芯耀
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芯片種類越多、功能越強(qiáng)大，就越讓人忍不住好奇：一顆芯片究竟是如何“披荊斬棘、打磨棱角”來(lái)到我們面前的？
芯片設(shè)計(jì)、芯片制造（晶圓加工）、芯片封裝、芯片測(cè)試，這四大環(huán)節(jié)是一顆芯片從無(wú)到有的必經(jīng)之路。（一般情況下，芯片封裝和測(cè)試合稱為“芯片封測(cè)”。）
但芯片產(chǎn)業(yè)鏈中并不是只有這四個(gè)環(huán)節(jié)就萬(wàn)事大吉了，還要有四個(gè)非常重要的支撐環(huán)節(jié)：EDA工具、IP支持、生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)原材料，這四個(gè)也是IC行業(yè)中必不可少的關(guān)鍵部分。
芯片設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)
? ? ?IC Design
就像筑造一座城堡一樣，在正式動(dòng)工之前，設(shè)計(jì)師要先進(jìn)行非常詳盡、精確的設(shè)計(jì)。
芯片設(shè)計(jì)的第一步就是在明確市場(chǎng)需求后，將市場(chǎng)需求轉(zhuǎn)化為芯片的規(guī)格指標(biāo)，然后形成芯片Spec，也就是芯片規(guī)格說(shuō)明書，它會(huì)詳細(xì)描述這款芯片的功能、性能、尺寸、封裝、應(yīng)用等內(nèi)容。
為了讓芯片有升級(jí)空間，在有了芯片的系統(tǒng)規(guī)格之后，就要從架構(gòu)和算法上把芯片模塊化。換句話說(shuō)就是結(jié)合架構(gòu)和算法把芯片的總體結(jié)構(gòu)搭建出來(lái)，同時(shí)定義出各個(gè)功能模塊。
下一步就需要使用硬件描述語(yǔ)言（HDL）搭建功能模塊，通常是用Verilog來(lái)進(jìn)行RTL代碼設(shè)計(jì)的。緊接著就是邏輯功能的仿真驗(yàn)證，仿真驗(yàn)證是保證芯片功能性和正確性的關(guān)鍵步驟。
芯片設(shè)計(jì)的第四步是邏輯綜合。就是把RTL代碼變成門級(jí)網(wǎng)表。在邏輯綜合的時(shí)候，必須要加入設(shè)定的約束條件，也就是要在最后的電路面積、時(shí)序等目標(biāo)參數(shù)上達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。
芯片設(shè)計(jì)的第五步，包含布局布線設(shè)計(jì)、布線驗(yàn)證、寄生參數(shù)提取、布線后電路生成、布線后仿真、靜態(tài)時(shí)序分析。完成這些，芯片設(shè)計(jì)部分就算是結(jié)束了，下一步就要進(jìn)入制造階段。
在IC行業(yè)，專門從事芯片設(shè)計(jì)的公司一般被稱為Fabless或者Design House，它們并不涉及芯片加工、封裝、測(cè)試等業(yè)務(wù)。像高通、博通、英偉達(dá)、AMD（超威半導(dǎo)體）、聯(lián)發(fā)科、海思、平頭哥、哲庫(kù)、全志等，都屬于這一類公司。
還有一類公司，是集設(shè)計(jì)、制造、封裝、測(cè)試等多個(gè)產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)于一身的，這類公司被稱為IDM。像英特爾、三星和TI（德州儀器），就屬于IDM。
芯片制造環(huán)節(jié)
Wafer Fabrication
就是在硅晶圓上制作電子器件和電路。這對(duì)制造環(huán)境無(wú)塵室的要求很高，溫度、濕度、含塵都需要嚴(yán)格控制。
各類芯片的制造工序會(huì)有些不同，但基本工序一般都是在晶圓清洗后，進(jìn)行氧化和淀積，然后反復(fù)進(jìn)行光刻、刻蝕、薄膜淀積及離子注入等工序，最后形成晶圓上的電路。
在晶圓完成之后還需要進(jìn)行電測(cè)試。每個(gè)晶圓粒都會(huì)被測(cè)試，不合格的晶圓就會(huì)被標(biāo)上幾號(hào)。然后晶圓將以晶粒為單位進(jìn)行切割。
專門從事晶圓加工的企業(yè)，被統(tǒng)稱為Foundry。大家熟知的臺(tái)積電、聯(lián)電、格芯、中芯國(guó)際、華虹，就屬于這一類。
