前些天做工程经济学分析，搜集了国内芯片行业发展现状，目前来看国产化率上普遍不高，与国外还有不少差距。尤其在美国刻意打压之下，国内企业、经济都受到了极大的打击。看到有不少有民族大义志向的前辈敢于逆流而上，为中华民族的崛起不惜被美国制裁。对此行为钦佩至极，突感为我辈还需埋头苦干，为国铸剑，奋斗不止，希望子孙能过上舒适的生活。
1.1、芯片产业链详解
芯片过程分为四个部分，单晶硅片制造、IC设计、IC制造、IC封测。每个部分紧密合作缺一不可，起流程如下图所示。
1.1.1 单晶硅片制造
单晶硅片生产制造流程包括以下三步骤：
1.铸锭：首先需将沙子加热，分离其中的一氧化碳和硅，并不断重复该过程直至获得超高纯度的电子级硅(EG-Si)。高纯硅熔化成液体，进而再凝固成单晶固体形式，称为“锭”，这就是半导体制造的第一步。硅锭（硅柱）的制作精度要求很高，达到纳米级，其广泛应用的制造方法是提拉法。
2.锭切割：前一个步骤完成后，需要用金刚石锯切掉铸锭的两端，再将其切割成一定厚度的薄片。锭薄片直径决定了晶圆的尺寸，更大更薄的晶圆能被分割成更多的可用单元，有助于降低生产成本。切割硅锭后需在薄片上加入“平坦区”或“凹痕”标记，方便在后续步骤中以其为标准设置加工方向。
3.晶圆表面抛光：通过上述切割过程获得的薄片被称为“裸片”，即未经加工的“原料晶圆”。裸片的表面凹凸不平，无法直接在上面印制电路图形。
国内主要单晶硅片生产制造厂商有：
1.中环股份：中环股份主营业务为半导体硅片、半导体功率和整流器件、导体光伏单晶硅片、光伏电池及组件的研发、生产和销售。主要产品有半导体材料、半导体器件、半导体光伏材料、光伏电池及组件。
2.隆基股份：专注于单晶硅棒、硅片的研发、生产和销售，国内大型单晶硅产品制造商。
3.神工股份：主营业务为集成电路刻蚀用单晶硅材料的研发、生产和销售，主要产品为大尺寸高纯度集成电路刻蚀用单晶硅材料，公司生产的集成电路刻蚀用单晶硅材料尺寸范围覆盖8英寸至19英寸。
4.晶盛机电：核心业务为半导体材料生产制造，包括硅、蓝宝石和碳化硅。以及为半导体产业、光伏产业和化合物衬底产业提供一系列关键设备，是全球光伏装备技术和规模双领先的企业，国内集成电路级8-12英寸大硅片生长及加工设备领先企业。
5.南京晶能：为半导体硅材料制备领域的设备及工艺生产企业，专业从事12寸半导体级硅单晶炉的研发制造及技术服务。
6.连城数控：是光伏和半导体行业的技术生产企业，主营业务是光伏和半导体行业，包括：光伏设备的研发、生产和销售，包括单晶炉、线切设备、磨床等；半导体设备的研发、生产和销售，包括硅片处理设备和氩气回收装置等；
国外主要单晶硅片生产制造厂商有：
1、美国Kayex公司是全球最大的硅单晶体生长炉制造商之一，其产品从抽真空、检漏、熔料、引晶、放肩、等径、收尾到关机的全过程由计算机实行全自动控制。晶体产品的完整性与均匀性好，直径偏差在单晶全长内仅±1mm。
2、德国PVATePla公司是全球领先的等离子体设备制造商，拥有近50年等离子设备设计制造经验。公司总部位于德国法兰克福以北80公里的小城Wettenberg，主要产品包括常压设备、真空设备，以及不同频率的KHZ、MHZ、GHZ等设备。
3、日本Ferrotec集团是一家总部位于日本的跨国集团公司，致力于为全球客户提供先进材料、部件、系统和产品解决方案。在中国地区，Ferrotec集团全球业绩高增长地区之一。
1.韩国LG Chem和日本SUMCO是全球最大的两家硅片供应商，分别占据了全球14%和12%的市场份额。
2.美国道康宁和日本信越化学也是全球领先的硅片供应商，分别占据了全球9%和8%的市场份额。
3.其他重要的供应商包括日本东芝、韩国SK Siltron和德国瓦克化学等。
中国在单晶硅片的生产和制造方面还有很大的提升空间，与国际一流企业存在一定差距。
1.1.2 芯片设计
芯片IC设计过程主要包括以下步骤：
1.规格制定：客户向芯片设计公司提出设计要求，包括芯片需要达到的具体功能和性能方面的要求。
2.详细设计：根据客户提出的规格要求，芯片设计公司拿出设计解决方案和具体实现架构，划分模块功能。
3.HDL编码：使用硬件描述语言将模块功能以代码来描述实现，形成RTL（寄存器传输级）代码。
4.仿真验证：检验编码设计的正确性，看设计是否满足规格中的所有要求。
5.综合与布局布线：将设计转换为门级网表，然后进行布局和布线，确定每个门电路的物理位置以及它们之间的连接路径。
