2024年5月18日发(作者：庞庸)
集成电路产业综述
作者：殷佳琪 潘涛
来源：《科技资讯》2021年第28期
摘 要：随着信息技术的不断发展，现代电子信息产业的支撑越来越离不开集成电路产
业，由此衍生出各类终端，如互联网、大数据、云计算、物联网、5G通信、AI等一系列产
业，在人们生活的各个领域发挥着不可忽视的作用，促使集成电路这一产业成为全球竞争的主
流产业。该文详细阐述了集成电路产业发展动态，分析了对集成电路产业的挑战因素，并据此
提出了行业发展建议。
关键词：信息技术 集成电路产业 行业发展 人工智能
中图分类号：F426.63 文献标识码：A
Abstract： With the continuous development of information technology， the support of modern
electronic information industry is more and more inseparable from the integrated circuit industry. A
series of terminals such as internet， big data， cloud computing， internet of things， 5G
communication and AI etc.， have been derived from this. These industries play an important role in
all fields of our life and make the integrated circuit industry become the mainstream industry of global
competition. This paper expounds the development trend of integrated circuit industry in detail，
analyzes the challenge factors to integrated circuit industry， and puts forward some suggestions for
industry development.
Key Words： Information technology; Integrated circuit industry; Industry development;
Artificial intelligence
1958年第一颗集成电路的诞生，促进了半导体技术的持续发展，使分立电路迈向集成化
发展，直至今日，人们的手机、电脑、各类芯片都离不开集成电路产业的发展壮大，所以现代
电子信息产业的支撑越来越离不开集成电路产业[1]，这也让集成电路这一产业成为全球竞争
的主流产业。
我国集成电路产业的发展基础较为薄弱，部分环节不具有核心竞争力，依赖进口情况严
重，为此很容易遭受外来制裁，受制于人。我国是世界上最大的集成电路消费市场，消费额约
占全球一半以上，但自给率却仅仅只有30%。所以，发展集成电路产业已经到了刻不容缓的地
步[2]。随着近几年来各方力量的不懈努力，集成电路产业在我国已经呈现迅猛发展的态势。
然而归根到底，任何产业的竞争都是人才的竞争。近几年来，国家相继发布《国家集成电
路产业发展推进纲要》《中国制造2025》《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展
的若干政策》[3]等一系列文件及政策大力促进产业发展。建立集成电路一级学科，为企业培
养、输送人才打基础;设立了相应产业的投资基金，用于支持集成电路全产业链的发展;同时，
也重点在长三角、珠三角等地区相继进行产业布局，努力打造集成电路各子产业的高地;2019
年财政部和国家税务局联合出台相应税收减免政策扶持集成电路设计企业和软件发展，据统计
2019年全国集成电路设计企业仅有1 780家，截至2020年底，集成电路设计企业增至2 218
家。可见当集成电路产业上升至国家战略高度时，学校、企业、政府纷纷投身于产业的发展建
设中，我国集成电路产业即将面临辉煌时代。
1 集成电路产业现状
集成电路按照设计的不同分为模拟、数字以及数模混合三种设计方式，数字集成电路设计
又可分成三类：逻辑器件、存储器、微处理器，而模拟集成电路设计涉及的范围比较广泛：放
大器、电源管理（DC-DC、AC-DC、LDO等）、射频、锁相环等。其中，数字芯片占市场需
求量的绝大部分。如图1所示是集成电路按照设计不同的详细分类。
集成电路产业总体而言有较高的科技含量，技术壁垒高，如果从产业链条划分，可以大致
分为上游芯片设计业、中游芯片制造业和芯片封测业、下游衍生应用。具体分类如图2所示。
其中，芯片设计业主要涉及集成电路设计、版图设计、半导体器件模型开发等业务，人才门槛
高，芯片制造子产业和芯片封测子产业重点需要可靠性评测、仪器设备操作、工艺技能娴熟的
人才。据统计预测，到2022年前后，芯片制造与芯片封装的人才需求都将超过20万人，而我
国这方面人才比较紧缺。对于集成电路设计的人才培养时间周期较长，需要10～12年，一般
需要博士研究生学历层次才具备自主研发电路能力。芯片研发到量化生产的周期较长，需要2
到5年，研发自主芯片设计周期是1～3年，芯片流片一般3个月，主要通过首次流片发现芯
片问题，再反复周期会延长，所以这也需要所有集成电路工作人员富有仔细、认真、负责的工
作态度。
1.1 上游子产业
集成电路产业链的上游端是科技创新的核心，主要包括电路设計和版图设计，而电路设计
又包含数字集成电路设计和模拟集成电路设计。对于整体电路设计而言，我国与世界先进水平
还有一定差距，目前正处于追赶的地位。
