2018年4月，美國商務(wù)部以違反對針對伊朗及朝鮮的貿(mào)易禁運(yùn)為由，對中國通訊設(shè)備大廠中興通訊實(shí)施制裁，要求美國相關(guān)公司在7年內(nèi)不得向中興通訊提供零部件，其中就包括最關(guān)鍵的微型芯片等產(chǎn)品。

　　2019年5月，美國商務(wù)部表示已將華為和其70家子公司添加到實(shí)體名單中，此舉禁止電信巨頭華為等在未經(jīng)美國政府批準(zhǔn)的情況下從美國公司購買零部件。

　　從中興事件到華為等被列入實(shí)體清單，雖然表面上是一起制裁行動(dòng)，本質(zhì)上卻體現(xiàn)出國內(nèi)芯片自主能力的不足。

　　據(jù)海關(guān)的數(shù)據(jù)顯示，2018年中國進(jìn)口芯片超過達(dá)到了3,120.58億美元，同比增長19.8%，創(chuàng)下了歷史新高。芯片已經(jīng)超過原油，成為我國進(jìn)口的第一大品類。而出口芯片僅為846.36億美元，進(jìn)口額是出口額的3.7倍。并且從近五年的數(shù)據(jù)來看，中國芯片貿(mào)易逆差越來越大。中國芯片自給率嚴(yán)重不足，2018年中國芯片自給率僅15%左右。

　　從核心芯片自給率來看，處理器、GPU、存儲(chǔ)器等核心芯片的自給率嚴(yán)重不足，但國內(nèi)企業(yè)在手機(jī)芯片、人工智能、封裝等自給率較高。手機(jī)芯片方面以華為麒麟芯片為代表，性能達(dá)到世界領(lǐng)先水平。

　　封裝測試環(huán)節(jié)技術(shù)較低，我國作為勞動(dòng)密集型大國有著先天優(yōu)勢，國內(nèi)封測領(lǐng)域有三大龍頭，分別是長電科技、華天科技和通富微電，三家均進(jìn)入了全球封測行業(yè)的前十。

　　在人工智能芯片方面，國內(nèi)傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)巨頭和人工智能創(chuàng)企積極布局，阿里巴巴的含光800、寒武紀(jì)NPU、地平線的自動(dòng)駕駛芯片為代表的人工智能芯片取得了不俗的成績。

　　總體來看，國內(nèi)芯片市場規(guī)模大，自給能力不足；中低端產(chǎn)品發(fā)展迅速，細(xì)分領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破，核心受制于人。所以，在國家政策和資金的支持下，我國應(yīng)加大攻克核心技術(shù)，大力發(fā)展國產(chǎn)芯片，加速芯片的國產(chǎn)替代，打造中國芯。

　　本文將對芯片做一個(gè)相對全面的介紹，包括芯片產(chǎn)業(yè)鏈、數(shù)字芯片、AI芯片、模擬芯片，以及世界芯片的主要格局及參與玩家，并試圖挖掘出國產(chǎn)芯片的機(jī)會(huì)。

　　Part.1

　　芯片簡介及產(chǎn)業(yè)鏈

　　一、芯片簡介

　　芯片在生活中無處不在，智能手機(jī)、電腦、家用電器、汽車甚至軍工領(lǐng)域都不缺芯片的身影。芯片體積雖小，卻為各行各業(yè)實(shí)現(xiàn)信息化、智能化奠定了基礎(chǔ)。

　　芯片的歷史可以追溯到晶體管的誕生，1947年美國貝爾實(shí)驗(yàn)室制造出全球第一個(gè)晶體管。晶體管的出現(xiàn)使各種器件和線路集成在一塊介質(zhì)基片上成為可能，集成電路的構(gòu)想也由此誕生。

　　1958年，在德州儀器（Texas Instruments，TI）就職的杰克·基爾比以鍺（Ge）襯底，將幾個(gè)晶體管、電阻、電容連接在一起，成功研制出世界上第一塊集成電路，其發(fā)現(xiàn)集成電路的工效相比離散的部件有著巨大優(yōu)勢。在杰克·基爾發(fā)明基于鍺的集成電路后的幾個(gè)月，羅伯特·諾伊斯相繼發(fā)明了基于硅（Si）的集成電路，當(dāng)今半導(dǎo)體大多數(shù)應(yīng)用的就是基于硅的集成電路。

　　把一個(gè)電路中所需的晶體管、電阻、電容和電感等元件及布線互連一起，制作在一小塊或幾小塊半導(dǎo)體晶片或介質(zhì)基片上，然后封裝在一個(gè)管殼內(nèi)，成為具有所需電路功能的微型結(jié)構(gòu)，這便是集成電路（IC），又被稱為芯片。芯片中所有元件在結(jié)構(gòu)上已組成一個(gè)整體，使電子元件向著微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面邁進(jìn)了一大步。

