中国集成电路行业的发展情况

2024-01-30 03:20:16

　　江南体育电路设计、物理设计、设计数据校验、流片方案设计等一系列设计流程，最终将设计成果转换为可交付的光罩数据。

　　晶圆制造环节是根据光罩数据内容进行光罩制造并将光罩上的电路图形信息蚀刻至硅片上，以构建完整的半导体电路芯片的过程，包含光罩制作、光刻、刻蚀清洗、离子注入等多项工艺或流程。晶圆制造环节结束后进入芯片封装测试环节。

　　芯片封装环节是指将晶圆上的晶粒加工成可使用的成品芯片的过程，起着安放、密封、保护芯片和增强电热性能的作用，包含晶圆切割、贴片、引线键合、包塑等多项工艺；芯片测试环节指的是对封装后的芯片进行检测，通过测试的芯片即为成品。

　　其中，集成电路设计产业是典型的技术密集型行业，是集成电路产业各环节中对科研水平、研发实力要求较高的部分。芯片设计水平及芯片设计转化效率直接影响着产品最终上市时间及产品核心竞争力，因此芯片设计的能力是一个国家或地区在芯片领域能力、地位的集中体现之一。

　　集成电路自出现以来，促进了全球信息、电子等产业快速发展。近年来，伴随着物联网、可穿戴设备、人工智能、虚拟现实等新技术和新兴应用领域的出现和发展，全球集成电路市场不断扩大。根据世界半导体贸易统计机构（WSTS）发布的数据，2021年全球集成电路市场规模为4,630亿美元，同比增长约28%。预计2023年全球集成电路市场将持续增长，市场规模将达到5,768亿美元。

　　从全球范围来看，历史上集成电路产业从美国、欧洲等发达国家向中国、东南亚等发展中国家和地区逐渐转移。我国集成电路行业虽起步较晚在技术积累与产业链成熟度上与欧美发达国家存在一定差距，但受益于我国有利的产业政策环境、国内市场的强劲需求以及全球集成电路产能转移等趋势，中国集成电路产业实现了快速发展。根据中国半导体行业协会的统计，我国集成电路市场规模从2010年的1,440亿元快速增长至2021年的10,458亿元，年均复合增长率为19.8%，远高于全球集成电路市场规模增速。

　　未来，随着物联网、人工智能、智能硬件5G汽车电子等领域的兴起，高端芯片需求将持续增长，将进一步刺激我国集成电路产业的持续发展与全球集成电路产业链迁移。

　　对比行业巨大的市场需求，现阶段我国集成电路产业自给率依旧较低，尤其在中高端芯片领域仍然存在依赖进口的现象。随着我国半导体产业的持续发展，一大批在算法、架构设计具有核心技术优势的芯片设计企业与拥有高工艺水平的本土晶圆代工厂商和封装测试厂商也在逐渐崛起。根据ICCAD统计数据，2021年中国集成电路设计企业达到2,810家，较2015年的736家增长281.8%。同时，随着我国晶圆代工厂产业和封测产业自给率的不断提高，本土晶圆代工厂商和封装测试厂商在技术、产能等方面的快速发展亦为我国集成电路行业的自主、可控发展提供了重要保障。

　　在庞大的市场需求与国产替代需求的牵引下，我国本土集成电路企业迎来了前所未有的发展机遇。同时，本土企业在芯片设计、晶圆制造、封装测试等专业技术水平的不断提高，更进一步推动了中国集成电路产业的发展。

　　集成电路设计主要根据终端市场的需求设计开发各类集成电路芯片产品，其在很大程度上决定了终端芯片的功能、性能、成本和复用性等属性。随着集成电路行业的迅速发展，集成电路产品的加工面积成倍缩小，复杂程度与日俱增，集成电路设计的重要性愈发突出。

　　近年来，随着全球集成电路行业整体景气度的提升，集成电路设计市场也呈增长趋势。根据ICInsights统计，全球集成电路设计产业销售额从2010年的635亿美元增长至2021年的1,777亿美元，年均复合增长率约为9.8%。

　　从全球地域分布分析，集成电路设计市场供应集中度非常高。根据ICInsights的报告显示，2021年美国集成电路设计产业销售额占全球集成电路设计业的68%，排名全球第一；中国、中国的集成电路设计企业的销售额占比分别为21%和9%，分列二、三位。