在模拟芯片中，放大器、比较强、电源类、数据转换类为通用芯片，在通信、汽车、消费
电子以及工业领域芯片为专用芯片。随着物联网以及5G技术的发展，我国通信类芯片设计崭
露头角，以华为和中兴企业为首已经具备5G基带芯片成熟设计能力。2021年8月百度公司宣
布昆仑AI芯片实现量产，该芯片设计周期是一年半，并且一次流片成功，芯片适用于云计算
和边缘计算等多场景，未来目标也是将AI芯片应用于自动驾驶、智慧交通等多个应用场景。
在便携式影像芯片领域，vivo历时24个月自主研发的影像芯片V1已经由vivo X70系列手机
首发搭载，在满足高性能、低延时的同时，还可以降低50%的功耗。可见我国集成电路研发有
迅猛发展的趋势，截至2020年底，我国有16家模拟芯片相关企业已经上市。值得关注的是，
在集成电路设计中的EDA软件工具也是不可忽视的一部分，从软件的出现，使得一些超大规
模集成电路有所依托，设计难度也随之降低，所以在某种程度上EDA软件的研发也意味着国
家的创新科技能力。而放眼望去，此行业早已被国外企业垄断，Synopsys、Cadence、Mentor
已经形成三足鼎立局面，分别有不同的软件优势，我国的高校、企业多数也是用国外软件设
计，每年需要支付高昂的license费用。2021年《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四
个五年规划和2035年远景目标纲要》提出关注集成电路设计工具的研发，目前在国内，华大
九天公司仍然坚持国产EDA软件的开发，市场占有率较低，与高端软件还有很大的差距。高
性能EDA软件需要强大的算法和对工艺的掌握，让企业和学校放弃原有已经熟悉的开发工具
也是件任重而道远的事情。
对于芯片的版图设计不需要强大的技术攻克，高职类学生经过培训与技术沉淀也可以做得
很好，一般需要先熟悉工艺，从最基础小模块着手，经过3～5年时间可以画顶层模块。做芯
片版图floorplan的时候，需要考虑很多因素，如芯片面积大小、pad位置、数字模块位置、模
拟模块位置、走线通道、应力、散热等。与前端设计者沟通好确认哪些线是有电流密度要求，
哪些线是比较敏感，容易受干扰，哪些线要求寄生电阻值特别小以及高速信号线的处理一般不
会出现太大问题。
对于数字芯片而言，是市场上需求量最大的芯片，也是我国比较薄弱的区域，在高端数字
芯片的设计中一直以美国为首处于垄断地位，我国在嵌入式Flash工艺、IP以及知识产权等原
因受制于人，这些原因使我国与外企还有些差距。在微处理器领域，我国只能着手发展中低端
的产品，而且企业与企业之间竞争严重，以8位、16位MCU为主流，高端的32位甚至是64
位MCU在市场上我国占比几乎为零。如表1所示是微处理器芯片市场主要品牌份额的占比。
其中，中国台湾新唐科技仅占比4%。但是随着便携式电子设备的发展与推动，我国的逻辑器
件中移动端芯片迅猛发展，目前部分企业已经具备自主研发的能力。我国龙芯中科于2021年
7月发布了自主研发CPU芯片-3A5000，该芯片从顶层架构、指令集到ABI标准都由团队自主
研发，与上一代相比改进了制造工艺并降低了功耗，为我国自主研发CPU开启了探索之门。
随着大数据、云计算、物联网等行业的快速发展，推动着存储器也正面向低功耗、大容量、高
可靠性、高速率的步伐前进，然而存储类芯片早已被日韩美企业垄断，我国市场占有率极少，
还在起步阶段。在存储器领域主流产品目前有以DRAM和SRAM为代表的易失性存储芯片和
Nor Flash和Nand Flash为代表的非易失性存储芯片。以市场占有率较高的DRAM为例，目前
国外先进技术DRAM芯片工艺制程已经发展到10 nm量产阶段，而我国只有长鑫存储虽然可
以量产19 nm工艺制成的DRAM，但是良品率只有75%，国外早在2016年就已经达到19 nm
工艺制成，落后约五年时间。值得一提的是，我国长鑫存储是继三星、SK海力士和美光之后
第四个厂商可以生产20 nm以下的DRAM。
1.2 中游子产业
点沙成金的芯片制造环节是芯片实现功能的命脉，在集成电路产业链中有举足轻重的地
位。集成电路制造工艺流程大致可以分为：单晶硅片制备-薄膜制备-光刻-刻蚀-离子注入-CMP-
晶圆检测，集成电路产业链具体流程如图3所示，在整个芯片制造过程集中了上百道工序，每
一道工序的背后都要考虑加工参数是否满足设计要求，以及工艺偏差对成品的影响。这既需要
强大的资金支持，还需要突破技术壁垒研发集成电路专用设备。据国家统计局对国产集成电路
产量的统计，2020年其产量为2614.7块，主要为中低端芯片。近年来，随着集成电路下游产
业的发展与推进，中低端芯片以及国产芯片产量无法满足5G、物联网、大数据、人工智能等
领域的需求量。2020年我国进口的集成电路总计高达5 435亿块，总计金额3 500.4亿美元。
根据IC Insight统计，2020年我国集成电路市场规模为1 434亿美元，而由中国大陆公司自主
制造的芯片仅仅只有83亿美元，当然这一数据不包含部分国内设计公司自主研发芯片找国外
代工厂制造的情况，目前还远低于2020年国务院印发的《新时期促进集成电路产业和软件产
业高质量发展的若干政策》中2025年中国芯片自给率为70%的目标。这些数据可见我国自产
芯片无法满足日常芯片的需求，但是芯片制造业并非可以一蹴而就，需要专业人才以及技术积
累。随着信息技术发展以及用户需求的扩大，必然导致芯片设计更加复杂，再加之芯片工艺的
不断推进，制造业的技术壁垒愈来愈高，我国对于集成电路产业起步较晚，尤其是制造业的专
用设备以及专用材料长期依赖进口导致我国发展高端集成电路处于弱势地位。
从基础的加工制造能力上看，台积电保持最先进的制造能力，目前正在测试3 nm工艺制