6.DRC/LVS 检查：在布局布线完成后，进行设计规则检查（DRC）和布局与电路图一致性检查（LVS）。DRC 主要检查设计的物理规则是否满足制造要求，LVS 检查电路图与实际布局设计的一致性。
7.版图生成与校验：通过 DRC 和 LVS 检查后，将设计转换为芯片制造的版图，并进行校验，确保版图与设计的一致性。
8.投片生产：将版图送交芯片制造工厂进行生产制造。
9.测试与验证：在芯片生产完成后，进行功能和性能的测试与验证，确认是否满足设计要求。
10.产品发布：测试通过后，芯片即可作为产品投放市场使用。
芯片IC设计的每个步骤中都涉及了大量的工作和技术细节。
国内外产业布局情况
国内做芯片IC设计的公司有: 海思、Spreadtrum展讯、龙芯、兆易创新GigaDevice、汇顶GOODIX、华大HDSC、寒武纪智能、深鉴DEEPHi、比特大陆Bitmain和中星微Vimicro等。
国外做芯片IC设计的公司有：美国英特尔、韩国三星、美国高通、荷兰恩智浦、美国博通、韩国海力士、美国美光、美国德州仪器、日本东芝、德国英飞凌等。
其中英特尔、三星、德州仪器三大厂商独立完成芯片设计、制造和封装三大环节，是全球最具代表性的IDM企业。
其中高通、博通、英伟达、AMD等是Fabless（无晶圆制造的设计公司）的代表。是专注于芯片设计业务，只负责芯片的电路设计与销售，将生产、测试、封装等环节外包的设计企业，华为海思也是这一类公司。
在国内外芯片设计制造产业链公司。
1.1.3 芯片制造
硅片制造：裸片到达硅片制造厂后，会经过各种清洗、成膜、光刻、蚀刻和掺杂步骤。完成的硅片具有永久蚀刻到硅片中的一整套集成电路。
设计与制造的分工逐渐盛行，自身没有工厂的Fabless设计公司和专门提供半导体生产服务的代工企业分工合作的生产方式慢慢地发展了起来。
这种分工的好处是使得设计公司可以避免大规模的工厂投资，将更多精力聚焦在芯片设计方面，而代工企业凭借规模优势，在生产方面降低成本。
日本的半导体企业则没有采用这种设计和制造分工的方式，仍然坚持垂直一体化的生产方式。这样做的结果是当销售额减少的时候，由于前期的巨额投资，折旧费用依然庞大，导致企业利润承压，对后续的生产经营造成影响。
Foundry即晶圆代工厂，指只负责制造、封测的一个或多个环节，不负责芯片设计，可以同时为多家设计公司提供服务的企业，代表企业有台积电、中芯国际、格罗方德等。
1.1.4 芯片测试封装
封装测试位于半导体产业链的中下游，包括测试和封装两个环节
晶圆测试：测试贯穿了半导体整个产业链，芯片设计、晶圆制造以及最后的芯片封装环节都需要进行相应的测试，以保证产品的良率。晶圆制造完成后，晶圆被送到测试/分类区，在那里进行单独的芯片探测和电气测试。然后挑选出可接受和不可接受的芯片，并标记有缺陷的芯片。硅片测试不合格的产品将不会发送给客户，通过硅片测试的芯片将在未来继续加工。
晶圆封装：是对制造完成的晶圆进行划片、贴片、键合、电镀等一系列工艺，以保护晶圆上的芯片免受物理、化学等环境因素造成的损伤，增强芯片的散热性能，以及将芯片的I/O端口引出的半导体产业环节。具体流程，晶圆测试/分类后，晶圆进入组装和封装步骤，将单个芯片封装在保护管中。研磨硅晶片的背面以减小衬底的厚度。在每个硅片的背面贴上一层厚塑料薄膜，然后在正面沿划线使用金刚石锯片将每个硅片上的芯片分开。硅片背面的塑料薄膜可以防止硅片脱落。在装配厂，好的芯片被粘合或抽空以形成装配封装。最终的实际封装取决于芯片的类型及其应用。
目前国内封测市场在全球占比达70%，行业的规模优势明显，更多是通过资源整合和规模扩张来推动市占率的提升。
中国封装业起步早、发展快，中国大陆封测环节在全球已经具备一定的竞争力2020年全球前十大封测企业中，中国大陆企业长电科技、通富微电、华天科技分别位列3、6、7名。
1.1.5 芯片设备商
芯片设备制造商是芯片产业中的不可或缺的角色。主要体现 在四个方面：
1、制造环节：他们提供制造设备是实现芯片设计和功能的关键工具，直接影响到芯片的生产质量和效率。如晶圆制造设备、芯片封装设备和测试设备等。
2、技术创新方面：起着推动芯片产业不断发展。通过研发新的技术，改进现有设备性能，以满足芯片设计和生产的不断变化的需求。并使得芯片制造更加高效、精确和可靠。
