论一颗芯片的诞生,ARM、台积电、阿斯麦、日月光等大佬掌控着行业的生产链条|TMT观察
来源:百家号 发布时间:2021-04-10 分享至微信
“芯片”近年来成为行业热词,备受关注。从华为遭遇美国施压,带上芯片受限的“紧箍咒”;到国家出台相关政策扶持半导体、集成电路企业研发创新;再到如今席卷全球,包括汽车、消费电子、智能家居等多个产品领域皆难以幸免的“缺芯荒”。很多人开始意识到“芯片”和我们普通消费者的关系其实并不远,它的应用和影响就体现在日常生活的方方面面。(想了解全球缺芯的原因请查看:车企关厂停产,手机大佬诉苦,这"四大元凶"导致全球多行业"芯片荒" )
但芯片的生产流程却是极为复杂的,周期也很长。因为要把各种高精尖技术凝聚在一枚极小的电路板上,芯片的制造需要投入巨大的资金,汇聚多方面的力量。此前,美国CSET的一份研究报告称,通过台积电5nm制造的12吋晶圆成本约为16988美元,单颗5nm芯片总成本就将达到426美元,约合2900元人民币。
简单来说,芯片的制造流程分为IC设计、晶圆制造、封装、测试几个主要环节。传统的芯片企业多是IDM(垂直整合制造)的生产模式,即一手包办芯片从设计,制造,封装测试到销售的全过程,英特尔、三星电子等如今仍采用这种模式。这类芯片巨头不仅需要具备先进的技术研发能力,还要有充足的人力物力,可以支撑起芯片生产过程中的大量投入。但很多IDM厂商难以面对芯片工艺更新换代和维护成本的压力,开始选择做减法,只干自己擅长的部分。于是整个产业链分化出没有生产线的IC设计公司“Fabless”,只进行芯片生产加工的代工厂“Foundry”,以及专门完成芯片制造最后一个环节的封测厂。
IC设计公司:
IC设计处于芯片制造产业的最上游,承载着芯片的最核心技术。目前全球的IC设计主导权主要由美国掌控,高通、博通、英伟达、AMD、赛灵思和美满电子是其中翘楚,中国台湾的联发科、瑞昱半导体和联咏科技也显示出它们的优势。而且值得关注的一点是,在这些芯片设计龙头企业中很多是由华人领导。(想了解IC设计龙头企业的华人领导者可以参考:站在全球芯片行业顶端的华人精英,他们执掌着七大IC设计龙头企业 )
代工厂:
代工厂则主要负责芯片的制造,这既避免了产品设计间的残酷竞争,也可以同时为多家IC设计公司服务。目前,全球芯片代工厂的格局较为稳定,基本由台积电、三星、格罗方德、联电和中芯国际“五大金刚”领衔。尤其是台积电,它不仅是代工模式的开创者,也占据半壁江山,2020年第四季度全球市场占有率达55.6%,是当之无愧的“代工大哥大”。在面对全球“缺芯”困境的当下,芯片代工厂被认为是解决这一难题的关键,纷纷加大投资,兴建新生产线,提高产能。(想了解全球芯片代工“五大金刚”可以参考:细数台积电等芯片代工“五大金刚”,他们拿走了全球市场九成份额)
半导体设备制造商:
既然芯片的生产需要经过很多环节,自然每个环节也都需要相应的设备来完成。所以半导体设备制造商虽然没有直接参与芯片的制造流程,却对整个行业技术的发展起着关键性作用。这里最广为人知的就是光刻机大王荷兰阿斯麦(ASML),阿斯麦甚至被认为是半导体产业链的“卡脖子”企业,它生产的先进EUV光刻机在全球市场是独一份,掌控着芯片先进制程量产的关键。除了阿斯麦,美国应用材料、日本东京电子、美国泛林集团和美国科磊多年来一直是该市场的领导者。它们在刻蚀设备、检测设备、清洗设备等方面掌握领先技术。(想了解全球五大半导体设备巨头可以参考:不只有光刻机,这五大半导体设备巨头掌控了全球芯片制造的"咽喉要道")
封装测试厂:
封装测试,简称"封测",是芯片生产的最后一个流程,指将完成前道工序的晶圆按照产品型号及功能需求加工,从而得到独立的芯片。经过封装测试的芯片就可以包装出货,进行销售了。这里需要说的是,在封测环节,中国企业展现出优势。根据拓璞产业研究院数据,2020年第三季度全球封测十强中,有九个来自中国。领头的是中国台湾企业日月光,中国大陆则有长电科技、通富微电和华天科技。中国企业在封装规模和技术上并不落后世界大厂,在全球市场占有重要地位。(想了解全球半导体封测业务领先企业可以参考:半导体封测业务揭秘,台湾日月光霸榜、大陆三家进全球十强 )
半导体知识产权(IP)提供商:
除上述几类典型,在芯片制造过程中还会涉及到一类企业,它们不制造芯片也不出售芯片,而是通过转让设计方案,由合作伙伴生产芯片。它们就是半导体知识产权(IP)提供商。目前,知名的IP供应商主要有ARM、新思科技、美普思(MIPS)、铿腾电子(Cadence)等,其中以ARM为首。ARM公司的IP多种多样,它设计了大量高性价比、耗能低的RISC处理器、相关技术及软件,并将技术授权给许多著名的半导体、软件厂商,比如,英特尔、IBM、LG半导体、NEC、索尼、飞利浦等。不久前ARM发布了最新版架构“Armv9”,这是ARM近10年来首次更新设计,不仅具备人工智能(AI)能力,还强化了安全功能。ARM在手机芯片设计领域已占据全球9成的份额。
半导体产业链发展至今经过很长时间,竞争必不可少,有一骑绝尘的企业,也有日落西山的企业。近来,因为芯片短缺各国加大了对芯片的投资,美国、欧盟和日本都考虑对先进的“晶圆厂”或芯片制造厂投资数百亿美元,这更加剧了芯片企业间的竞争。有分析称,全球芯片投资热潮恐致产能过剩,可能导致价格下跌并淘汰行业中的大部分业者。或许在不久的将来半导体行业就会迎来新一轮的洗牌。
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