集成电路设计(Integrated circuit design, IC design),亦可称之为超大规模集成电路设计(VLSI design),是指以集成电路、超大规模集成电路为目标的设计流程。
IC设计的概念
集成电路设计(Integrated circuit design, IC design),亦可称之为超大规模集成电路设计(VLSI design),是指以集成电路、超大规模集成电路为目标的设计流程。集成电路设计涉及对电子器件(例如晶体管、电阻器、电容器等)、器件间互连线模型的建立。所有的器件和互连线都需安置在一块半导体衬底材料之上,这些组件通过半导体器件制造工艺(例如光刻等)安置在单一的硅衬底上,从而形成电路。
集成电路设计最常使用的衬底材料是硅。设计人员会使用技术手段将硅衬底上各个器件之间相互电隔离,以控制整个芯片上各个器件之间的导电性能。PN结、金属氧化物半导体场效应管等组成了集成电路器件的基础结构,而由后者构成的互补式金属氧化物半导体则凭借其低静态功耗、高集成度的优点成为数字集成电路中逻辑门的基础构造。设计人员需要考虑晶体管、互连线的能量耗散,这一点与以往由分立电子器件开始构建电路不同,这是因为集成电路的所有器件都集成在一块硅片上。金属互连线的电迁移以及静电放电对于微芯片上的器件通常有害,因此也是集成电路设计需要关注的课题。
根据中研普华产业研究院发布的《2022-2027年中国IC设计行业市场全景调研与发展前景预测报告》显示:
IC设计行业发展现状
2020年全球集成电路市场增长率为13%,2021年全球集成电路市场增长率为26%,较2020年增长13个百分点;预计2022年全球集成电路市场增长率为11%,是全球IC市场25年来首次连续三年实现两位数增长。按2021年全球集成电路销售市场份额来看,北美集成电路销售市场份额为54%;欧洲集成电路销售市场份额为6%;日本集成电路销售市场份额为6%;亚太集成电路销售市场份额为34%。北美与亚太集成电路销售市场份额呈逐渐提升,欧洲与日本集成电路销售市场份额呈下降趋势,日本下降趋势明显。
自2000年以来,在市场需求持续增长以及一系列政策扶持措施的双重驱动下,我国IC产业保持着快速发展的势头,产业规模持续扩大,在全球IC行业上占据了举足轻重的地位。根据中国半导体行业协会《中国半导体产业“十三五”发展规划》,2017年中国IC产业销售额达5411亿元,同比增长24.8%,到2020年我国IC产业与国际先进水平的差距逐步缩小,全行业销售收入达9300亿元,年复合增速约20%。
2016年之前我国集成电路主要以封测为主,随着国内设计领域持续投入,2016年我国设计领域首次超过封测领域,设计和封测分别占比37.92%和36.08%,随着国内技术持续突破,设计和制造占比持续增长,2021年数据显示我国集成电路设计占比达43.21%,制造领域占比小幅度上升至30.37%,在2020年也已超越封测销售额。
随着国内企业逐步在储存芯片、半导体材料逐步突破,国内集成电路产量持续增长,2021年达3594.3亿块,同比增长37.5%,加上净进口量,表面国内集成电路需求量近6800亿块。根据数据,2021年,我国集成电路设计行业销售规模达4519 亿元,同比增长19.6%。同时,自2016年,我国集成电路设计行业的产值超过封装测试业,成为集成电路行业产值第一的业务环节。数据显示,2011-2021年我国集成电路设计行业企业数量增长迅猛,从534家快速上升至2810家。值得注意的是,虽然整体企业热度持续上升,但尖端技术仍未突破背景下,市场竞争加剧或将带动国产化突围可能性增加。
我国集成电路设计行业已形成长三角、珠三角、京津环渤海、中西部地区四大重点区域,主要原因是靠近电子信息科技经济发展中心,交通便利,海运成本较低,数据显示,2020长三江和珠三角地区共占比超7成,其中长三江占比最高,销售额达到1599.7亿元,占比为39.5%。
从产品应用分布来看,我国集成电路设计行业产品主要分布在通信、消费、计算机、多媒体等领域。其中通信领域芯片销售规模最大,2020年销售规模高达1647.10亿元,占行业总销售额的43.12%;随后消费领域芯片销售规模以1063.90亿元排名第二,占比27.86%。
全球范围内主要的IC设计企业包括高通、博通、英伟达等,2020年全球前十大IC设计公司(Fabless) 收入共计达到859.74亿美元。若按照全球IC设计规模1279亿美元来算,2020年CR5占比57.3%左右,CR10市占率达到67.22%,集中度较高。
业内机构预测,超威完成收购赛灵思(Xilinx)后,后续将由其他业者补上排名;而在总体展望部分,高效能运算、网通、高速传输、服务器、汽车、工业应用等高规格产品需求持续增加,都将为IC设计业者带来良好的商机,带动总体营收持续成长,强化研发能量与芯片规格升级将成为2022年发展主轴。
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