集成電路及特種集成電路行業(yè)發(fā)展情況分析

• 楊興杰 2024年3月1日 來源：中研網(wǎng) 893 55
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近年來，隨著全球信息化潮流的不斷推進(jìn)，集成電路的應(yīng)用領(lǐng)域及市場規(guī)模均實現(xiàn)了高速擴張，逐漸成為全球經(jīng)濟(jì)的核心支柱產(chǎn)業(yè)之一。根據(jù)世界半導(dǎo)體貿(mào)易統(tǒng)計組織（WSTS）統(tǒng)計，集成電路的市場規(guī)模在2022年達(dá)到4,799.88億美元，其中亞太地區(qū)擁有全球最大的集成電路產(chǎn)業(yè)市場。

一、集成電路行業(yè)概況

半導(dǎo)體指常溫下導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體與絕緣體之間的材料，主要應(yīng)用產(chǎn)品包括集成電路、分立器件等。其中集成電路又稱芯片，具體指將一定數(shù)量的常用電子元件（如電阻、電容、晶體管等）以及其間的連線，通過半導(dǎo)體工藝集成為具有特定功能的電路。集成電路具有體積小、重量輕、引出線和焊接點少、性能好等優(yōu)點，同時成本相對較低，便于大規(guī)模生產(chǎn)。

近年來，隨著全球信息化潮流的不斷推進(jìn)，集成電路的應(yīng)用領(lǐng)域及市場規(guī)模均實現(xiàn)了高速擴張，逐漸成為全球經(jīng)濟(jì)的核心支柱產(chǎn)業(yè)之一。根據(jù)世界半導(dǎo)體貿(mào)易統(tǒng)計組織（WSTS）統(tǒng)計，集成電路的市場規(guī)模在2022年達(dá)到4,799.88億美元，其中亞太地區(qū)擁有全球最大的集成電路產(chǎn)業(yè)市場。

圖表：全球集成電路產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模（億美元）
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? ? ? 數(shù)據(jù)來源：世界半導(dǎo)體貿(mào)易統(tǒng)計組織（WSTS）

目前集成電路產(chǎn)業(yè)的全球化分工協(xié)作特征較為明顯，同時產(chǎn)業(yè)存在向中國等發(fā)展中國家和地區(qū)轉(zhuǎn)移的顯著趨勢。近年來，伴隨包括通信、工業(yè)控制、消費電子等下游行業(yè)對需求的快速拉動，以中國為代表的發(fā)展中國家集成電路總體需求不斷提升。根據(jù)中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會（CSIA）統(tǒng)計，中國集成電路產(chǎn)業(yè)銷售額2021年已增長至10,458.30億元。

集成電路產(chǎn)業(yè)鏈主要包括設(shè)計、制造、封裝及測試等環(huán)節(jié)。近年來，集成電路整體產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴張，我國在各環(huán)節(jié)的技術(shù)研發(fā)、人才培養(yǎng)等方面均取得了長足的進(jìn)步。2021年，我國集成電路設(shè)計環(huán)節(jié)銷售額達(dá)4,519.00億元，自2015年以來持續(xù)成為規(guī)模最大的細(xì)分產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)，標(biāo)志著我國在集成電路設(shè)計行業(yè)的整體競爭實力不斷提升。

圖表：中國集成電路產(chǎn)業(yè)銷售額（億人民幣）
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? ? ? 數(shù)據(jù)來源：中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會（CSIA）

盡管近年來我國集成電路產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，但核心技術(shù)及高端產(chǎn)品領(lǐng)域與發(fā)達(dá)國家仍然存在一定的差距，目前集成電路仍是我國第一大進(jìn)口品類，2021年我國集成電路行業(yè)全年進(jìn)口總額為4,325.50億美元，出口總額僅為1,537.90億美元。

近年來，集成電路的進(jìn)出口持續(xù)呈現(xiàn)逆差且整體規(guī)模較大，體現(xiàn)出國內(nèi)集成電路行業(yè)的發(fā)展在短時間內(nèi)仍然處于追趕國際先進(jìn)水平的進(jìn)程中，集成電路產(chǎn)品特別是技術(shù)含量較高的高端產(chǎn)品領(lǐng)域，國產(chǎn)化的需求較為緊迫。

