仪器、新唐、罗姆、三星和东芝。
　　MCU有多重要，在于汽车、工业控制、消费电子、家用电器、可穿戴设备等各种应用领域中，它都扮演着控制核心的角色。
　　但国内的MCU厂商还都是起步阶段的小厂，十年内没有追上第一梯队的可能性。
　　2。图像处理芯片
　　图形处理器（英语：graphicsprocessingunit，缩写：GPU），又称显示核心、视觉处理器、显示芯片，是一种专门在个人电脑、工作站、游戏机和一些移动设备（如平板电脑、智能手机等）上做图像和图形相关运算工作的微处理器。
　　因为受数字加密货币影响，显卡都贵上天了，可想而知，GPU市场蛋糕有多大。
　　如果说CPU是英特尔和AMD二龙戏珠，那GPU就是英特尔、AMD、英伟达三国争霸，英特尔一家就独占了六成市场份额。
　　而国内的GPU企业起步较晚，如景嘉微、芯瞳半导体、智绘微、天数智芯、芯动科技、摩尔线程等一大批企业正在崛起，算是初现曙光。
　　JH920的发布会
　　2022年，景嘉微正式发布了自研旗舰GPU芯片JH920，采用14nm工艺，关键指标上，该芯片像素填充率为32GPixelss，单精度浮点性能为1。5TFlops，功耗为30W。与之可比的是英伟达的GeForceGTX1050，该GPU同样采用14nm工艺，像素填充率为36。43GPixelss，浮点性能为1。733TFlops，功耗为75W。
　　未来的发展还是很光明的，十年内国产GPU有望达到准一流水平。
　　3。通信芯片
　　通信芯片主要有手机基带芯片、蓝牙芯片、WIFI芯片等类型，这里主要谈一下5G基带芯片。
　　研制5G基带芯片有多难，强如苹果公司，到现在也没有成功自研5G基带，英特尔早早宣布退出5G基带芯片的研发，苹果只能继续采购高通的5G基带芯片。
　　目前全球拥有5G基带芯片的厂商就只有五家，他们分别是高通、三星、联发科、华为以及紫光展锐。
　　华为是全球持有5G专利最多的公司，这也是华为最早研制成功5G基带芯片巴龙5000的原因。但还是受困于无法生产，华为跌落神坛，所以现在知道美国为什么要针对华为了吧
　　2021年第四季度基带市场份额
　　高通如今占据了半壁江山，而国产5G基带芯片又只能寄希望于紫光展锐，未来五年内争取保持在准一流水平，追赶上高通的可能性不大。
　　4。存储芯片
　　作为手机、电脑等各类电子设备实现存储功能的主要部件，存储芯片是应用最广泛的基础性通用芯片之。
　　存储芯片长期处于三巨头垄断的局面。
　　ICInsights发布的2021年DRAM市场排名，三星、海力士、美光霸占了全球94的市场份额。
　　兆易创新
　　国内的兆易创新将目光放在了闪存NORFlash上，而非与巨头同在DRAM市场竞争，逐渐成为成为了全球第三大NORFlash厂商。此外长江存储成为国际六大NANDFlash厂商以外市场份额最大的玩家。根据长江存储的产能规划测算，2025年长江存储的全球市占率将达到约6，有望打破国际垄断的格局。
　　虽然小有成绩，但DRAM和NANDFlash占据了存储芯片95左右的市场份额，所以中国企业想打破三巨头垄断，未来十年很难实现。
　　5。人工智能芯片
　　AI芯片是芯片未来发展的重要风口。
　　面对云端AI芯片由英伟达和英特尔主导的局面，国内大部分AI芯片厂商都选择了终端AI芯片，少数企业如寒武纪不仅选择终端，还试图抢夺云端AI芯片市场。
　　CompassIntelligence发布的AI芯片厂商排名数据显示：前三名被英伟达、英特尔和恩智浦占据，之后依次是IBM、AMD、谷歌、ARM、苹果、高通、博通、三星电子、华为、Imagination、Synopsys和联发科，华为排第12名。
　　好消息是这一领域目前还处于群雄逐鹿的阶段，中国企业加入竞争的时机并不算晚，国家也在积极鼓励和支持，未来十年是AI芯片蓬勃发展的时期，中国企业有望占据一席之地。
　　来源：中商产业研究院整理
　　6。其他消费级芯片
　　其他消费级芯片，例如安防监控芯片、机顶盒芯片、汽车电子芯片、触控芯片、时钟芯片、FPGA芯片等。
　　安防监控芯片，中国企业目前处于第一梯队，以海康威视为首的国内一众安防摄像头企业占据领先地位，而上游的安防监控芯片华为海思、思特威、格科微、豪威等芯片企业也占据大半市场。
　　机顶盒芯片，这一领域中国企业也大幅领跑，领先者有华为海思、瑞芯微、珠海全志、上海晶晨，此外还有中国台湾的联发科。
　　汽车电子芯片，汽车电子芯片是汽车电子所有芯片的统称，上文提到的MCU芯片也有不少包含其中，中国企业这一领域处于完全落后，英飞凌（德国）、NXP（荷兰）、瑞萨（日本）、德州仪器（德州）、意法半导体（瑞士）是前五强，主要市场份额被欧美日厂商占据。国内只有比亚迪、杰发科技、赛腾微电子、上海芯旺微电子等少数企业能实现中低端车规级MCU产品的量产。
