芯片一般是指集成電路的載體，也是集成電路經(jīng)過設(shè)計(jì)、制造、封裝、測試后的結(jié)果，通常是一個(gè)可以立即使用的獨(dú)立的整體。 一顆小小的芯片，卻包含了幾千萬個(gè)晶體管。芯片是電子設(shè)備中最重要的部分，承擔(dān)著運(yùn)算和存儲(chǔ)的功能。

　　我們知道建造樓房是需要施工設(shè)計(jì)圖的，有了施工設(shè)計(jì)圖，工人們才知道如何去操作。因此，施工設(shè)計(jì)圖的重要性不言而喻。

　　有人把芯片制造比喻為建造樓房，芯片設(shè)計(jì)就是那張施工設(shè)計(jì)圖。但不同的是，相比那張施工設(shè)計(jì)圖，芯片設(shè)計(jì)更為復(fù)雜，下面這張圖就可以說明。

　　芯片設(shè)計(jì)流程

　　要想造個(gè)芯片，首先，你得畫出來一個(gè)長這樣的玩意兒給Foundry (外包的晶圓制造公司)，如下圖：

　　放大一點(diǎn)：

　　再放大一點(diǎn)，我們可以看到是一個(gè)門電路! 這是一個(gè)NAND Gate(與非門) ：

　　那上面這個(gè)玩意畫出來，究竟有哪些步驟?設(shè)計(jì)流程可以簡單分成如下：

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　　第一步，制定規(guī)格

　　在IC設(shè)計(jì)中，最重要的步驟就是規(guī)格制定。 這個(gè)步驟就像是在設(shè)計(jì)建筑前，先決定要幾間房間、浴室，有什么建筑法規(guī)需要遵守，在確定好所有的功能之后在進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣才不用再花額外的時(shí)間進(jìn)行后續(xù)修改。IC 設(shè)計(jì)也需要經(jīng)過類似的步驟，才能確保設(shè)計(jì)出來的芯片不會(huì)有任何差錯(cuò)。

　　規(guī)格制定的第一步便是確定 IC 的目的、效能為何，對(duì)大方向做設(shè)定。接著是察看有哪些協(xié)定要符合，像無線網(wǎng)卡的芯片就需要符合 IEEE 802.11 等規(guī)范，不然，這芯片將無法和市面上的產(chǎn)品相容，使它無法和其他設(shè)備連線。最后則是確立這顆 IC 的實(shí)作方法，將不同功能分配成不同的單元，并確立不同單元間連結(jié)的方法，如此便完成規(guī)格的制定。

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　　第二步，設(shè)計(jì)芯片細(xì)節(jié)

　　制定完規(guī)格后，接著就是設(shè)計(jì)芯片的細(xì)節(jié)了。 這個(gè)步驟就像初步記下建筑的規(guī)畫，將整體輪廓描繪出來，方便后續(xù)制圖。在 IC 芯片中，便是使用硬體描述語言(HDL)將電路描寫出來。常使用的 HDL 有 Verilog、VHDL 等，藉由程式碼便可輕易地將一顆 IC 地功能表達(dá)出來。接著就是檢查程式功能的正確性并持續(xù)修改，直到它滿足期望的功能為止。

　　32 bits 加法器的 Verilog 范例

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　　第三步，畫出平面設(shè)計(jì)藍(lán)圖

　　再完整規(guī)畫后，接下來便是畫出平面的設(shè)計(jì)藍(lán)圖。 在 IC 設(shè)計(jì)中，邏輯合成這個(gè)步驟便是將確定無誤的 HDL code，放入電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化工具(EDA tool)，讓電腦將 HDL code 轉(zhuǎn)換成邏輯電路，產(chǎn)生如下的電路圖。之后，反覆的確定此邏輯閘設(shè)計(jì)圖是否符合規(guī)格并修改，直到功能正確為止。

　　控制單元合成后的結(jié)果

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　　第四步，電路布局與布線

　　將合成完的程式碼再放入另一套 EDA tool，進(jìn)行電路布局與布線（Place And Route）。 在經(jīng)過不斷的檢測后，便會(huì)形成如下的電路圖。圖中可以看到藍(lán)、紅、綠、黃等不同顏色，每種不同的顏色就代表著一張光罩。