程，5 nm和7 nm工艺制程仅有台积电和三星半导体两家公司，10 nm工艺制程有台积电、三
星半导体、英特尔三家公司[4]可以实现商业化，我国大陆最先进的芯片工艺制程是中芯国际
的14 nm工艺，良品率高达95%，上海华虹2021年刚刚达到14 nm量产的水平。
集成电路的封装测试环节最接近下游的衍生应用，直接影响产品的质量，这一环节是唯一
与世界先进水平差距较小的环节，也是我国最早发展集成电路产业的环节。从前十名封测厂营
收排名上看，中国大陆企业有三家，分别是长电科技、通富微电、华天科技[5]，2020年营收
规模市占率分别为：11.96%、5.05%、3.93%。当前，中国封测业以中低端的传统封装技术为
主，随着集成电路下游产业的发展与推动，对于芯片的封測要求也逐步迎合现代电路小型化、
复杂化和集成化，目前高端封装技术有SOC（系统级单芯片封装）、FC（倒装焊封装）、
TSV（晶圆级系统封装-硅通孔）、3D（三维立体封装）等。根据我国半导体行业2020年我国
IC封装市场规模为2 478亿元，而IC先进封装市场规模仅为328亿元，占比13.26%，我国还
需在先进封装领域加强技术革新。
2 集成电路危机与挑战
在中国近年来大力发展集成电路产业的推进下，中低端产品基本实现国产化，但是对于生
产高端产品，我国目前还在起步探索阶段阶段，尤其是制备环节，集成电路专用材料、专用设
备受制于人，在制备高端芯片的过程中，需要上百道工序，而其中的材料、设备是制约芯片良
品的关键因素，这些因素导致开发高端产品难度提升。在2017年印发的《“十三五”先进制造
技术领域科技创新专项规划》（后文简称“十三五”规划）中明确指出要重点研发12英寸硅
片、深紫外光刻胶、抛光材料以及溅射靶材。
2.1 专用材料
2.1.1 大尺寸硅片的生产
硅片是制备芯片的核心材料之一，但是由于我国发展集成电路产业较晚，高纯度、大尺寸
硅片的制备仍然是我国的短板。大尺寸硅片面积更大，可以降低成本，并且边缘芯片少，利用
率更高，所以目前市场的主流硅片尺寸是12英寸，全球12英寸硅片的制备占比所有硅片制备
已经达到65%，而我国在2017年以前对12英寸硅片制备是完全空白，至今有多家厂商可以制
备12英寸硅片，但是国产化率较低，对于12英寸硅片大多数还依赖于进口，8英寸硅片可以
自主生产，基本满足国内需求[6]。6英寸以下硅片，其对应的中断产品也是面向中低端。而12
英寸硅片面向的终端产品是智能手机、平板、服务器一些高端领域，根据SUMCO统计，单个
5G手机硅片面积的需求量要比单个4G手机硅片面积需求量高70%，所以研发大尺寸硅片并
实现量产是刻不容缓的。
对于芯片的版图设计不需要强大的技术攻克，高职类学生经过培训与技术沉淀也可以做得
很好，一般需要先熟悉工艺，从最基础小模块着手，经过3～5年时间可以画顶层模块。做芯
片版图floorplan的时候，需要考虑很多因素，如芯片面积大小、pad位置、数字模块位置、模
拟模块位置、走线通道、应力、散热等。与前端设计者沟通好确认哪些线是有电流密度要求，
哪些线是比较敏感，容易受干扰，哪些线要求寄生电阻值特别小以及高速信号线的处理一般不
会出现太大问题。
对于数字芯片而言，是市场上需求量最大的芯片，也是我国比较薄弱的区域，在高端数字
芯片的设计中一直以美国为首处于垄断地位，我国在嵌入式Flash工藝、IP以及知识产权等原
因受制于人，这些原因使我国与外企还有些差距。在微处理器领域，我国只能着手发展中低端
的产品，而且企业与企业之间竞争严重，以8位、16位MCU为主流，高端的32位甚至是64
位MCU在市场上我国占比几乎为零。如表1所示是微处理器芯片市场主要品牌份额的占比。
其中，中国台湾新唐科技仅占比4%。但是随着便携式电子设备的发展与推动，我国的逻辑器
件中移动端芯片迅猛发展，目前部分企业已经具备自主研发的能力。我国龙芯中科于2021年
7月发布了自主研发CPU芯片-3A5000，该芯片从顶层架构、指令集到ABI标准都由团队自主
研发，与上一代相比改进了制造工艺并降低了功耗，为我国自主研发CPU开启了探索之门。
随着大数据、云计算、物联网等行业的快速发展，推动着存储器也正面向低功耗、大容量、高
可靠性、高速率的步伐前进，然而存储类芯片早已被日韩美企业垄断，我国市场占有率极少，
还在起步阶段。在存储器领域主流产品目前有以DRAM和SRAM为代表的易失性存储芯片和
Nor Flash和Nand Flash为代表的非易失性存储芯片。以市场占有率较高的DRAM为例，目前
国外先进技术DRAM芯片工艺制程已经发展到10 nm量产阶段，而我国只有长鑫存储虽然可
以量产19 nm工艺制成的DRAM，但是良品率只有75%，国外早在2016年就已经达到19 nm
工艺制成，落后约五年时间。值得一提的是，我国长鑫存储是继三星、SK海力士和美光之后
第四个厂商可以生产20 nm以下的DRAM。
1.2 中游子产业
点沙成金的芯片制造环节是芯片实现功能的命脉，在集成电路产业链中有举足轻重的地
位。集成电路制造工艺流程大致可以分为：单晶硅片制备-薄膜制备-光刻-刻蚀-离子注入-CMP-
晶圆检测，集成电路产业链具体流程如图3所示，在整个芯片制造过程集中了上百道工序，每
一道工序的背后都要考虑加工参数是否满足设计要求，以及工艺偏差对成品的影响。这既需要
强大的资金支持，还需要突破技术壁垒研发集成电路专用设备。据国家统计局对国产集成电路
产量的统计，2020年其产量为2614.7块，主要为中低端芯片。近年来，随着集成电路下游产
业的发展与推进，中低端芯片以及国产芯片产量无法满足5G、物联网、大数据、人工智能等
领域的需求量。2020年我国进口的集成电路总计高达5 435亿块，总计金额3 500.4亿美元。
根据IC Insight统计，2020年我国集成电路市场规模为1 434亿美元，而由中国大陆公司自主
