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華為海思都進全球前十了,你還不知道半導體到底有哪些?

2020-08-17 10:50 物聯(lián)傳媒

導讀:今年的芯片、半導體消息沸沸揚揚......

今年,國內(nèi)芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已經(jīng)被推到風口浪尖,輿論鋪天蓋地。從華為被傳要自己建廠造芯的"塔山計劃"傳聞就可以看出,傳聞是真也好,是假也罷,媒體和半導體行業(yè)圈都被這個新聞?wù)◤椪ㄅd奮了,可見社會各界對于國產(chǎn)芯片的期待高居不下。

在政策層面來看,前不久國務(wù)院正式公布《新時期促進集成電路產(chǎn)業(yè)和軟件產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的若干政策》,對集成電路財稅、投融資、研究開發(fā)、進出口、人才、知識產(chǎn)權(quán)、市場用用、國際合作等八個方面入手。

在社會各界和政治層面來看,國內(nèi)半導體產(chǎn)業(yè),尤其是芯片等集成電路產(chǎn)業(yè)未來將會獲得極大的發(fā)展動力。

但是,并不是所有人都知道半導體產(chǎn)業(yè)具體有哪些類型,產(chǎn)業(yè)鏈又是如何的。

半導體產(chǎn)業(yè)及市場概況

按照主流的說法來看,半導體元件市場主要歸為四類,集成電路(芯片)、光電子、分立器件和傳感器,2018年集成電路、光電子器件、分立器件和傳感器的全球市場規(guī)模分別為3,933億美元、380億美元、241億美元和134億美元,占4,688億美元半導體市場整體規(guī)模的比例分別約為83.9%、8.1%、5.1%和2.9%。需要指出的是,由于占比的原因,所以很多內(nèi)容將半導體與集成電路劃上了等號,其實實際上并不是那么回事。

宏觀來看,在2019年全球各地區(qū)半導體收入占比中,美國具有絕對優(yōu)勢,收入比達到了47%,韓國為19%,日本和歐洲各為10%,中國臺灣省為6%,中國大陸只有5%。

雖然近來華為海思被美國制裁了,但是能看得出海思近幾年在芯片領(lǐng)域的發(fā)展速度堪稱神速,國外研究機構(gòu)IC Insights近日公布2020年上半年(1H20)全球十大半導體(IC和OSD光電,傳感器和分立器件)銷售排名,海思位列第十。

同時,在榜單中,可以看到有6家美國企業(yè)(分別是英特爾、美光、博通、高通、英偉達以及德州儀器),2家韓國企業(yè)(三星和SK海力士),中國大陸1家(華為海思),臺灣省1家(臺積電)。

雖說這些企業(yè),都是處在半導體領(lǐng)域金字塔頂端,但是這些企業(yè)術(shù)業(yè)有專攻,在產(chǎn)業(yè)鏈所擔任的環(huán)節(jié)也是不盡相同。

集成電路

剛剛說過,半導體元件的類型中占比較大的就是集成電路(Integrated Circuit, 簡稱IC),又稱為芯片(chip),所以集成電路、IC、芯片、chip在絕大多數(shù)情況下指的都是一個東西。那么分立器件,傳感器和光電子和集成電路的區(qū)別是什么呢?其實就是名字上的"集成"二字,集成電路中的晶體管數(shù)量現(xiàn)在都是以億為單位進行計算的。

那么,芯片的分類方式有很多。按照芯片的使用功能來分類的,芯片可分為CPU、GPU、FPGA、SOC、ASIC、存儲芯片等等一系列,具體功能可以自行查詢。

按照信號來分,又可以分為模擬芯片和數(shù)字芯片兩種,現(xiàn)在的芯片也不僅僅是單純的模擬芯片和數(shù)字芯片,它既可以處理模擬信號又能處理數(shù)字信號,這種芯片的稱呼主要依據(jù)模擬部分和數(shù)字部分的占比大小進行稱呼。當然,還有最為人熟知的7nm、14nm芯片,這種分類主要是按照工藝制程來進行分類。

說到工藝,就不得不提到芯片的制作流程,大體分為芯片設(shè)計→芯片制造→封裝測試→整機廠商。在上面所說的2020年前十半導體廠商中,英特爾、三星、SK海力士、美光、德州儀器,這五家廠商都是屬于從芯片設(shè)計到封裝測試等流程一條龍包攬,博通、高通、英偉達、華為海思則是只負責芯片設(shè)計環(huán)節(jié),而芯片制造、封裝測試等環(huán)節(jié),則交由臺積電等第三方廠商來完成,所以臺積電主要業(yè)務(wù)也就是為高通、華為海思這些芯片設(shè)計企業(yè)提供芯片制造服務(wù)。

