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集成電路行業(yè)發(fā)展趨勢以及面臨的機遇和挑戰(zhàn)
思瀚產(chǎn)業(yè)研究院    2023-10-09

（1）行業(yè)政策及市場規(guī)模的發(fā)展趨勢

①下游需求增長推動國產(chǎn)集成電路市場持續(xù)發(fā)展

目前，我國是全球主要的電子信息制造業(yè)的生產(chǎn)基地，也是全球規(guī)模最大、增速最快的集成電路市場。根據(jù)《2021 全球半導(dǎo)體市場發(fā)展趨勢白皮書》顯示，中國已經(jīng)連續(xù)多年成為全球最大的半導(dǎo)體消費市場，超過了美國、歐洲、日本等市場，進一步為國內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了廣闊的市場空間。

根據(jù)中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)顯示，2021 年我國集成電路產(chǎn)業(yè)規(guī)模達到10,458.30 億元。工信部數(shù)據(jù)顯示，“十三五”期間年均增速近 20%，為全球同期增速的 4 倍。未來，在我國經(jīng)濟穩(wěn)健增長的態(tài)勢下，在 5G、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、智能網(wǎng)聯(lián)汽車等新型應(yīng)用的驅(qū)動下，中國集成電路市場需求仍將持續(xù)增長。

②國際貿(mào)易摩擦為國產(chǎn)化帶來發(fā)展機遇

當(dāng)前全球集成電路行業(yè)正經(jīng)歷第三次產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，世界集成電路產(chǎn)業(yè)逐漸向中國大陸轉(zhuǎn)移，國際領(lǐng)先的集成電路龍頭企業(yè)不斷加大在中國市場的投資布局。但近年來全球政治經(jīng)濟環(huán)境存在一定不確定性，國際貿(mào)易摩擦使得部分國內(nèi)企業(yè)無法實現(xiàn)集成電路產(chǎn)品及設(shè)備的進口，我國在集成電路產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)實現(xiàn)自主安全迫在眉睫。

近年來在國家政策的大力推動下，我國集成電路產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，在產(chǎn)業(yè)鏈從設(shè)計到制造等各個環(huán)節(jié)都取得了長足的進步，通過自主人才培養(yǎng)與先進人才引入相結(jié)合的方式快速提升人才儲備，并在財稅征收、資金支持、配套建設(shè)等諸多方面建立了完善的政策支持體系，逐漸積累自主知識產(chǎn)權(quán)，力爭打破國外在核心技術(shù)方面的壟斷地位，逐步推動集成電路產(chǎn)品的國產(chǎn)化進程。

（2）行業(yè)技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r及未來趨勢

①技術(shù)迭代推動高性能產(chǎn)品的不斷發(fā)展

隨著 5G 通信、人工智能等新興技術(shù)的應(yīng)用，特別是特種領(lǐng)域愈發(fā)復(fù)雜的應(yīng)用場景下對于信息準(zhǔn)確采集及處理具有高可靠性的要求，大規(guī)模數(shù)據(jù)的快速準(zhǔn)確獲取、計算和存儲能力成為集成電路產(chǎn)品設(shè)計的重要考慮因素之一。同時，考慮到信息處理的復(fù)雜程度、信息傳輸?shù)臅r效性要求以及電路集成化的發(fā)展趨勢，不同電子元器件間信號的高速傳輸、轉(zhuǎn)換以及整體適配亦成為重點發(fā)展方向之一。

集成電路技術(shù)的迭代發(fā)展為高性能產(chǎn)品奠定了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。根據(jù)“摩爾定律”，集成電路上可容納的元器件的數(shù)目，約每隔 18-24 個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。因此，長期以來“摩爾定律”一直引領(lǐng)集成電路技術(shù)的發(fā)展與進步，成熟制程自 1987 年的 1μm 提升至目前的 7nm 以下，集成電路的整體性能也隨著先進制程的迭代大幅提升。

在 FPGA 領(lǐng)域，隨著先進制程迭代的推動，產(chǎn)品架構(gòu)不斷更新。本世紀(jì)初，Xilinx和Inte（l Altera）等公司產(chǎn)品的計算規(guī)模僅為數(shù)十萬邏輯單元。2011年Xilinx發(fā)布了基于 28nm 工藝的產(chǎn)品，邏輯單元達到了七千萬門級，2018 年 Xilinx 發(fā)布了基于 7nm FinFET 工藝的新一代產(chǎn)品，邏輯單元已達十億門級水平。在制程工藝的不斷迭代中，F(xiàn)PGA 提高算力的同時降低了功耗，減小了芯片面積，推動了芯片整體性能的提升。