　　比亚迪汉EV
　　触控芯片，中国企业目前处于第一梯队，汇顶科技占大概3成的国内市场，此外还有兆易创新、联创电子、宝明科技、东软载波等触控芯片上市公司。
　　时钟芯片，中国企业这一领域处于完全落后，美国的TI、SiliconLabs、microchip占据了全球主要市场。
　　FPGA（FieldProgrammableGateArray），即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。FPGA的全球市场被Xilinx、Altera、Lattice、Microsemi的美国四巨头垄断，而国产企业如紫光同创、安路科技、高云、复旦微电子等企业正在缩小差距，未来十年这一差距有望进一步缩小，但追上第一梯队的可能性不大。
　　复旦微电子设计工具
　　芯片设计是需要计算机软件来辅助的，即电子设计自动化（Electronicdesignautomation，缩写：EDA）。
　　通过使用EDA来完成超大规模集成电路（VLSI）芯片的功能设计、综合、验证、物理设计（包括布局、布线、版图、设计规则检查等）等流程的设计方式。
　　如果说光刻机是芯片之父，那么EDA就是芯片之母。少了EDA，就相当于厨子失去了厨具，靠意念是做不出美味佳肴的。
　　EDA设计芯片
　　目前，全球的EDA软件主要由Cadence、Synopsys、Mentor等三家美国企业垄断，牢牢占据了全球超过70的市场份额。
　　因此美国也试图在这一方向给中国使绊子。
　　2022年8月15日，美国对设计GAAFET（全栅场效应晶体管）结构集成电路所必须的EDA软件禁令正式生效。
　　为了实现自给自足，国产EDA企业正在快速发展，自2021年以来，概伦电子、华大九天、广立微等本土EDA企业先后上市，在当前已上市的三家EDA企业中，概伦电子与广立微的产品以覆盖产业部分关键环节的点工具为主，而华大九天则是国内唯一能提供模拟电路设计全流程EDA工具系统的企业。
　　因此十年内追赶上第一梯队的可能性为零，尽快缩小差距，提升软件自给率是短期内较为现实的目标。晶圆制造
　　晶圆是指制作硅半导体电路所用的硅晶片，一般分为6英寸、8英寸、12英寸规格不等，因为形状为圆形，故称为晶圆。直径越大，最终单个芯片的成本越低，但是加工难度越高。
　　晶圆是芯片制造的重要基础，没有晶圆就没有芯片。
　　2021年，全球前十大晶圆代工厂共实现营业收入1028。54亿元。进入全球前十大晶圆代工厂的中国大陆地区厂商共有三家，分别为中芯国际、华虹半导体、晶合集成，排名第五、第七、第十。全球前十大晶圆代工厂占据全球晶圆代工市场约93。4的市场份额。其中，台积电2021年营业收入为568亿美元，占据全球市场51。6的市场份额。
　　国产晶圆企业目前处于全球第二、第三梯队。
　　差距仍很明显，2022年7月底三星已宣布量产3nm工艺，国内晶圆产业起步较晚，受限于设备及材料等相关因素影响叠加技术封锁，中芯国际仅可量产14nm制程晶圆，相较国际先进水平相差较大。
　　未来十年，国产晶圆的生产能力追赶到第三名的位置就算很不错了。芯片原材料
　　制造芯片的原材料主要有硅晶圆、抛光材料、光掩膜版、光刻胶、湿电子化学品、电子气体、溅射靶材等。
　　硅晶圆的纯度要达到99。999999999，日本信越、SUMCO、环球晶圆、SKSiltron和德国世创这五大巨头占据，他们瓜分了超过86的市场份额，中国的沪硅产业、金瑞泓、中环股份也跻身全球前十，差距仍然非常明显，好在已经形成产业规模，有了发展希望。
　　抛光材料，使用抛光垫、抛光液对晶圆进行均匀抛光，这一领域也被美日垄断，国产化程度很低。
　　光掩膜版，把芯片电路图印到晶圆上，就需要掩膜版做出光罩，光刻机通过光罩才能把电路印在晶圆上。2021年美日韩企业占据了70的市场份额，国内企业只有清溢光电、路维光电等少数企业能具备一定生产能力。
　　掩膜版
　　光刻胶又称光致抗蚀剂，光刻胶品质好坏，直接决定了加工的稳定性和芯片的良品率，以往被日本高度垄断，日本的东京应化、JSR等企业掌握了全球80以上的光刻胶市场。目前中国的徐州博康掌握了5的市场份额，算是艰难地打破了垄断，而华为通过旗下投资公司哈勃科技成为徐州博康第四大股东，持股9。8。据媒体报道，哈勃投资金额达3亿元。
　　湿电子化学品，是在光刻过程中不断对晶圆进行清洗。如蚀刻液、显影液、极性溶液、氢氟酸、硫酸、双氧水、异丙醇等。这一领域中国具备一定的生产能力，不会担心被国外垄断。
