六、产业链

14. 上中下游

半导体产业链可分为上游（材料、设备）、中游（设计、制造、封装）、下游应用三大环节

16. 技术：设计流程

100 亿个晶体管在指甲盖大小的地方组成电路，想想就头皮发麻！一个路口红绿灯设置不合理，就可能导致大片堵车，电子在芯片上跑来跑去，稍微有个 PN 结出问题，电子同样会堵车，所以芯片的设计异常重要

芯片制造的过程就如同用乐高盖房子一样，先有晶圆作为地基，再层层往上叠的芯片制造流程后，就可产出必要的芯片（后面会介绍），然而，没有设计图，拥有再强制造能力都没有用1. 规格制定在 IC 设计中，最重要的步骤就是规格制定，这个步骤就像是在设计建筑前，先决定要几间房间、浴室，有什么建筑法规需要遵守，在确定好所有的功能之后在进行设计，这样才不用再花额外的时间进行后续修改第一步：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. 设计芯片细节这个步骤就像初步记下建筑的规画，将整体轮廓描绘出来，方便后续制图。在 IC 芯片中，便是使用硬体描述语言（HDL）将电路描写出来。常使用的 HDL 有 Verilog、VHDL 等，藉由程式码便可轻易地将一颗 IC 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，直到它满足期望的功能为止

4. 电路布局与绕线将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，便会形成如下的电路图。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

在此过程中，常用的工具包括 IP 模块和 EDA，下面会详细介绍

高通 Qualcomm1985 年，高通创立，总部设于美国加利福尼亚州圣迭戈市1989 年，推出用于无线和数据产品的码分多址（CDMA）技术2018 年，营收 227 亿美元，其中半导体收入174 亿美元，专利技术授权收入 53 亿美元，中国大陆收入占 66.64%高通主营业务分两部分，分别为QCT（高通半导体业务）与QTL（高通技术许可业务），QCT主要研发集成电路产品和系统软件产品等，骁龙芯片就属于其中；QTL 将拥有的 13 万项全球范围专利，收取高额的专利费用1.高额专利授权费：通过授权使用CDMA技术，收取高额费用2.专利反授权：高通依靠对CDMA的垄断，要求所有获得CDMA标准专利授权的厂商，必须向高通无偿提供所有通信专利授权3.高通税：高通强制规定，要求使用高通SOC的手机厂商，在缴纳巨额高通授权费后，还必须缴纳相当于手机价格 5%—10% 的钱作为专利费，注意，是销售定价，哪怕是你手机镶上了 100 克拉的钻石，也要按总售价收

RISC-V：1981 年 RISC-I 开发完成，2010 年加州大学伯克利分校的 DavidPatterson教授开发完成 RISC-V 指令集，非常精简和灵活，BSD（BerkeleySoftware Distribution）开源协议允许使用者修改发布和销售。任何人都可以基于RISC-V指令集进行芯片设计和开发，然后拿去卖钱，而不需要支付授权费用

20. IP 核

IP 核（Intellectual Property Core）是指在半导体集成电路设计中那些可以重复使用的、具有自主知识产权功能的设计模块，设计公司无需对芯片每个细节进行设计，通过购买成熟可靠的IP方案，实现某个特定功能，这种类似搭积木的开发模式，缩短了芯片开发的时间，提升了芯片的性能IP 核有三种不同的存在形式：HDL 语言形式，网表形式、版图形式，分别对应我们常说的三类 IP 内核：软核、固核和硬核软核是用 VHDL 等硬件描述语言描述的功能块，并不涉及用什么具体电路元件实现这些功能，优点是设计周期短，设计投入少，布局和布线灵活，缺点是一定程度上使后续工序无法适应整体设计，性能上也不可能获得全面的优化，软核通常以加密形式提供，实际的 RTL 对用户不可见固核对软核进行了参数化，用户可通过头文件或图形用户接口(GUI)方便地对参数进行操作，由于内核的建立(setup)、保持时间和握手信号都可能是固定的，因此其它电路的设计时都必须考虑与该内核进行正确地接口硬核提供设计阶段最终阶段产品——掩膜，以经过完全的布局布线的网表形式提供，同时还可以针对特定工艺或购买商进行功耗和尺寸上的优化，尽管硬核由于缺乏灵活性而可移植性差，但由于无须提供寄存器转移级(RTL)文件，因而更易于实现 IP 保护21. 产业：全球2018 年全球半导体 IP 市场规模为 49 亿美元，ARM 占 41%