在高速高精度 ADC 領(lǐng)域，伴隨先進工藝制程的更新迭代，產(chǎn)品在轉(zhuǎn)換速率、信號帶寬和功耗等方面得到快速的提升，應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴大。本世紀(jì)初，ADI和 TI 等知名公司大多數(shù)的高速 ADC 產(chǎn)品，轉(zhuǎn)換速率尚為數(shù)十 MSPS 左右，僅能處理支持 GSM 的 2G 基站的信號。而 2019 年 ADI 最新發(fā)布的基于 28nm 工藝的高速 ADC 產(chǎn)品，性能指標(biāo)已經(jīng)達到 12 位 10GSPS，轉(zhuǎn)換速率和信號帶寬處理能力都有較大提升，并且已經(jīng)具備 5G 毫米波頻段的信號處理能力。

②系統(tǒng)級設(shè)計及封裝成為技術(shù)發(fā)展的新趨勢

在 2015 年以后，集成電路制程的發(fā)展進入了瓶頸，7nm 以下制程的量產(chǎn)進度均落后于預(yù)期。此外，隨著器件尺寸不斷減小，技術(shù)瓶頸開始顯著制約工藝發(fā)展，對于整體成本和性能的提升效果亦不斷削弱。集成電路行業(yè)進入了“后摩爾時代”，物理效應(yīng)、功耗和經(jīng)濟效益成為了集成電路工藝發(fā)展瓶頸，單純依靠制程的提升而實現(xiàn)性能提升已經(jīng)難以實現(xiàn)，集成化成為了集成電路重要的技術(shù)發(fā)展趨勢。

系統(tǒng)級芯片設(shè)計（SoC）是在一顆芯片內(nèi)部集成功能不同的集成電路子模塊，組合成適用于目標(biāo)應(yīng)用場景的一整套系統(tǒng)，是借助結(jié)構(gòu)優(yōu)化和工藝微縮等方式，采用新的器件結(jié)構(gòu)和布局，進而實現(xiàn)不同功能的電子元件按設(shè)計組合集成。系統(tǒng)級芯片封裝（SiP）是將不同功能的芯片和元件組裝拼接在一起進行封裝，封裝技術(shù)的先進性將極大影響相關(guān)電路功能的實現(xiàn)，具有設(shè)計難度低、制造便捷和成本低等優(yōu)勢，使得芯片發(fā)展從一味追求高性能及低功耗轉(zhuǎn)向更加務(wù)實的滿足市場需求。

采用系統(tǒng)級芯片設(shè)計或封裝，可以進一步高效地實現(xiàn)相關(guān)電路的高度集成化，有效地降低電子信息系統(tǒng)產(chǎn)品的開發(fā)成本，縮短開發(fā)周期，進一步實現(xiàn)性能、功耗、穩(wěn)定性、工藝難度幾方面影響因素的平衡，進一步提高產(chǎn)品競爭力，已經(jīng)成為當(dāng)前業(yè)界主要的產(chǎn)品開發(fā)理念和方向，在特種集成電路領(lǐng)域亦有廣泛應(yīng)用。

目前，國際主流 FPGA 芯片公司逐漸形成了在 FPGA 芯片中加入處理器的技術(shù)路線，并形成了可編程系統(tǒng)級芯片的新產(chǎn)品路線。國內(nèi)同行業(yè)公司也在系統(tǒng)級芯片的設(shè)計方面進行了布局，如紫光國微推出了具備現(xiàn)場可編程功能的高性能系統(tǒng)集成產(chǎn)品（SoPC），以現(xiàn)場可編程技術(shù)與系統(tǒng)集成芯片相結(jié)合，內(nèi)嵌處理器、可編程模塊、高速接口及多種應(yīng)用類 IP 等豐富資源；復(fù)旦微電推出嵌入式可編程器件（PSoC）產(chǎn)品，采用 28nm 工藝制程，內(nèi)嵌大容量自有 eFPGA 模塊，并配置有 APU 和多個 AI 加速引擎。