　　中国集成电路设计产业发展起点较低，但随着人们对智能化、低能耗的需求不断催生了新的电子产品及功能应用，我国集成电路设计企业获得了大量的市场机会。同时我国集成电路设计企业凭借有利的扶持政策与本地化服务优势，能够紧贴国内市场更快地响应客户需求，品牌认可度及市场影响力不断提升。

　　从产业规模来看，根据中国半导体行业协会统计，我国集成电路设计行业销售规模从2010年的383亿元增长至2021年的4,519亿元，年均复合增长率约为25.2%，远高于全球集成电路设计行业同期增速。

　　从产业链分工角度分析，随着集成电路产业的不断发展，芯片设计、制造和封测三个产业链中游环节的结构也在不断变化。2015年以前，芯片封测环节一直是产业链中规模占比最高的子行业，从2016年起，我国集成电路设计环节规模占比超过芯片封测环节，成为三大环节中占比最高的子行业。

　　随着芯片产业在制程工艺方面的发展、芯片生命周期的缩短与设计企业数量的增加，芯片设计企业在市场竞争、开发成本、设计难度与流片风险等方面面临的挑战大幅加剧，芯片设计效率与一次流片成功率成为芯片设计公司在激烈的市场竞争中保持竞争优势的关键因素。同时随着芯片产业升级，产业链分工日益精细，Fabless模式下芯片设计产业中进一步催生了芯片设计服务产业的诞生。

　　对于芯片设计公司而言，一方面，主流芯片设计服务公司具有半导体IP设计开发与定制能力，能够为其在设计之初提供生产工艺及半导体IP选型的完整方案；另一方面，随着晶圆代工厂在先进工艺上的设计规则越来越复杂，其与晶圆代工厂之间的技术衔接与匹配也变得越来越困难，而芯片设计服务公司基于自身核心技术及对晶圆代工厂多工艺节点的丰富设计经验，能够帮助芯片设计公司提高设计效率及流片成功率，使其能够专注于自身优势领域的拓展。

　　对于系统厂商而言，其往往基于芯片设计公司提供的标准化芯片产品进行系统集成、制造与销售。系统厂商虽然对于终端场景需求、产品功能有着较为深刻的理解，但由于其在芯片设计、验证、测试等方面欠缺相关技术能力与设计经验，往往无法独立开发芯片。拥有完整芯片设计能力的芯片设计服务公司能够依据其需求提供一站式芯片定制方案，助力其快速实现产品开发与迭代。

　　根据上海市集成电路行业协会研究显示，随着全球数据中心、智能物联网设备等领域蓬勃发展的情况下，芯片设计公司、系统厂商等对设计服务的需求有望不断上升。2021年全球集成电路设计服务市场规模约为193亿元，自2016年以来的年均复合增长率约为10.6%。随着设计服务的需求不断增大，预计到2026年全球集成电路设计服务市场规模将达到283亿元。

　　经过多年发展，中国已是全球最大的电子设备生产基地，也是全球最大的集成电路市场。随着5G、自动驾驶、数据中心、物联网等下游市场需求的涌现与政府良好的产业政策，中国集成电路设计服务产业发展迅速。2021年中国集成电路设计服务市场规模约为61亿元，自2016年以来的年均复合增长率约为26.8%，增速显著高于全球市场。随着本土芯片设计公司的快速发展与系统厂商芯片定制需求的增长，预计到2026年中国集成电路设计服务市场规模将达到130亿元。

　　随着摩尔定律的不断演进，制造工艺及器件微观结构对芯片的速度、可靠性、功耗、面积等关键指标的影响越来越大。近年来，下游新兴应用的不断涌现及用户对于产品性能要求的不断提高，均对逻辑电路及其他集成电路和半导体器件类型都提出了更高的要求。在逻辑工艺方面，已由本世纪初的0.35微米的CMOS工艺发展至纳米级FinFET工艺并应用于高性能计算、安全加密、消费电子等领域。在特色工艺方面，随着更多的应用需求转为通过半导体技术实现，出现了如BCD、EFlash、LCOS、SOI等特色工艺平台，并被应用于电源管理、高速非易失性存储、显示器件等领域。

