美国对华“芯片禁令”背后的全球芯片产业版图与中国软肋

中兴大城智库 2018-06-12 浏览:
中国芯片发展存在的问题:一是IP核缺乏,目前IP核心技术主要由国外掌握,国内IP核产品有限,因此在发展IP和获得IP使用权上困难重重。二是芯片设计能力弱,竞争压力、技术落后、资金匮乏导致大多数芯片设计企业没有能力也不愿意进行投资巨大的高端芯片设计。三是芯片制造、封测水平存在差距,国内芯片制造、封测水平与国际领先水平存在一定差距的主要原因在于大陆地区制造工艺、生产设备都依赖台资、外资。

美国对华“芯片禁令”背后的全球芯片产业版图与中国软肋

2018年3月以来,美国高举贸易保护大旗,以违反美方单方面宣布的伊朗制裁规则为借口,禁止美国企业向中兴通讯出售任何电子技术或通讯元件,打击中国以电子信息为代表的高端制造业升级。

以中兴通讯为典型代表,中国电子信息产业整体上硬件整机产品强、核心元件弱,在CPU、GPU等芯片核心元器件上大量依赖进口和外国技术授权,美国发出限售令20天后,拥有8万员工的中兴通讯就宣布彻底停摆。尽管近期中兴公司已经与美国商务部达成协议,以10亿美元罚款等巨大的代价换来解除芯片禁令。但随着中美贸易战的持续发酵,中国电子信息“缺芯少魂”的问题受到广泛关注。

芯片,即集成电路(integrated circuit,缩写IC),又称微电路/晶片,是将电路小型化并集成在半导体晶圆表面所形成的电子器件,是现代信息社会各种处理器的核心。

1 芯片产业链

完整的芯片产业链包括上游支撑产业链、中游核心产业链、下游需求产业链三大部分。上游支撑产业链指半导体设备和材料行业,为芯片的生产提供必要的工具和原料。下游需求产业链包括移动通信、计算机、存储器、无线网络、汽车电子、电视机和监测设备等,是芯片主要的应用领域。

芯片的中游核心产业链按专业分工不同又可细化为四个环节:

一是IP核,指用于ASIC或FPGA中的预先设计好的电路功能模块,是芯片设计产业的最关键产业要素和竞争力体现。

二是芯片设计,即依据下游系统厂商的要求设计芯片,分为前端设计和后端设计。前端设计决定芯片的逻辑、模块、门电路关系,后端设计则负责是布局布线。

三是芯片制造,指依照芯片设计环节的规模和技术要求进行芯片生产,技术专业性要求较高,具有明显的规模效应和集聚效应。在芯片制造工艺流程中,光刻机是晶圆工厂必须用到的生产设备。而光刻机的高精尖特性使得其研发面临着非常高的技术、资金门槛。目前全球只有荷兰ASML、尼康、佳能可以生产出最先进的光刻机, ASML自2011年已经垄断了高端光刻机市场,是目前最先进的7nm晶圆EUV光刻机唯一供货商,同时还控制了中、低端光刻机市场过半的市场份额,尼康、佳能由于技术原因难以赶超ASML。

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四是芯片封测,指对制造生产的芯片进行电路、老化等测试,并将通过测试的晶圆按照产品型号及功能需求进一步加工形成独立芯片。

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芯片产业链

芯片核心产业链的流程可以简单描述为:以电路设计为主导,由芯片设计公司设计出芯片,然后委托芯片制造厂生产晶圆,再委托封装厂进行芯片封装、测试,最后销售给电子整机产品生产企业。

基于核心产业链的各个环节,目前芯片行业主要的商业模式包括IDM和垂直分工两种。IDM整合元件制造商(Integrated Device Manufacturer)模式,即一家公司涵盖从芯片设计到芯片制造、封装测试以及投向消费市场的大部分产业链环节。IDM企业通常具有资源的内部整合优势,典型企业如英特尔、三星等。垂直分工模式,即设计(Fabless)+代工(Foundry)+封测厂商,它起源于专业化背景下的产业分工,设计商(Fabless)指有能力设计芯片架构,但是却没有晶圆厂生产芯片,需要找代工厂代为生产的厂商,知名的有Qualcomm、苹果和华为。代工厂(Foundry)则是无芯片设计能力、但有晶圆生产技术的厂商,代表公司是台积电。封测厂商,就是专注于封装测试环节的公司,典型的有日月光、长电科技等。

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2 芯片产业全球发展

从全球芯片产业发展来看,排名前十的半导体企业里美国有5家企业上榜,占总营收的50%;韩国2家,占总营收的20%;新加坡、日本及欧洲地各1家,分别占比10%。其中,IDM型企业有8家,以三星电子、英特尔为代表,非IDM型企业有高通、博通2家,都集中在芯片设计的产业链环节。

美国对华“芯片禁令”背后的全球芯片产业版图与中国软肋

2.1 全球IDM企业发展

IDM(Integrated Device Manufacture)集成器件制造商业模式的企业涵盖大部分产业链环节,因内部资源整合优势而具有较高利润率,但同时由于投入和体量巨大,对市场的反应可能不够迅速。全球IDM企业主要集中在美国、韩国等地,以英特尔、SK海力士为代表,下表显示了2015年全球前十IDM企业的销售额。在这些IDM企业中,德州仪器、英飞凌只制造自己设计的芯片,不做代工,三星、英特尔、SK海力士则开放代工业务。

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2.2 全球IP核发展

就芯片核心产业链的各个环节而言,IP核环节的市场垄断程度非常高,无论从市场份额还是技术研发能力来看,龙头企业都具有显著优势。下表显示了2013年全球IP核企业排名前十的市场份额,可以看出,以ARM公司为代表的前十大厂商占据了市场80%的份额,而行业龙头ARM公司约占全球市场份额的二分之一。英国在IP核领域具有绝对优势,2家企业占据全球52.2%的市场份额。

这些龙头企业还引领着IP核开发的技术潮流,如ARM的RISC微处理器、Synopsys及Cadence的EDA软件工具、Imagination Tech的PowerVR技术、Rambus的XDR DRAM、eMomery的eNVM技术、Vivante的GPU设计等均为行业顶尖水平。

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