半導(dǎo)體指常溫下導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體與絕緣體之間的材料， 是電子產(chǎn)品的核心。根據(jù) IC Insights，半導(dǎo)體按產(chǎn)品劃分，分為集成電路（IC）、分立器件（二極管、晶閘管、功率晶體管等）、光電器件（光傳感器、圖像傳感器、激光發(fā)射器等）和傳感器（壓力傳感器、溫度傳感器、磁場傳感器等）/集成電路通常可分為模擬集成電路和數(shù)字集成電路兩大類：
模擬集成電路主要是指由電阻、電容、晶體管等組成的模擬電路集成在一起用來處理連續(xù)函數(shù)形式模擬信號（如聲音、光線、溫度等）的集成電路， 包含通用模擬電路（接口、能源管理、信號轉(zhuǎn)換等）和特殊應(yīng)用模擬電路；
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數(shù)字集成電路是對離散的數(shù)字信號（如用 0 和 1 兩個邏輯電平來表示的二進制碼）進行算術(shù)和邏輯運算的集成電路，其基本組成單位為邏輯門電路， 包含存儲器（DRAM、Flash 等）、邏輯電路（PLDs、門陣列、顯示驅(qū)動器等）、微型元件（MPU、MCU、 DSP）。
常見的模擬集成電路通常包括各種放大器、模擬開關(guān)、接口電路、無線及射頻 IC、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換芯片、各類電源管理及驅(qū)動芯片等，其設(shè)計主要是通過有經(jīng)驗的設(shè)計師進行晶體管級的電路設(shè)計和相應(yīng)的版圖設(shè)計與仿真；
與此相對應(yīng)的數(shù)字集成電路通常包括 CPU、微處理器、微控制器、數(shù)字信號處理單元、存儲器等，其設(shè)計大部分是通過使用硬件描述語言以基本邏輯門電路為單位在 EDA 軟件的協(xié)助下自動綜合產(chǎn)生，布圖布線也是借助 EDA 軟件自動生成。
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集成電路行業(yè)經(jīng)過多年發(fā)展，在產(chǎn)業(yè)分工不斷細(xì)化的背景下，行業(yè)的商業(yè)模式逐漸從原有單一的 IDM 模式轉(zhuǎn)變?yōu)?IDM 模式、 Fabless 模式并存的局面。IDM 模式即垂直整合制造模式，是指企業(yè)除了進行集成電路研發(fā)之外，還擁有專屬的晶圓、封裝和測試工廠，其業(yè)務(wù)范圍垂直涵蓋了集成電路的各個環(huán)節(jié)。Fabless 模式即無晶圓生產(chǎn)線集成電路設(shè)計模式，是指企業(yè)只從事集成電路設(shè)計和銷售，其余環(huán)節(jié)分別委托給專業(yè)的晶圓代工廠、封裝測試廠完成。
1987 年臺積電成立，僅提供晶圓代工服務(wù)，促進了 Fabless 模式的形成。晶圓代工廠的發(fā)展促進許多芯片公司走向輕資產(chǎn)化，相應(yīng)生產(chǎn)環(huán)節(jié)交給臺積電和中芯國際等代工廠完成，這些芯片公司將業(yè)務(wù)集中在產(chǎn)品設(shè)計和產(chǎn)品銷售上。Fabless 模式已經(jīng)成為集成電路產(chǎn)業(yè)里一種普遍及重要的模式。IDM模式為集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展較早期最為常見的模式，但由于對技術(shù)和資金實力均有很高的要求，因此目前只為少數(shù)大型企業(yè)所采納，如英特爾、三星、德州儀器、意法半導(dǎo)體等。
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集成電路設(shè)計指在一塊較小的單晶硅片上集成許多晶體管及電阻、電容等元器件，并按照多層布線或遂道布線的方法，將元器件組合成完整的電子電路的整個設(shè)計過程。集成電路設(shè)計是一門非常復(fù)雜的專業(yè)， 而電腦輔助軟件的成熟，讓 IC 設(shè)計得以加速。在 IC 生產(chǎn)流程中， IC 多由專業(yè) IC 設(shè)計公司進行規(guī)劃、設(shè)計，像是聯(lián)發(fā)科、高通、 Intel 等知名大廠，都自行設(shè)計各自的 IC芯片，提供不同規(guī)格、效能的芯片給下游廠商選擇。
芯片設(shè)計詳細(xì)過程包含制定規(guī)格、設(shè)計芯片細(xì)節(jié)、畫芯片藍圖等步驟， 具體如下：
