芯片ip设计是什么意思-目前中国芯片产业哪些领域“卡壳”？

芯片是一种集成电路。 从字面上看，这意味着将电路集成到板上。 其实就是这个意思，但是有两个特点决定了这个东西极其复杂，

一是电路数量庞大，几毫米的板上需要堆叠上亿个晶体管。 一位负责光刻机的ASML高管举了个例子，称如果一块芯片有德国那么大，那么电路的尺寸就差不多一厘米了。 如此高的精度，需要近乎变态的加工技术水平。

二是电路不能随便堆砌，所有复杂的计算运算都必须通过电路的排列组合来完成。 要让亿万只只能做0和1两个简单动作的晶体管完成复杂的任务，首席设计师的工作极其重要。 《三体》里刘脑洞大，救了3000万士兵模拟电脑。 其实这其中最重要的就是这些士兵的安排和组合。 这个东西理论上是可行的，但实际上只是纸上谈兵。 3000万个晶体管的设计必须使用软件，用人脑的指挥几乎不可能实现。

大家有没有发现，将数以亿计的电路按照一定的规则排列起来，刻在一块木板上，基本上就相当于在米粒上刻了一张4K高清版的清明上河图，这对于每个人来说都是很难品味的。

按照这个思路，我们看看制作芯片需要哪些流程。

1. 芯片设计

首先是设计。 芯片实现的功能不同，其根本原因是电路的排列方式和数量不同。 最复杂的是逻辑芯片，也就是我们通常所说的CPU和GPU。 这种类型的芯片是设备的大脑，控制着你可以做什么以及程度如何。 就像机器人一样，如果大脑被设计好了，它就会有高智商、反应快、学习能力强。 每个人都喜欢看到鲜花盛开。 如果追上那些一头雾水的程序员，设计出来的机器人就会智障。 鞭子迈出一步，遇到丝毫困难，当时就把镐丢掉了，这种机器人自然没有市场。

所以芯片设计非常重要。 前面说过，芯片的设计本质上是电路的排列组合，但电路数以亿计，逻辑复杂，纸上画是肯定不可能的，必须要用软件。 你只需要编码，让软件告诉机器如何安排具体的电路。 这就涉及到芯片行业第一个重要的工具，设计软件，即EDA。 目前国际上最顶尖的芯片设计软件有Synopsys、美国的仪华计算机、西门子旗下的Mentor。 这三个基本上吃掉了所有的份额，只要你设计芯片，就摆脱不了它们。

有了软件，可以启动吗？

当然不是。 如果你想从头开始编码，当你调试完之后，软件和制造工艺已经升级了好几代，你不能说它是否可以运行。 所以你不能从头开始，你必须使用架构。 比如盖房子的时候，邻居家有两层楼芯片ip设计是什么意思，你因为嫉妒而想盖一栋。 从头开始绘制蓝图是不可能的。 你必须拿邻居的蓝图做一些小的改变，比如移动厕所的位置。 然后交给承包商团队进行施工。 像砖、瓦、水泥，工头不会自己做，到市场上买现成的。

这些建筑图、砖块和瓦片就是芯片设计中的IP。 然而，在软件行业，这些都是有专利的。 如果你使用我的架构和IP，你就必须支付专利费。 如果你做过软件编程，就很容易理解。 IP相当于一些封装的功能。 例如，在游戏行业，开发游戏时不可能从头开始设计角色、形状和场景。 这些基本的东西都是可以自己购买和使用的。 设计师专注于游戏逻辑是有好处的，这本质上是一种资源的复用。

IP行业最大的两个玩家，一个是Intel的X86，主要用在计算机上，另一个是ARM，其架构主要用在手机、平板电脑等手持设备上。 也就是说，只要我们用电脑、手机或者pad，不管你用什么品牌，我们都要给这两个大家伙交专利费，但是我们看不到钱，厂家付钱就是为了我们。