　　电子气体被称为芯片制造的血液，目前国内企业如华特气体、和远气体、凯美特气等公司已经具备挑战全球市场的能力，俄乌战争爆发至今，氖气、氪气、氙气等稀有气体价格均大幅上涨，高纯氖气更是上涨了十倍有余。
　　溅射靶材用于晶圆导电层、阻挡层和金属栅极的制作，影响了芯片成品的稳定性和良品率，芯片行业的靶材市场份额基本由日矿金属，霍尼韦尔，东曹和普莱克斯占据，国产靶材任重道远。芯片封测
　　芯片的封装和测试，是芯片生产的最后环节。
　　芯片封装，安装半导体集成电路芯片用的外壳，起着安放、固定、密封、保护芯片和增强电热性能的作用，而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印制板上的导线与其他器件建立连接。因此，封装对CPU和其他LSI集成电路都起着重要的作用。芯片测试分为两类，一种是晶圆测试，也称CP测试，也就是中测，在晶圆制造完成后，对晶圆上每一个芯片进行电性能力和电路机能的测试，确保晶圆能够实现芯片的电路功能，然后再送至封装工厂进行封装。
　　另一种就是成品测试，也称FT测试，也就是成测。成测则是芯片封装后的最终检测。
　　三星的3D芯片封装
　　传统封装方式包括DIP、SOP、QFP等，但随着芯片尺寸越来越小，诞生了更先进的技术Chiplet。
　　Chiplet是对传统SiP技术的继承与发展，其可将多种芯片（如IO、存储器和IP核）在一个封装内组装起来的高性能、成本低、产品上市快的解决方案，属于先进封装的一种。
　　Chiplet方案为国内芯片制造业提供了弯道超车机会。
　　因此除了传统封装业务，中国的通富微电、长电科技、华天科技等都在布局Chiplet封装技术。
　　通富微电、长电科技、华天科技现已成为全球前十的封测厂商。并且发展势头十分迅猛，
　　未来十年，封测领域，中国企业有望在第一梯队站稳脚跟，虽然封测属于芯片制造的末端，但这能够也极大的促进上游的发展。半导体设备
　　最后是半导体设备，也就是芯片生产过程中需要用到的关键设备，比如光刻机、氧化扩散炉、薄膜沉积设备、对准检测设备等。
　　半导体设备国产化水平距离世界水平差距很大，这也是制约中国芯片产业发展的关键环节。
　　上图为2021年全球前15大半导体设备供应商排名，基本被美日企业垄断，中国只有香港ASM太平洋科技上榜。
　　举例大家熟知的光刻机，ASML作为全球第一大光刻机厂商，占据了全球90以上的高端光刻机市场（以销售额计算），也是全球唯一一家能够供应7nm以下先进制程所必需的EUV光刻机的厂商。有消息称，ASML正在研发新款光刻机，价值高达4亿美元（约合26亿元人民币），双层巴士大、重超200吨。原型机预计2023年上半年完工，2025年首次投入使用，2026年到2030年主力出货。
　　HighNAEXE：5200（0。55NA）将实现2nm之后的制程。
　　ASML全新一代光刻机
　　买不到EUV光刻机，你就无法自主生产最先进的芯片。
　　而自主研制光刻机难度极大，制造一台光刻机的精密零件需求为数万颗，而世界目前最先进的极紫外EVU光刻机则需要零件多达十多万，一台光刻机90零件都是通过全球采购。
　　在这就不展开细讲光刻机复杂的制造流程了，独立制造EVU光刻机的难度比当年制造原子弹的难度还要高。
　　2022年6月2日，中科院上海光学所的田野研究员就公开表示，目前我们国家做光刻的主力军在光刻光源上，正在努力攻克从准分子的波段推进到13。5纳米波段，也就是DUV光源的193nm深紫外光，推进到EUV光刻机的13。5nm极紫外光。
　　中国电子信息产业发展研究院电子信息研究所所长温晓君
　　中国电子信息产业发展研究院电子信息研究所所长温晓君在接受环球网记者采访时表示，国产14nm芯片明年底可以实现量产，国产芯片已经迎来最好的时刻。
　　不过我们也要冷静地看清差距，即便突破了28nm，再提升到14nm，中国国产光刻机想追赶上世界一流水平，最少也需要1015年，前提还是投入更多的人力、财力。写在最后
　　中国的芯片产业整体跟世界领先水平相对比，差距仍然是巨大的，尤其是在半导体设备方面，短期内不可能缩小差距。整个行业目前还处于早期的快速发展，行业内部洗牌还在进行中，呈现的是散而小的局面，行业整合尚未完成，就无法形成合力。
　　未来，我们将持续面对美国的围追堵截，今天是华为，明天就可能是全产业。可以预见的是，中国芯片的突围将是一场惨烈的持久战。
　　在芯片研制方面，我们最主要缺的是人才，缺的是资深人才，而这些技术型人才往往需要1020年的积累沉淀，所以时间成本无法被缩减。
　　但中国芯片未来一定是光明的，正如任正非在座谈会上讲到的：敢于向上捅破天，努力向下扎到根。
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