　　二、芯片在電子設(shè)備中的重要性

　　下面以iPhone 11 Pro Max為例，來看芯片在電子設(shè)備中的重要性。

拆開后殼

拆出主板

拆開主板

iPhone 11 Pro Max主板構(gòu)造

　　紅色：蘋果APL1W85 A13 Bionic SoC，集成SK海力士4GB內(nèi)存橙色：蘋果APL1092電源管理芯片黃色：凌云邏輯Cirrus Logic 338S00509音頻解碼器綠色：Decawave 封裝芯片（U1超寬頻芯片）藍(lán)色：安華高（Avago）8100中/高頻PAMiD射頻收發(fā)器紫色：思佳訊（Skyworks）78221-17低頻 PAMiD射頻收發(fā)器粉色：意法半導(dǎo)體（STMicrolectronics）STB601A0N電源管理芯片

iPhone 11 Pro Max主板背部構(gòu)造

　　紅色：東芝 TSB 4226VE9461CMNA1 1927 閃存

iPhone 11 Pro Max射頻電路板

　　紅色：蘋果（Apple）、環(huán)隆（USI）339S00648 WiFi/藍(lán)牙芯片橙色：IntelX927YD2Q 調(diào)制解調(diào)器 基帶芯片黃色：Intel 5765P10 A15 08B13 H1925 收發(fā)器綠色：思佳訊Skyworks78223-17 功率放大器藍(lán)色：威訊81013 -Qorvo 封包追蹤模塊紫色：Skyworks13797-19 5648169 1927 MX粉色：Intel 6840P10 409 H1924基帶 電源管理芯片

充電模塊

　　紅色：意法半導(dǎo)體（STMicroelectronics）無線充電芯片橙色：蘋果338S00411音頻放大器黃色：德州儀器（TI）SN261140電池充電芯片

　　來源：iFixit

　　綜上，可以看出芯片對電子設(shè)備的重要性。一部智能手機(jī)中存在著大量的芯片，提供各種功能。具體來看，A13 Bionic SoC集成的的CPU、GPU、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引擎、外掛的基帶芯片等為微處理器；4G運(yùn)行內(nèi)存RAM即DRAM，閃存即NAND flash，均為存儲(chǔ)芯片；射頻芯片（收發(fā)器、功率放大器）、音視頻多媒體芯片、電源管理芯片等為模擬芯片。

　　同樣，芯片在其他電子及設(shè)備中都在發(fā)揮著重要的作用，非智能設(shè)備如遙控器、空調(diào)、LED燈泡等都存在著芯片的身影。隨著5G、AIoT等的飛速發(fā)展，智能化、互聯(lián)化、云化等越來越需要芯片去發(fā)揮作用，特別是人工智能芯片成為了傳統(tǒng)芯片廠商、互聯(lián)網(wǎng)/科技巨頭和AI創(chuàng)企的競爭高地。

　　三．芯片的分類

　　芯片有多種分類方式，根據(jù)處理的信號的不同，芯片可分為數(shù)字芯片和模擬芯片。

　　數(shù)字信號：信息參數(shù)在時(shí)間和幅度上都是離散的信號，是模擬信號經(jīng)采樣量化后得到的離散信號，以二進(jìn)制（0/1）表示。其特點(diǎn)是：在時(shí)間和幅度上離散變化，易存儲(chǔ)、不衰減、更適合被高速處理。

　　模擬信號：信息參數(shù)在給定時(shí)間范圍內(nèi)表現(xiàn)為連續(xù)的信號，例如溫度、壓力、聲音和圖像等。其特點(diǎn)是：幅度隨時(shí)間連續(xù)變化，能真實(shí)、逼真的反映我們所處的物理世界，但是易衰減、不易存儲(chǔ)。

　　處理數(shù)字信號的為數(shù)字芯片，處理模擬信號的為模擬芯片。以智能手機(jī)為例，外界的模擬信號如拍照獲得的圖像、識別所需的指紋或面容等模擬信號通過模擬芯片進(jìn)行處理，然后通過模轉(zhuǎn)數(shù)模塊將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，再由數(shù)字芯片進(jìn)行處理；處理后的數(shù)字信號根據(jù)需要也會(huì)通過數(shù)轉(zhuǎn)模芯片轉(zhuǎn)化為模擬信號進(jìn)行對外傳輸。

　　四．芯片產(chǎn)業(yè)鏈

　　1.上游——國際巨頭壟斷高端通用芯片，國內(nèi)企業(yè)奮力追趕

　　芯片設(shè)計(jì)是芯片產(chǎn)業(yè)鏈的頂端，包括架構(gòu)選擇、邏輯設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)、封裝設(shè)計(jì)等一系列的步驟。

　　根據(jù)DIGITIMES Research的數(shù)據(jù)，2018年全球IC設(shè)計(jì)廠商收入排名前十位中只有華為海思一家大陸企業(yè)上榜。雖然以華為海思為代表的移動(dòng)處理器芯片設(shè)計(jì)廠商已進(jìn)入全球前列，但國內(nèi)芯片設(shè)計(jì)總體水平相比于國際芯片巨頭還存在著巨大差距，CPU、GPU、FPGA等高端通用芯片仍被國際巨頭壟斷。

　　近年來我國設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，行業(yè)增速遠(yuǎn)超國際平均水平，華為海思已經(jīng)達(dá)到7nm先進(jìn)制程，在5G芯片技術(shù)上也走在世界前列；紫光展銳、大唐的5G部署在積極進(jìn)行；匯頂科技的指紋識別芯片應(yīng)用于國內(nèi)大部分智能手機(jī)；寒武紀(jì)、地平線的AI布局在國際嶄露頭角。

　　（1）  芯片設(shè)計(jì)的商業(yè)模式

　　按照芯片設(shè)計(jì)的商業(yè)模式，可分為IP設(shè)計(jì)和芯片設(shè)計(jì)。

　　IP設(shè)計(jì)，即設(shè)計(jì)芯片IP核（IPcore）。IP核是芯片常用設(shè)計(jì)模塊，現(xiàn)在芯片的設(shè)計(jì)，不再是完全從0開始，都是基于某些成熟的IP核，并在此基礎(chǔ)之上進(jìn)行芯片功能的添加。