[敏感詞]步：制定規(guī)格。規(guī)格制定首先確定 IC 目的、效能為何，對大方向做設(shè)定，進而察看有哪些協(xié)定要符合， 最后則是確立這顆 IC 的實作方法，將不同功能分配成不同的單元，并確立不同單元間連結(jié)的方法。
第二步：設(shè)計芯片細(xì)節(jié)。制定完規(guī)格后進行設(shè)計芯片細(xì)節(jié)， 使用硬體描述語言（HDL） 將電路描寫出來。常使用的 HDL 有 Verilog、 VHDL 等，藉由程式碼便可輕易地將一顆 IC 的功能表達出來。進一步檢查程式功能的正確性并持續(xù)修改，直到它滿足期望的功能為止。
第三步，畫出屏幕設(shè)計藍圖。在 IC 設(shè)計中，邏輯合成這個步驟便是將確定無誤的 HDL code，放入電子設(shè)計自動化工具（EDA tool），讓電腦將 HDL code轉(zhuǎn)換成邏輯電路，產(chǎn)生電路圖。之后， 反復(fù)確定此邏輯閘設(shè)計圖是否符合規(guī)格并修改，直到功能正確為止。
第四步，電路布局與繞線。將合成完的程式碼再放入另一套 EDA tool，進行電路布局與布線（Place And Route）。在經(jīng)過不斷的檢測后，便會形成相關(guān)的電路圖（下圖）。圖中可以看到藍、紅、綠、黃等不同顏色，每種不同的顏色就代表著一張光罩。
常用的演算芯片-FFT 芯片，完成電路布局與繞線結(jié)果
第五步，層層光罩，疊起一顆芯片。一顆 IC 會產(chǎn)生多張的光罩，這些光罩有上下層的分別，每層有各自的任務(wù)。以 CMOS 光罩示意圖為例， 左邊為經(jīng)過電路布局與繞線后形成的電路圖，每種顏色代表一張光罩。右邊則是將每張光罩?jǐn)傞_的樣子。制作時，便由底層開始，逐層制作， 完成目標(biāo)芯片。
國外企業(yè)主導(dǎo)IC設(shè)計產(chǎn)業(yè)
根據(jù) DIGITIMES Research 發(fā)布的 2018 年全球前 10 大無晶圓廠 IC 設(shè)計公司(Fabless)排名來看， 2018 年全球 IC 設(shè)計產(chǎn)值年增 8%，優(yōu)于 IC 封測與半導(dǎo)體設(shè)備產(chǎn)值的 3%增幅。2018 年全球前十大 IC 設(shè)計公司中，博通、高通位居前二，營收分別為 217.54 億美元、 164.50 億美元，我國的華為海思以75.73 億美元收入位列第五名， 2018 年同比增長 34.2%，增速居前十大 IC公司首位。
根據(jù) IC Insights [敏感詞]數(shù)據(jù)， 2018 年全球前十大模擬 IC 公司中，德州儀器、亞德諾、英飛凌分別以 108.01、 55.05、 38.10 億美元位列前三， 德州儀器全球市占率達 18%，全球前十大模擬 IC 公司 2018 年總收入 360.59 億美元，市場占有率達 58%。
2018 年全球前十大模擬 IC 公司
根據(jù) Gartner 數(shù)據(jù)顯示， 2018 年全球前十大半導(dǎo)體公司中，三星、英特爾、SK 海力士分別以 758.54 億美元、 658.62 億美元、 364.33 億美元位居全球前三。美光（306.41 億美元）、博通（165.44 億美元）、高通（153.80 億美元）、德州儀器（147.67 億美元）、西部數(shù)據(jù)（93.21 億美元）、意法半導(dǎo)體（92.76億美元）、恩智浦（90.10 億美元） 排名后七位。
2018 年全球前十大半導(dǎo)體公司營收對比
2018 年全球半導(dǎo)體市場規(guī)模達 4767 億美元，而前十大半導(dǎo)體公司營收占全球半導(dǎo)體市場的 59.2%，半導(dǎo)體市場集中度較高。前十大半導(dǎo)體公司中有博通、高通兩家是 Fabless 設(shè)計公司，其余八家公司均為 IDM 類型公司。存儲市場仍然是半導(dǎo)體行業(yè)中占比較大的細(xì)分板塊，約占全球半導(dǎo)體市場 1/3 左右。
據(jù) IC Insights 數(shù)據(jù)顯示， 2018 年 Fabless 的營收達 1139 億美元， IDM 公司產(chǎn)品銷售 3184 億美元。從 2008 年至 2018 年十年間， Fabless IC 公司營收從 438 億美元增長至 1139 億美元，年復(fù)合增長率達 10%；IDM 公司 IC 銷售從 1784 億美元增長至 3184 億美元，年復(fù)合增長率達 6%。
2008-2018 年 fabless 與 IDM 公司產(chǎn)品銷售情況對比