当然有些人就受不了这么霸道。 2010年，伯克利大学的一位教授带领他的团队开发了RISC-V指令集架构，该架构是开源且免费的。 但结构本身并不能产生效益，就像砖一样，单独放在那里没有任何用处，只有有人买来盖房子才能发挥作用。 虽然Risc-v是免费的，但架构市场已经饱和，一般厂商的应用都是基于x86或ARM。 为了兼容以前的版本，一般不容易改变架构。 但现在机会来了。 当前，我国面临的国际环境日益严峻。 寻找开源软件是必然趋势，因此我们目前正在积极构建围绕RISC-V的生态系统。 如果成功对双方都有利，我们还可以在欧美垄断，打开产业链缺口。

当然，无论x86、arm还是risc-v，CPU、GPU等逻辑芯片对于一般行业来说已经足够了ip形象，但对于通信行业来说，逻辑芯片只是一条腿，另一条腿就是基带芯片。 基带主要负责通信工作，如模拟和数字信号转换。 这类芯片与通信技术密切相关，因此基带芯片的头部企业一定是深耕通信行业的专业公司，比如高通、华为、三星等。 我们常说5G方面华为有多少专利，高通有多少专利，其实指的是基带芯片中的通信模块。 这东西如果申请了专利，那就是躺着赚钱，只要用就得付费。 例如，高通设计的芯片如果使用了华为的IP，就必须向华为付费。 而且专利非常霸气。 即使你独立开发了一项技术，只要之前有人申请过专利，你就必须缴纳专利费。 因此，高通、华为等头部设计公司都在疯狂囤积专利。

使用设计软件，您可以在购买IP许可证后开始工作。 一般来说，器件越小、功能越复杂，设计要求就越高。 从这个意义上来说，手机芯片的设计是最复杂的。 所以目前全球领先的设计厂商主要从事手机芯片，比如高通、华为海思、联发科等。

现在华为的芯片设计能力已经达到全球领先水平，但设计能力再强大，仍然要依赖于设计软件和IP（主要是逻辑芯片IP）。 这两件事目前主要掌握在美国人手里，特别容易。 卡在脖子里了

有的朋友想知道，我可以使用盗版吗？ 网上盗版软件被破解后，用户体验没有任何差别。

事实上，这确实行不通。 EDA 与个人软件不同。 厂家只有少数，一看就知道是不是正版。 就算你再无耻，拿出一双来用，也奈何不了我。 芯片设计软件与处理技术密切相关，一般会同时升级。 如果你用旧的软件来设计芯片，代工厂就无法为你制造，就像彩电生产线无法为你加工黑白电视一样。 当你破解新软件时，他们已经走了好几个街区，并不着急。 而且，这些代工厂与软件IP厂商关系密切。 如果你使用盗版软件，他们就不敢给你处理。 所以，我们只能老老实实购买专利或者自己解决问题。 不修武德是不可能的。

芯片设计完成后，需要进行制造。 这个时候就需要一个工厂。

2.光刻机

一个工厂最重要的就是设备，也就是制作芯片的机器，一般占整个工厂投资的60%以上，而这些设备中最重要的就是光刻机。

芯片设计厂商已经制作了图纸，光刻机要根据图纸一点一点地将电路刻在硅芯片上。 我们见面就说过，几毫米的芯片上有几亿个电路，设计已经没什么用了。 九牛二虎之力若要真正雕琢出来，想要登天就更加困难了。 这里关键是雕刻的精度，也就是我们常说的28nm、14nm等。 精度越高，单位面积芯片所承载的电路就越多、越复杂，功耗效率也越高。 生产的精度与光刻机密切相关。

大家都知道光刻机的老大是荷兰的ASML，但很少有人知道第二、第三大光刻机分别是日本的尼康和佳能。 这三大公司基本占据了光刻机市场的绝大多数。

有朋友想问，尼康和佳能不是做相机的吗？ 你什么时候改变职业的？

其实一点也不奇怪，从名字就可以看出，光刻机，光刻机，这台机器对光线的应用必须达到炉火纯青的地步，在这方面，擅长的相机厂商使用光学成像自然有优势，从这个角度来说，尼康等占据榜首位置也是理所当然的。 这依然是日本芯片产业的衰落。 如果时光再倒退20年，光刻机基本上将由日本人主导。