　　随着集成电路工艺制程的不断演进与特色工艺的不断创新，集成电路设计服务企业在不同工艺、不同制程上的工艺分析能力、全流程设计能力及项目流片经验将成为其重要竞争优势。

　　随着下游应用场景的增多及对芯片产品差异化需求的涌现，集成电路设计产业被要求在不断提升产品性价比、缩短上市周期的同时快速满足差异化需求，SoC芯片技术应运而生。

　　SoC芯片技术是从设计的角度出发，将系统所需的组件进行高度集成，将原本不同功能的集成电路以功能模块的形式整合在一颗芯片中，以缩小芯片面积、提升芯片的计算速度并加快开发周期。相比传统芯片产品对每个关键模块从头设计进而进行系统整合及验证的开发方式，SoC芯片设计及验证技术旨在提高模块复用性，通过重复使用预先设计并验证过的集成电路子模块以降低设计风险、降低设计成本并提高设计质量。同时，大型SoC的设计开发对于产品架构设计技术、半导体IP库标准化及完整性、大规模物理设计及验证技术提出了极高的要求，部分行业领先企业已有相关技术布局。

　　伴随技术进步、行业竞争和市场需求的不断变化，集成电路产业在经历了多次结构调整后，已逐渐由集成电路设计、制造以及封装测试只能在企业内部一体化完成的垂直整合元件制造模式演变为垂直分工的多个专业细分产业，并逐渐形成由EDA工具及半导体IP、设计服务、材料和设备提供厂商组成的产业链上游，由采用Fabless模式的芯片设计公司、从事晶圆制造、封装测试的厂商组成的产业链中游与由系统厂商组成的产业链下游。

　　在芯片设计产业方面，随着集成电路工艺种类的丰富与先进工艺的持续演进，芯片工艺及IP选型难度、设计难度及流片风险不断提升，导致产品设计时间及开发成本显著增加。同时随着下游场景需求波动对芯片生命周期的影响，芯片设计效率与一次流片成功率成为企业在激烈的市场竞争中保持竞争优势的关键因素。越来越多的芯片设计公司及系统厂商集中研发力量在自身核心优势上，并选择将前端设计、物理设计、流片、晶圆生产、封装与测试等产品开发过程中的部分或全部环节交由设计服务公司完成，以求实现更短的设计周期、更少的流片迭代次数与更高的产品性能提升。

　　半导体IP授权的出现源自半导体设计行业的分工，即设计公司无需再对芯片每个细节进行设计，只需通过购买成熟可靠的半导体IP方案即可实现某个特定功能。当前国际上绝大部分SoC都是基于多种不同IP组合进行设计的，IP在集成电路设计与开发工作中已是不可或缺的要素。半导体IP行业的发展与成熟，有助于设计公司降低设计风险与开发成本，从而更专注于自身核心技术以促进行业技术迭代。未来，随着工艺节点不断升级并演进，单颗芯片可集成的IP数量亦将随之不断增多，从而进一步推动半导体IP市场的发展。现阶段，我国集成电路设计企业在产品研发过程中大多采用的是国外芯片巨头企业的IP。一方面，国外企业具有的优势地位使得授权费用较高，增加了我国芯片设计企业的设计成本；另一方面，半导体核心技术和知识产权长期受制于人将对于我国***的自主和安全产生潜在的风险。因此，推进关键IP国产化是市场的选择也是国家战略的需求。

　　集成电路行业是现代信息化社会的基础行业之一，几乎涉及国民经济各大领域，而集成电路产业的发展方向、繁荣程度与其下游产业需求紧密相关。随着新兴应用场景的不断涌现与场景需求的差异化、个性化发展趋势，定制芯片因其高性能、低功耗、低成本等优势逐渐受到市场青睐。

　　在上述趋势下，标准化通用芯片产品难以满足场景差异化需求，故越来越多的系统厂商开始通过自建芯片设计团队或采购一站式芯片定务的方式以实现差异化竞争，这种趋势为集成电路设计服务企业的发展扩展了市场空间。

　　随着集成电路器件线宽不断缩小、工艺推陈出新，超大规模集成电路设计复杂度与日俱增，设计难度与流片风险也成倍提高。根据新思科技发布的《2020中国创芯者图鉴》调研结果显示，目前中国芯片项目流片成功率超过90%以上的集成电路开发者仅约30%。

　　此外，随着我国集成电路行业不断发展，芯片产品竞争愈发激烈，设计周期、成本、质量都将成为芯片产品公司能否持续经营并发展的重要因素。而在多工艺节点拥有丰富设计经验及技术储备的设计服务公司，将成为芯片设计公司、系统厂商降低设计风险、加速产品上市时间的优先选择。

