半导体行业和全球半导体的格局。

Background

​ 大家知道中国进口最多的商品是什么吗，既不是石油也不是汽车，其实是芯片（占到了总进口额的17%）。1月10号全球半导体的“隐形巨兽”——台积电公布了2021年，全年收入为574亿美元，而台湾2021年预计的 GDP 是6890亿美元。所以台机店呢，足足撑起了将近1/10的台湾 GDP。

​ 今天和大家科普一下到底什么是半导体，集成电路和芯片，全球半导体的格局是什么样的。

半导体，集成电路，芯片

​ 咱们先说说半导体是个啥。导体和绝缘体都很直男，要么可导电要么不可导电。导体的电阻率很小，有大量可以自由移动的电子，比如说大多数的金属物品，就是导体。在绝缘体中呢，可以自由移动的电子就极少，所以一般绝缘体就不可以导电，比如说塑料橡胶纸张啊这些。

​ 但是半导体就有意思了，半导体的导电性，介于导体和绝缘体之间，比如说材料硅（silicon）。我们生活中常见的沙子，它的化学成分其实就是二氧化硅，是硅的原料。经过一系列的工序之后，我们就可以从硅石（石英，主要成分$SiO_2$）中得到非常高纯度的硅，然后制作成一片片的半导体晶圆。一片晶圆上可以有很多排列整齐的方块，光刻机、刻蚀机等等这些仪器，就可以在方块里安装成堆的电路，那这些方块里的电路呢，就叫做集成电路，而每个小方块呢是一个芯片。

​ 所以说半导体，集成电路，芯片这三个词，在严格意义上是有区别的。不过在我们的日常生活中以及新闻里，都可以发现大家是混着用的。大家也习惯把芯片行业，集成电路行业，统称为半导体行业。

半导体产业链

再来看一下，全球半导体产业链的一个格局，半导体行业呢可以大致分为三个领域：芯片设计，芯片制造和芯片应用。

商业模式

那如果一家公司，他是专门从事芯片设计、研发、应用还有销售的，却把制造外包给其他公司，那么我会把它叫做无晶圆厂——fabless company。其中最具代表性的公司有 AMD、英伟达、博通、高通，联发科以及华为旗下的海思半导体，苹果也有在设计自己的芯片。

当无晶圆厂有了设计图之后，他们就会把制造这一环节外包，给晶圆代工厂——Foundry。代工厂要根据设计图，把非常密集的电路设计，印刻在晶圆片上，那在全球范围内，最有影响力的晶圆代工厂呢，就是我们开头提到的台积电。全球一半以上的芯片都是由他生产的，其他的晶圆代工厂有三星、联电（UMC）、格芯（GlobalFoundries）、中芯国际（SMIC）等。

那在半导体行业中呢有两种商业模式，除了像我们刚刚提到的无晶圆厂，加晶圆代工厂，然后加封装测试这样分工的商业模式之外呢，还有一种呢，是一家包办从设计，制造到之后的所有流程，这种模式的公司呢，就叫做 integrated device manufacturer IDM，IDM 的主要玩家呢有英特尔和三星。

光刻机

​ 在芯片制造这个环节，需要光刻机、刻蚀机等设备对晶圆进行加工。不管是晶圆代工厂还是 IDM，都一定需要用到光刻机。这里就不得不提到一家”闷声发大财“的荷兰企业——阿斯麦（ASML）。全世界只有阿斯麦（ASML）的 EUV 光刻机，是唯一能生产，7纳米和5纳米芯片的设备。他占到全球光刻机市场份额的90%以上，而每一台euv 光刻机单价都超过1亿美元。

​ 我们整体来看一下这整条”食物链“。作为”食物链“中游的台积电，阿斯麦（ASML）是他的设备供应商，而其他 Foundry 以及 IDM 是他的竞争对手，而设计公司呢是他的客户。相比于三星，台积电只是给人做代工，但是三星呢既可以给自己的产品供应芯片，也给别人做代工。所以这就导致一个很尴尬的局面：三星的客户，可能同时也是三星的竞争对手。但是芯片设计往往是一个公司的核心机密，所以这就导致很多公司更愿意把自己的设计图交给台积电。而不是三星，

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