制造的芯片仅仅只有83亿美元，当然这一数据不包含部分国内设计公司自主研发芯片找国外
代工厂制造的情况，目前还远低于2020年国务院印发的《新时期促进集成电路产业和软件产
业高质量发展的若干政策》中2025年中国芯片自给率为70%的目标。这些数据可见我国自产
芯片无法满足日常芯片的需求，但是芯片制造业并非可以一蹴而就，需要专业人才以及技术积
累。随着信息技术发展以及用户需求的扩大，必然导致芯片设计更加复杂，再加之芯片工艺的
不断推进，制造业的技术壁垒愈来愈高，我国对于集成电路产业起步较晚，尤其是制造业的专
用设备以及专用材料长期依赖进口导致我国发展高端集成电路处于弱势地位。
从基础的加工制造能力上看，台积电保持最先进的制造能力，目前正在测试3 nm工艺制
程，5 nm和7 nm工艺制程仅有台积电和三星半导体两家公司，10 nm工艺制程有台积电、三
星半导体、英特尔三家公司[4]可以实现商业化，我国大陆最先进的芯片工艺制程是中芯国际
的14 nm工艺，良品率高达95%，上海华虹2021年刚刚达到14 nm量产的水平。
集成电路的封装测试环节最接近下游的衍生应用，直接影响产品的质量，这一环节是唯一
与世界先进水平差距较小的环节，也是我国最早发展集成电路产业的环节。从前十名封测厂营
收排名上看，中国大陆企业有三家，分别是长电科技、通富微电、华天科技[5]，2020年营收
规模市占率分别为：11.96%、5.05%、3.93%。当前，中国封测业以中低端的传统封装技术为
主，随着集成电路下游产业的发展与推动，对于芯片的封测要求也逐步迎合现代电路小型化、
复杂化和集成化，目前高端封装技术有SOC（系统级单芯片封装）、FC（倒装焊封装）、
TSV（晶圆级系统封装-硅通孔）、3D（三维立体封装）等。根据我国半导体行业2020年我国
IC封装市场规模为2 478亿元，而IC先进封装市场规模仅为328亿元，占比13.26%，我国还
需在先进封装领域加强技术革新。
2 集成电路危机与挑战
在中国近年来大力发展集成电路产业的推进下，中低端产品基本实现国产化，但是对于生
产高端产品，我国目前还在起步探索阶段阶段，尤其是制备环节，集成电路专用材料、专用设
备受制于人，在制备高端芯片的过程中，需要上百道工序，而其中的材料、设备是制约芯片良
品的关键因素，这些因素导致开发高端产品难度提升。在2017年印发的《“十三五”先进制造
技术领域科技创新专项规划》（后文简称“十三五”规划）中明确指出要重点研发12英寸硅
片、深紫外光刻胶、抛光材料以及溅射靶材。
2.1 专用材料
2.1.1 大尺寸硅片的生产
硅片是制备芯片的核心材料之一，但是由于我国发展集成电路产业较晚，高纯度、大尺寸
硅片的制备仍然是我国的短板。大尺寸硅片面积更大，可以降低成本，并且边缘芯片少，利用
率更高，所以目前市场的主流硅片尺寸是12英寸，全球12英寸硅片的制备占比所有硅片制备
已经达到65%，而我国在2017年以前对12英寸硅片制备是完全空白，至今有多家厂商可以制
备12英寸硅片，但是国产化率较低，对于12英寸硅片大多数还依赖于进口，8英寸硅片可以
自主生产，基本满足国内需求[6]。6英寸以下硅片，其对应的中断产品也是面向中低端。而12
英寸硅片面向的终端产品是智能手机、平板、服务器一些高端领域，根据SUMCO统计，单个
5G手机硅片面积的需求量要比单个4G手机硅片面积需求量高70%，所以研发大尺寸硅片并
实现量产是刻不容缓的。
2024年5月18日发(作者：庞庸)
集成电路产业综述
作者：殷佳琪 潘涛
来源：《科技资讯》2021年第28期
摘 要：随着信息技术的不断发展，现代电子信息产业的支撑越来越离不开集成电路产
业，由此衍生出各类终端，如互联网、大数据、云计算、物联网、5G通信、AI等一系列产
业，在人们生活的各个领域发挥着不可忽视的作用，促使集成电路这一产业成为全球竞争的主
流产业。该文详细阐述了集成电路产业发展动态，分析了对集成电路产业的挑战因素，并据此
提出了行业发展建议。
关键词：信息技术 集成电路产业 行业发展 人工智能
中图分类号：F426.63 文献标识码：A
Abstract： With the continuous development of information technology， the support of modern
electronic information industry is more and more inseparable from the integrated circuit industry. A
series of terminals such as internet， big data， cloud computing， internet of things， 5G
communication and AI etc.， have been derived from this. These industries play an important role in
all fields of our life and make the integrated circuit industry become the mainstream industry of global
competition. This paper expounds the development trend of integrated circuit industry in detail，
analyzes the challenge factors to integrated circuit industry， and puts forward some suggestions for
industry development.