　　常用的演算芯片- FFT 芯片，完成電路布局與繞線的結(jié)果

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　　第五步，層層光罩，疊起一顆芯片

　　目前已經(jīng)知道一顆 IC 會(huì)產(chǎn)生多張的光罩，這些光罩有上下層的分別，每層有各自的任務(wù)。下圖為簡單的光罩例子，以積體電路中最基本的元件 CMOS 為范例，CMOS 全名為互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體(Complementary metal–oxide–semiconductor)，也就是將 NMOS 和 PMOS 兩者做結(jié)合，形成 CMOS。至于什么是金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)?這種在芯片中廣泛使用的元件比較難說明，一般讀者也較難弄清，在這里就不多加細(xì)究。

　　上圖中，左邊就是經(jīng)過電路布局與繞線后形成的電路圖，在前面已經(jīng)知道每種顏色便代表一張光罩。右邊則是將每張光罩?jǐn)傞_的樣子。制作時(shí)，便由底層開始，依循上一篇 IC 芯片的制造中所提的方法，逐層制作，最后便會(huì)產(chǎn)生期望的芯片了。

　　整體來看，芯片設(shè)計(jì)是一門非常復(fù)雜的專業(yè)。多虧電腦輔助軟體的成熟，才讓 IC 設(shè)計(jì)得以加速。IC 設(shè)計(jì)廠十分依賴工程師的智慧，上面所述的每個(gè)步驟都有其專門的知識(shí)，皆可獨(dú)立成多門專業(yè)的課程，像是撰寫硬體描述語言就不僅僅需要熟悉程式語言，還需要了解邏輯電路是如何運(yùn)作、如何將所需的演算法轉(zhuǎn)換成程式、合成軟體是如何將程式轉(zhuǎn)換成邏輯閘等問題。

　　國內(nèi)芯片設(shè)計(jì)行業(yè)現(xiàn)狀

　　目前，國內(nèi)芯片設(shè)計(jì)企業(yè)數(shù)量趨于穩(wěn)定，截止2017年10月底，全國共有約1380家設(shè)計(jì)企業(yè)，比去年的1362家多了18家，總體變化不大。

　　2009-2017 年中國IC 設(shè)計(jì)公司數(shù)目(2017 為2017 年10 月)

　　數(shù)據(jù)來源：中國產(chǎn)業(yè)信息 制表：芯師爺

　　從設(shè)計(jì)業(yè)銷售變化情況來看， 2017年全行業(yè)銷售預(yù)計(jì)為1945.98億元，比2016年的1518.52億元增長28.15%，在全球集成電路設(shè)計(jì)業(yè)所占的比重再次大幅提高。

　　2014-2016 年中國IC 設(shè)計(jì)公司營收情況(2017 為2017 年10 月)

　　數(shù)據(jù)來源：中國產(chǎn)業(yè)信息 制表：芯師爺

　　2017年我國芯片設(shè)計(jì)業(yè)的從業(yè)人員規(guī)模與2016年的基本相同，略有增長，大約為14萬人。

　　2016-2017 年中國不同方向IC 設(shè)計(jì)的收入規(guī)模(單位：億元)

　　數(shù)據(jù)來源：中國產(chǎn)業(yè)信息 制表：芯師爺

　　從事通信芯片設(shè)計(jì)的企業(yè)從去年的241家增加到266家，銷售額增長了30.7%，達(dá)到899.74億元。

　　從事多媒體芯片設(shè)計(jì)的企業(yè)從去年的43家到增長72家，銷售總額下降了0.63%，達(dá)到175.57億元;

　　從事模擬芯片設(shè)計(jì)的企業(yè)數(shù)量從219家減少到180家，銷售額增長了5.14%，達(dá)到68億元。

　　從事功率器件設(shè)計(jì)的企業(yè)從77家增加到82家，銷售額增長了155.14%，達(dá)到76.67億元，為2017年增長最快的產(chǎn)品領(lǐng)域;

　　從事消費(fèi)類電子芯片設(shè)計(jì)的企業(yè)數(shù)量從上年的589家增加到610家，銷售增長45.2%，達(dá)452.33億元，繼續(xù)保持了2016年的快速增長勢頭。

　　從事智能卡芯片設(shè)計(jì)企業(yè)從上年的69家減少到62家，但銷售總和上升了5.68%，達(dá)到139.15億元。

　　從事計(jì)算機(jī)芯片設(shè)計(jì)的企業(yè)數(shù)量從去年的107家減少到85家，但銷售提升了13.99%，達(dá)到128.28億元。

