近年，芯片毫無疑問已成為事關中國國運的大事，芯片產業到底涉及哪些鏈條？它是如何一步步發展而來，有哪些主要玩傢？為什麼說芯片可以影響到國際局勢？中國的芯片產業方向在哪？本文將進行系統梳理。

全文幹貨，長度預警

一、芯片、半導體、集成電路的關系

首先，定義個名詞，什麼叫“芯片”？

很多場合，我們都將之與“集成電路”或“半導體”等同起來，嚴格意義上說，並不準確。

半導體，是組成集成電路和芯片的基本組成材料，重點在於強調“原材料”。世界上大多數材料要麼導電（如銅線），要麼絕緣（如玻璃），但矽和鍺等半導體材料則不同，本身並不導電，但當加入某些材料如磷或者硼後就可以導電。

（小知識：二戰結束初期，美國的肖克利正是發現瞭這一物理理論，從此打開半導體世界的大門。）

芯片是集成電路的最終載體，是集成電路經過設計、制造、封裝、測試等後的獨立成熟產品，重點在於強調“產品”。

廣義上，集成電路也可約等於芯片，不過部分領域的芯片可能不存在集成電路。

不過，在提到產業鏈時，簡單稱之為半導體產業或者芯片產業都可，大傢也都理解，本質是一回事。

二、芯片/半導體行業的分類

根據 IRDS 發佈的國際半導體技術發展路線圖，半導體行業的發展主要分為兩大方向：

一類是以制程線寬不斷縮小為特征的深度摩爾定律方向（More Moore）， 另一類是以應用功能多樣化為特征的超越摩爾定律方向（More than Moore）。

深度摩爾定律方向

深度摩爾定律方向主要包括邏輯芯片、存儲芯片等細分市場，其核心是沿著摩爾定律的道路，通過特征尺寸不斷縮小，在一個芯片上擁有更多的電路，目前 12 英寸矽片在這個領域占據主導地位。

邏輯芯片，是指運行智能手機、計算機和服務器的處理器,如CPU/GPU等；

存儲芯片，指的是DRAM（計算機運行的短期內存）、閃存NAND等

超越摩爾定律方向

超越摩爾定律方向的可稱為泛模擬芯片，包括將視覺或者音頻信號轉換為數字數據的傳感器等模擬芯片、與手機網絡進行通芯的射頻芯片、以及管理設備如何使用電力的芯片，具體包括功率器件、模擬芯片、傳感器等細分市場等。

泛模擬芯片側重於功能的多樣化，是由應用需求驅動的，其核心是在一個芯片上擁有更多的功能，目前 8 英寸矽片在這個領域仍占據主要地位。

超越摩爾定律不再單純依靠縮小晶體管尺寸和矽片尺寸的放大，而是通過電路設計以及系統算法優化、先進封裝技術集成更多數量的晶體管等方式綜合以提升性能。

不同於邏輯芯片和存儲芯片必須無情地縮小晶體管才能保持領先地位，泛模擬芯片的制造廠商通常並不需要每隔幾年就競爭制造更小的晶體管，因此，他們的成本要低得多，平均也隻需要近四分之一的先進邏輯芯片和存儲芯片廠的投資成本。

邏輯芯片、存儲芯片是目前半導體領域的核心戰場，在後面會有詳細介紹，這裡先簡要說說泛模擬芯片。

手機基帶芯片

通信是個很大的領域，主要包括手機基帶芯片、射頻芯片、WIFI芯片、藍牙芯片等，而提到通信，也不得說高通公司。

幾十年來，無線通信的需求在不斷增長，但頻譜空間有限。雅各佈斯意識到，芯片的進步如之快，以至它們很快就能在同一頻譜空間中編碼更多數量級的數據。於是，他和幾位同事成立瞭高通（意為高質量通信）的無線通信公司，並且在80年代末，進入民用市場。

特別的是，針對2G之後的每一代手機技術，高通公司都提出瞭關於如何通過無線電頻譜傳輸更多數據的關鍵想法，並銷售瞭具有能夠破譯這種計算能力的專用芯片。

該公司的專利如此之重要，沒有它們，手機就不可能被制造出來，高通公司很快就涉足瞭一個新的業務線，不僅設計瞭與移動網絡通信的調制解調器芯片，還設計瞭運行智能手機核心的處理器。