Key Words： Information technology; Integrated circuit industry; Industry development;
Artificial intelligence
1958年第一颗集成电路的诞生，促进了半导体技术的持续发展，使分立电路迈向集成化
发展，直至今日，人们的手机、电脑、各类芯片都离不开集成电路产业的发展壮大，所以现代
电子信息产业的支撑越来越离不开集成电路产业[1]，这也让集成电路这一产业成为全球竞争
的主流产业。
我国集成电路产业的发展基础较为薄弱，部分环节不具有核心竞争力，依赖进口情况严
重，为此很容易遭受外来制裁，受制于人。我国是世界上最大的集成电路消费市场，消费额约
占全球一半以上，但自给率却仅仅只有30%。所以，发展集成电路产业已经到了刻不容缓的地
步[2]。随着近几年来各方力量的不懈努力，集成电路产业在我国已经呈现迅猛发展的态势。
然而归根到底，任何产业的竞争都是人才的竞争。近几年来，国家相继发布《国家集成电
路产业发展推进纲要》《中国制造2025》《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展
的若干政策》[3]等一系列文件及政策大力促进产业发展。建立集成电路一级学科，为企业培
养、输送人才打基础;设立了相应产业的投资基金，用于支持集成电路全产业链的发展;同时，
也重点在长三角、珠三角等地区相继进行产业布局，努力打造集成电路各子产业的高地;2019
年财政部和国家税务局联合出台相应税收减免政策扶持集成电路设计企业和软件发展，据统计
2019年全国集成电路设计企业仅有1 780家，截至2020年底，集成电路设计企业增至2 218
家。可见当集成电路产业上升至国家战略高度时，学校、企业、政府纷纷投身于产业的发展建
设中，我国集成电路产业即将面临辉煌时代。
1 集成电路产业现状
集成电路按照设计的不同分为模拟、数字以及数模混合三种设计方式，数字集成电路设计
又可分成三类：逻辑器件、存储器、微处理器，而模拟集成电路设计涉及的范围比较广泛：放
大器、电源管理（DC-DC、AC-DC、LDO等）、射频、锁相环等。其中，数字芯片占市场需
求量的绝大部分。如图1所示是集成电路按照设计不同的详细分类。
集成电路产业总体而言有较高的科技含量，技术壁垒高，如果从产业链条划分，可以大致
分为上游芯片设计业、中游芯片制造业和芯片封测业、下游衍生应用。具体分类如图2所示。
其中，芯片设计业主要涉及集成电路设计、版图设计、半导体器件模型开发等业务，人才门槛
高，芯片制造子产业和芯片封测子产业重点需要可靠性评测、仪器设备操作、工艺技能娴熟的
人才。据统计预测，到2022年前后，芯片制造与芯片封装的人才需求都将超过20万人，而我
国这方面人才比较紧缺。对于集成电路设计的人才培养时间周期较长，需要10～12年，一般
需要博士研究生学历层次才具备自主研发电路能力。芯片研发到量化生产的周期较长，需要2
到5年，研发自主芯片设计周期是1～3年，芯片流片一般3个月，主要通过首次流片发现芯
片问题，再反复周期会延长，所以这也需要所有集成电路工作人员富有仔细、认真、负责的工
作态度。
1.1 上游子产业
集成电路产业链的上游端是科技创新的核心，主要包括电路设計和版图设计，而电路设计
又包含数字集成电路设计和模拟集成电路设计。对于整体电路设计而言，我国与世界先进水平
还有一定差距，目前正处于追赶的地位。
在模拟芯片中，放大器、比较强、电源类、数据转换类为通用芯片，在通信、汽车、消费
电子以及工业领域芯片为专用芯片。随着物联网以及5G技术的发展，我国通信类芯片设计崭
露头角，以华为和中兴企业为首已经具备5G基带芯片成熟设计能力。2021年8月百度公司宣
布昆仑AI芯片实现量产，该芯片设计周期是一年半，并且一次流片成功，芯片适用于云计算
和边缘计算等多场景，未来目标也是将AI芯片应用于自动驾驶、智慧交通等多个应用场景。
在便携式影像芯片领域，vivo历时24个月自主研发的影像芯片V1已经由vivo X70系列手机
首发搭载，在满足高性能、低延时的同时，还可以降低50%的功耗。可见我国集成电路研发有
迅猛发展的趋势，截至2020年底，我国有16家模拟芯片相关企业已经上市。值得关注的是，
在集成电路设计中的EDA软件工具也是不可忽视的一部分，从软件的出现，使得一些超大规
模集成电路有所依托，设计难度也随之降低，所以在某种程度上EDA软件的研发也意味着国
家的创新科技能力。而放眼望去，此行业早已被国外企业垄断，Synopsys、Cadence、Mentor
