半导体深度研究报告

華辰資本CELESTIAL CAPITAL专注中国产业结构升级与创新，聚焦新一代信息技术产业发展。2018年，在中国经济周期、产业周期、资本周期与政治周期四重叠加的特殊时期，本着“深耕产业、协同发展、价值驱动、重度赋能”的愿景，华辰资本（“华辰”）应运而生，致力成为中国最专业的创新型投资机构。华辰资本总部位于中国最具发展活力与科技创新的深圳，专注于包括云计算、大数据、人工智能、边缘计算、工业互联网、5G等新一代信息技术领域，通过扎实的体系化产业研究与理解能力，以投资银行、战略咨询、产业研究、产业基金等模式，为新一代信息技术企业提供企业融资、战略视野、市场协同，价值管理、供应链管理、资源整合等产业赋能。一、产业分析 ................................................................................................................................................................................................... 3◼基本概念◼芯片组成◼产业链构成◼产业发展模式二、芯片设计 ................................................................................................................................................................................................... 11三、晶元生产 ................................................................................................................................................................................................... 17四、芯片封测 ................................................................................................................................................................................................... 29五、原材料与设备 .......................................................................................................................................................................................... 37六、芯片应用 ................................................................................................................................................................................................... 45◼集成电路分类与应用◼高性能芯片◼AI发展下的高性能芯片应用©2018.12 Celestial Research 华辰产业研究院目录一、产业分析资料来源：公开信息、华辰资本整理图1 封装完毕的芯片外观图基本概念◼ 芯片概念：又称为集成电路,（ integrated circuit，简称IC ），微电路（microcircuit）、微芯片（microchip）、晶片/芯片（chip）；◼ 芯片内外结构：完整封装的芯片是由针脚、基板和核心电路组成（如图3）芯片是由集成电路经过设计、制造、封装等一系列操作后形成。◼ 集成电路：更着重电路的设计和布局布线（如图4），而芯片更看重电路的集成、生产和封装这三大环节。◼ 平时“集成电路”和“芯片”两者常被当作同一概念使用；为避免混淆，本报告中集成电路、IC均指芯片概念。4图2 集成电路板图3 芯片内外部结构组成图4 AMD的APU内部结构©2018.12 Celestial Research 华辰产业研究院产 业 分 析 | 基本概念资料来源：公开信息、华辰资本整理图5 芯片内部模块层级芯片内部模块组成◼ 芯片内部结构：用来控制三极管的开启和关闭组成与或非等逻辑门，逻辑门和寄存器组合形成各种加法器，触发器，等各种基本电路，进而再组合形成专用电路，最终构成系统级集成电路（层级关系如图6）。◼ 系统级：由多个半导体芯片以及电阻、电感、电容相互连接组成的，称为系统级（将整个系统做在一个芯片上——SoC技术）◼ 模块级：整个系统中分为很多功能模块各司其职。如管理电源，通信管理，显示管理，发声管理，统领全局计算等。◼ 寄存器传输级（RTL）：一个复杂模块由众多的组合逻辑和寄存器组合而成，组合逻辑和寄存器构成的层级称之为寄存器传输级。◼ 组合逻辑：由很多“与（AND）、或（OR）、非（NOT）”逻辑门构成的组合。比如两个串联的灯泡，各带一个开关，只有两个开关都打开，灯才会亮，这叫做与逻辑。◼ 寄存器：能够暂时存储逻辑值的电路结构，它需要一个时钟信号来控制逻辑值存储的时间长短。电路中矩形波震荡一个周期是一个时间尺度。电路元件们根据这个时间尺度相应地做出动作，履行义务。◼ 门级：诸如寄存器也是由与或非逻辑构成的，把它再细分为与、或、非逻辑，便到达了门级（它们就像一扇扇门一样，阻挡/允许电信号的进出，因而得名）。◼ 晶体管级：所有的逻辑门（与、或、非、与非、或非、异或、同或等等）都是由一个个晶体管构成的。5©2018.12 Celestial Research 华辰产业研究院系统级更多模块模块级1加法器多个寄存器多个逻辑门级众多晶体管级多个组合逻辑多个逻辑门级众多晶体管级触发器多个寄存器多个逻辑门级多个组合逻辑多个逻辑门级其他基本电路模块级2模块级3产 业 分 析 | 芯片组成（1/2）资料来源：公开信息、华辰资本整理图6 芯片晶体管与导线垂直面芯片组成的核心是晶体管的工艺制造◼ 芯片从宏观到微观，达到最底层，其实全是晶体管以及连接它们的导线。芯片的制造过程包括芯片设计、晶元生产和芯片封装以及测试等环节；◼ 芯片设计：芯片设计是行业的顶端，包含电路设计、版图设计和光罩制作。设计方面的主要环节是电路设计，需要考虑多方面因素以及涉及多元知识结构。版图设计和光罩可以 借助计算机程序；◼ 晶元生产：包括了晶元片生产环节、光罩光刻环节，晶元处理和测试。其中光◼ 罩刻蚀环节最复杂，随着芯片越来越小（10nm），结构越来越复杂（60-80层刻