高通公司雖自行設計芯片，卻外包給三星或者臺積電制造，不過，僅靠銷售芯片和專利許可，便是可觀的營收。

射頻芯片

射頻芯片被譽為模擬芯片皇冠上的明珠。射頻芯片又分為射頻收發芯片和射頻前端芯片，而目前射頻前端芯片的復雜度更高。

在射頻領域，特別是手機射頻前端領域，前五大公司思佳訊、Qorvo （威訊）、Qualcomm （高通）、博通、Murata （村田）市場份額總計超過瞭85%，射頻前端器件采用特殊制造工藝，且不同器件之間的工藝差別大，美日巨頭以 IDM模式壟斷市場。

WIFI芯片

這個領域，美國的博通公司世界第一，大部分高端手機裡的WIFI芯片都是博通的，國際上知名的WIFI芯片廠商有美國的博通、高通、Marvell（美滿科技，總部加州矽谷）、TI，臺灣的聯發科。

藍牙芯片

這個領域的技術含量不算特別高，比WIFI芯片簡單多瞭，包括國內大大小小的芯片設計公司都有在做藍牙芯片的，可以稱得上一個紅海市場。

上面主要是從技術演進角度的分類，非專業的人讀起來還是比較抽象，網絡上也有不少將不同功能芯片類比成人體各器官的，更方便理解，這裡也借用下。

三、芯片的原理及工藝

芯片領域的核心原理是：在矽片等半導體材料的特定部位，施加不同的材料產生化學反應，利用導電和不導電的特性來控制電流影響。

原理並不難理解，技術上也容易實現，但實現商業化卻是相當困難，其涉及的產業鏈十分復雜，為更好理解後續故事，這裡有必要先簡單串聯一下芯片的產業鏈。

產業鏈簡述

半導體行業呈現垂直化分工格局，上遊包括半導體材料、半導體制造設備等； 中遊為半導體生產，具體可劃分為芯片設計、晶圓制造、封裝測試；半導體產業 下遊為各類終端應用。

根據所包含的生產環節的不同，半導體產業的企業經營模式一般可分為垂直 整合模式（IDM 模式）、晶圓代工模式（Foundry 模式）和無晶圓廠模式（Fabless 模式），發行人屬於晶圓代工模式。

從利潤結構上，芯片設計處於最核心地位，投資少，技術門檻極高，享有極高的壟斷利潤，像英特爾、英偉達、蘋果、高通是各領域的龍頭；晶圓制造，動輒需要幾百億的重投資，而且制造難度最大，因此，不斷加強對nm級別的芯片規模化生產效率，改善工藝，也讓這些廠商獲得巨額利潤，臺灣的臺積電和韓國的三星是典型代表；半導體設備，幾乎被美、日、荷蘭公司壟斷，特別是光刻機領域，阿斯麥一傢幾乎壟斷全球。

芯片的制作流程

矽片制作

半導體矽片行業具有技術難度高、研發周期長、資本投入大、客戶認證周期 長等特點，因此全球半導體矽片行業集中度較高。國際矽片廠商長期占據較大的市場份額，排名前五的廠商分別為日本信越化學（Shin-Etsu）、日本勝高（Sumco）、 環球晶圓（Global Wafers）、德國世創（Siltronic）、韓國 SK Siltron。

矽片從尺寸上可分為包括 4 英寸、5 英寸、6 英寸、8 英寸、12 英寸，尺寸越來，技術難度越高， 以 8 英寸矽片為例，8 英寸矽片較 6 英寸矽片在面積上提升約1.78 倍，由於矽片面積擴大，使得單矽片芯片產出數量也成倍增加；並且矽片實際利用的面積 主要集中在中間部分，因為邊緣部分不夠平整以及存在缺陷，大尺寸矽片能夠用於制造芯片的區域會更大。

目前國內企業在 8 英寸外延片生產方面與國際先進水平的差距已經有所縮小，但12 英寸由於核心工藝技術難度更高，尚未實現重大突破。

分類上，矽片包括拋光片和外延片，拋光片是生產傳感器、模擬芯片、分立器件、功率器件、射頻前端芯片等半導體產品的關鍵基礎材料；外延片主要用於制作邏輯芯片、分立器件。

接著，說說矽片制作的基本工藝流程。

半導體矽片的生產需要半導體級多晶矽作為原材料。通過晶體生長工藝，半導體級多晶矽在石英坩堝中融化，通過摻入硼、磷、砷、銻等元素改變其導電性能後，可制備出具有特定性能的半導體級單晶矽棒；單晶矽棒再經過滾磨、截斷、 切片、倒角、研磨、刻蝕、拋光、清洗、檢查、包裝等工藝步驟，最終制造成為 拋光片；外延片生產過程主要為在拋光片的基礎上進行外延生長。