ARM 安谋1978 年，Acorn电脑公司在英国剑桥创立1985 年，研发出精简指令集架构处理器，名为Acorn RISC Machine，简称ARM1990 年，苹果、Acorn、VLSI 合资公司 ARM 正式成立

ARM 指令集架构的主要特点：一是体积小、低功耗、低成本、高性能，非常适用于移动通讯领域二是大多数数据操作都在寄存器中完成，指令执行速度更快三是寻址方式灵活简单，执行效率高四是指令长度固定，可通过多流水线方式提高处理效率ARM 做芯片的架构设计，相当于画工程图纸，然后把图纸卖给各大芯片设计公司，这些公司基于这个原始图纸，进行修改，最终设计自己想要的芯片，交付芯片工厂去生产出来，授权模式分为三个等级：

22. 产业：中国国内仅有中科院的龙芯和总参谋部的申威拥有自主架构，前者用于北斗导航，后者用于神威超级计算机，民用领域基本是空白国内 IP 有华大九天、橙科微、IPGoal 和Actt等厂商。其中华大九天提供提供高速接口；橙科微则是Serdes IP供应商；IP Goal则提供包括USB1.1/2.0/3.0/codec/还有其他IO在内的数模混合类IP；ACTT的产品包括了Serdes、物联网、指纹和传感器等方面的低功耗IP

EDA 是电子设计自动化（ElectronicDesign Automation）的简称，是从计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）和计算机辅助工程（CAE）的概念发展而来的

在EDA出现之前，设计人员必须手工完成芯片的设计、布线，利用 EDA 工具，电子工程师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统，大量工作可以通过计算机完成，并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出 IC 版图或 PCB 版图的整个过程在计算机上自动处理完成

2018 年，全球 EDA 市场规模 97 亿美金

25. 技术如果粗略地划分，我们可以将EDA的CAD市场分为三部分：前端技术（frontend，包括Verilog等的模拟与器件组合），后端技术（backend，包括 Place＆Routing 芯片布局与绕线），验证技术（DRC／LVS等）

26. 产业：全球全球 EDA 市场基本上被三家公司垄断：Cadence、Synopsys和 和 Mentor Graphics。其中规模最小的 Mentor Graphics 已经被西门子收购。三大 EDA 供应商都能提供全套的芯片设计解决方案，包括模拟、数字前端、后端、DFT、Signoff 等一整套设计工具

Synopsys 新思科技1986 年，Synopsys（新思科技）成立，由 Aart de Geus 带领通用电气公司微电子研究中心的工程师团队创立，2008 年成为全球排名第一的EDA 软件工具领导厂商，2018 财年营收 217 亿元Synopsys 建立了完整的芯片 ASIC 设计 FLOW，包括：Verilog仿真工具 VCS、逻辑综合工具 Design Compiler、物理布局布线工具 IC Compiler、形式验证工具 Formality、时序分析工具 Prime TIme、参数提取工具 STAR-RC、版图检查工具 Hercules、还有 ATPG工具TetraMAX，可以说是集“广、大、全”于一身Synopsys 通过发起几十余项并购交易，不断寻找那些已经被市场证明成功的产品及其企业，通过滚动并购操作达到了扩大业务规模、进行技术整合的目的

Cadence 铿腾

1986 年成立，2018 年营收 147 亿元，是 EDA 业界第二厂商，公司产品集中在模拟电路、PCB 电路、FPGA 工具

西门子明导 Mentor

1981 年成立，2016 年西门子以 45 亿美元收购，是电路板解决方案的市场领导者

27. 产业：中国

1986 年，开始研发我国自有的集成电路计算机辅助设计系统——熊猫系统

2019年，华大九天、概伦电子、广立微电子、芯禾科技四家本土企业参展DAC，DAC 是全球领先的技术性大会和电子设计自动化商展，被公认为电子系统设计和自动化的首要会议