　　以ARM公司為例，自身不生產(chǎn)芯片，而通過處理器授權(quán)、處理器優(yōu)化包授權(quán)與架構(gòu)授權(quán)三種授權(quán)方式作為商業(yè)模式。芯片設(shè)計(jì)公司獲取ARM公司的授權(quán)，得到ARM芯片的IP核，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)一步的芯片開發(fā)。

　　芯片設(shè)計(jì)，即通過自主架構(gòu)或已授權(quán)架構(gòu)，根據(jù)細(xì)分市場的需求進(jìn)行有針對性的開發(fā)。

　　（2）芯片架構(gòu)

　　在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，最重要就是選擇指令集架構(gòu)。

　　指令集架構(gòu)不僅僅是一組指令的集合，它還要定義與軟件相結(jié)合的硬件信息，用硬件電路實(shí)現(xiàn)指令集所規(guī)定的操作運(yùn)算，處理器架構(gòu)設(shè)計(jì)是目前芯片產(chǎn)業(yè)的最高層級和最重要的層級。

　　指令集架構(gòu)可以理解為一個(gè)抽象層，構(gòu)成處理器底層硬件與運(yùn)行于其上的軟件之間的橋梁與接口，也是現(xiàn)在計(jì)算機(jī)處理器中最重要的一個(gè)抽象層。

　　目前，世界主流的架構(gòu)有ARM公司主導(dǎo)的ARM架構(gòu)，和Intel主導(dǎo)的x86架構(gòu)。整體來看，ARM和x86架構(gòu)幾乎瓜分了整個(gè)架構(gòu)市場。而以靈活、精簡、開源等特性的RISC-V架構(gòu)同樣受到越來越多的關(guān)注，在物聯(lián)網(wǎng)、AI等芯片領(lǐng)域有巨大的潛力，也成為中國芯的新機(jī)遇。

　　①  CISC與Intel x86

　　現(xiàn)在常用的PC端或服務(wù)器，使用的主要是英特爾和AMD公司的CPU。這類CPU使用的指令集，屬于CISC（Complex Instruction Set Computer）即復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)。一款CPU支持的指令集，可以有很多種，早期的CPU都是基于CISC。

　　1978年6月8日，Intel生產(chǎn)出了世界上第一款16位的微處理器并命名為“i8086”， x86架構(gòu)誕生，它定義了芯片的基本使用規(guī)則。隨后幾十年，x86架構(gòu)不斷改進(jìn)，x86指令集被當(dāng)做一種規(guī)范沿用至今，英特爾因此成為行業(yè)龍頭。

　　2003年，AMD推出了業(yè)界首款64位處理器Athlon 64，也帶來了x86-64，即x86指令集的64位擴(kuò)展超集，Intel與AMD的斗爭從此拉開。

　　②  RISC與ARM

　　移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來對低功耗的要求越來越高，x86架構(gòu)整個(gè)指令集中，只有約20%的指令會(huì)被經(jīng)常使用。于是，1979年美國加州大學(xué)伯克利分校的David Patterson教授提出了RISC的想法，主張硬件應(yīng)該專心加速常用的指令，較為復(fù)雜的指令則利用常用的指令去組合。

　　RISC（Reduced Instruction SetComputer）即精簡指令集計(jì)算機(jī)。RISC通過精簡CISC指令種類，格式，簡化尋址方式，達(dá)到省電高效的效果，適合手機(jī)、平板、數(shù)碼相機(jī)等便攜式電子產(chǎn)品或物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品。

　　上個(gè)世紀(jì)80年代，ARM公司就是基于RISC架構(gòu)開始做自己的芯片，最終一步一步崛起，戰(zhàn)勝了英特爾，成為現(xiàn)在的移動(dòng)芯片之王。如今，包括華為麒麟、高通驍龍?jiān)趦?nèi)的大部分手機(jī)終端和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備芯片，都是基于ARM的架構(gòu)設(shè)計(jì)。

　　2007年，iPhone橫空出世開創(chuàng)了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，第一代iPhone的處理器芯片即使用ARM架構(gòu)設(shè)計(jì)。2008年，Google推出了基于ARM指令集的Android系統(tǒng)。至此，智能手機(jī)的飛速發(fā)展奠定了ARM在智能手機(jī)市場的霸主地位。

　　③  RISC-V與AIoT

　　現(xiàn)如今，隨著5G、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)的蓬勃發(fā)展，越來越多的企業(yè)開始生產(chǎn)和制造服務(wù)于各個(gè)垂直行業(yè)的終端和模組。在架構(gòu)的選擇上，x86是封閉性技術(shù)、ARM架構(gòu)均須支付高額授權(quán)費(fèi)，這種情況下，RISC-V誕生并登上舞臺。

　　RISC-V指令集非常精簡和靈活。它的第一個(gè)版本只包含了不到50條指令，可以用于實(shí)現(xiàn)一個(gè)具備定點(diǎn)運(yùn)算和特權(quán)模式等基本功能的處理器。RISC-V架構(gòu)采用的開源方式，其指令集可以自由地用于任何目的，允許任何人設(shè)計(jì)、制造和銷售RISC-V芯片和軟件而不必支付給任何公司專利費(fèi)。

