芯片有多重要？还记得曾经闹得沸沸扬扬的斯诺登事件吗，当时人们普遍有个疑问：为什么美国能够做到监听、监视全世界？原因就在于，美国的信息网络科技力量异常强大，全世界都高度依赖美国的信息网络技术，而芯片就是其中的关键技术。美国政府对于核心芯片技术的控制从来就没有停止过。

中国芯片技术发展现况

据中商产业研究院发布的《2018-2023年中国集成电路产业市场前景及投资机会研究报告》数据显示，2017年中国集成电路产业全年产业规模达到5430.2亿元，同比增长20.2%。预计2018年中国集成电路产业规模将超6000亿元，达到6489.1亿元，同比增长19.5%。

上述芯片数据不可以说不靓丽。然而美国对中兴下的一纸禁令，如一盆凉水，让国人看到中国芯片技术受制于人。站在中美贸易摩擦的风口浪尖，中兴成了美国打击中国信息技术产业的“活靶子。面对中美贸易战的再度升级，中国芯片技术发展如何，芯片如何设计，芯片的生产制造工艺流程、芯片封装、芯片测试等等，我们都应该有所了解。

一份由半导体协会和工信部中国电子信息产业发展研究院公布的2017年国内十大集成电路设计/制造行业的最新排名报告显示，在国内前十大集成电路设计企业当中，华为海思半导体以361亿元销售额排名第一；清华紫光展锐以110亿元排名第二；中兴微电子以76亿元排名第三。随后的还有华大半导体、智芯微电子、汇顶科技、士兰微电子、敦泰科技(深圳)有限公司、格科微电子和中星微电子。

芯片设计位于半导体产业的最上游，是半导体产业最核心的基础，拥有极高的技术壁垒，需要大量的人力、物力投入，需要较长时间的技术积累和经验沉淀。目前，国内企业在 CPU 等关键领域与国外企业仍有较大的技术差距，短时间内实现赶超具有很大难度。但从近几年的产业发展来看，技术差距正在逐步缩小。同时，在国家大力倡导发展半导体的背景下，逐步实现芯片国产化可期。

芯片设计流程

集成电路设计的流程一般先要进行软硬件划分，将设计基本分为两部分：芯片硬件设计和软件协同设计。

芯片硬件设计包括：1．功能设计阶段；2．设计描述和行为级验证；3．逻辑综合；4．门级验证（Gate-Level Netlist Verification）；5．布局和布线。

芯片生产制造流程

一颗芯片的制造工艺非常复杂，一条生产线大约涉及50多个行业、2000-5000道工序。就拿代工厂来说，需要先将“砂子”提纯成硅，再切成晶元，然后加工晶元。晶元加工厂包含前后两道工艺，前道工艺分几大模块——光刻、薄膜、刻蚀、清洗、注入；后道工艺主要是封装——互联、打线、密封。其中，光刻是制造和设计的纽带。

芯片，指的是内含集成电路的硅片，一个2厘米见方大小的芯片却能包含几千万个晶体管。一颗芯片的诞生，可以分为设计与制造两个环节。其中，芯片设计位于半导体产业的最上游，是半导体产业最核心的基础，拥有极高的技术壁垒，需要大量的人力、物力投入，需要较长时间的技术积累和经验沉淀。

我国芯片设计现况

目前我国芯片设计业的产品范围已经涵盖了几乎所有门类，且部分产品已拥有了一定的市场规模，但我国芯片产品总体上仍然处于中低端。国内企业在 CPU 等关键领域与国外企业仍有较大的技术差距，短时间内实现赶超具有很大难度，还无法与国外产品展开竞争。但从近几年的产业发展来看，技术差距正在逐步缩小。同时，在国家大力倡导发展半导体的背景下，逐步实现芯片国产化可期。