簡單講，主要有以下環節：

• 初步粗煉：將矽單質從沙子等原材料裡提取出來；
• 精煉：針對初步提取出的矽單質繼續精煉，得到純度符合芯片要求的多晶矽；
• 拉晶：將液態的多晶矽，通過提拉法得到單晶矽柱；
• 切割拋光：對單晶矽柱進行切割、拋光、清洗等，最終得到可以使用的矽片。

晶體生長流程：

拋光片生產的主要工藝流程：

芯片設計

芯片設計是芯片的整個靈魂，芯片實現怎樣的功能完全是看最初芯片的整體設計。

具體說，是指將系統、邏輯與性能的設計轉化為具體的物理版圖，其中包括芯片的規格制定、邏輯設計、佈局規劃、性能設計、電路模擬、佈局佈線、版圖驗證等。

芯片的電路設計離不開EDA芯片設計工具和芯片架構。

EDA芯片設計工具

EDA工具也可稱為芯片設計軟件，是指利用計算機輔助設計軟件，來完成超大規模集成電路芯片的功能設計、綜合、驗證、物理設計等流程的設計方式。

在互聯網行業，產品和軟件都可以有初版，然後不停迭代優化，但是芯片行業不行。因為芯片產品一旦生產就不可再更改，生產出來的芯片不達標就隻能報廢。所以需要EDA軟件進行虛擬的設計、模擬、仿真等，為瞭確保日後生產流水線上生產一次性成功，降低整體成本。

芯片設計軟件目前由三傢美國公司掌握—楷橙、新思和明導，占據瞭全球大約75%的市場，如果不使用至少一傢公司的軟件，芯片公司就不可能設計出芯片，此外，大多數提供芯片設計軟件的小型公司也位於美國，沒有其他國傢能做到這一點。

芯片架構

芯片的架構就像是造房子時候搭的整體框架一樣，在設計芯片的最初需要確定好使用哪種架構，就像蓋房子時需要選擇用木頭搭建整體框架，還是鋼筋水泥。

目前市場上主流的芯片架構有 X86、ARM、RISC-V和MIPS四種

每一種架構都有自己的特征和優勢

ARM架構和X86架構是市場份額最大的兩大架構，目前在移動領域上ARM架構占主流，X86架構也占有一定的市場份額。X86架構由於其封閉性，相對於ARM架構成本更高，但有著更高的性能、更快的速度和兼容性。

另外，技術上由於專利和授權限制，僅有RISC-C是屬於開源的架構，也是中國在當下可能追求突破的一個方向。

晶圓制造

晶圓是指矽半導體集成電路制作所用的矽晶片，由於其形狀為圓形，故稱為晶圓，在行業內，也把芯片生產稱為晶圓制造。

制程技術

在具體打開晶圓制造工藝前，有必要先瞭解下經常提及的14nm 、7nm制程技術是怎麼回事？

在芯片領域，每一代的制造技術都是以晶體管柵極的長度命名的，柵是晶體管的一部分，可以控制晶體管的打開和關閉，180納米是1990年首創的，隨後是130納米、90納米、65納米等，每一代的晶體管都會縮小到足以在同一區域內容納大約兩倍數量的晶體管，受到摩爾定律的影響。

每一代的工藝技術提升都是巨大的研發和設備投入，中國大陸雖然有中芯、華虹半導體等晶圓代工廠，但是大陸的公司主要生產的芯片都是14nm制程及以上的，最新的7nm制程的芯片大陸公司都不具備生產能力，在這個領域，中國大陸落後至少10年。

工藝制造流程

晶圓制造是指借助載有電路信息的光掩模，經過光刻和刻蝕等工藝流程的多 次循環，逐層集成，並經離子註入、退火、擴散、化學氣相沉積、化學機械研磨 等流程，最終在晶圓上實現特定的集成電路結構。

主要工藝流程如下：

其具體的制造過程過於復雜，一般人並不好理解，僅僅說說其中的光刻環節，也是其命脈環節。

光刻

說到光刻，不得不提阿斯麥ASML為代表的光刻機，大傢應該也經常在各類文章中看到，當屬半導體產業鏈上，最復雜、最燒錢的半導體設備。

最早期的制作工藝就是在半導體材料上放置一些特定形態的蠟球，然後用專用化學品腐蝕未覆蓋部分，這種工藝很快就遇到瓶頸。制造更小的晶體管需要小的蠟球，但控制這種蠟球很困難，靠人眼幾乎已不可能。