　　目前，RISC-V基金會(huì)共有包括18家白金會(huì)員在內(nèi)的235家會(huì)員單位（數(shù)據(jù)截止2019年7月10日）。這些會(huì)員單位中包含了半導(dǎo)體設(shè)計(jì)制造公司、系統(tǒng)集成商、設(shè)備制造商、軍工企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)、高校等各式各樣的組織，足以說明RISC-V的影響力在不斷擴(kuò)大。

　　專注于RISC-V的代表企業(yè)為晶心科技，在IP領(lǐng)域僅次于ARM、Synopsys、MIPS、Cadence排名第五。晶心科技于2005年成立，董事長為聯(lián)發(fā)科董事長蔡明介，從創(chuàng)立伊始公司就專注于嵌入式CPU IP，至今已有13年歷史。目前公司主要圍繞低功耗高性能的CPU進(jìn)行開發(fā)，除了CPU IP之外，還提供平臺外圍IP、軟硬件開發(fā)工具、生態(tài)系統(tǒng)等一整套方案。

　　為了避免受制于海外芯片巨頭，國內(nèi)開始發(fā)力基于RISC-V的芯片設(shè)計(jì)，從源頭實(shí)現(xiàn)芯片自主。2018年7月，上海經(jīng)信委出臺了國內(nèi)首個(gè)支持RISC-V的政策。10月，中國RISC-V產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟成立。產(chǎn)品方面，中天微和華米科技先后發(fā)布了基于RISC-V指令集的處理器。

　　基于RISC-V開發(fā)的黃山1號（華米），全球可穿戴領(lǐng)域第一顆人工智能芯片。2019年7月25日，玄鐵910正式發(fā)布，這是平頭哥半導(dǎo)體成立之后的第一款產(chǎn)品。玄鐵910基于RISC-V的處理器IP核，開發(fā)者可以免費(fèi)下載FPGA代碼，開展芯片原型設(shè)計(jì)架構(gòu)創(chuàng)新。2019年8月22日，業(yè)界領(lǐng)先的半導(dǎo)體供應(yīng)商兆易創(chuàng)新正式發(fā)布基于RISC-V內(nèi)核的GD32V系列32位通用MCU產(chǎn)品，提供從芯片到程序代碼庫、開發(fā)套件、設(shè)計(jì)方案等完整工具鏈支持并持續(xù)打造RISC-V開發(fā)生態(tài)。

　　2.中游——國際巨頭工藝領(lǐng)先，國內(nèi)廠商助力芯片設(shè)計(jì)發(fā)展

　　芯片產(chǎn)業(yè)鏈中游包含晶圓制造和封裝測試。

　　按照上中游是否集成，芯片/半導(dǎo)體行業(yè)有兩種模式：

　　垂直集成模式，又稱IDM，歸屬于該模式的企業(yè)業(yè)務(wù)需包含設(shè)計(jì)和制造/封測。IDM模式的代表企業(yè)是英特爾、德州儀器（TI）和三星。

　　垂直分工模式，采取分工模式的企業(yè)僅只專營一項(xiàng)業(yè)務(wù)，像是英偉達(dá)和華為海思僅有芯片設(shè)計(jì)，沒有制造業(yè)務(wù)，稱作fabless；而臺積電、中芯國際和格芯為代表的代工廠僅代工制造，不涉及芯片設(shè)計(jì)，稱作Foundry。

　　臺積電是全球Foundry中的絕對霸主，一家拿到50%的份額，臺積電先進(jìn)制程的開發(fā)進(jìn)度幾乎決定了行業(yè)的發(fā)展速度。大陸地區(qū)代工廠代表有中芯國際和華虹半導(dǎo)體，其中中芯國際在全球晶圓代工企業(yè)中位列第五。

　　（1） 晶圓制造

　　純晶圓代工行業(yè)集中度很高，前四大純晶圓代工廠合計(jì)占據(jù)全球份額的85%，其中臺積電一家更是雄踞近60%的市場份額。以中芯國際、華虹半導(dǎo)體、華力微為代表的大陸晶圓代工廠商相比國際巨頭仍有很大差距。

　　芯片制造環(huán)節(jié)中，芯片制程決定了代工廠的先進(jìn)程度。芯片的制程就是用來表征集成電路尺寸的大小的一個(gè)參數(shù)，隨著摩爾定律發(fā)展，制程從0.5um、0.35um、0.25um、0.18um、0.15um、0.13um、90nm、65nm、45nm、32nm、28nm、22nm、14nm，一直發(fā)展到現(xiàn)在的10nm、7nm、5nm。目前，28nm是傳統(tǒng)制程和先進(jìn)制程的分界點(diǎn)。

　　以臺積電為例，晶圓制造的制程每隔幾年便會(huì)更新?lián)Q代一次。近幾年來換代周期縮短，臺積電2017年10nm已經(jīng)量產(chǎn)，7nm將于今年量產(chǎn)，5nm預(yù)計(jì)2020年量產(chǎn)。iPhone11的 A13 Bionic芯片用的便是臺積電7nm工藝。除了晶圓制造技術(shù)更新?lián)Q代外，其下游的封測技術(shù)也不斷隨之發(fā)展。

　　目前臺積電已經(jīng)試產(chǎn)了5nm，三星為了與臺積電競爭，稱要研發(fā)3nm制程。大陸工廠與臺積電的差距大約在2代以上，最先進(jìn)的中芯國際今年一季度剛剛可以量產(chǎn)14nm制程，目前正抓緊攻克12nm；至于排名第二華虹半導(dǎo)體，距離先進(jìn)制程仍有距離。