已经形成三足鼎立局面，分别有不同的软件优势，我国的高校、企业多数也是用国外软件设
计，每年需要支付高昂的license费用。2021年《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四
个五年规划和2035年远景目标纲要》提出关注集成电路设计工具的研发，目前在国内，华大
九天公司仍然坚持国产EDA软件的开发，市场占有率较低，与高端软件还有很大的差距。高
性能EDA软件需要强大的算法和对工艺的掌握，让企业和学校放弃原有已经熟悉的开发工具
也是件任重而道远的事情。
对于芯片的版图设计不需要强大的技术攻克，高职类学生经过培训与技术沉淀也可以做得
很好，一般需要先熟悉工艺，从最基础小模块着手，经过3～5年时间可以画顶层模块。做芯
片版图floorplan的时候，需要考虑很多因素，如芯片面积大小、pad位置、数字模块位置、模
拟模块位置、走线通道、应力、散热等。与前端设计者沟通好确认哪些线是有电流密度要求，
哪些线是比较敏感，容易受干扰，哪些线要求寄生电阻值特别小以及高速信号线的处理一般不
会出现太大问题。
对于数字芯片而言，是市场上需求量最大的芯片，也是我国比较薄弱的区域，在高端数字
芯片的设计中一直以美国为首处于垄断地位，我国在嵌入式Flash工艺、IP以及知识产权等原
因受制于人，这些原因使我国与外企还有些差距。在微处理器领域，我国只能着手发展中低端
的产品，而且企业与企业之间竞争严重，以8位、16位MCU为主流，高端的32位甚至是64
位MCU在市场上我国占比几乎为零。如表1所示是微处理器芯片市场主要品牌份额的占比。
其中，中国台湾新唐科技仅占比4%。但是随着便携式电子设备的发展与推动，我国的逻辑器
件中移动端芯片迅猛发展，目前部分企业已经具备自主研发的能力。我国龙芯中科于2021年
7月发布了自主研发CPU芯片-3A5000，该芯片从顶层架构、指令集到ABI标准都由团队自主
研发，与上一代相比改进了制造工艺并降低了功耗，为我国自主研发CPU开启了探索之门。
随着大数据、云计算、物联网等行业的快速发展，推动着存储器也正面向低功耗、大容量、高
可靠性、高速率的步伐前进，然而存储类芯片早已被日韩美企业垄断，我国市场占有率极少，
还在起步阶段。在存储器领域主流产品目前有以DRAM和SRAM为代表的易失性存储芯片和
Nor Flash和Nand Flash为代表的非易失性存储芯片。以市场占有率较高的DRAM为例，目前
国外先进技术DRAM芯片工艺制程已经发展到10 nm量产阶段，而我国只有长鑫存储虽然可
以量产19 nm工艺制成的DRAM，但是良品率只有75%，国外早在2016年就已经达到19 nm
工艺制成，落后约五年时间。值得一提的是，我国长鑫存储是继三星、SK海力士和美光之后
第四个厂商可以生产20 nm以下的DRAM。
1.2 中游子产业
点沙成金的芯片制造环节是芯片实现功能的命脉，在集成电路产业链中有举足轻重的地
位。集成电路制造工艺流程大致可以分为：单晶硅片制备-薄膜制备-光刻-刻蚀-离子注入-CMP-
晶圆检测，集成电路产业链具体流程如图3所示，在整个芯片制造过程集中了上百道工序，每
一道工序的背后都要考虑加工参数是否满足设计要求，以及工艺偏差对成品的影响。这既需要
强大的资金支持，还需要突破技术壁垒研发集成电路专用设备。据国家统计局对国产集成电路
产量的统计，2020年其产量为2614.7块，主要为中低端芯片。近年来，随着集成电路下游产
业的发展与推进，中低端芯片以及国产芯片产量无法满足5G、物联网、大数据、人工智能等
领域的需求量。2020年我国进口的集成电路总计高达5 435亿块，总计金额3 500.4亿美元。
根据IC Insight统计，2020年我国集成电路市场规模为1 434亿美元，而由中国大陆公司自主
制造的芯片仅仅只有83亿美元，当然这一数据不包含部分国内设计公司自主研发芯片找国外
代工厂制造的情况，目前还远低于2020年国务院印发的《新时期促进集成电路产业和软件产
业高质量发展的若干政策》中2025年中国芯片自给率为70%的目标。这些数据可见我国自产
芯片无法满足日常芯片的需求，但是芯片制造业并非可以一蹴而就，需要专业人才以及技术积
累。随着信息技术发展以及用户需求的扩大，必然导致芯片设计更加复杂，再加之芯片工艺的
不断推进，制造业的技术壁垒愈来愈高，我国对于集成电路产业起步较晚，尤其是制造业的专
用设备以及专用材料长期依赖进口导致我国发展高端集成电路处于弱势地位。
从基础的加工制造能力上看，台积电保持最先进的制造能力，目前正在测试3 nm工艺制