某天化學傢萊思羅普在顯微鏡觀察晶體管時，產生瞭一個想法：顯微鏡可以拍攝一些小東西，讓他們看起來更大，如果把顯微鏡倒過來，就可以把一個大的圖案印到材料上，這是光刻領域上革命性的想法，很快，柯達就造出一種“光刻膠”的化學物質，這種物質在受到光照射時會發生化學變化。

利用光照與光刻膠反應，從而在半導體晶圓上制造圖案，這個技術聽起來簡單，但技術實現上十分復雜。

具體實現上，當光線穿過掩模和透鏡，將聚焦的形狀投射到塗有光刻膠的矽片上，在光線照射的地方，化學物質與光產生反應，然後被溶解，暴露出矽片上的微小凹痕，以去除凹痕下面的材料，或者沉積某種新材料，再用特殊溶液去除剩餘的光刻膠，最終讓具有完美凹痕形狀的新材料留在矽片上。這個光刻過程通常需要五次、十次或者幾十次，通過沉積、蝕刻和拋光才能制造出集成電路，每一次光刻都需要與上一次嚴格對準。

隨著晶體管的小型化、光刻工藝涉及的每一部分，從化學物質到透鏡，再到使矽片與光源完美對準的激光器，都變得更加困難。

芯片制造早期，晶體管尺寸很大，光刻機使用的光波無關緊要，但是摩爾定律發展到光波波長的尺度，晶體管開始以百納米為單位進行度量，此時的人們已經開始設想出長度隻有十幾納米的更小的晶體管。

研究人員開始將賭註放到X射線或極紫外光技術上，每一種都會與不同的光刻膠化學物質發生反應，下一代的光刻競爭便註定會發生在“光源”之戰上。

2015年，ASML最先進的EUV光刻機宣佈量產，其波長隻有13.5nm，可以做7nm、5nm、3nm、2nm、1nm制程的芯片瞭。也是歷史上最昂貴的大規模生產機器，復雜程度非常高，每臺EUV光刻機的制造成本超過1億美元，而每臺光源需要整整457329個部件，阿斯麥的工作人員在設備的整個使用期間都會留在現場，沒有充分培訓，其他公司的人不可能學會使用EUV光刻機。

盡管如此昂貴，仍然訂單無數，Intel、三星、臺積電下瞭大量訂單都在等待交貨。中國的某些晶圓代工廠也下瞭訂單，但ASML公司一直沒有交貨，就是因為這款光刻機的技術使用到瞭很多國傢的技術，其中就包含美國，美國不允許出售給中國，所以中國目前的晶圓代工廠一直無法采購到最新的EUV光刻機。

封裝測試

封裝是指將芯片上的接點用導線連接到封裝外殼的引腳上，並通過印制板與 其他器件建立連接，起到安放、固定、密封、保護芯片和增強電熱性能的作用。

這一部主要目的是將芯片從矽片上裁剪下來，裁剪成一個一個獨立的芯片，然後對每個獨立的芯片進行測試，測試合格的產品進行最終的封裝。

芯片制造的技術難度

芯片制造是目前中國被美國禁令卡的最難受的環節，也是中國目前和世界領先技術水平差異最大的環節，臺積電目前是這個領域的絕對領導者。

芯片制造的難度不是在技術原理，而是工藝流程和大規模生產上，芯片整個制造的步驟有幾千步，假設每一步的合格率99%，幾千步99%*99%相乘以後接近於0。而芯片制造的整體良品率必須達到90%以上，才可以批量生產，不虧本。這就要求每一步的合格率達到99.99%以上，背後是對工藝和技術的極度苛刻。

目前臺積電已經實現瞭7nm制程芯片的量產，正在投入到5nm制程芯片量產的研發中。而國內的晶圓代工廠還停留在14nm制程上，這個差距並不是光刻機可以彌補的，還有整條生產線上的差距，生產線達不到量產的水準，最終制作的芯片良品率很低，將會造成大量虧損，這是國內的晶圓代工廠無法承受的。在可見的時間內，中國無法在技術上追齊。

