芯片為何如此重要？行業(yè)現(xiàn)狀及賽道解析

8月9日，美國總統(tǒng)在白宮簽署《芯片和科學(xué)法案》。

法案內(nèi)容主要是對美本土芯片產(chǎn)業(yè)提供巨額補(bǔ)貼，為美國半導(dǎo)體研發(fā)、制造以及勞動力發(fā)展提供527億美元。其中390億美元將用于半導(dǎo)體制造業(yè)的激勵措施，20億美元用于汽車和國防系統(tǒng)使用的傳統(tǒng)芯片。此外，在美國建立芯片工廠的企業(yè)將獲得25%的減稅。

早在2020年8月，我國也提出，要從財稅、投融資、研發(fā)、進(jìn)出口、人才、知識產(chǎn)權(quán)、市場應(yīng)用、國際合作等方面支持集成電路和軟件產(chǎn)業(yè)發(fā)展，提出中國芯片自給率要在2025年達(dá)到70%。

可見，芯片被大家重視的程度。但芯片究竟為什么這么重要?我國芯片行業(yè)現(xiàn)狀如何?哪些賽道更被關(guān)注?

報告醬梳理了多篇相關(guān)報告，與大家一同分享。

芯片為何重要?

想要了解芯片的重要性，我們最好先了解芯片是什么。

如果用身邊實物來舉例的話，半導(dǎo)體材料可以比作制作紙張的纖維，集成電路可以比作紙張，芯片則是紙張做成的書本。

工程師們努力的方向就是讓集成電路更小更復(fù)雜，使得芯片的功能更強(qiáng)大。

集成電路是指組成電路的有源器件、無源元件及其互連一起，制作在半導(dǎo)體襯底上，或絕緣基片上，形成結(jié)構(gòu)上緊密聯(lián)系的、內(nèi)部相關(guān)的電子電路;芯片一般是肉眼能夠看到、長滿了很多小腳的，或者腳看不到、但是很明顯的方形物體。

它們都被廣泛應(yīng)用于通信、安防、軍事、工業(yè)、交通、消費(fèi)電子(例如：手機(jī)、電視、電腦等)等領(lǐng)域。

幾乎只要用電的東西，它里面都或多或少存在一些芯片。一旦失去芯片，我們生產(chǎn)制造的手機(jī)、電腦和家用電器，都會無法正常進(jìn)行下去。這就是芯片重要的原因。

芯片行業(yè)現(xiàn)狀

芯片屬于半導(dǎo)體元件產(chǎn)品的統(tǒng)稱，是集成電路(IC， integrated circuit)的載體。

相比來說，集成電路范圍要更廣，把一些電阻電容二極管集成到一起就算是集成電路了，但這個概念也會更加偏向于底層。

我們看行業(yè)現(xiàn)狀，以集成電路為主來統(tǒng)計。

隨著貿(mào)易爭端問題緩和、全球疫情逐步得以控制、5G、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、可穿戴設(shè)備等新興應(yīng)用領(lǐng)域持續(xù)蓬勃發(fā)展，預(yù)計2026年，全球集成電路市場規(guī)模將增至7478.62億美元。其中：

集成電路設(shè)計達(dá)到2774.57億美元;

集成電路制造達(dá)到3834.05億美元;

集成電路封測達(dá)到870億美元。

國內(nèi)來看，我國集成電路產(chǎn)業(yè)起步較晚，2018年以來，受“實體清單”影響，中興、華為等企業(yè)被貿(mào)易制裁，我國更加重視芯片的發(fā)展，行業(yè)也隨之進(jìn)入高速發(fā)展階段。

據(jù)我國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)顯示，集成電路市場規(guī)模從2017年的5411億元增長至2021年的約9145億元，其中2017-2021年復(fù)合增長率為14%。預(yù)計2026年，我國集成電路市場規(guī)模將達(dá)到22755億元，2021-2026CAGR為20%。

從芯片的結(jié)構(gòu)來看，產(chǎn)業(yè)有兩大核心：

一是電路理論，也就是芯片的研發(fā)設(shè)計，國內(nèi)為人熟知的芯片設(shè)計公司是華為的海思;

二是生產(chǎn)制造，也就是芯片的制造工藝，典型的芯片制造公司是臺積電和中芯國際。

目前，我國集成電路需求旺盛，但國內(nèi)自給量不足，需要大量進(jìn)口，對外依賴度較高。根據(jù)海關(guān)總署的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2021年中國集成電路產(chǎn)品進(jìn)口數(shù)量為6354.81億個，出口數(shù)量為3107億個，進(jìn)口金額為4396.94億美元，出口金額為1563億美元，存在較大的貿(mào)易逆差。

其中，EDA是集成電路產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)支柱，支撐著龐大的數(shù)字經(jīng)濟(jì)。下游中，汽車智能化需求極大，而智能化的硬件基礎(chǔ)便是芯片。這也是報告醬認(rèn)為，當(dāng)下最火熱的兩大賽道。