傳感器

傳感器在半導體中市場規(guī)模雖然不大,但是作用不容小視。尤其,在物聯(lián)網(wǎng)時代下,傳感器成為收集數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)的基石。在物聯(lián)網(wǎng)實際應用場景中,涉及到溫濕度、煙霧、光、空氣等各類傳感器,并且有很多場景待開發(fā)。

就目前全球市場規(guī)模來看,美、日、德三國占據(jù)了全球傳感器約70%的市場份額,已經(jīng)形成了三足鼎立的格局,包括博世、歐姆龍、德州儀器、ADI這些耳熟能詳?shù)钠髽I(yè)。

與芯片的制造流程類似,傳感器需要通過設(shè)計、制造、封測等環(huán)節(jié)。而在整個環(huán)節(jié)中,國內(nèi)傳感器芯片以及敏感元件等環(huán)節(jié)的自主研發(fā)能力較弱,僅在傳感器芯片上的進口率高達90%多,同時,跨國公司在中國 MEMS 傳感器市場占比高達 60%。

分立器件

對于分立器件,現(xiàn)在有很多說法,筆者的個人理解就是沒有封裝進集成電路的半導體二極管、半導體三極管、電阻、電容以及邏輯器件等都屬于分立器件。

當然,分立器件也在逐步集成進IC里,使得IC更小,但是分立器件并不會完全消除。

因為,通用型的IC并不能滿足部分廠商的需求,配備不同的分立器件能夠?qū)崿F(xiàn)對應的功能;IC的優(yōu)點是運算快,控制性強,但是對于大功率產(chǎn)品來說,單純IC很難實現(xiàn),所以需要分立器件來提高輸出功率;同時,像工廠等一些高溫、高壓的惡劣環(huán)境下,IC并不能適應,同時邏輯簡單,此時分立器件可以用來代替IC。

光電子

對于普通老百姓來說,最常見的光電子就是普通的LED和OLED等顯示設(shè)備了,包括打印機里面的發(fā)射器和光纖都是應用了光電子技術(shù)。

具體來說,光電子技術(shù)是光子技術(shù)和電子技術(shù)結(jié)合而成,通過光子激發(fā)電子或者電子躍遷產(chǎn)生光子,實現(xiàn)光能與電能轉(zhuǎn)換的新技術(shù)。

按照應用領(lǐng)域來分,光電子主要分為信息光電子(通信、大數(shù)據(jù)計算、人工智能、智能駕駛、無人機等)、能量光電子(固體、氣體、光纖激光器、光伏系統(tǒng)等)、消費光電子(光顯示、光照明等)、軍用光電子(紅外傳感、激光引像等)四大領(lǐng)域。

在光電子領(lǐng)域,國外入局時間較早,國外從20世紀80年代開始在光子學領(lǐng)域投入了大量精力,美國宣布的光子集成技術(shù)國家戰(zhàn)略,日本部署的光電子融合系統(tǒng)技術(shù)開發(fā)項目,德國的"地平線2020計劃"光電子集成研究項目。

當然國內(nèi)也有布局,2011年科技部《國家重大科學研發(fā)計劃》對高性能納米光電子器件進行重點支持;2017年發(fā)布的《十三五材料創(chuàng)新專項規(guī)劃》指出大力研發(fā)新型納米光電器件及集成技術(shù),加強示范應用;2017年工信部正式公布智能制造試點示范項目名單,加快發(fā)展光電子器件與系統(tǒng)集成產(chǎn)業(yè),推動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和實體經(jīng)濟深度融合;2018年3月科技部"十三五"《國家重點研發(fā)計劃》在光電子領(lǐng)域進行部署。

不過,與芯片技術(shù)類似,國內(nèi)外差距也比較明顯,國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈源頭的光電子材料、核心光電子器件的制備,與發(fā)達國家相比存在較大差距,且生長工藝復雜、對外技術(shù)依存度高,平均成本和利潤率超過整個產(chǎn)品的50%甚至達到70%。

總結(jié):

從半導體領(lǐng)域來看,不論是集成電路,還是傳感器、光電子,這些半導體技術(shù)國內(nèi)起步都相對來說較晚,同時,差距仍然較大。最近一段時間,美國對于華為芯片的制裁,不僅僅只是停留在芯片方面,與半導體相關(guān)的器件都將會成為隱形的定時炸彈。

筆者此前與幾家國內(nèi)傳感器廠商交流時發(fā)現(xiàn),無一例外,所用的傳感器芯片都是國外進口的。并且,他們也不是不想用國產(chǎn)替代,而是從目前整個國內(nèi)半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀來看,幾乎是無"芯"可替。