半导体研究报告

©2019.03 Celestial Research 华辰产业研究院1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，以产业研究、投资银行、战略咨询、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。©2019.03 Celestial Research 华辰产业研究院2一、产业分析 ................................................................................................................................................................................................... 3◼基础概念◼产业链结构◼芯片的设计、制造与封装◼产业价值链◼历史沿革◼发展趋势◼集成电路应用◼微电子元件的应用比较◼商业演变二、市场分析 ................................................................................................................................................................................................... 18◼全球市场规模◼中国市场规模◼特殊芯片市场规模◼竞争环境◼工艺制程市场特征三、企业分析 ................................................................................................................................................................................................... 27◼英特尔◼高通公司◼台积电◼应用材料公司◼ARM公司目录一、产业分析©2019.03 Celestial Research 华辰产业研究院4基础概念（1/2）产 业 分 析 |资料来源：公开信息、华辰资本整理图1 芯片内部虚拟结构基础概念◼ 半导体概念：半导体是指一种导电性可受控制，范围可从绝缘体至导体之间的材料。在应用上分为集成电路、分立器件、传感器和光电子。其中90%的半导体均是集成电路的应用。◼ 集成电路：（ integrated circuit，简称IC ），微电路（microcircuit）、微芯片（microchip）、晶片/芯片（chip）；◼芯片由集成电路经过设计、制造、封装等一系列操作后形成，一般来说，集成电路更着重电路的设计和布局布线，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；图2 封装完毕的芯片外观图©2019.03 Celestial Research 华辰产业研究院5基础概念（2/2）产 业 分 析 |资料来源：公开信息、华辰资本整理工作逻辑◼ 晶体管构建与或非逻辑门，形成计算机的O/1运算：把电路中所需晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，使用三极管组成与或非等逻辑门，逻辑门和寄存器组合就可以形成各种各样加法器，触发器，从而形成各种基本电路，进而再组合就可以形成专用电路。图3 电子元件图4 元件互联的集成电路板©2019.03 Celestial Research 华辰产业研究院6资料来源：wind、华辰资本整理产 业 分 析 | 产业链结构图5 芯片的产业链条芯片产业链结构◼ 产业链在围绕IC设计上有EDA和IP，在IC制造上有材料产业和芯片设备产业链，最终在终端应用方面不同领域有不同的芯片功能要求。◼ EDA：电子设计自动化（Electronics Design AutomaTIon），作为计算机辅助工具，EDA工具软件可大致可分为芯片设计辅助软件、可编程芯片辅助设计软件、系统设计辅助软件等三类。◼ IP：又称IP核，调用IP核能避免重复劳动，大大减轻工程师的负担。◼ 材料：包括了高纯硅材料、金属靶材。◼ 设备：包括提纯硅的设备，芯片制程设备、切割设备、封测设备等。©2019.03 Celestial Research 华辰产业研究院7产 业 分 析 | 芯片的设计、制造与封装（1/4）芯片设计晶元生产芯片封装芯片测试资料来源：wind、华辰资本整理芯片的形成流程◼ 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，主要环节是电路设计，涉及多元知识结构。芯片设计门槛高。◼ 晶元生产：难度在光罩光刻环节，随着芯片越来越小（10nm），结构越来越复杂（60-80层刻蚀），刻蚀要求越来越高。高纯度硅晶片的提纯和切割同样依赖于工艺技术。◼ 芯片封装：芯片封装是对生产完毕的IC晶圆片进行切割和接线焊接以及装测，整体工艺和技术难度不高。◼ 芯片测试：是对成品芯片进行检测，属于质量控制环节图6 芯片的制作流程©2019.03 Celestial Research 华辰产业研究院8芯片设计◼ 1. 规格制定：在 IC 设计中，规格制定是最重要的步骤，规格制定分三个步骤。第一步：确定 IC 的目的、效能为何，对大方向做设定。第二步：察看需要何种协议，否则芯片将无法和市面上的产品相容。第三步：确立 IC 的实作方法，将不同功能分配成不同的单元，并确立不同单元间连结的方法，如此便完成规格的制定。◼ 2. 硬体描述语言（HDL）：使用硬体描述语言（HDL）将电路描写出来。常语言有 Verilog、VHDL 等，藉由程式码便可轻易地将一颗 IC 地功能表达出来。接着就是检查程式功能的正确性并持续修改直到期望功能完成。◼ 3. 模拟与逻辑合成：将确定无误的 HDL code，放入电子设计自动化工具（EDA tool），让电脑将 HDL code 转换成逻辑电路，产生图7的控制单元合成电路图。之后，反覆的确定此逻辑闸设计图是否符合规格并修改，直到功能正确为止。◼ 4. 电路布局与绕线：合成完的程式码再放入另一套 EDA tool，进行电路布局与绕线（Place And Route）。在经过不断的检测后，便会形成图8的电路图。图中可以看到蓝、红、绿、黄等不同颜色，每种不同的颜色就代表着一张光罩。产 业 分 析 | 芯片的设计、制造与封装（2/4）资料来源：申万宏源、华辰资本整理图7 芯片的制作流程图8 合成电路图图9 电路布局与绕线设计©2019.03 Celestial