　　近年来，在下游需求维持高景气度、产业政策大力支持、产业资本投入持续增加等因素的作用下，中国成为全球集成电路市场规模增速最快的地区之一。产业资金和政策的支持以及人才的回流，促使国内的芯片设计公司数量快速增加。

　　根据ICCAD公布的数据显示，自2016年以来，我国芯片设计公司数量大幅提升，由2015年的736家增长至2021年的2,810家，年均复合增长率约为25.0%。芯片设计公司数量的增长及市场竞争的加剧使得市场对设计服务的需求不断提升。

　　同时，随着工艺制程的逐步演进，芯片设计难度加大、样片流片费用上升、设计周期变长等因素导致芯片开发成本不断提升，使得芯片设计公司的设计风险及成本大幅增加。在产品设计开发过程中，芯片设计公司需在保障产品功能完整性、交付时间、性能要求等条件下不断提高产品流片成功率，这对其芯片设计能力、产品实现能力、系统评估及优化能力、设计与制造工艺协同能力等提出了更高的要求。由于具备上述完备能力的企业较少，为了应对激烈的市场竞争与较高的设计风险，越来越多的芯片设计公司寻求专业的一站式芯片定务。

　　随着市场竞争的加剧，同时面对使用者个性化需求的兴起，电子模组及设备厂商开始面对功能多样化挑战及成本压力。标准化的芯片产品难以满足上述系统厂商对产品差异化竞争与供应链安全的诉求，因此系统厂商对于芯片定务的需求日渐迫切。越来越多的系统厂商加入了定制芯片的行业，以应对产业升级、竞争加剧及核心技术国产化的挑战，这种趋势为集成电路设计服务产业的发展扩展了市场空间。

　　国际贸易摩擦令境内市场对芯片的“自主、安全、可控”提出了迫切需求，系统厂商与芯片设计公司对于国产替代的需求愈发高涨，为行业实现进口替代提供了良好的市场机遇。在当前半导体相关产业国产化替代的大背景下，拥有针对境内主流晶圆代工厂不同工艺节点丰富设计服务经验的本土设计服务公司，将在产业发展进程中脱颖而出并成为芯片自主化的坚强后盾，并对我国集成电路设计产业发展具有重要商业价值与战略意义。

　　根据上海市集成电路行业协会的研究报告，全球集成电路设计服务市场集中度较高，前五大厂商占据了全球超50%的市场份额。同时，由于终端应用市场的定制需求较为多元，存在较大的长尾市场，因此市场中存在着较多规模较小的设计服务企业。随着制程工艺的不断发展，芯片设计难度及设计风险不断提升，小型芯片设计服务企业技术能力难以满足市场需求，头部厂商市场份额有望进一步扩大。

　　创意电子成立于1998年，总部位于中国，系证券交易所上市公司（股票代码：，是全球领先的集成电路设计服务公司，其与全球领先晶圆代工厂台积电建立了战略合作伙伴关系，主要向客户提供定制芯片设计服务及IP解决方案。

　　智原科技成立于1993年，总部位于中国，系证券交易所上市公司（股票代码：3035.TW），其为客户提供定制芯片设计服务与IP授权服务。

　　世芯电子成立于2003年，总部位于中国，系证券交易所上市公司（股票代码：3661.TW），专门提供高复杂度、高产量的ASIC与SoC设计及制造服务。

　　芯原股份成立于2001年，系上海证券交易所科创板上市公司（股票代码：688521），是一家依托自主半导体IP，为客户提供平台化、全方位、一站式芯片定务和半导体IP授权服务的企业。

　　拥有覆盖主流逻辑工艺节点与包括BCD、EFLASH、HV、SOI、LCOS、EEPROM等特色工艺节点的完整芯片定制能力。多年来，公司结合不同工艺节点、IP特性与客户差异化需求，为客户挑选与其应用场景和特定需求更为契合的工艺及IP组合并为客户提供一站式芯片定务。拥有完整的芯片定制能力，自研形成了由高清音视频DSP平台、物联网微平台、高性能异构计算平台等组成的可复用行业应用解决方案与一系列高性能半导体IP，以“标准化方案+差异化设计”的模式快速满足客户在物联网、工业控制、高性能计算等众多领域的芯片定制需求。公司新一代高速接口IP、模拟IP及系统级芯片方案已在先进工艺节点成功流片。

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