还有一点，ASML的崛起有一定的机会。 这家公司原本是飞利浦的子公司（冷知识，飞利浦是一家荷兰公司），一直在努力，不为所动。 突然的爆炸发生在20世纪初。

当时，台积电的林本健发明了浸没式光刻新技术。 本质是光穿过液体后波长会发生变化。 利用这一特性可以在不改变现有材料的情况下极大地改进光刻技术。 准确性。 林本健觉得这是光刻技术未来的方向，所以他想和尼康合作。 但日本人的素质相对较差。 他们在半导体领域长期处于领先地位。 他们不相信来自落后地区的工程师能提出什么先进的想法。 而且日本当时正在深耕干式光刻技术，所以他们拒绝了。

这也对应了那句话，软弱不是毁灭的原因，傲慢才是。

台积电只能凭借技术找到ASML，双方一拍即合。 他们同意ASML负责改进光刻机，台积电改进工艺，双方共同进步。

接下来发生的事情大家都知道了。 浸没式光刻成为芯片加工的主流，日本人为自己的傲慢付出了代价。 ASML先行一步，然后一路作弊，牢牢占据光刻机技术第一把交椅。 而且，当时美国正为日本芯片产业一家公司一家独大而头疼，所以积极介入，为ASML提供了各种支持，无论是资金还是绿灯。 INTEL还联手台积电、三星成立EUV联盟，将日本人拒之门外。 几件事一结合起来，ASML就把佳能和尼康甩了好几步，日本人再也没有改变主意。

然而，说白了，ASML其实是一家被阉割的公司，人格不完整芯片ip设计是什么意思，有时甚至无法过自己的生活。 美国人支持他的时候就考虑到了这一点。 他们可不是闲着的雷锋，所以他们的帮助一定是有条件的。 美国为了控制ASML，一方面积极参股，另一方面限制光刻机关键部件使用美国产品，并且必须接受定期检查。 ASML现在的两大股东都是美国公司，其一半以上的零部件供应商都来自美国。 没有美国就很难运作。

更不用说，最先进的EUV光刻机（也就是我国禁止销售的那种），制造的原材料涉及德国、美国、日本等数千家供应商，其中德国蔡司镜片、日本复合材料、瑞典精密加工机床缺一不可，真正的世界工厂制造。 从这个意义上来说，ASML虽然说是荷兰公司，但实际上整个西方工业体系都在给它输血，实际控制权在美国人手里。

3、原材料

既然我们有了设备，我们就需要原材料。

我们知道，芯片的基本材料是硅，硅在地球上无处不在。 我们每天看到的沙子的主要成分是硅。 原材料供应是否畅通？ 不可以，硅必须达到一定的纯度才可以用来制造晶圆，晶圆是芯片的载体。 这个纯度不是一般的高，一般的公司实在是应付不了。 目前，90%以上的晶圆被日韩企业垄断。

仅有晶圆是不够的。 芯片加工过程中还需要其他重要的辅助材料。 例如，光刻胶、硅片上覆盖了这样一层可以与光源发生反应的层，只能使用光刻机。 它相当于书写用的纸，但无法替代。

还有氟化氢。 在刻蚀过程中，需要对硅片表面进行持续清洗，尤其是7nm以下的高端芯片，这些芯片采用EUV光刻技术制造。 清洗原料为高纯氟化氢。

如果把薯片比作鱼香肉丝，肉丝就是威化饼，胡萝卜丝、青椒丝、油、盐、酱、醋、葱、姜、蒜就是辅料。

这些原材料的生产并不复杂。 难点在于纯度要求极高。 一切都怕太真实。 一旦纯度达到小数点后三四位，难度就会增加数百倍。

谁更擅长精密加工？ 当然他们是日本人。 他们在精细加工上花费了数十年的技能点，也能做到这一点。 所以目前芯片原材料基本掌握在日本手中。

2020年，韩国和日本因为慰安妇问题撕破脸皮，心急的日本断供原材料，导致三星等芯片企业骂日本人不练武。 本来日本人是想吓唬吓唬他们，结果韩国人却很受欢迎。 一怒之下，他们联手美国之父（杜邦），自行研发芯片原材料。 虽然纯度较差，但他们还是咬牙用了。 日本人本想耍小聪明，没想到韩国却是个无赖。 日本人也有点虚伪。 眼看市场就要失去，他们赶紧宣布解除禁运，想要修复关系。 但这样做之后，韩国人也知道日本在做什么，他们决心自己研究一下，以免给日本人有机会陷入困境，两人恐怕就回不去了。过去。