　　2017年各類芯片設(shè)計(jì)企業(yè)數(shù)量及銷售額

　　數(shù)據(jù)來源：中國產(chǎn)業(yè)信息 制表：芯師爺

　　2004年全球IC設(shè)計(jì)公司前50名中沒有一家中國本土IC設(shè)計(jì)公司，2015 年海思半導(dǎo)體已經(jīng)進(jìn)入前十名，2016年海思與紫光展銳進(jìn)入全球前十。此外北京豪威、中興微電子、華大半導(dǎo)體、智芯微、匯頂科技等也進(jìn)入前50，足以說明大陸本土IC設(shè)計(jì)公司的實(shí)力以及發(fā)展速度。

　　中國大陸十大芯片設(shè)計(jì)廠商

　　據(jù)集邦咨詢最新研究報(bào)告指出，2017年中國IC設(shè)計(jì)業(yè)產(chǎn)值預(yù)估達(dá)人民幣2006億元，而2016年中國IC設(shè)計(jì)業(yè)的銷售額為1644.3億元，年增率為22%，預(yù)估2018年產(chǎn)值有望突破人民幣2400億元，維持約20%的年增速。

　　根據(jù)集邦咨詢預(yù)估的2017年IC設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值與廠商營收排名，今年前十大IC設(shè)計(jì)廠商排名相較于2016年的狀況略有調(diào)整，大唐半導(dǎo)體設(shè)計(jì)將無緣前十，兆易創(chuàng)新和韋爾半導(dǎo)體憑借優(yōu)異的營收表現(xiàn)進(jìn)入營收排行前十名。

　　數(shù)據(jù)來源：集邦咨詢 制表：芯師爺

　　備注：1)排名僅統(tǒng)計(jì)公司總部位于中國大陸的企業(yè)

　　2)豪威、ISSI等被中資收購，但截止數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)前(2017/12)還未交由中古企業(yè)經(jīng)營

　　1.海思半導(dǎo)體

　　官網(wǎng)： http://www.hisilicon.com/

　　公司簡介： 海思半導(dǎo)體有限公司成立于2004年10月，前身是創(chuàng)建于1991年的華為集成電路設(shè)計(jì)中心。 海思公司總部位于深圳，在北京、上海、美國硅谷和瑞典設(shè)有設(shè)計(jì)分部。

　　海思的產(chǎn)品覆蓋無線網(wǎng)絡(luò)、固定網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字媒體等領(lǐng)域的芯片及解決方案，成功應(yīng)用在全球100多個(gè)國家和地區(qū);在數(shù)字媒體領(lǐng)域，已推出SoC網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控芯片及解決方案、可視電話芯片及解決方案、DVB芯片及解決方案和IPTV芯片及解決方案。

　　主要產(chǎn)品： 麒麟980、麒麟970、麒麟960、麒麟950、麒麟935、麒麟930、麒麟928、麒麟925、麒麟920、麒麟910T、Hi3789MK3V2

　　2.紫光展銳

　　官網(wǎng)： http://spreadtrum.com/en/index.html

　　公司簡介： 紫光集團(tuán)于2013年收購展訊通信，2014年收購銳迪科，并于2016年將兩者整合為紫光展銳。作為紫光集成電路產(chǎn)業(yè)鏈中的核心企業(yè)，紫光展銳致力于移動(dòng)通信和物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域核心芯片的自主研發(fā)及設(shè)計(jì)，產(chǎn)品涵蓋2G/3G/4G/5G移動(dòng)通信基帶芯片、物聯(lián)網(wǎng)芯片、射頻芯片、無線連接芯片、安全芯片、電視芯片等。

　　目前，紫光展銳的員工數(shù)量超過4500人，在全球擁有14個(gè)技術(shù)研發(fā)中心，8個(gè)客戶支持中心，致力成為全球前三的手機(jī)基帶芯片設(shè)計(jì)公司、中國最大的泛芯片供應(yīng)商和中國領(lǐng)先的5G通信芯片企業(yè)，并通過自主創(chuàng)新和國際合作的雙輪驅(qū)動(dòng)，穩(wěn)步成為世界數(shù)一數(shù)二的芯片設(shè)計(jì)企業(yè)。

　　主要產(chǎn)品： 移動(dòng)通訊芯片“虎賁”、泛連接芯片“春藤”

