來源：菁雲資本公眾號
幾乎所有的電子設備都要用到芯片，它是一個巨大的產業，一個關乎國民經濟和國家安全的戰略性產業。芯片相關的項目是我們重點關注的行業之一，現將我們對芯片行業的一些研讀分批整理，分享給大家。
一、芯片的定義
1.1 定義
芯片 （半導體元件產品的統稱）
集成電路：integrated circuit，縮寫作 IC；或稱微電路（microcircuit）、微芯片（microchip）、晶片/芯片（chip），在電子學中是一種把電路（主要包括半導體設備，也包括被動組件等）小型化的方式，並時常製造在半導體晶圓表面上。
半導體
指常溫下導電性能介於導體（conductor）與絕緣體（insulator）之間的材料，其導電性可受控制。
集成電路（integrated circuit）
是一種微型電子器件或部件。採用一定的工藝，把一個電路中所需的晶體管、電阻、電容和電感等元件及佈線互連一起，製作在一小塊或幾小塊半導體晶片或介質基片上，然後封裝在一個管殼內，成為具有所需電路功能的微型結構；其中所有元件在結構上已組成一個整體，使電子元件向著微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面邁進了一大步。
1.2 三者之間的關係
1）半導體是一類材料的總稱，鍺和硅是最常用的元素半導體;
2）集成電路的範圍更廣，根據製造工藝不同，分為半導體集成電路、膜集成電路、混合集成電路三個主要分支。半導體集成電路包括半導體芯片及外圍相關電路;
3）集成電路實體往往是以芯片的形式存在。
“芯片”和“集成電路”這兩個詞經常混著使用，而集成電路普遍用半導體材料製成的，所以經常把集成電路產業稱為半導體產業。
在平常討論話題中，集成電路設計和芯片設計說的是一個意思，芯片行業、集成電路行業、IC行業往往也是一個意思。
二、芯片的分類
2.1 按照不同處理信號分類
處理模擬信號的芯片叫做模擬芯片
（工藝各異、每塊芯片的功能都比較單一）
處理數字信號的芯片叫做數字芯片
（工藝比較統一、基本上都能集成到幾個核心芯片中）
模擬信號:包括與感知有關如圖像，聲音，觸感，溫度，溼度等。以及一些無法感知但客觀存在的比如微波，電信號等。比較經典的模擬電路有射頻芯片、指紋識別芯片以及電源管理芯片等。
數字信號：0和1就是一切，數字電路芯片包含微元件（CPU、GPU、MCU、DSP等），存儲器（DRAM、NANDFlash、NORFlash）和邏輯IC（手機基帶、以太網芯片等）。
模擬芯片vs數字芯片
在現在的芯片中，早已經不是單純的模擬芯片或者是數字芯片了。其包含既能處理模擬信號的部分，也能處理數字信號的部分。如果處理模擬信號的部分多一些，就叫做模擬芯片，反之叫做數字芯片。
2.2 按照使用功能分類
可分為思考類、記憶類、感知類、傳遞類、供能類、驅動控制類和接口類芯片。
2.3 從技術複雜度和應用廣度分類
可分為高端通用和專用集成電路兩大類
高端通用集成電路：技術複雜度高、標準統一、通用性強，具有量大面廣的特徵。它主要包括處理器、存儲器，以及FPGA（現場可編程門陣列）、AD/DA（模數/數模轉換）等。
專用集成電路：針對特定系統需求設計的集成電路，通用性不強。每種專用集成電路都屬於一類細分市場，
例如，通信設備需要高頻大容量數據交換芯片等專用芯片；汽車電子需要輔助駕駛系統芯片、視覺傳感和圖像處理芯片，以及未來的無人駕駛芯片等。
2.4 其他分類
除此之外，按不同應用場景還可分為，民用級（消費級），工業級，汽車級，軍工級、航天級等；不同工藝分為7nm芯片，14nm芯片等，目前最先進的量產工藝已經達到7nm、5nm，工藝產業化已取得重大突破，並有望繼續推進至3nm工藝。
二、產業鏈
半導體位於電子行業的中游，上游是電子材料和設備。半導體和被動元件以及模組器件通過集成電路板連接，構成了智能手機、PC等電子產品的核心部件，承擔信息的載體和傳輸功能。
半導體主要分為集成電路和半導體分離器件。在國際半導體的統計中，半導體產業只分成四種類型：集成電路，分立器件，傳感器和光電子。
產業細分：包括原材料、設備、設計、製造和封測這5大部分，每一部分又包括諸多細分領域，設備和材料環節作為支持環節。
核心產業鏈流程可以簡單描述為：IC設計公司根據下游戶（系統廠商）的需求設計芯片；
然後交給晶圓代工廠進行製造，把IC設計好的電路圖移植到製造好的晶圓上；
完成後的晶圓再送往下游的IC封測廠，由封裝測試廠進行封裝測試，最後將性能良好的IC產品出售給系統廠商。
與之相關的產業