还有一件事，日本最大的芯片原材料生产商是信越化学，前段时间该公司还威胁要切断对我们的光刻胶供应。

3. 代工

有了设计图纸、原材料和设备，下一步就是铸造。

芯片代工厂与我们传统的流水线工厂不同。 我们不能把芯片代工厂等同于服装鞋帽厂，也不应该认为有了设备原材料就可以走流程了。 铸造厂的主要关注点是工艺技术。 事实上，我们也看到了浸没式光刻技术成就了ASML。 这项技术的提出者是代工厂。 光刻机和原材料其实都是围绕着铸造厂转的，三者密不可分。 加工技术的突破将对光刻机提出新的要求，推动光刻机的改进。 光刻技术的升级也会对工艺和原材料产生影响。 从某种意义上说，代工厂实际上是芯片制造技术的领先者，加工技术的进步也会体现在芯片设计上。 比如突破7nm加工技术就只能设计7nm芯片。

因此，代工厂的名字听起来很低，但却是芯片产业链的重要组成部分，对芯片技术的进步发挥着重要作用。 决不能仅仅将其视为一个低端加工厂，否则台积电就不需要维持这样一个多么高超的技术天才了。

目前全球最大的代工厂是台湾的台积电。 有的朋友可能会疑惑，这么高端技术的芯片怎么会被推向全世界呢？

这让我们想到了日本、韩国和台湾的共同之父——美国。

芯片产业的鼻祖是美国，但美国人的主要敌人却是苏联。 芯片主要用于军事用途，如飞机、导弹、卫星、原子弹等，民用市场则是日本人瞄准的目标。 当时，日本处于冷战时期东西方集团对抗的最前沿。 美国人觉得他们有义务扶起他们的弟弟，保护他免受枪的伤害，所以他们把晶体管的专利技术交给了日本人。 没想到，日本底蕴深厚，肯吃苦，见阳光就兴盛。 到了 20 世纪 80 年代，它已成长为经济巨头。 它的汽车、家用电器和半导体价格便宜、数量充足，而且在所有方面都优于美国产品。 在鼎盛时期，美国市场充斥着日本商品。 美国自己的公司要么破产，要么因挤兑而重组，悲剧普遍存在。 美国震惊，迅速利用广场协议打压日本。 同时还帮旁边的韩国和台湾上马，让他们挖日本的墙角。 正是在这样的背景下，半导体产业从日本转移到了韩国和台湾。 三星和台积电就是从那时开始崛起的。

另外，这也是全球产业转移的基本背景。 大家可以关注一下，从服装业、制造业到半导体，都遵循着从日本到韩国、台湾，再到东南亚的转移趋势。 由此产生了亚洲四小龙和四小虎。 很多人说，东亚的崛起归功于东方人民的勤劳和打硬仗的能力。 这固然是一部分原因，但最主要的原因是美国正在转移产业链。 放眼东亚地区，看似热闹非凡，但实际上幕后导演全部来自美国。 韭菜被割了又一把，我躲在美洲大陆，微笑着，沉默着，隐藏着我的成就和名声。

从目前的情况来看，包括东南亚在内的东亚国家，除了日本以外，经济上都比美国差。 能否有所作为，完全取决于美国人的心情。 日本人虽然有经济底气发声，又有美国大兵在国内监视，但纸面实力所剩无几，没有实力挑战美国。

说到芯片，台积电的崛起是美国及其领导人张忠谋的刻意举动。 张忠谋是美国主要芯片制造商德州仪器公司的三号人物。 由于与管理层意见不合，他愤然返回台湾，创办了台积电。 成立初期，老张就确定了台积电的定位，只从事代工业务。