EDA&汽車芯片

1. EDA，半導(dǎo)體皇冠上的明珠

EDA是電子設(shè)計自動化的簡稱，是電子設(shè)計與制造技術(shù)發(fā)展中的核心。

EDA技術(shù)以計算機(jī)為工具，采用硬件描述語言的表達(dá)方式，對數(shù)據(jù)庫、計算數(shù)學(xué)等進(jìn)行科學(xué)、有效的融合，是用于輔助完成超大規(guī)模集成電路芯片設(shè)計、制造、封裝、測試整個流程的計算機(jī)軟件。

如果說半導(dǎo)體是工業(yè)皇冠，那么EDA無疑是皇冠上的明珠。

2020年整個EDA的市場規(guī)模僅為115億美元，在整個集成電路產(chǎn)業(yè)中占比很小，和以互聯(lián)網(wǎng)為代表的信息技術(shù)服務(wù)產(chǎn)業(yè)相比更是九牛一毛。

但是EDA產(chǎn)業(yè)是電子設(shè)計產(chǎn)業(yè)的最上游，也是整個電子信息產(chǎn)業(yè)的基石之一。一家集成電路企業(yè)如果沒有EDA工具，會陷入巧婦難為無米之炊的境地。如果抽調(diào)這顆小小的基石，整個半導(dǎo)體行業(yè)都將崩塌。

EDA工具的發(fā)展創(chuàng)新極大程度提高了芯片設(shè)計效率，一直以來是推動芯片設(shè)計成本保持在合理范圍的重要方式。根據(jù)加州大學(xué)圣迭戈分校AndrewKahng教授在2013年的推測，2011年設(shè)計一款消費(fèi)級應(yīng)用處理器芯片的成本約4000萬美元，如果不考慮1993年至2009年的EDA技術(shù)進(jìn)步，相關(guān)設(shè)計成本可能高達(dá)77億美元，EDA技術(shù)進(jìn)步讓設(shè)計效率提升近200倍。

EDA市場規(guī)模雖小，但卻需要覆蓋集成電路從設(shè)計到制造的全流程。故全球三巨頭在發(fā)展前期均選擇了優(yōu)先發(fā)展部分點(diǎn)工具，后逐步布局全流程的發(fā)展模式。

Synopsys的優(yōu)勢在于數(shù)字芯片設(shè)計、靜態(tài)時序驗證確認(rèn)以及SIP提供;

Cadence的強(qiáng)項在于模擬或混合信號的定制化電路和版圖設(shè)計;

SimensEDA(原MentorGraphics)主攻后端驗證、可測試性設(shè)計和光學(xué)臨近修正。

國內(nèi)市場來看，華大九天已實現(xiàn)模擬電路的全流程工具覆蓋，同時，華大九天也擁有全球領(lǐng)先的全流程平板顯示(FPD)開發(fā)平臺，市場份額6%左右。其次是概倫電子，在我國的市場份額約在1%。

2. 汽車芯片

目前，芯片大多分為四個等級，軍工級、車規(guī)級、工業(yè)級以及消費(fèi)級，不同等級的芯片，無論是在成本、制作難度、制作工藝上都有著一定的差別。

車規(guī)級芯片，顧名思義，就是使用在汽車身上的芯片。在一輛汽車身上，芯片的數(shù)量一般在50-150個之間，大部分汽車包括主要的ADAS系統(tǒng)、ESP、發(fā)動機(jī)ECU、傳感器等等，而一些高端的車型，比如說帶有雨量感應(yīng)配置的，這其中也需要用到一個芯片。

因此，別看汽車屬于機(jī)械產(chǎn)物，但是對于現(xiàn)代汽車來說，芯片已經(jīng)是汽車內(nèi)部構(gòu)造中不可缺少的一個重要部件。

與手機(jī)、電腦芯片不同，汽車所使用的車規(guī)級芯片運(yùn)算能力上要更快、更強(qiáng)，并且需要保證其穩(wěn)定性，如果汽車上的芯片出現(xiàn)故障，很可能會導(dǎo)致安全性的下降，比如說ADAS系統(tǒng)芯片、ESP芯片等等。

并且因為車規(guī)級芯片的制作成本和工藝要求較高，其中研發(fā)的成本和研發(fā)周期也非常長，不是資本充足的科技公司，基本無法承受，所以能夠制造和生產(chǎn)汽車芯片的企業(yè)少之又少。

物以稀為貴，參考天風(fēng)《汽車芯片：電動化乘勢而行，智能化浪潮之巔》觀點(diǎn)，看好我國核心汽車芯片公司在智能&電動化浪潮下的產(chǎn)業(yè)鏈重構(gòu)+國產(chǎn)替代浪潮下的機(jī)遇。