　　而中芯國際的存在，對于中國大陸半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)有著重要的意義：賺錢是其次，主要要撐起高水平半導(dǎo)體制造業(yè)的自主化，進(jìn)而促成整個(gè)設(shè)計(jì)、制造、封測產(chǎn)業(yè)鏈的完善。同時(shí)，也可以為上游的本土半導(dǎo)體設(shè)備及材料廠商提供支持。

　　而正是晶圓代工廠的出現(xiàn)，降低了新選手進(jìn)入半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的技術(shù)和資金門檻，成就了諸多IC設(shè)計(jì)公司。

　　（2）  封裝測試

　　封測是集成電路產(chǎn)品的最后一段環(huán)節(jié)，技術(shù)相對容易。封裝和測試是兩道工序，封裝是把電路包起來，外部留出接觸的pin腳；測試則是檢測芯片的性能滿足設(shè)計(jì)要求。

　　封裝技術(shù)門檻相對較低，國內(nèi)發(fā)展基礎(chǔ)相對較好，所以封測業(yè)追趕速度比設(shè)計(jì)和制造更快。中國半導(dǎo)體第一個(gè)全面領(lǐng)先全球的企業(yè)，最有可能在封測業(yè)出現(xiàn)。國內(nèi)封測領(lǐng)域有三大龍頭，分別是長電科技、天水華天和通富微電，三家均進(jìn)入了全球封測行業(yè)的前十。

　　從長遠(yuǎn)看，國內(nèi)封測技術(shù)已經(jīng)跟上全球先進(jìn)步伐，隨著國內(nèi)上游芯片設(shè)計(jì)公司的崛起，下游配套晶圓建廠邏輯的兌現(xiàn)，輔以國家政策和產(chǎn)業(yè)資本的支持，國內(nèi)封測企業(yè)全面超越臺系廠商，是大概率事件。

　　3.下游

　　產(chǎn)業(yè)鏈的下游主要為系統(tǒng)集成（System Integration）企業(yè)，提供軟硬件集成解決方案，例如人工智能解決方案商。通過對特定行業(yè)及特定需求進(jìn)行定制化算法及系統(tǒng)解決方案，下游企業(yè)是賦能實(shí)體經(jīng)濟(jì)的直接方。

　　主要應(yīng)用為智能駕駛、智能安防、智能語音、智能機(jī)器人、智能手機(jī)、AIoT等。

　　Part.2

　　數(shù)字芯片

　　數(shù)字芯片是一種對離散信號的傳遞和處理，實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號邏輯運(yùn)算和操作的電路。數(shù)字芯片在計(jì)算機(jī)、數(shù)字控制、通信、自動(dòng)化和儀表等方面中被大量運(yùn)用。數(shù)字芯片則包含處理器（CPU、GPU、基帶芯片等）、存儲(chǔ)器（DRAM、NANDFlash、NOR Flash）和邏輯電路（FPGA等）。

　　PC、Mac和智能手機(jī)等我們常用的電子設(shè)備中的CPU、GPU等都是數(shù)字芯片。隨著AI的發(fā)展，F(xiàn)PGA、ASIC等芯片受到越來越多的重視。同樣，我們耳熟能詳?shù)膬?nèi)存、閃存為代表的存儲(chǔ)芯片均屬于數(shù)字芯片。

　　一、微處理器CPU、GPU——作為通用芯片，國內(nèi)追趕難度極大

　　1.、CPU

　　（1）兩大巨人——英特爾與ARM

　　CPU(CentralProcessing Unit)即中央處理器，在電子設(shè)備、云端都有著廣泛的應(yīng)用。作為一種通用芯片，CPU可完成多種不同種類的任務(wù)，起著大腦的作用，主要功能是解釋計(jì)算機(jī)指令以及處理計(jì)算機(jī)軟件中的數(shù)據(jù)。

　　英特爾（Intel）是主要研制CPU處理器的巨頭，全球最大的個(gè)人計(jì)算機(jī)零件和CPU制造商。1971年，英特爾推出了全球第一個(gè)微處理器——4004，應(yīng)用在計(jì)算器上；1978年推出8086，可處理16位數(shù)據(jù)、組頻5MHz，這是首顆x86芯片，IBM在自己首臺PC中采用了8086的精簡版8088。英特爾的CPU帶來的計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)革命，改變了整個(gè)世界。可以說英特爾的歷史就是CPU的發(fā)展簡史。

　　但隨著iPhone等智能手機(jī)設(shè)備的到來，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)大潮來襲，英特爾卻沒能保持住優(yōu)勢，在移動(dòng)設(shè)備端CPU逐漸被ARM芯片打敗。ARM采用了RISC精簡指令集架構(gòu)，主打低成本、低功耗和高效率的芯片，在移動(dòng)設(shè)備端具備極大優(yōu)勢，目前世界超過95%的智能手機(jī)和平板電腦都采用ARM架構(gòu)。可見ARM和是Intel截然相反的戰(zhàn)略路線，英特爾一直以來堅(jiān)持全產(chǎn)業(yè)鏈商業(yè)模式，而ARM是開放的合作共贏模式。

　　（2）國內(nèi)主要參與玩家

　　對于國內(nèi)企業(yè)來說，CPU是國內(nèi)企業(yè)追趕上世界龍頭企業(yè)難度最大的芯片。國內(nèi)主要的CPU企業(yè)有龍芯、兆芯、華為鯤鵬和飛騰。