当时的芯片厂商普遍拥有完整的产业链，从设计到生产，包罗万象，每条链条的利润都被自己吃掉了。 典型的例子就是日本企业，当时他们对整个产业链的了解很透彻。 巅峰时期，日本芯片产业占据了60%的市场，而且由于上下游产业一体化，所以不用担心陷入困境。 这种模式在芯片行业发展的初期是没有问题的，因为早期的芯片技术还不复杂，应用范围窄，更新速度慢，可以单独完成。 然而，在个人电脑（包括移动设备）爆炸式增长的时代，问题也出现了。 最大的问题是船太大了很难掉头。 芯片技术日新月异。 根据摩尔定律，芯片技术每18个月就会更新一次，但芯片制造商不可能每18个月更新一次其整个产业链。 在此背景下，产业链的分割成为唯一的选择。 一些主要的芯片制造商已经将设计分开，集中在办公室进行研发，而将制造留给其他小伙伴。 芯片产业更新快，非常适合这种轻资产模式。 铸造厂专注于工艺，拥有多条生产线，以满足各工序的生产需求。

台积电恰好顺应了这一转型趋势。 凭借精准的定位以及张忠谋在美国的人脉，台积电很快与英特尔达成协议，接管了英特尔的芯片代工业务，并站稳了脚跟。 后来，他们利用与ASML（相互持股）的良好关系，保证了先进光刻机的优先供应，最终夺得了芯片代工的头把交椅。

目前全球主要代工厂除了台积电之外就是三星。 但三星是全产业链，也就是业内所说的ida，从设计到制造一站式包办，兼职联系代工清单。

这种模式最大的问题是同行之间的竞争。 比如华为找三星代工，拿到图纸的韩国人会直接送到工厂加工吗？ 这一定是不可能的。 他一定是先给自己的设计部门偷偷研究的。 麒麟的设计图被改成了几个标志，然后用在了三星的Exynos芯片上。 谁能放心？ 而且因为竞争，三星很可能会采取一些卑鄙手段，比如在关键时刻推迟华为的生产订单，优先生产三星芯片来弥补时间差距。 当华为芯片推出时，三星芯片已经占领了大部分市场。 以高丽的好斗本性，做这样的事恐怕没有什么心理负担。

因此，代工厂的首选一定是台积电。 专注代工30年，值得信赖，注重品质，与芯片设计公司无业务冲突。 把设计图纸给他们就很放心了。

4.内测

芯片产业的最后一步是封装和测试。 这个难度不大，也没什么存在感，就不详细说了。

我们回顾一下芯片行业的几条产业链：

包括硅片和辅助材料在内的原材料基本都被日本人控制。 典型的龙头企业是日本的信越化学。

芯片设计公司主要是高通、华为、联发科、三星，但设计软件基本由美国控制。

光刻机的龙头企业是ASML，其优势也比较明显。 远远领先于二三线玩家。 现在只有ASML能够生产最先进的EUV光刻机，而这家公司没有其他分号。

代工厂：台积电和三星。 主要是台积电，占全球产能近一半。

至此，大家应该有一个基本的想法了。 芯片行业产业链非常长，上、中、下游各个领域都有一些龙头企业。 他们大多数都是来自美国的小兄弟。 这就是美国制裁华为的原因。 ，会让我们很不舒服。 几乎整个产业链都在美国人的掌控之中。 如果上下游中断，华为通天就无法发挥自己的能力。

好在国家早认识到这个问题，早做出规划。 2014年，大基金成立，专项资金，为芯片行业弯道超车做准备。 但芯片行业投资高、周期长。 前期需要不断地投入资金，等待站稳脚跟，然后用高额利润来支撑研发继续前进。 在这种模式下，胜者为王，后起之秀很难追赶。

然而，美国的制裁给我们提供了机会。 过去有人说，买不如建，租不如买。 现在人家不租给你了，你就只能自己建了。 客观地说表情包设计，这是一个困难的局面。 然而，强迫它更健康。 两枚炸弹和一颗星星被挤出来。 长期依赖国外芯片不是一个选择。 我们应该借此机会修炼内功，弥补自己的不足。 我们的优势在于巨大的市场。 美国的制裁相当于放弃国内市场。 只要我们能抓住机遇，依托国内市场，集中扶持每个产业链上一到两家有能力的企业，一是在国内形成产业链闭环，斩断被卡住的手。脖子，解决温饱问题。 然后在基础研究领域寻求突破，改变赛道，实现弯道超车。