程，5 nm和7 nm工艺制程仅有台积电和三星半导体两家公司，10 nm工艺制程有台积电、三
星半导体、英特尔三家公司[4]可以实现商业化，我国大陆最先进的芯片工艺制程是中芯国际
的14 nm工艺，良品率高达95%，上海华虹2021年刚刚达到14 nm量产的水平。
集成电路的封装测试环节最接近下游的衍生应用，直接影响产品的质量，这一环节是唯一
与世界先进水平差距较小的环节，也是我国最早发展集成电路产业的环节。从前十名封测厂营
收排名上看，中国大陆企业有三家，分别是长电科技、通富微电、华天科技[5]，2020年营收
规模市占率分别为：11.96%、5.05%、3.93%。当前，中国封测业以中低端的传统封装技术为
主，随着集成电路下游产业的发展与推动，对于芯片的封測要求也逐步迎合现代电路小型化、
复杂化和集成化，目前高端封装技术有SOC（系统级单芯片封装）、FC（倒装焊封装）、
TSV（晶圆级系统封装-硅通孔）、3D（三维立体封装）等。根据我国半导体行业2020年我国
IC封装市场规模为2 478亿元，而IC先进封装市场规模仅为328亿元，占比13.26%，我国还
需在先进封装领域加强技术革新。
2 集成电路危机与挑战
在中国近年来大力发展集成电路产业的推进下，中低端产品基本实现国产化，但是对于生
产高端产品，我国目前还在起步探索阶段阶段，尤其是制备环节，集成电路专用材料、专用设
备受制于人，在制备高端芯片的过程中，需要上百道工序，而其中的材料、设备是制约芯片良
品的关键因素，这些因素导致开发高端产品难度提升。在2017年印发的《“十三五”先进制造
技术领域科技创新专项规划》（后文简称“十三五”规划）中明确指出要重点研发12英寸硅
片、深紫外光刻胶、抛光材料以及溅射靶材。
2.1 专用材料
2.1.1 大尺寸硅片的生产
硅片是制备芯片的核心材料之一，但是由于我国发展集成电路产业较晚，高纯度、大尺寸
硅片的制备仍然是我国的短板。大尺寸硅片面积更大，可以降低成本，并且边缘芯片少，利用
率更高，所以目前市场的主流硅片尺寸是12英寸，全球12英寸硅片的制备占比所有硅片制备
已经达到65%，而我国在2017年以前对12英寸硅片制备是完全空白，至今有多家厂商可以制
备12英寸硅片，但是国产化率较低，对于12英寸硅片大多数还依赖于进口，8英寸硅片可以
自主生产，基本满足国内需求[6]。6英寸以下硅片，其对应的中断产品也是面向中低端。而12
英寸硅片面向的终端产品是智能手机、平板、服务器一些高端领域，根据SUMCO统计，单个
5G手机硅片面积的需求量要比单个4G手机硅片面积需求量高70%，所以研发大尺寸硅片并
实现量产是刻不容缓的。
对于芯片的版图设计不需要强大的技术攻克，高职类学生经过培训与技术沉淀也可以做得
很好，一般需要先熟悉工艺，从最基础小模块着手，经过3～5年时间可以画顶层模块。做芯
片版图floorplan的时候，需要考虑很多因素，如芯片面积大小、pad位置、数字模块位置、模
拟模块位置、走线通道、应力、散热等。与前端设计者沟通好确认哪些线是有电流密度要求，
哪些线是比较敏感，容易受干扰，哪些线要求寄生电阻值特别小以及高速信号线的处理一般不
会出现太大问题。
对于数字芯片而言，是市场上需求量最大的芯片，也是我国比较薄弱的区域，在高端数字
芯片的设计中一直以美国为首处于垄断地位，我国在嵌入式Flash工藝、IP以及知识产权等原
因受制于人，这些原因使我国与外企还有些差距。在微处理器领域，我国只能着手发展中低端
的产品，而且企业与企业之间竞争严重，以8位、16位MCU为主流，高端的32位甚至是64
位MCU在市场上我国占比几乎为零。如表1所示是微处理器芯片市场主要品牌份额的占比。
其中，中国台湾新唐科技仅占比4%。但是随着便携式电子设备的发展与推动，我国的逻辑器
件中移动端芯片迅猛发展，目前部分企业已经具备自主研发的能力。我国龙芯中科于2021年
7月发布了自主研发CPU芯片-3A5000，该芯片从顶层架构、指令集到ABI标准都由团队自主
研发，与上一代相比改进了制造工艺并降低了功耗，为我国自主研发CPU开启了探索之门。
随着大数据、云计算、物联网等行业的快速发展，推动着存储器也正面向低功耗、大容量、高
可靠性、高速率的步伐前进，然而存储类芯片早已被日韩美企业垄断，我国市场占有率极少，
还在起步阶段。在存储器领域主流产品目前有以DRAM和SRAM为代表的易失性存储芯片和
Nor Flash和Nand Flash为代表的非易失性存储芯片。以市场占有率较高的DRAM为例，目前
国外先进技术DRAM芯片工艺制程已经发展到10 nm量产阶段，而我国只有长鑫存储虽然可