2.1 IC設計
步驟，IC設計可分成幾個步驟，依序為：規格制定 → 邏輯設計 → 電路佈局 → 佈局後模擬 → 光罩製作。
規格制定：品牌廠或白牌廠的工程師和IC設計工程師接觸，提出要求；
邏輯設計：IC設計工程師完成邏輯設計圖；
電路佈局：將邏輯設計圖轉化成電路圖；
佈局後模擬：經由軟件測試，看是否符合規格制定要求；
光罩製作：將電路製作成一片片的光罩，完成後的光罩即送往IC製造公司。
IC 設計廠十分依賴工程師的智慧，每個步驟都有其專門的知識，皆可獨立成多門專業的課程。
芯片的檢驗：需要廣泛、長久的應用，這也是造成芯片設計成本高的原因之一，除了燒錢，還需要時間的沉澱。
2.2 IC製造
硅片：把二氧化硅礦石電弧爐提煉，鹽酸氯化了再蒸餾，可以得到高純度多晶硅，切成片就是硅片。
（硅的評判指標是純度，太陽能級高純硅要求99.9999%，全世界超過一半是中國產的，價格比較便宜。芯片用的電子級高純硅要求99.999999999%，幾乎全賴進口，直到2018年江蘇的鑫華公司才實現量產，目前年產0.5萬噸，而中國一年進口15萬噸。高純硅的傳統霸主依然是德國Wacker和美國Hemlock(美日合資)）
晶圓：硅提純時需要旋轉，成品如上圖。切片後的硅片也是圓的，因此就叫“晶圓”。
切好之後，將成千上萬的電路裝在晶圓上，這就是晶圓廠。如何裝呢？
流程如下：
薄膜→光刻→顯影→蝕刻→光阻去除
薄膜：在晶圓片表面上生長數層材質不同，厚度不同的薄膜；
光刻：將掩膜板上的圖形複製到硅片上；
顯影：用強光透過「光罩」後照在晶圓上；
蝕刻：把沒有光阻覆蓋的薄膜沖蝕；
光阻去除：把上面的光阻去除，留下的薄膜部分就是電路圖！
（光刻的成本約為整個硅片製造工藝的1/3，耗費時間約佔整個硅片工藝的40～60%）
實際過程較複雜，但其實IC製造就是把光罩上的電路圖轉移到晶圓上，有點像3D打印，把導線和其他器件一點點一層層裝進去。
芯片良品率取決於晶圓廠整體水平，但加工精度完全取決於核心設備。
光刻機和蝕刻機：光刻機可以用非常精準的光線，在感光材料上刻出圖案，讓底下的晶圓裸露出來，用光刻機刻圖，用刻蝕機刻溝槽。
荷蘭阿斯麥公司(ASML)是唯一的高端光刻機生產商，但產量還不高，每臺售價至少1億美金，2017年只生產了12臺，2018年預計能產24臺，2019年預測有40臺，其中一臺是給中國的中芯國際，可以說誰先買到阿斯麥的光刻機，誰就能率先具備7nm工藝。
刻蝕機方面中國的狀況要好很多，16nm刻蝕機已經量產運行，7-10nm刻蝕機也在路上了，所以國外也解除了對中國刻蝕機的封鎖。
PS：關於為什麼不把芯片做大一點
原因是成本：一塊300mm直徑的晶圓，16nm工藝可以做出100塊芯片，10nm工藝可以做出210塊芯片，價格便宜了一半。中國軍用芯片基本實現了自給自足，因為不用考慮芯片尺寸帶來的成本。
另外，越大的硅片遇到雜質的概率越大，所以芯片越大良品率越低。
其實除了成本之外，大芯片的佈線比小芯片更長，所以延時也更明顯，驅動電流也大很多，由此導致整體設計更臃腫，性能上還是會吃虧。
總而言之，小芯片優於大芯片。
2.3、IC封測
封裝的流程大致如下：
切割→黏貼→焊接→模封。
切割：將IC製造公司生產的晶圓切割成長方形的IC；
黏貼：將IC黏貼到PCB上；
焊接：將IC的小接腳焊接到PCB上，使其與PCB相容；
模封：將接腳模封起來。
IC成品
如圖，中間的是晶粒，往外接到PCB上。
芯片的製程就是用來表徵集成電路尺寸大小的一個參數，隨著摩爾定律發展，製程從0.5微米、0.35微米、0.25微米、0.18微米、0.15微米、0.13微米、90納米、65納米、45納米、32納米、28納米、22納米、14納米，一直髮展到現在的10納米、7納米、5納米。目前，28nm是傳統制程和先進製程的分界點。
（摩爾定律：當價格不變時，集成電路上可容納的元器件的數目，約每隔18-24個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。雖然摩爾定律在過去兩年有放緩的趨勢，但很多物理極限仍被不斷打破和刷新，半導體產業依然沿著摩爾定律不推進）
四、應用領域
芯片產品的下游應用非常廣泛，主要市場在智能終端、電腦、消費電子、工業、汽車、軍事、醫療等領域。
根據IC Insights的預估，2016年全球芯片行業下游市場大致分為通訊（含手機）、計算機、消費電子、汽車、工業/醫療、政府/軍事等領域，其中最主要的市場是通訊和計算機領域，二者佔比達到74%。其次是消費電子、汽車和工業領域。