四、芯片的技術發展史

回到芯片本身的技術發展歷史，也映射著各國之間的技術實力變遷。

讓我們先從芯片技術的筆祖說起。

CPU處理器芯片——王者英特爾

CPU處理器芯片，包括手機、PAD等移動設備處理器、電腦等微處理器，從分類上屬於邏輯芯片，適用摩爾定律。

在臺式、或者筆記本電腦處理器領域，美國的英特爾公司是絕對的王者，截至今天，英特爾的X86架構仍然是個人電腦和數據中心的行業標準。

開啟商業化

1968年，偌伊斯和摩爾離開他們創立的仙童半導體公司，創立瞭英特爾——集成電子公司。

偌伊斯和摩爾都是半導體領域的知名人物，且被普遍認為是矽谷的創始人之一。晶體管的技術發明來源於諾貝爾獎獲得者肖克利等物理學者，但光靠技術還不足以建立芯片產業。

事實上，即便到今天，芯片的科學原理並沒有秘密，都是公開的，但是要做到技術上的可行性，尤其是商業上的盈利就太難瞭。

偌伊斯和摩爾便可稱得上最早將芯片技術進行產業化的代表。

當晶體管技術問世之後，他們敏銳地意識到：晶體管的小型化和低功率是個強大組合，更小的晶體管和更低的功耗將為他們的集成電路創造新的應用，於是成立瞭仙童半導體公司。

海外建廠

仙童公司不僅將芯片產品銷售給美國軍方，同時也學會瞭如何大規模生產，利用香港、馬來西亞的低薪，他們是第一傢在亞洲進行海外組裝的半導體公司，並將芯片轉變為大眾市場產品。

和早期成立仙童的背景類型，此時的偌伊斯和摩爾意識到，工業時代正在結束，晶體管將重塑世界經濟，而且晶體管的成本將持續顯著下降。摩爾在1956年提出，隨著工程師們學會制造越來越小的晶體管，每個芯片上可安放的元器件數量每年都會翻倍，這種芯片計算能力指數級增長的預測被稱為“摩爾”定律，成為接下來數十年IT產業的重要指導規律。

存儲芯片爆火

英特爾成立兩周後，推出瞭第一款叫做DRAM的存儲芯片，使用矽芯片技術取代瞭當時的磁芯，隨著計算機內存需求的激增，磁芯無法跟上時代。

英特爾計劃主宰DRAM芯片業務，由於存儲芯片不需要專用化，同樣的設計可用於許多不同類型的設備，這使得存儲芯片的大規模生產成為可能。相比之下，負責“計算”的邏輯芯片則都要專門設計，這種專用化提高瞭成本，因此，英特爾決定將重點放在存儲芯片的生產上，而且從一開始，公司瞄準的便是電腦和消費品，而不再是導彈。

日本崛起

在20世紀60年代早期，人們宣稱五角大樓創造瞭矽谷，但此後的十年裡，形勢發生瞭變化。

英特爾在DRAM芯片的領先未能持續太久，隨著日本消費電子產業的興起，索尼、NTT等公司成長，也培植瞭日本最大的DRAM生產商東芝。雖然美國有一系列的指責，如控訴日本知識產權盜竊、國內保護、政府補貼及廉價的借貸資本等，日本在存儲芯片市場成長為世界領先。

轉型微處理器

英特爾是存儲芯片的先驅，對於他來說，承認失敗將是一種恥辱，但災難性的數據是無法否認的。此時的接任者是格魯夫，他在80年代決定放棄DRAM，把一切都押註在電腦的微處理上，英特爾建立瞭與計算機巨頭IBM的合作，為個人電腦制造芯片，靠著這份偏執，英特爾獲得拯救並重新崛起，也帶動瞭矽谷的再次繁榮。

錯失移動設備市場

關於英特爾另外一個巨大的失誤，就在錯失瞭移動設備領域。

通過戰勝AMD等公司，英特爾不僅牢牢建立瞭在電腦處理器領域的龍頭，而且其X86的指令架構被打造為行業標準，定義瞭全球絕大多數的個人電腦和服務器業務。

問題倒不是說科學傢們沒有能力設計其他的應用架構，例如，一利新的、更簡單的芯片架構RISC（精簡指令集）已經問世，能提供更高效的計算，降低功耗。但轉換成本非常高，整個計算機是圍繞X86設計的，英特爾主導瞭整個生態系統。

一些公司試圖挑戰x86的地位，1990年，蘋果和兩個合作夥伴成立瞭一傢Arm的合資企業，他們采用瞭更簡單的RISC原理來設計芯片。不過，英特爾與微軟Windows操作系統的合作過於強大，Arm根本無法打入個人電腦市場。

