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芯片種類越多、功能越強大，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”來到我們面前的？
芯片設計、芯片制造（晶圓加工）、芯片封裝、芯片測試，這四大環(huán)節(jié)是一顆芯片從無到有的必經(jīng)之路。（一般情況下，芯片封裝和測試合稱為“芯片封測”。）
但芯片產(chǎn)業(yè)鏈中并不是只有這四個環(huán)節(jié)就萬事大吉了，還要有四個非常重要的支撐環(huán)節(jié)：EDA工具、IP支持、生產(chǎn)設備、生產(chǎn)原材料，這四個也是IC行業(yè)中必不可少的關鍵部分。
芯片設計環(huán)節(jié)
? ? ?IC Design
就像筑造一座城堡一樣，在正式動工之前，設計師要先進行非常詳盡、精確的設計。
芯片設計的第一步就是在明確市場需求后，將市場需求轉(zhuǎn)化為芯片的規(guī)格指標，然后形成芯片Spec，也就是芯片規(guī)格說明書，它會詳細描述這款芯片的功能、性能、尺寸、封裝、應用等內(nèi)容。
為了讓芯片有升級空間，在有了芯片的系統(tǒng)規(guī)格之后，就要從架構和算法上把芯片模塊化。換句話說就是結合架構和算法把芯片的總體結構搭建出來，同時定義出各個功能模塊。
下一步就需要使用硬件描述語言（HDL）搭建功能模塊，通常是用Verilog來進行RTL代碼設計的。緊接著就是邏輯功能的仿真驗證，仿真驗證是保證芯片功能性和正確性的關鍵步驟。
芯片設計的第四步是邏輯綜合。就是把RTL代碼變成門級網(wǎng)表。在邏輯綜合的時候，必須要加入設定的約束條件，也就是要在最后的電路面積、時序等目標參數(shù)上達到標準。
芯片設計的第五步，包含布局布線設計、布線驗證、寄生參數(shù)提取、布線后電路生成、布線后仿真、靜態(tài)時序分析。完成這些，芯片設計部分就算是結束了，下一步就要進入制造階段。
在IC行業(yè)，專門從事芯片設計的公司一般被稱為Fabless或者Design House，它們并不涉及芯片加工、封裝、測試等業(yè)務。像高通、博通、英偉達、AMD（超威半導體）、聯(lián)發(fā)科、海思、平頭哥、哲庫、全志等，都屬于這一類公司。
還有一類公司，是集設計、制造、封裝、測試等多個產(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。這對制造環(huán)境無塵室的要求很高，溫度、濕度、含塵都需要嚴格控制。
各類芯片的制造工序會有些不同，但基本工序一般都是在晶圓清洗后，進行氧化和淀積，然后反復進行光刻、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行電測試。每個晶圓粒都會被測試，不合格的晶圓就會被標上幾號。然后晶圓將以晶粒為單位進行切割。
專門從事晶圓加工的企業(yè)，被統(tǒng)稱為Foundry。大家熟知的臺積電、聯(lián)電、格芯、中芯國際、華虹，就屬于這一類。
臺積電目前確實是晶圓加工界的Top 1，無論是在先進制程還是成熟制程表現(xiàn)都是有目共睹的，2021年的市場占有率達到了52%。
芯片封測
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層，避免電路受到機械性刮傷或者高溫破壞。
被封裝好的芯片，還需要進行最后的測試環(huán)節(jié)，以保證芯片生產(chǎn)的良率。
目前芯片封測做得比較好的企業(yè)有日月光、安靠、江蘇長電、矽品、力成這五家，市場份額能夠占到70%左右。
EDA工具與IP支持
EDA指的是電子設計自動化，是電路設計過程中必需的軟件工具。大家能想到的芯片設計公司，諸如華為海思、平頭哥、哲庫、intel、高通，沒有任何一家公司能脫離EDA軟件進行芯片設計。
我們一般把提供EDA工具的企業(yè)稱之為EDA設計服務供應商。目前世界上最大的三家EDA設計服務供應商就是：Synopsys（新思科技，美國）、Cadence（楷登電子，美國）、Simens EDA（原Mentor，德國）。國內(nèi)芯片設計企業(yè)目前使用主流EDA軟件均來自于這三家公司。
國產(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)在國內(nèi)都是比較有成果的公司，他們在局部環(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，集成度也越來越高。所以就出現(xiàn)了很多成熟的常用設計模塊，也稱為IP（Intellectual Property）模塊。目前大家所了解到的芯片設計，一般都不是從0開始的，而是基于成熟的模塊，在它們的基礎上再按照功能要求來設計芯片的。
這就產(chǎn)生了IP授權這一行為，設計公司無需對芯片每個細節(jié)進行設計，通過購買成熟可靠的IP方案，就能實現(xiàn)某個特定功能。這種開發(fā)模式，縮短了芯片開發(fā)的時間，提升了芯片的性能。這也就是為什么業(yè)內(nèi)人士說芯片IP都是買來的。
目前ARM公司是IP領域絕對龍頭，占40%左右的市場份額。
生產(chǎn)設備與原材料
芯片制造的過程極其復雜，加工程序可以達到數(shù)百道，所以對加工設備的要求非常高，這些設備一般都非常先進且昂貴，隨便一臺就上千萬美元。
大家最熟知的應該就是現(xiàn)在卡住我們脖子的光刻機，世界上最大、最先進的光刻機生產(chǎn)商就是荷蘭的ASML（阿斯麥爾）。
除了光刻機之外，還有單晶爐、拋光機、刻蝕機、劃片機等設備。國內(nèi)在生產(chǎn)設備領域的代表企業(yè)有上海微電子、北方華創(chuàng)、中國電科等。
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、濕電子化學品、靶材等。國內(nèi)目前比較大的材料領域的企業(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的發(fā)展，芯片集成度也越來越高，與之伴隨的就是崗位愈加細分。
芯片產(chǎn)業(yè)鏈很長且環(huán)環(huán)相扣，每一個環(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！