臺(tái)積電目前確實(shí)是晶圓加工界的Top 1，無(wú)論是在先進(jìn)制程還是成熟制程表現(xiàn)都是有目共睹的，2021年的市場(chǎng)占有率達(dá)到了52%。
芯片封測(cè)
利用塑料或者陶瓷包裝晶粒與配線，目的就是為了給電路加上保護(hù)層，避免電路受到機(jī)械性刮傷或者高溫破壞。
被封裝好的芯片，還需要進(jìn)行最后的測(cè)試環(huán)節(jié)，以保證芯片生產(chǎn)的良率。
目前芯片封測(cè)做得比較好的企業(yè)有日月光、安靠、江蘇長(zhǎng)電、矽品、力成這五家，市場(chǎng)份額能夠占到70%左右。
EDA工具與IP支持
EDA指的是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化，是電路設(shè)計(jì)過(guò)程中必需的軟件工具。大家能想到的芯片設(shè)計(jì)公司，諸如華為海思、平頭哥、哲庫(kù)、intel、高通，沒(méi)有任何一家公司能脫離EDA軟件進(jìn)行芯片設(shè)計(jì)。
我們一般把提供EDA工具的企業(yè)稱之為EDA設(shè)計(jì)服務(wù)供應(yīng)商。目前世界上最大的三家EDA設(shè)計(jì)服務(wù)供應(yīng)商就是：Synopsys（新思科技，美國(guó)）、Cadence（楷登電子，美國(guó)）、Simens EDA（原Mentor，德國(guó)）。國(guó)內(nèi)芯片設(shè)計(jì)企業(yè)目前使用主流EDA軟件均來(lái)自于這三家公司。
國(guó)產(chǎn)EDA企業(yè)也在不斷發(fā)展。華大九天、概倫電子、廣立微等企業(yè)在國(guó)內(nèi)都是比較有成果的公司，他們?cè)诰植凯h(huán)節(jié)是能夠做到世界水平的。
現(xiàn)在芯片的功能不斷增多，集成度也越來(lái)越高。所以就出現(xiàn)了很多成熟的常用設(shè)計(jì)模塊，也稱為IP（Intellectual Property）模塊。目前大家所了解到的芯片設(shè)計(jì)，一般都不是從0開始的，而是基于成熟的模塊，在它們的基礎(chǔ)上再按照功能要求來(lái)設(shè)計(jì)芯片的。
這就產(chǎn)生了IP授權(quán)這一行為，設(shè)計(jì)公司無(wú)需對(duì)芯片每個(gè)細(xì)節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過(guò)購(gòu)買成熟可靠的IP方案，就能實(shí)現(xiàn)某個(gè)特定功能。這種開發(fā)模式，縮短了芯片開發(fā)的時(shí)間，提升了芯片的性能。這也就是為什么業(yè)內(nèi)人士說(shuō)芯片IP都是買來(lái)的。
目前ARM公司是IP領(lǐng)域絕對(duì)龍頭，占40%左右的市場(chǎng)份額。
生產(chǎn)設(shè)備與原材料
芯片制造的過(guò)程極其復(fù)雜，加工程序可以達(dá)到數(shù)百道，所以對(duì)加工設(shè)備的要求非常高，這些設(shè)備一般都非常先進(jìn)且昂貴，隨便一臺(tái)就上千萬(wàn)美元。
大家最熟知的應(yīng)該就是現(xiàn)在卡住我們脖子的光刻機(jī)，世界上最大、最先進(jìn)的光刻機(jī)生產(chǎn)商就是荷蘭的ASML（阿斯麥爾）。
除了光刻機(jī)之外，還有單晶爐、拋光機(jī)、刻蝕機(jī)、劃片機(jī)等設(shè)備。國(guó)內(nèi)在生產(chǎn)設(shè)備領(lǐng)域的代表企業(yè)有上海微電子、北方華創(chuàng)、中國(guó)電科等。
生產(chǎn)原材料，除了用于制作硅棒的沙子之外。還有掩膜版、光刻膠、拋光材料、電子氣體、濕電子化學(xué)品、靶材等。國(guó)內(nèi)目前比較大的材料領(lǐng)域的企業(yè)有江豐電子、南大光電、江化微、鼎龍、晶瑞、中環(huán)等。
隨著摩爾定律和技術(shù)的發(fā)展，芯片集成度也越來(lái)越高，與之伴隨的就是崗位愈加細(xì)分。
芯片產(chǎn)業(yè)鏈很長(zhǎng)且環(huán)環(huán)相扣，每一個(gè)環(huán)節(jié)都需要不同的工程師角色分工協(xié)作。很多人以為芯片工程師就是單純的搞芯片的工程師，殊不知這其中可能要分十幾個(gè)崗位。
所以，芯片行業(yè)到底有多少類工程師呢？我們下篇文章為大家揭曉！
