半导体芯片生产到底难在哪里？
⭐发布日期：2024年10月10日 | 来源:中新经纬
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想制造一块先进的半导体芯片，需要掌握尖端的研发能力与制造工艺，同时也面临着巨额的资金投入与竞争激烈的市场环境。
简单介绍一下半导体、集成电路与芯片的关系。半导体>集成电路=芯片。半导体是集成电路的基础材料，集成电路是芯片的重要组成部分，芯片是集成电路得以应用的载体。如果把一碗米饭比喻成芯片，那么集成电路就是碗里的米饭，而半导体就是用于制作米饭的大米。
1958年9月12日，德州仪器(Texas Instruments, TI)一名工程师杰克·基尔比(Jack Kilby)成功实现了将电子器件集成在一块半导体材料上的构想。这一天，集成电路取代了晶体管，为开发电子产品的各种功能铺平了道路，并且大幅度降低了成本，使微处理器的出现成为了可能，开创了电子技术历史的新纪元。半导体产业大约在1960年开始，到1966年销售收入超过10亿美元。2022年，全球半导体芯片产业规模已达5740亿美元左右。但是世界上很少有公司能够制造半导体芯片，而能够盈利的公司就更少了。让我们通过了解半导体芯片行业及其制造过程来探究一下。
集成电路之父——杰克·基尔比
目前，全球半导体芯片行业由来自中国台湾、美国、韩国、中国大陆、日本和荷兰的公司主导，这些地区的半导体制造业拥有政府支持、发达的基础设施和相应的消费市场。半导体行业具备典型的分工协特点，即设计、研发和制造分布在世界各地的不同公司之间。比如台积电(TSMC)和格芯(Global Foundries)，以及大陆的中芯国际这样的代工企业只参与制造。而像超威(AMD)、英伟达(NVIDIA)这样的无晶圆厂芯片企业将生产外包给代工企业制造，自己只负责设计研发。集成设备制造商(Integrated Device Manufactures, IDM)如英特尔和三星，自身设计、研发、制造和销售各种集成电路产品。
半导体行业细分市场份额
部分半导体芯片企业及其经营模式
通过上面的表格也可以看出来，虽然半导体芯片无处不在，我们的工业生产、日常生活也完全离不开它，但只有少数公司和国家掌握设计和制造半导体芯片的技术能力。于是，我们不禁疑问，为什么与其他行业不同，半导体芯片制造行业会出现如此明显的垄断？为了回答这些问题，我们来看看为什么半导体芯片制造如此困难。
极其小和复杂——我们知道，芯片内部主要是由晶体管组成。在给定的尺寸下，一个芯片能容纳的晶体管越多，通常就越被认为是好的。相比之下，1971年英特尔公司生产的第一代微处理器的晶体管尺寸为百万分之一米，即10微米。到目前为止，微处理器芯片技术已经发展到纳米(nm)，即一米的十亿分之一。目前，大众市场产品的芯片制造工艺为4纳米。未来，这将进一步缩小到2纳米甚至1.4纳米。当芯片制造在纳米尺度上完成时，很容易想象其中的复杂性。由此可知，芯片制造的门槛还是非常高的，在极高的技术壁垒下，也同样面临着高昂的资金成本与竞争激烈的市场环境，所以全世界目前只有少数几家公司掌握先进芯片的设计及制造能力。
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拉克·温特·安德森
7秒前：为了回答这些问题，我们来看看为什么半导体芯片制造如此困难。
IP:16.35.2.*
曹随风
9秒前：目前，大众市场产品的芯片制造工艺为4纳米。
IP:99.16.4.*
田中真理
1秒前：原子级制造——为了在一个小空间内安装数百万个晶体管，需要沉积和抛光几层材料以创建高度复杂的三维结构。
IP:24.41.1.*