　　即便部分CPU性能已追趕上甚至超越英特爾，由于國內(nèi)CPU缺乏完善的產(chǎn)業(yè)生態(tài)支持，國內(nèi)企業(yè)還不足以與市場龍頭企業(yè)產(chǎn)生直接的競爭。國內(nèi)企業(yè)多用于國家層面的金融、安防、軍工、航天等領(lǐng)域，民用領(lǐng)域暫無可觀市場。

　　①龍芯，源于中科院，是國內(nèi) PC 級 CPU 銷量最大的公司。

　　最新一代龍芯 3A4000/3B4000 處理器，采用28nm 工藝，頻率從龍芯 3A3000 的 1.5GHz 提升到了 2.0GHz，架構(gòu)升級為 GS464V，搭配的芯片組也升級到了龍芯 7A2000，28nm 工藝。龍芯3A/B3000 處理器出貨量達(dá) 30 萬片以上。據(jù)稱更換到14 納米工藝后，就能達(dá)到 AMD 公司 Zen 系列處理器的水平。

　　②兆芯，成立于 2013 年，是 VIA 威盛與上海政府基金成立的合資公司，獲得了 x86 授權(quán)，是國內(nèi)發(fā)展高性能 X86 處理器的中堅(jiān)力量。

　　兆芯和安鈦克合作發(fā)布國產(chǎn)化自主可控網(wǎng)絡(luò)安全平臺，也與龍芯、飛騰有合作，推出龍芯 3A3000/3A4000，兆芯 C4600、飛騰 FT1500A/2000 系列。

　　今年 6 月份發(fā)布的兆芯 KX-6000、KH-30000 系列，將工藝升級到 16nm 工藝，成為國內(nèi)第一款主頻達(dá)到 3.0G 赫茲的通用 CPU，有 4 核及 8 核兩種規(guī)格，還支持 PCIe 4.0、雙通道 DDR4 內(nèi)存，搭配的芯片組升級到了 KH-3000 系列。

　　③華為鯤鵬，華為鯤鵬 920 成為業(yè)界首顆兼容 ARM 架構(gòu)的 64 核數(shù)據(jù)中心處理器。

　　性能上，四核版相當(dāng)于酷睿 i5 6300H，八核版相當(dāng)于酷睿 i5 8300H。采用 7nm 工藝制造，該處理器基于 ARMv8 架構(gòu)，擁有 64 個(gè) 2.6GHz 核心，支持 8 通道 DDR4、PCIe 4.0 和 CCIX 互聯(lián)芯片。

　　9 月，華為已經(jīng)率先在深圳電力行業(yè)部署鯤鵬國產(chǎn) CPU 生態(tài)體系，逐漸取代英特爾 CPU。

　　④飛騰，是國產(chǎn) CPU 企業(yè)中桌面級和嵌入式芯片均能提供高性能產(chǎn)品的企業(yè)，是國產(chǎn)芯片的主流代表之一。

　　截至 2019 年 8 月，已聯(lián)合 500 余家軟硬件合作伙伴，研制了 6 大類 300 余種整機(jī)產(chǎn)品，移植、優(yōu)化了 1,000 余種軟件。

　　2019 年 8 月 26 日，國內(nèi)自主安全領(lǐng)域領(lǐng)軍企業(yè)中國長城完成對天津飛騰35%的股權(quán)收購，成為天津飛騰的第一大股東。

　　2、GPU

　　GPU（Graphics Processing Unit），即圖形處理器，最初是用在個(gè)人電腦、工作站、游戲機(jī)和一些移動(dòng)設(shè)備上運(yùn)行繪圖運(yùn)算工作的微處理器。但憑借其并行計(jì)算的能力，目前 GPU 在AI芯片領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用。

　　CPU 的架構(gòu)中需要大量的空間去放置存儲(chǔ)單元和控制單元，相比之下計(jì)算單元只占據(jù)了很小的一部分，所以它在大規(guī)模并行計(jì)算能力上極受限制，而更擅長于邏輯控制。但是隨著人們對更大規(guī)模與更快處理速度的需求增加， CPU 無法滿足，因此誕生了GPU。

　　GPU 與 CPU 最大的區(qū)別是：相比于 CPU 串行計(jì)算，GPU 是并行計(jì)算，能同時(shí)使用大量運(yùn)算器解決計(jì)算問題的過程，有效提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算速度和處理能力。對于人工智能來說，GPU 剛好與包含大量并行計(jì)算的深度學(xué)習(xí)算法相匹配，因此在AI時(shí)代成為了算力加速硬件的首選。

　　（1）GPU王者——英偉達(dá)

　　英偉達(dá)（Nvidia）是全球最大的獨(dú)立GPU供應(yīng)商。英偉達(dá)成立于1993 年，由黃仁勛等三人創(chuàng)辦。目前占據(jù)全球GPU行業(yè)的市場份額超過70%，GPU 作為其核心產(chǎn)品占據(jù) 84% 的收入份額。獨(dú)立GPU市場形成英偉達(dá)和AMD兩大巨頭的格局。

　　（2）GPU國內(nèi)主要參與玩家

　　受制于技術(shù)、人才和專利，國內(nèi)企業(yè)GPU廠商與國際巨頭有著巨大差距。景嘉微成為了目前國內(nèi)唯一量產(chǎn)GPU的行業(yè)龍頭。

　　①景嘉微，國內(nèi)GPU行業(yè)龍頭，A 股唯一 GPU 芯片設(shè)計(jì)公司，成立于 2006年4月。

　　研發(fā)背靠國防科大，并積極與國內(nèi)外算法公司展開新技術(shù)合作。首款具備自主知識產(chǎn)權(quán)的圖形處理芯片JM5400已經(jīng)開始應(yīng)用。