不過，移動設備的到來帶來瞭意想不到的變化。

首先是任天堂的手持式視頻遊戲機，選擇瞭Arm芯片，這是個英特爾從未關註的小市場。接著，蘋果公司喬佈斯的一個決定，徹底撕開瞭口子。

據說，在蘋果公司早期，喬佈斯曾找到英特爾希望為其智能手機iphone制造芯片，被拒絕瞭，於是，喬佈斯轉向瞭Arm架構，與x86不同的是，Arm架構針對必須節約功耗的移動設備進行瞭優化。隨著iphone銷量的迅速增長和對行業的帶動作用，移動設備消耗瞭近三分之一的芯片，英特爾曾多次嘗試圍堵，但已經失去瞭先發優勢。

在《創新者的窘境》一書中，對英特爾的錯失機會有非常深刻的分析，事實上，英特爾的管理層都是極端聰明的，早在90年代，在英特爾內部就有過是否向移動設備領域投資的爭論，但在個人電腦處理器銷售收入高得多的時候，從理性上，沒人想要利潤率低的產品，使得英特爾想嘗試任何新產品都是不可能的，公司管理層首先看重的是財務報表上漂亮的業績數據。

在Iphone第一代產品中，蘋果使用瞭自己的IOS操作系統，但將芯片的設計和生產都外包給瞭三星，不久後，蘋果開始設計自己的處理器A4。

蘋果不但選擇自己設計手機主處理器，而且還設計瞭運行Airpods等配件的輔助芯片，這種對專用芯片的投資解釋瞭為什麼蘋果的產品使用起來如此順暢。

芯片設計的分離

在半導體行業，將僅從事芯片設計，沒有其他生產、封裝、測試業務的公司稱之為fabless無晶圓廠。

1976年，當時世界上還不存在無晶圓生產廠傢的芯片設計公司，最早提出將芯片設計和制造分離的便是臺積電的創立者張忠謀,他認為隨著技術的進步和晶體管的縮小，制造設備和研發成本將上升，隻有生產大量芯片的公司才具有成本競爭力。

在創業之初，他便承諾，臺積電永遠不會設計芯片，隻會制造芯片，這樣一來各大芯片設計廠商便不會擔心創意被復制的風險，最重要的是，相比動輒幾百億投資的晶圓廠，設計廠傢可以輕量的投資快速啟動創業，很快張忠謀的代工式模式催生瞭數十傢設計公司。

例外的是，英特爾雖然是在微處理器的設計上遙遙領先，同時也固執地堅持著將半導體設計和制造結合在一起的集成模式英特爾的領導認為，設計和制造流程可以互相優化，這是生產芯片的最佳模式。

當英特爾的主要競爭對手AMD在內的大多數邏輯芯片公司都出售瞭自己的晶圓廠，專註設計之後，英特爾成為矽谷為數極少的堅持自行生產的廠傢。甚至2015年，英特爾還開始嘗試進軍代工業務，與臺積電等展開競爭，但結果很悲催，幾年裡中英特爾隻贏得瞭一個客戶，最終該項業務被關閉。

手機處理器的國際領頭主要是高通和MTK（聯發科），由於手機芯片設計成本高昂，大多數公司也都會選擇向高通等公司購買，其中一些中低端的手機則會使用聯發科芯片。

與高通等公司類似的是，蘋果僅設計芯片，並不制造，如今，Iphone的處理器主要在臺灣臺積電和韓國三星生產，然後送往中國進行組裝。隨著蘋果生態系統的完善，蘋果也逐漸躋身手機處理器的龍頭地位。

圖像處理器GPU芯片—英偉達的時代到來

如果說在微處理器領域，主要是英特爾和蘋果等公司的故事，在圖像處理器，即GPU芯片領域，主角便是英偉達NVIDIA。

英偉達成立於1993年，將其帶到世界聚光燈下面的，當屬臺灣人黃仁勛。

與個人電腦微處理器不同，英特爾在圖形處理領域並沒有形成絕對壟斷，這對於當時的半導體創業公司是個天賜良機。

早期的個人電腦是一個單調乏味的2D（二維）世界，但英偉達打賭，圖形的未來將是制作復雜的3D圖像。英偉達不僅設計瞭能夠處理3D圖形的稱為GPU的芯片，還圍繞這些芯片建立瞭一個軟件生態系統。

在當今的獨顯領域，英偉達獨霸天下，占據瞭超過80%的市場份額。

但這還不是最可怕的，除瞭圖形處理領域，英偉達更大的想象空間遠不止於此。

GPU芯片與英特爾或者 AMD的CPU工作方式不同，CPU具有無限的靈活性，但是以串行的方式來運行計算，相比之下，GPU則是通過並行計算可同時處理多條數據，在新到來的人工智能領域，這項技術帶來的效率差異是巨大的。