可以看出，隨著以臺積電為代表的代工廠模式的發(fā)展， Fabless IC 設(shè)計公司的增長速率要明顯高于 IDM 的增速水平，未來隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、汽車電子等多種新型應(yīng)用的普及將催生多種新的設(shè)計需求， 相比于傳統(tǒng) IDM， Fabless 的生產(chǎn)周期更為靈活、技術(shù)迭代周期較短，能夠更快的推出匹配市場需求、甚至是推動市場進步的新產(chǎn)品， Fabless 模式有望繼續(xù)保持快速增長勢頭。
全球存儲器市場呈現(xiàn)寡頭壟斷的競爭格局。存儲器中以 DRAM 和 NAND 為代表，全球存儲器市場在 2017 和 2018 年隨著消費電子及數(shù)字貨幣的興起迎來了一輪發(fā)展高峰期， 根據(jù)全球半導(dǎo)體貿(mào)易協(xié)會(WSTS)數(shù)據(jù)顯示， 2018 年全球存儲器市場規(guī)模達 1580 億美元，同比增長 27.4%，存儲器占全球半導(dǎo)體市場（4688 億美元）比例達 33.70%。
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2019 年隨著下游需求放緩，以及供應(yīng)的過剩，存儲市場下滑明顯，由于存儲市場約占整個半導(dǎo)體市場的 1/3，因此也將影響 2019 年全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的市場表現(xiàn)， WSTS 預(yù)計 2019 年全球存儲器市場銷售額將達到 1356 億美元，同比下降 14%。
根據(jù) DRAM exchange 數(shù)據(jù)顯示， 2018 年全球 DRAM 市場中三星、 SK 海力士、美光全球市占率分別達到 44%、 29%、 22%，三家公司合計占全球市場的 95%，全球 DRAM 市場基本為三家壟斷；
而全球 NAND 存儲市場整體上集中度稍低于 DRAM 市場，但是仍然為幾大 IDM 龍頭所掌控，三星、東芝、美光、西部數(shù)據(jù)、 SK 海力士、英特爾的市場占有率分別為 35%、 19%、 13%、15%、 10%、 7%，前六家公司合計全球市占率高達 99%，其他參與者很難進入該市場。
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國產(chǎn) IC 設(shè)計快速崛起
我國集成電路市場保持快速發(fā)展，集成電路設(shè)計占比不斷提升。我國集成電路市場從 2008 年的 1006 億元，快速上漲至 2018 年的 6532 億元， CAGR高達 20.55%；我國集成電路設(shè)計產(chǎn)值從 2008 年的 235 億元，增長至 2018年的 2519 億元， CAGR 高達 26.77%，高于集成電路產(chǎn)業(yè)增速，且集成電路設(shè)計占行業(yè)比重由 2008 年的 18.86%增加至 2018 年的 38.57%。
從我國 IC 設(shè)計公司的數(shù)量上來看，近些年公司數(shù)量增長迅猛。從 2010 年的582 家公司，迅速增長至 2018 年 1698 家。
另外中國銷售過億 IC 公司增長明顯， 2012 年共計 97 家公司銷售過億，到 2018 年已經(jīng)有超過 200 家公司銷售過億。我國 IC 設(shè)計公司無論是從數(shù)量還是質(zhì)量都有著顯著的提升，這也是我國 IC 設(shè)計增速較快重要因素。
根據(jù) Trend Force 的數(shù)據(jù)顯示， 2018 年我國前十大 IC 設(shè)計公司中華為海思以 503 億元的收入高居榜首，同比增長 30%。紫光展銳、北京豪威（韋爾股份收購） 以 110 億元、 100 億元的收入分居第二、三位。前十大 IC 設(shè)計名單中，還包含了以光學(xué)指紋識別為核心業(yè)務(wù)的匯頂科技，以 Nor Flash 及 MCU為核心的兆易創(chuàng)新等優(yōu)質(zhì)上市公司。
2018 年我國集成電路進口產(chǎn)品分類中，存儲器仍然是[敏感詞]大進口產(chǎn)品，占比高達 36%，模擬/功率產(chǎn)品達 15%，手機主芯片、電腦 CPU 占比分別為 12%、8%。當(dāng)前我國集成電路市場仍然以國外進口為主，國產(chǎn)化率較低，在 DRAM、NAND 存儲器及電腦、服務(wù)器 CPU 等方面國產(chǎn)化率為零，我們認(rèn)為隨著我國集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，我國在集成電路高端領(lǐng)域?qū)酗@著提升，未來集成電路產(chǎn)業(yè)進口替代市場空間巨大。
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