　　②西郵微電，嵌入式GPU-螢火蟲 1 號，嵌入式 GPU 芯片，該項(xiàng)目填補(bǔ)了國內(nèi)空白，總體技術(shù)達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。

　　③中科曙光，代表的 Xmachine GPU 服務(wù)器和 Sothis AI 人工智能平臺，面向金融人工智能應(yīng)用，提供定制化開發(fā)產(chǎn)品及服務(wù)。從芯片、板卡、整機(jī)、平臺、開發(fā)架構(gòu)上，全面支撐金融機(jī)構(gòu)的人工智能應(yīng)用，提高金融服務(wù)器性能，控制金融風(fēng)險(xiǎn)。

　　二、存儲(chǔ)芯片——投資大、門檻高，需要國家大力支持

　　如同鋼鐵、石油是工業(yè)時(shí)代的“糧食”一樣，存儲(chǔ)芯片是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展最重要的“糧食”。計(jì)算機(jī)中的全部信息，包括輸入的原始數(shù)據(jù)、計(jì)算機(jī)程序、中間運(yùn)行結(jié)果和最終運(yùn)行結(jié)果都保存在存儲(chǔ)器中。

　　以斷電后存儲(chǔ)數(shù)據(jù)是否丟失為標(biāo)準(zhǔn)，半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片可分兩類：

　　一類是非易失性存儲(chǔ)器，這一類存儲(chǔ)器斷電后數(shù)據(jù)能夠存儲(chǔ)，主要以NAND Flash為代表，常見于SSD（固態(tài)硬盤)；另一類是易失性存儲(chǔ)器，這一類存儲(chǔ)器斷電后數(shù)據(jù)不能儲(chǔ)存，主要以DRAM為代表，常用于電腦、手機(jī)內(nèi)存。除了NAND Flash和 DRAM，還包含NorFlash，容量比較小，一般是64Mb以下，用于存儲(chǔ)一些驅(qū)動(dòng)電路的算法和代碼之類，用于手機(jī)，汽車電子，工業(yè)控制等領(lǐng)域。

　　從產(chǎn)值構(gòu)成來看，DRAM、NAND Flash、NOR Flash 是存儲(chǔ)器產(chǎn)業(yè)的核心部分。這緣于一方面性能不斷提升的手機(jī)操作系統(tǒng)及日益豐富的應(yīng)用軟件極大地依賴于手機(jī)嵌入式閃存的容量；另一方面，萬物互聯(lián)等新技術(shù)的涌現(xiàn)推動(dòng)數(shù)據(jù)量的急速膨脹。

　　1、DRAM

　　DRAM（Dynamic Random Access Memory），即動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取記憶體，是最常見的存儲(chǔ)器，只能將數(shù)據(jù)保持很短的時(shí)間，最常見的應(yīng)用是PC中的內(nèi)存。為了保持?jǐn)?shù)據(jù)，使用電容存儲(chǔ)，所以必須隔一段時(shí)間刷新一次，如果存儲(chǔ)單元沒有被刷新，存儲(chǔ)的信息就會(huì)丟失。

　　從行業(yè)上看，早期計(jì)算機(jī)應(yīng)用占了整個(gè)DRAM產(chǎn)業(yè)高達(dá) 90%份額， 2016年開始伴隨大容量智能手機(jī)崛起，智能手機(jī)逐漸取代PC成為DRAM 產(chǎn)業(yè)的主流，同時(shí)云服務(wù)器 DRAM 需求涌現(xiàn)的帶動(dòng)是功不可沒的推手，包括 Facebook、 Google、 Amazon、騰訊、阿里巴巴等不斷擴(kuò)充網(wǎng)路存儲(chǔ)系統(tǒng)，對于云存儲(chǔ)、云計(jì)算需求的提升，都帶動(dòng)服務(wù)器DRAM需求起飛，目前 DRAM 行業(yè)一直被美韓三大存儲(chǔ)器公司壟斷,三星、海力士、美光占據(jù)了全球市場的95%以上。

　　對于國企企業(yè)來說，DRAM所需行業(yè)投資巨大，門檻高，需要國家大力扶持，目前國內(nèi)三大存儲(chǔ)芯片項(xiàng)目合肥長鑫、福建晉華和長江存儲(chǔ)成為存儲(chǔ)芯片國產(chǎn)替代的希望。

　　2、NAND Flash

　　NAND Flash 是 Flash 存儲(chǔ)器中最重要的一種。 NAND Flash 存儲(chǔ)器具有容量較大，改寫速度快等優(yōu)點(diǎn)，適用于大量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，最常應(yīng)用于固態(tài)硬盤中。

　　NAND Flash內(nèi)部依靠存儲(chǔ)顆粒實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)，里面存放數(shù)據(jù)的最小單位叫cell。從工藝上看，NAND Flash可以分為2D工藝和3D工藝，傳統(tǒng)的2D工藝類似于“一張紙”，但“一張紙”的容量是有瓶頸的，三星、英特爾、美光、東芝四家閃存大廠為了滿足大容量終端需求，均開始研發(fā)多層閃存（3D NAND Flash），英特爾和美光引入市場的3DXpoint是自NAND Flash推出以來，最具突破性的一項(xiàng)存儲(chǔ)技術(shù)，它通過單層存儲(chǔ)器堆疊突破了2D NAND存儲(chǔ)芯片容量的極限，大幅提升了存儲(chǔ)器容量，因此技術(shù)3D NAND具備了四個(gè)優(yōu)勢：一是比2D NAND Flash快1,000倍；二是成本只有DRAM的一半；三是使用壽命是2D NAND的1,000倍；四是密度是傳統(tǒng)存儲(chǔ)的10倍。