　　3.中興微電子

　　官網(wǎng)： https://www.zte.com.cn/china/

　　公司簡介： 深圳市中興微電子技術(shù)有限公司(以下簡稱“中興微電子”)于2003年注冊(cè)成立。中興微電子以通信技術(shù)為核心，致力于成為全球領(lǐng)先的綜合芯片供應(yīng)商。中興微電子前身是成立于1996 年的中興通訊 IC 設(shè)計(jì)部， 主要從事有線、無線芯片的設(shè)計(jì)和開發(fā)工作，基帶芯片從 3G、 WiMax、 LTE 等所有制式都是自主研發(fā)。

　　中興微電子掌握國際一流的IC設(shè)計(jì)與驗(yàn)證技術(shù)，擁有先進(jìn)的EDA設(shè)計(jì)平臺(tái)、COT設(shè)計(jì)服務(wù)、開發(fā)流程和規(guī)范，自研芯片研發(fā)并成功商用的有100多種，覆蓋通訊網(wǎng)絡(luò)、個(gè)人應(yīng)用、智能家庭和行業(yè)應(yīng)用等“云管端”全部領(lǐng)域，在國內(nèi)處于行業(yè)前列。

　　主要產(chǎn)品： NB-IoT芯片朱雀RoseFinch 7100

　　4.華大半導(dǎo)體

　　官網(wǎng)： http://www.hdsc.com.cn/

　　公司簡介： 華大半導(dǎo)體有限公司(簡稱華大半導(dǎo)體)是中國電子信息產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司(CEC)整合旗下集成電路企業(yè)而組建的專業(yè)子集團(tuán)。旗下有三家上市公司，總資產(chǎn)規(guī)模超過100億。2014年5月8日在上海成立，專業(yè)從事集成電路設(shè)計(jì)及相關(guān)解決方案。

　　2017年位列國內(nèi)集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)第四名，在智能卡及安全芯片、智能卡應(yīng)用、模擬電路、新型顯示等領(lǐng)域占有較大的份額。

　　主要產(chǎn)品： 新型顯示、模擬電路、RFID、MCU、智能卡

　　5.匯頂科技

　　官網(wǎng)： https://www.goodix.com/

　　公司簡介： 匯頂科技是一家基于芯片設(shè)計(jì)和軟件開發(fā)的整體應(yīng)用解決方案提供商，目前主要面向智能移動(dòng)終端市場提供領(lǐng)先的人機(jī)交互和生物識(shí)別解決方案，并已成為安卓陣營全球指紋識(shí)別方案第一供應(yīng)商。

　　產(chǎn)品和解決方案主要應(yīng)用于華為、OPPO、vivo、小米、中興、魅族、錘子、Amazon、Samsung、Nokia、Dell、HP、LG、ASUS、acer、TOSHIBA、Panasonic等國際國內(nèi)知名品牌。

　　主要產(chǎn)品： 屏下光學(xué)指紋識(shí)別技術(shù)、活體指紋識(shí)別方案、IFS、蓋板指紋識(shí)別方案、Coating指紋識(shí)別方案、Goodix Link、AMOLED

　　6.智芯微

　　官網(wǎng)： http://www.sgcc.com.cn/html/sgcc_main/index.shtml

　　公司簡介： 北京智芯微電子科技有限公司(簡稱智芯微公司)成立于2010年，是國家電網(wǎng)公司所屬芯片設(shè)計(jì)企業(yè)，注冊(cè)資本50億元。擁有廣州分公司、深圳市國電科技通信有限公司(簡稱深國電)、國網(wǎng)思極紫光(青島)微電子科技有限公司等3家分子公司。

　　智芯微公司打造基于頂層自主芯片引領(lǐng)和支撐，以安全傳感、終端通信、能效控制為依托的業(yè)務(wù)發(fā)展模式，建設(shè)成為以智能芯片為核心的整體解決方案提供商。已開發(fā)“安全、主控、通信、傳感、射頻識(shí)別(RFID)”五大類 67 款芯片產(chǎn)品，累計(jì)銷售各類芯片 8億 顆。

　　主要產(chǎn)品： 通信芯片、射頻芯片、傳感器

　　7.士蘭微

　　官網(wǎng)： http://www.silan.com.cn/all/default.aspx

　　公司簡介： 杭州士蘭微電子股份有限公司(上交所股票代碼：士蘭微，600460)坐落于杭州高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)，成立于1997年。士蘭微是專業(yè)從事集成電路芯片設(shè)計(jì)以及半導(dǎo)體微電子相關(guān)產(chǎn)品生產(chǎn)的高新技術(shù)企業(yè)，公司現(xiàn)在的主要產(chǎn)品是集成電路和半導(dǎo)體產(chǎn)品。