以量产19 nm工艺制成的DRAM，但是良品率只有75%，国外早在2016年就已经达到19 nm
工艺制成，落后约五年时间。值得一提的是，我国长鑫存储是继三星、SK海力士和美光之后
第四个厂商可以生产20 nm以下的DRAM。
1.2 中游子产业
点沙成金的芯片制造环节是芯片实现功能的命脉，在集成电路产业链中有举足轻重的地
位。集成电路制造工艺流程大致可以分为：单晶硅片制备-薄膜制备-光刻-刻蚀-离子注入-CMP-
晶圆检测，集成电路产业链具体流程如图3所示，在整个芯片制造过程集中了上百道工序，每
一道工序的背后都要考虑加工参数是否满足设计要求，以及工艺偏差对成品的影响。这既需要
强大的资金支持，还需要突破技术壁垒研发集成电路专用设备。据国家统计局对国产集成电路
产量的统计，2020年其产量为2614.7块，主要为中低端芯片。近年来，随着集成电路下游产
业的发展与推进，中低端芯片以及国产芯片产量无法满足5G、物联网、大数据、人工智能等
领域的需求量。2020年我国进口的集成电路总计高达5 435亿块，总计金额3 500.4亿美元。
根据IC Insight统计，2020年我国集成电路市场规模为1 434亿美元，而由中国大陆公司自主
制造的芯片仅仅只有83亿美元，当然这一数据不包含部分国内设计公司自主研发芯片找国外
代工厂制造的情况，目前还远低于2020年国务院印发的《新时期促进集成电路产业和软件产
业高质量发展的若干政策》中2025年中国芯片自给率为70%的目标。这些数据可见我国自产
芯片无法满足日常芯片的需求，但是芯片制造业并非可以一蹴而就，需要专业人才以及技术积
累。随着信息技术发展以及用户需求的扩大，必然导致芯片设计更加复杂，再加之芯片工艺的
不断推进，制造业的技术壁垒愈来愈高，我国对于集成电路产业起步较晚，尤其是制造业的专
用设备以及专用材料长期依赖进口导致我国发展高端集成电路处于弱势地位。
从基础的加工制造能力上看，台积电保持最先进的制造能力，目前正在测试3 nm工艺制
程，5 nm和7 nm工艺制程仅有台积电和三星半导体两家公司，10 nm工艺制程有台积电、三
星半导体、英特尔三家公司[4]可以实现商业化，我国大陆最先进的芯片工艺制程是中芯国际
的14 nm工艺，良品率高达95%，上海华虹2021年刚刚达到14 nm量产的水平。
集成电路的封装测试环节最接近下游的衍生应用，直接影响产品的质量，这一环节是唯一
与世界先进水平差距较小的环节，也是我国最早发展集成电路产业的环节。从前十名封测厂营
收排名上看，中国大陆企业有三家，分别是长电科技、通富微电、华天科技[5]，2020年营收
规模市占率分别为：11.96%、5.05%、3.93%。当前，中国封测业以中低端的传统封装技术为
主，随着集成电路下游产业的发展与推动，对于芯片的封测要求也逐步迎合现代电路小型化、
复杂化和集成化，目前高端封装技术有SOC（系统级单芯片封装）、FC（倒装焊封装）、
TSV（晶圆级系统封装-硅通孔）、3D（三维立体封装）等。根据我国半导体行业2020年我国
IC封装市场规模为2 478亿元，而IC先进封装市场规模仅为328亿元，占比13.26%，我国还
需在先进封装领域加强技术革新。
2 集成电路危机与挑战
在中国近年来大力发展集成电路产业的推进下，中低端产品基本实现国产化，但是对于生
产高端产品，我国目前还在起步探索阶段阶段，尤其是制备环节，集成电路专用材料、专用设
备受制于人，在制备高端芯片的过程中，需要上百道工序，而其中的材料、设备是制约芯片良
品的关键因素，这些因素导致开发高端产品难度提升。在2017年印发的《“十三五”先进制造
技术领域科技创新专项规划》（后文简称“十三五”规划）中明确指出要重点研发12英寸硅
片、深紫外光刻胶、抛光材料以及溅射靶材。
2.1 专用材料
2.1.1 大尺寸硅片的生产
硅片是制备芯片的核心材料之一，但是由于我国发展集成电路产业较晚，高纯度、大尺寸
硅片的制备仍然是我国的短板。大尺寸硅片面积更大，可以降低成本，并且边缘芯片少，利用
率更高，所以目前市场的主流硅片尺寸是12英寸，全球12英寸硅片的制备占比所有硅片制备
已经达到65%，而我国在2017年以前对12英寸硅片制备是完全空白，至今有多家厂商可以制
备12英寸硅片，但是国产化率较低，对于12英寸硅片大多数还依赖于进口，8英寸硅片可以
自主生产，基本满足国内需求[6]。6英寸以下硅片，其对应的中断产品也是面向中低端。而12
英寸硅片面向的终端产品是智能手机、平板、服务器一些高端领域，根据SUMCO统计，单个
5G手机硅片面积的需求量要比单个4G手机硅片面积需求量高70%，所以研发大尺寸硅片并
实现量产是刻不容缓的。