　　除了傳統(tǒng)存儲(chǔ)巨頭三星電子、 SK 海力士、美光科技，東芝和西部數(shù)據(jù)也是 NAND Flash 領(lǐng)域不可忽視的重要力量。同DRAM一樣，國內(nèi)企業(yè)仍需國家配套政策和資金的大力支持。

　　3、存儲(chǔ)芯片格局——海外巨頭繼續(xù)壟斷，國內(nèi)企業(yè)可從細(xì)分市場切入

　　整體上來看，DRAM 和 NAND Flash 占據(jù)了存儲(chǔ)芯片市場96%以上的份額，NOR Flash由于存儲(chǔ)容量小，應(yīng)用領(lǐng)域偏重于代碼存儲(chǔ)，在消費(fèi)級存儲(chǔ)應(yīng)用上已出現(xiàn)被NAND閃存替代的趨勢，目前僅應(yīng)用于功能性手機(jī)，機(jī)頂盒、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、工業(yè)生產(chǎn)線控制上。

　　公司層面，由于未來以DRAM和NAND Flash為主導(dǎo)的存儲(chǔ)器行業(yè)趨勢仍將延續(xù)，海外存儲(chǔ)器巨頭三星電子、SK海力士、美光科技、西部數(shù)據(jù)、東芝會(huì)繼續(xù)控制中高端存儲(chǔ)器市場，未來仍將繼續(xù)角逐存儲(chǔ)器行業(yè)。

　　我國在存儲(chǔ)芯片上的進(jìn)口總額高達(dá)880億美元，對外依賴度超過90%，DRAM、NAND自給率幾乎為零。

　　我國已開始大力發(fā)展國產(chǎn)存儲(chǔ)芯片，目前我國逐步形成了紫光集團(tuán)與武漢、南京及成都合作展開的NAND與DRAM項(xiàng)目（長江存儲(chǔ)），兆易創(chuàng)新與合肥合作的DRAM項(xiàng)目（合肥長鑫），聯(lián)電與福建省合作的DRAM項(xiàng)目（福建晉華）三大存儲(chǔ)項(xiàng)目。

　　DRAM主流消費(fèi)市場雖然龐大，但前行阻力與壓力也極大，國內(nèi)企業(yè)可通過細(xì)分市場切入，實(shí)現(xiàn)研發(fā)、生產(chǎn)的積淀后再彎道超車成為不少國產(chǎn)存儲(chǔ)芯片企業(yè)的選擇，例如東芯半導(dǎo)體就將目標(biāo)瞄準(zhǔn)了中小容量存儲(chǔ)芯片市場。

　　新一代萬億藍(lán)海物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備需要大量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸，中小容量存儲(chǔ)芯片將更合適物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的需要。目前全球NAND閃存行業(yè)正處在2D到3D的過渡期，幾大巨頭都將重點(diǎn)放在了3D的比拼上，存儲(chǔ)巨頭將逐步放棄中小容量存儲(chǔ)芯片市場。物聯(lián)網(wǎng)和智能終端的快速發(fā)展將不斷擴(kuò)大對中小容量存儲(chǔ)芯片的需求。行業(yè)格局的演變，為東芯這樣專注中小容量存儲(chǔ)芯片的半導(dǎo)體公司創(chuàng)造了歷史性的發(fā)展機(jī)遇。

　　4、存儲(chǔ)主控芯片也是國內(nèi)創(chuàng)業(yè)企業(yè)的切入點(diǎn)

　　SSD硬盤、U盤等存儲(chǔ)硬件的結(jié)構(gòu)通常包括PCB（含供電電路）、NAND閃存、主控芯片、接口等。主控芯片相當(dāng)于硬盤的CPU，起著至關(guān)重要的作用。

　　主控芯片設(shè)計(jì)有成熟的ARM內(nèi)核、DDR物理層等IP授權(quán)可用，研發(fā)難度大大降低，所以主控芯片成為國內(nèi)創(chuàng)企的切入點(diǎn)，有望打破國外企業(yè)壟斷。

　　目前世界上SSD主控芯片公司主要來自美國及臺灣地區(qū)，Marvell是美系主控的代表，臺灣則以群聯(lián)Phision、SMI為代表。

　　從2015年以來，國內(nèi)廠商也陸續(xù)加大存儲(chǔ)市場的投資，不少廠商就選擇了SSD主控作為突破口，再加上國內(nèi)半導(dǎo)體基金對存儲(chǔ)芯片的扶植，國產(chǎn)主控企業(yè)開始嶄露頭角。

　　比較知名的就有江波龍、國科微、憶芯、華瀾微電子，還有偏重軍工、企業(yè)級市場的中勃、一方信息等公司，另外還有臺系廠商在大陸設(shè)立的子公司，比如群聯(lián)就在合肥成立了兆芯科技，杭州聯(lián)蕓科技也有臺資參與。

　　總的來說，國內(nèi)布局SSD主控芯片的公司就不少于10家，數(shù)量上已經(jīng)超越美國、臺灣地區(qū)的公司。不過國內(nèi)公司在主控芯片領(lǐng)域依然是新興力量。