　　主要產(chǎn)品： 半導(dǎo)體分立器件成品、半導(dǎo)體分立器件芯片、計(jì)量類電路、MEMS傳感器、消費(fèi)類專用電路、數(shù)字音視頻(含CD音響)電路、音響系統(tǒng)電路、功率驅(qū)動(dòng)模塊、LED照明驅(qū)動(dòng)電路、電源管理電路、MCU電路

　　8.韋爾半導(dǎo)體

　　官網(wǎng)： http://www.willsemi.com/

　　公司簡介： 海韋爾半導(dǎo)體有限公司是一家以自主研發(fā)、銷售服務(wù)為主體的半導(dǎo)體器件設(shè)計(jì)和銷售公司，公司成立于2007年5月，總部坐落于有“中國硅谷”之稱的上海張江高科技園區(qū)，在深圳、臺(tái)灣、香港等地設(shè)立辦事處。

　　公司主營產(chǎn)品包括保護(hù)器件 (TVS、TSS)、功率器件 (MOSFET、Schottky Diode、Transistor)、電源管理器件 (Charger、LDO、Buck、Boost、Backlight LED Driver、Flash LED Driver)、模擬開關(guān)等四條產(chǎn)品線，700多個(gè)產(chǎn)品型號(hào)，產(chǎn)品在手機(jī)、電腦、電視、通訊、安防、車載、穿戴、醫(yī)療等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

　　主要產(chǎn)品： 保護(hù)器件、肖特基二極管、場效應(yīng)晶體管、雙極性晶體管、電源管理、模擬開關(guān)、USB-C接口電路、射頻器件、音頻器件

　　9.中星微電子

　　官網(wǎng)： http://www.vimicro.com.cn/introduction.htm

　　公司簡介： 1999年,在國家工業(yè)和信息化部(原信息產(chǎn)業(yè)部)的直接領(lǐng)導(dǎo)下，在發(fā)改委、財(cái)政部、科技部、商務(wù)部、北京市人民政府和中關(guān)村管委會(huì)等有關(guān)部門的大力支持下，由多位來自硅谷的博士企業(yè)家在北京中關(guān)村科技園區(qū)創(chuàng)建了中星微電子有限公司，啟動(dòng)并承擔(dān)了國家戰(zhàn)略項(xiàng)目——“星光中國芯工程”,致力于數(shù)字多媒體芯片的開發(fā)、設(shè)計(jì)和產(chǎn)業(yè)化。

　　2005年，中星微電子在美國納斯達(dá)克證券市場成功上市，成為第一家在納斯達(dá)克上市的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的中國芯片設(shè)計(jì)企業(yè)。此外, 中星微電子還是中國“數(shù)字多媒體芯片技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”的依托單位，并承擔(dān)了國家發(fā)改委、信息產(chǎn)業(yè)部、科技部、商務(wù)部等多項(xiàng)重大項(xiàng)目。

　　主要產(chǎn)品： SVAC視頻安全攝像頭芯片、人工智能SVAC視頻安全頭芯片、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器、H.264解壓縮芯片、高清圖像采集模塊、PC攝像頭芯片

　　10.兆易創(chuàng)新

　　官網(wǎng)： http://www.gigadevice.com/

　　公司簡介： 北京兆易創(chuàng)新科技股份有限公司(簡稱“兆易創(chuàng)新”，滬市股票代碼603986)，成立于2005年4月，是一家以中國為總部的全球化芯片設(shè)計(jì)公司。

　　公司致力于各類存儲(chǔ)器(SPI NOR FLASH®、SPI NAND FLASHTM)、控制器(GD32TM MCU)以及eMMC的設(shè)計(jì)研發(fā)，研發(fā)人員比例占全員比例60%以上，在中國大陸(北京/合肥/西安/上海/深圳)、香港、臺(tái)灣、韓國、美國、日本、英國等多個(gè)國家和地區(qū)設(shè)有分支機(jī)構(gòu)，營銷網(wǎng)絡(luò)遍布全球，并與多家世界知名晶圓廠、封裝測試廠結(jié)成戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，為客戶提供優(yōu)質(zhì)便捷的本地化支持服務(wù)。

　　主要產(chǎn)品: NOR Flash、SPI NAND Flash、GD32®Cortex®-M MCU