事實上，這也正是英偉達想做的，他們將未來押註在人工智能上，將芯片生產外包給瞭臺積電，然後堅持不懈地致力於設計新一代GPU。

有理由預測，英偉達很大概率超過英特爾，成為美國最有價值的半導體公司。

存儲芯片—亞洲工廠的領先

英特爾、英偉達、高通等的背後，代表的美國在邏輯芯片領域的絕對領先和控制，相比於邏輯芯片市場，存儲芯片不需要專用化，同樣的設計可以用於許多不同類型的設備，大規模生產是優勢建立的關鍵，因此，存儲芯片市場一直被少有的幾傢代工廠所主導，亞洲工廠居於領先地位。

在DRAM芯片領域，英特爾戰略性退出後，全球的主要廠傢為日本的爾必達、韓國的三星、SK海力士和美國的美光，後來爾必達被美光收購，整個市場便僅剩下三個玩傢。

在NAND芯片領域，三星占有35%的市場份額，其他則是韓國的SK海力士、日本的鎧俠和兩傢美國公司美光和西數，美國在這個制造領域的份額仍然很低。

晶圓制造—霸主臺積電

前面已經提過，臺積電是最早提出將芯片設計和晶圓制造分離的廠傢，靠著臺灣的政策支持以及與美國芯片行業的深厚聯系，臺積電取得巨大的成功，屬於世界第一的水平，占據瞭超過50%的市場份額。

緊隨其後的是三星和格芯。

三星的成長

故事仍然要先回到英特爾在DRAM芯片稱霸的時代。

美國在二戰後支持日本經濟的復蘇，並致力於將日本變成一個民主資本主義國傢，到瞭80年代，隨著消費電子市場的到來，日本本土的索尼、東芝、NEC、尼康等企業崛起，日本在存儲芯片、芯片光刻機領域全面超越美國，整個矽谷陷入陰影，直到個人PC時代，英特爾為代表的企業重新奪回微處理器龍頭地位。

遵循著“敵人的敵人就是朋友”這一原則，韓國的三星找到瞭機會。

當時，韓國政府已將半導體列為優先事項，看到矽谷和日本殘酷的DRAM競爭，三星的李秉喆感覺到瞭機會，並前往美國尋求合作。

矽谷認為，應對來自日本存儲芯片國際競爭的最佳方式，就是在韓國找到更便宜的來源，同時將美國的研發重點放在更高價值的產品上，而不是商品化的DRAN芯片上。

靠著美國芯片業和韓國政府的支持，三星迅速贏得世界份額，美國不僅為韓國的DRAM芯片提供瞭市場，也為其提供瞭技術，隨著矽谷的DRAM生產商大多數頻臨倒閉，它們幾乎毫不猶豫地將先進技術轉移至韓國。

個人PC電腦的崛起重新改變瞭美、日之間的競爭關系，由於投資過剩，日本半導體領域陷入整體蕭條，索尼是為數不多的不在DRAM芯片上下大賭註的公司，它成功地開發瞭新產品，如圖像傳感器芯片，並在接下來的數碼相機革命中居於領先。

到瞭1992年，三星取代瞭日本的DRAM生產商，成為世界領先的存儲芯片制造商，並且受益於政府和韓國銀行的支持，獲得持續投資，抵擋瞭來自臺灣和新加坡的市場競爭。

格芯入局

另一個晶圓制造領域的參與者是格芯，他的前身是AMD的制造業務板塊。

由於芯片行業的變化，加速瞭大部分芯片制造被離岸外包，AMD也不例外，格芯繼承瞭AMD的晶圓廠，開始直面三星和臺積電的競爭。

但與競爭對手不同的是，格芯把最先進的生產能力建立在發達經濟體，而不是亞洲，格芯與IBM和三星建立瞭合作夥伴關系，共同開發技術。

到瞭2018年，格芯為瞭追求7納米工藝已投入瞭15億美元的開發成本，預計還需要相當數量的額外支出才能上線，由於制造尖端處理器太昂貴瞭，格芯決定從三星等獲得工藝許可，而不是自行開發，退出瞭這個競爭領域，此時，全球范圍內能制造前沿邏輯芯片的公司數量降至三傢：臺積電、英特爾和三星。

光刻機——ASML的絕對壟斷

在半導體制造領域有個絕對的壟斷者不得不提，就是荷蘭的ASML光刻機。

半導體的生產工序繁多、且極其復雜，光刻是其中非常重要的一環。

最早壟斷光刻領域的是美國GCA公司，以1978年，控制瞭全球約85%的市場。時間進入80年代，隨著日本的消費電子產業興盛，佳能、尼康等公司開始取代GCA，故事的大背景也代表瞭日本芯片的崛起和美國衰退。