芯片设计过程

1.电路设计：依据电路功能完成电路的设计。

2.前仿真：电路功能的仿真，包括功耗，电流，电压，温度，压摆幅，输入输出特性等参数的仿真。

3.版图设计（Layout）：依据所设计的电路画版图。一般使用Cadence软件。

4.后仿真：对所画的版图进行仿真，并与前仿真比较，若达不到要求需修改或重新设计版图。

5.后续处理：将版图文件生成GDSII文件交予Foundry流片。

芯片设计流程

集成电路芯片设计的流程一般先要进行软硬件划分，将设计基本分为两部分：芯片硬件设计和软件协同设计。芯片硬件设计包括：

1．功能设计阶段：设计人员产品的应用场合，设定一些诸如功能、操作速度、接口规格、环境温度及消耗功率等规格，以做为将来电路设计时的依据。

2．设计描述和行为级验证：功能设计完成后，可以依据功能将SOC 划分为若干功能模块，并决定实现这些功能将要使用的IP核。

3．逻辑综合：确定设计描述正确后，可以使用逻辑综合工具（synthesizer）进行综合。

4．门级验证（Gate-Level Netlist Verification）：门级功能验证是寄存器传输级验证。主要的工作是要确认经综合后的电路

5．布局和布线：布局指将设计好的功能模块合理地安排在芯片上，规划好它们的位置。布线则指完成各模块之间互连的连线。

芯片，指的是内含集成电路的硅片，所以芯片又被称集成电路，可能只有2.5厘米见方大小，但是却包含几千万个晶体管，而较简单的处理器可能在几毫米见方的芯片上刻有几千个晶体管。芯片是电子设备中最重要的部分，承担着运算和存储的功能。芯片的生产制造极其复杂。

芯片生产制造为何那么难

一颗芯片的诞生，可以分为设计与制造两个环节。芯片生产制造的过程就如同用乐高盖房子一样，先有晶圆作为地基，再层层往上叠的芯片制造流程后，就可产出想要的IC?芯片，然而，没有设计图，拥有再强大的制造能力也无济于事。

芯片制造工艺复杂

一颗芯片的制造工艺非常复杂，一条生产线大约涉及50多个行业、2000-5000道工序。就拿代工厂来说，需要先将“砂子”提纯成硅，再切成晶元，然后加工晶元。晶元加工厂包含前后两道工艺，前道工艺分几大模块——光刻、薄膜、刻蚀、清洗、注入；后道工艺主要是封装——互联、打线、密封。其中，光刻是制造和设计的纽带。

其中许多工艺都在独立的工厂进行，而使用的设备也需要专门的设备厂制造；使用的材料包括几百种特种气体、液体、靶材，都需要专门的化工工业。另外，集成电路的生产都是在超净间进行的，因此还需要排风和空气净化等系统。

有说法认为，集成电路是比航天还要高的高科技。该业内人士表示，这种说法也不无道理，“航天的可靠性估计也就4个9、5个9的样子(X个9表示在软件系统一年时间的使用过程中，系统可以正常使用时间与总时间之比)。现在硅晶圆材料的纯度就要6个9以上。”

芯片生产设备被美、日、荷垄断

半导体设备技术壁垒较高，行业呈现高集中度特点，国际前十大半导体设备厂占据绝对市场优势，主要集中于美国，日本及荷兰，而国内厂商处于起步阶段，产业相对薄弱。由于技术和资金上的壁垒制约，使得国内半导体设备国产化率偏低，产能远不能满足自身需求，且国内企业生产的设备以中低端为主。

比如，荷兰ASML在全球半导体光刻机设备领域市场占比超过80%，其生产的TWINSCAN系列是目前世界上精度最高、生产效率最高、应用最广泛的高端光刻机，被全球各大半导体厂商所采用。

我国芯片生产制造水平

大体而言，目前我国的芯片产业，芯片设计水平与国际基本相当，封装技术水平有4至5年差距，芯片制造工艺差距在3年半左右。其次，芯片行业本身具有高投入、长期发展、回报周期长的特征，普通芯片制造企业的投资都要达到数百亿级之巨。因此，一般的企业难以承受。而且芯片行业的发展遵循着“摩尔定律”，技术更新非常快。而每一次更新，都是一次巨大的投资。

这种投入大、回报周期相对较长的行业特点，使得芯片产业成为高风险产业，一般社会资本都不愿进入。这种高风险，又使得芯片行业产生所谓“大者恒大”的行业特征，很容易形成自然垄断，后来者发展难度极大。这也就意味着，中国的“强芯”之路必然是一场持久战。