3、产业生态方面：维护和推动芯片产业生态的发展中起到重要作用。他们与材料供应商、芯片设计公司、代工厂等建立了紧密的合作关系，共同构建了芯片产业的生态系统。通过这种合作，各方可以共享资源、技术和市场，促进整个产业的良性发展。
4、市场需求方面：芯片设备商在满足市场需求方面扮演着重要角色。随着科技的快速发展和应用的多样化，芯片产业的市场需求不断变化。芯片设备商需要敏锐地捕捉市场需求，提供符合要求的设备和解决方案，满足客户不断增长的需求。
综上所述，芯片设备商在芯片产业中的重要性显而易见。他们不仅是制造环节的关键角色，还是技术创新、产业生态和市场需求的重要推动者。他们的存在和发展为整个芯片产业的进步和繁荣做出了重要贡献。
全球芯片设备商TOP20情况，可以看到前20个厂商中，美、日、荷、韩分别有4、11、2、1家，基本是霸榜了整个产业链，其中光刻机由ASML(阿斯麦)、佳能、尼康等三家垄断全球市场。
光刻机生产市场：根据SEMI 预测，2022 年光刻机占半导体设备市场份额达23%，市场规模232.3 亿美元。 其 中，全球光刻机三大巨头ASML/Canon/Nikon 光刻机营收分别为161/20/15 亿 美元，市场份额达82%/10%/8%；出货量分别为345/176/30 台，市场份额 63%/32%/5%。从 EUV、ArFi、ArF 三个高端机型的出货来看， ASML 仍维持领先地位，出货量分辨占 100%/95%/87%，中国内地占 ASML 销售额 14%。上海微电子光刻机技术在国内领先，目前已可量产 90nm 分辨率的 ArF 光刻机，28nm 分辨率的光刻机也有望取得突破。中国在EUV高端设备制造领域国产化上处于刚起步阶段。
激光光源：浸没式 193nm 准分析激光器突破，EUV 有新进展。就激光光源 来说，为了实现更精确的光刻，就必须要提高分辨率，减少光源波长是重要手段。 光源系统发展到今天，主流的 EUV 光源已确定为激光等离子体光源(LPP)，目前 只有两家公司能够生产：美国的 Cymer（2012 年被 ASML 收购）和日本的 Gigaphoton。中国科益虹源自主研发设计生产的首台高能准分子激光器。清华大学提出的SSMB-EUV光源技术也是在该领域的一个突破。
封装设备市场：全球封装设备主要由国外企业垄断，全球封装设备主要由ASM Pacific、K&S、Shinkawa、Besi等国外企业垄断，国内具备封装设备制造能力的企业主要有中电科45所、艾科瑞斯和大连佳峰。东京精密, 46%东京电子, 27%台湾旺矽, 10%台湾惠特, 4%深圳矽电, 3%其他, 10%。
1.2、国际芯片产业与市场情况
2021年全球半导体销售额达到了创历史新高的5559亿美元，同比增长26.2%。其中，中国市场销售额为1925亿美元，仍是全球最大的半导体市场，同比增长27.1%。此外，2021年全球共售出了1.15万亿片芯片，其中增长最快的是“汽车级”芯片，该领域芯片的销售额同比增长34%，达到264亿美元。
从地区层面来看，美洲的市场在2021年增幅最大，达到了27.4%。中国仍然是最大的芯片市场。此外，报告显示，2021年12月，世界芯片的销售额达到509亿美元，相比2020年12月上涨28.3%，相比2021年11月上涨1.5%。
全球半导体芯片市场表现良好呈现出增长趋势，尤其是全球AI智能化、数字化浪潮下市场规模中，AI芯片的市场规模正在持续扩大。据市场研究机构Gartner预测，2023年全球用于人工智能(AI)的半导体营收预计将较2022年成长20.9%，达到534亿美元；到2024年，预计将成长25.6%，达到671亿美元；而到2027年，AI芯片营收预计将比2023年的市场规模增长一倍以上，达到1194亿美元。这表明AI芯片市场在未来几年中将保持快速增长的态势。
其次，从地域分布来看，欧美地区一直是全球AI芯片的重要市场，长期维持着行业领先地位，市场份额占比约为42.6%；而亚太地区和东南亚市场占比分别为16.2%和11.6%。未来，随着亚太地区半导体产业的快速发展，其市场优势地位有望进一步凸显。
另外，从应用领域来看，随着5G商业化进程的不断推进，云计算、智能汽车、智能机器人等人工智能产业快速发展，市场对AI芯片的需求不断增加。例如，在智能汽车领域，随着自动驾驶技术的不断发展，对AI芯片的需求也将大幅增长。