但光刻行業存在三個問題：工程、商業和地緣政治。

1984年，荷蘭電子公司飛利浦剝離內部的光刻部門，創建瞭阿斯麥，此時，正值日本與美國的貿易爭端，於是，美國將阿斯麥視為尼康和佳能的值得信賴的替代品。

同時，當時的研究人員已經將賭註放到X射線或極紫外光技術上，下一代的光刻競爭便註定會發生在“光源”之戰上。

阿斯麥通過收購美國的光刻機公司，壟斷瞭全球光刻機市場，英特爾、三星和臺積電都直接投資瞭阿斯麥，確保其有足夠的資本投資開發性能更優的EUV光刻機。

其最新的EUV光刻機在2015年被設計出來，也是歷史上最昂貴的大規模生產機器，復雜程度非常高，每臺EUV光刻機的制造成本超過1億美元，而每臺光源需要整整457329個部件。

不過，盡管機器部件如此之多，阿斯麥本身隻生產瞭部件的15%，其他是從其他公司購買的。但他的優勢在於，能夠協調數千傢公司的光學專傢、軟件設計師、激光公司等，共同構建起這個精細、復雜的網絡。

五、中國的芯片發展難題

芯片窘境

中國的人工智能、互聯網技術居世界前列，但其實，重要的技術卻是建立在進口矽產品的脆弱基礎上。

兩項核心技術能力受制於人：一是軟件產品，如Windows操作系統等，二是驅動中國電腦、智能手機和數據中心的芯片。

中國芯片產業的現狀是，最先進的邏輯芯片、存儲芯片和模擬芯片，很大程度上依賴美國的軟件和設計，美國、荷蘭和日本的設備，以及韓國和臺灣的制造業。

破局

為擺脫這一窘境，《中國制造2025》戰略規劃，計劃在2025年將中國芯片產品的進口份額從2015年的85%降低至30%。

芯片產業需要巨量的資金，先進晶圓廠的成本遠遠超過100億美元，因此，國傢層面於2014年成立瞭“大基金”的項目，以支持芯片領域。

在推動半導體自給自足的過程中，首先的重點領域是生產服務器芯片。世界上隻有三傢公司擁有x86芯片所需的知識產權：美國的英特爾和AMD,以及臺灣的小公司威盛。國內幾乎沒有能力生產具體競爭力的數據中心芯片，通過技術轉讓是一種可行的方式。

受“大基金”的支持，紫光集團將目光投向瞭臺灣，希望通過並購方式進入。聯發科是美國以外領先的芯片設計公司，臺積電是世界上幾乎所有無晶圓廠半導體公司都依賴的代工廠，紫光提出購買兩傢公司股份的建議，這一舉動甚至影響到臺灣當局的政策。

在所有類型的芯中中，中國有可能實現世界級制造能力的是NAND生產，那就是長江存儲，它是中國領先的存儲器生產商，這種芯片在智能手機和USB記憶棒等消費設備中隨處可見。紫光和“大基金”以及省政府一道，為長江存儲提供瞭至少240億美元的資金支持。

另外一傢在大陸對標臺積電的公司是，張汝京於2000年創立的中芯國際，公司的策略就是遵循、模仿臺積電，從境外芯片制造商挖人，采用最好的設備工具，堅持不懈地專註於沉淀行業經驗。

根本難題

芯片產業在國內發展真正的難題在於供應鏈，僅靠政府呼籲、投錢投人、用早年研發導彈的精神等，都無法適用，在半導體領域的技術獨立是個白白夢。

芯片產業難的不是技術原理，而是技術上的可行性和商業的盈利性，這樣的系統隻能由全世界的頂尖科技公司共同來完成。

比如，阿斯麥的EUV光刻機，也是花瞭近30年時間來開發和商業化，整個機器超過40萬個部件，任何一個缺陷都可能導致延遲或者可靠性問題，這種情況下即便拿到設計規范，也不可能做到快速的復制。可能中國投入瞭又一個10年時間來研發，但早錯過瞭早佳商業化的時間，對手可能推出瞭更新版本。

在半導體領域，中國不可能做到全部的國產化，而希望的是建立一個非美國的供應鏈，但由於美國在芯片行業的影響力及其出口法規的治外權力，非美國的供應鏈也不現實，仍需要漫長的時間。