半导体全面分析（二）：设计两大巨头、EDA三分天下、四大指令集！

半导体全面分析系列分三篇，本篇是技术分析，上篇是市场分析（可点击），后篇是产业分析，敬请关注本公众号（史晨星 ）。

六、产业链

14． 上中下游

半导体产业链可分为上游（材料、设备）、中游（设计、制造、封装）、下游应用三大环节

为了方便大家理解，我先从中游讲起，半导体产业链中游是生产半导体产品的过程，包括设计、制造、封测三大环节。

七、设计

15． 市场：万亿

根据 IC Insights，2018 年全球 IC 设计行业销售额为 1139 亿美元，中国占 12％。

2018 年中国集成电路设计行业产值达 2519 亿元，复合增速 28％，企业数量达 1698 家，同比增加 23％，处于快速发展阶段。

16． 技术：设计流程

100 亿个晶体管在指甲盖大小的地方组成电路，想想就头皮发麻！一个路口红绿灯设置不合理，就可能导致大片堵车，电子在芯片上跑来跑去，稍微有个 PN 结出问题，电子同样会堵车，所以芯片的设计异常重要。

芯片制造的过程就如同用乐高盖房子一样，先有晶圆作为地基，再层层往上叠的芯片制造流程后，就可产出必要的芯片（后面会介绍），然而，没有设计图，拥有再强制造能力都没有用。

1． 规格制定

在 IC 设计中，最重要的步骤就是规格制定，这个步骤就像是在设计建筑前，先决定要几间房间、浴室，有什么建筑法规需要遵守，在确定好所有的功能之后在进行设计，这样才不用再花额外的时间进行后续修改。

第一步：确定 IC 的目的、效能为何，对大方向做设定。

第二步：察看需要何种协议，否则芯片将无法和市面上的产品相容。

第三步：确立 IC 的实作方法，将不同功能分配成不同的单元，并确立不同单元间连结的方法，如此便完成规格的制定。

2． 设计芯片细节

这个步骤就像初步记下建筑的规画，将整体轮廓描绘出来，方便后续制图。在 IC 芯片中，便是使用硬体描述语言（HDL）将电路描写出来。常使用的 HDL 有 Verilog、VHDL 等，藉由程式码便可轻易地将一颗 IC 功能表达出来。接着就是检查程式功能的正确性并持续修改，直到它满足期望的功能为止。

3． 设计蓝图

在 IC 设计中，逻辑合成这个步骤便是将确定无误的 HDL code，放入电子设计自动化工具（EDA tool），让电脑将 HDL code 转换成逻辑电路，产生如下的电路图，之后，反复的确定此逻辑闸设计图是否符合规格并修改，直到功能正确为止。

4． 电路布局与绕线

将合成完的程式码再放入另一套 EDA tool，进行电路布局与绕线（Place And Route）。在经过不断的检测后，便会形成如下的电路图。图中可以看到蓝、红、绿、黄等不同颜色，每种不同的颜色就代表着一张光罩。

▲ 常用的演算芯片－ FFT 芯片，完成电路布局与绕线的结果

5． 光罩

一颗IC 会产生多张的光罩，这些光罩有上下层的分别，每层有各自的任务。制作时，便由底层开始，逐层制作，完成目标芯片。

在此过程中，常用的工具包括 IP 模块和 EDA，下面会详细介绍。

17． 产业：全球两大巨头

根据 IC insights，2018 年前 10 大 Fabless 中，美国 6 家，中国台湾 3 家，中国大陆 1 家。

前两名博通和高通 2018 年营收分别为 189 和 164 亿美元，两者营收之和占据了全球前十大 IC 设计企业营收的 50％。

博通 Broadcom

2015 年，原安华高科技以 370 亿美金收购原博通公司成立，总部位于美国加州圣何塞和新加坡，产品为有线和无线通讯半导体，是全球最大的WLAN 芯片厂商。

2018 年，博通年营业收入 208 亿美元，净利润 123 亿美元。