此外，随着企业中针对AI工作使用的逐渐成熟，更多的产业和IT组织将进行部署包含AI芯片的系统。在消费电子市场方面，Gartner估计，到2023年底，用于设备的AI应用处理器价值将达到12亿美元，相较于2022年的5.58亿美元呈现翻倍的成长。这表明AI技术在消费电子产品中的应用也越来越广泛。
最后，从技术趋势来看，随着生成式AI的发展和各种采用AI的应用在数据中心、边缘基础设施和端点设备中的广泛应用，需要部署GPU和优化的半导体设备，这将推动AI芯片的生产和部署。另外，随着产业商业化应用加速落地，推动全球AI芯片市场高速增长。此外，自定义设计的AI芯片部署量的增加也将成为未来的一个趋势。
全球AI智能化和数字化浪潮下芯片产业发展预测呈现出市场规模不断扩大、地域分布持续变化、应用领域不断拓展、技术趋势不断演进的态势。未来几年中，AI芯片市场将继续保持快速增长的态势，同时也会面临一些挑战和机遇。对于企业来说，需要密切关注市场变化和新技术趋势，加强技术研发和创新，以适应市场的不断变化并抓住发展机遇。
全球半导体市场产能与硅片市场规模情况
1.3、中国芯片产业与市场情况
近年来，随着消费电子、移动互联网、汽车电子、工业控制、医疗电子等市场需求的不断提升，以及国家支持政策的不断提出，中国集成电路行业发展快速。数据显示，中国集成电路市场规模由2016年的4336亿元增长至2021年的10458亿元，年均复合增长率为19.3%。中商产业研究院预测，2022年我国集成电路行业市场规模将达12036亿元。
芯片设计、封装测试、晶圆制造是芯片产业三大核心环节，在我国芯片市场中，芯片设计是最大的子市场，占整体的39.6%，其次为封装测试，占比32%，晶圆制造占比28.5%。
华为海思主要涉及的业务是Fabless半导体与器件设计公司
1.4、芯片国产化产业问题
中国芯片国产化产业的发展是中国经济发展的重要方向之一，也是国家战略的重要组成部分。我国在CPU芯片、GPU芯片、射频芯片、FPGA芯片等领域基本被美国企业垄断，不仅仅是华为、中兴，还有不少中国科技企业仍然存在严重依赖于美国的零部件或技术的问题。而在全球保护主义抬头的背景下，此前直接受益于全球化的科技与金融等行业，将直接面临冲击。
1.4.1、中国芯片半导体困境
中国芯片半导体困境主要是在芯片制造设备、半导体材料方面。这两个壁垒高，是典型的资本－技术双密集型产业，关键部件和生产原料垄断在少数企业中，市场集中度居高不下，国产化攻坚难度大。
1.4.2、芯片半导体设备国产化率
中国芯片起步和美国不相上下，但是芯片产业在上世纪八十年代到九十年代，经历了文化冲击、技术封锁，尤其“汉芯一号”对中国的影响十分巨大，不仅打击了中国芯片产业的研发进度，也打击了整个产业链的企业。
资料来源：中国农商产业研究，东财财富证券研究所
1.4.3、半导体材料国产化率
资料来源：头豹研究院，前瞻产业研究院，东方财富证券研究所
2、参考资料
吴梓豪 《中国半导体产业发展真实现状》https://www.eet-china.com/mp/a217199.html
德勤全球半导体产业研究报告https://www2.deloitte.com/content/dam/Deloitte/cn/Documents/consumer-business/deloitte-cn-cb-automotive-semiconductors-strategic.pdf
东莞证券：《半导体行业综述-230427》
https://pdf.dfcfw.com/pdf/H3_AP202304271585956303_1.pdf?1682616734000.pdf
东方财富证券研究所：《中国半导体芯片 产业国产化投资框架和机遇》
https://pdf.dfcfw.com/pdf/H3_AP202211221580483941_1.pdf?1669148251000.pdf
全国社保基金理事会规划研究院：《半导体产业研究报告 》http://www.ssf.gov.cn/portal/rootfile/P020181031558719418004.pdf
贝恩咨询：《中国半导体白皮书》https://www.bain.cn/pdfs/202208220536478028.pdf
北京研精毕智《全球及中国半导体硅片行业分析报告》https://xyz-research.com/uploads/20230323/ecff10bfb722178ed93584e0206813ca.pdf