圖表：集成電路進(jìn)出口金額（億美元）
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? ? ? 數(shù)據(jù)來源：中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會（CSIA）

根據(jù)ICInsights預(yù)測，2021年至2026年，整個集成電路行業(yè)增速受到下游汽車電子、5G通信等應(yīng)用場景的帶動作用，市場規(guī)模的復(fù)合增速有望維持在10.20%，其中模擬、邏輯和存儲IC市場增速將分別達(dá)到11.80%、11.70%和10.80%，將成為集成電路細(xì)分市場中復(fù)合增速最快的三個賽道。

圖表：集成電路各細(xì)分產(chǎn)品市場規(guī)模復(fù)合增速預(yù)測（2021-2026）

來源：IC Insights

二、特種集成電路行業(yè)情況

1.特種集成電路的主要特點

基于不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)τ诋a(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性及質(zhì)量可靠性等性能指標(biāo)的需求，集成電路產(chǎn)品按質(zhì)量等級劃分，通?？煞譃橄M級、工業(yè)級（含車規(guī)級）以及特種級，其中消費級指消費電子及家用電器等應(yīng)用場景，工業(yè)級指工業(yè)控制及汽車電子等應(yīng)用場景，特種級指特種領(lǐng)域裝備的各類應(yīng)用場景。

由于特種集成電路整體行業(yè)的最終應(yīng)用場景及環(huán)境特征相較于其他領(lǐng)域更為復(fù)雜，對產(chǎn)品的性能要求更高、可靠性要求更為嚴(yán)格，因此在設(shè)計理念及核心技術(shù)、生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)、市場準(zhǔn)入資質(zhì)等方面相較于其他領(lǐng)域具有顯著的區(qū)別，具體如下：

①產(chǎn)品性能及可靠性需求不同

由于特種集成電路的實際應(yīng)用環(huán)境特殊且復(fù)雜，對于芯片的安全性、可靠性、低功耗以及部分特殊性能（如抗震、耐腐蝕、耐極端氣溫、防靜電）的要求相對較高，同時還需要具備較長的壽命周期。因此，下游用戶對于產(chǎn)品質(zhì)量以及特殊工況條件下的使用穩(wěn)定性具有較高的要求，如特種領(lǐng)域芯片的工作溫度區(qū)間一般需滿足-55℃至+125℃，并需引入輔助電路和備份電路設(shè)計等冗余設(shè)計方式，設(shè)計使用壽命往往較長，產(chǎn)品必須全部經(jīng)過多重檢測工序，更注重保障產(chǎn)品的性能穩(wěn)定及可靠性。

而工業(yè)級芯片的工作溫度區(qū)間一般為-40℃至+85℃（其中車規(guī)級芯片最高工作溫度可以超過100℃），消費級芯片的工作溫度區(qū)間一般為0℃至+70℃，其產(chǎn)品一般僅需滿足普通溫度等工作環(huán)境下的使用要求即可，對于性能及穩(wěn)定性的綜合要求相對低于特種領(lǐng)域。

②產(chǎn)品設(shè)計理念及核心技術(shù)不同

特種集成電路由于需要高可靠性及安全性，因此設(shè)計需要根據(jù)不同的產(chǎn)品及應(yīng)用環(huán)境選擇合理的工藝制程。先進(jìn)的工藝制程通常具有更小的晶體管尺寸，進(jìn)而帶來芯片性能的提升以及面積的減小，但同時會降低電路的穩(wěn)定性。由于特種集成電路應(yīng)用領(lǐng)域多為大型裝備，高可靠性相較于單純的面積縮減更加重要，因此在芯片功能設(shè)計、性能優(yōu)化的同時，更需要保障產(chǎn)品的可靠性。在設(shè)計過程中，針對產(chǎn)品可能的實際工作條件和應(yīng)用環(huán)境，以及在規(guī)定的工作時間內(nèi)可能出現(xiàn)的失效情況，需要通過合理的可靠性分配并建立可靠性模型，從電路設(shè)計、版圖設(shè)計、封裝設(shè)計、工藝選擇、材料選取等角度采取相應(yīng)的預(yù)防措施，使這些失效模式得以控制或消除，同時滿足性能和可靠性的要求。

③產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)節(jié)不同

流片方面，在進(jìn)行流片之前設(shè)計廠商需要采用標(biāo)準(zhǔn)單元進(jìn)行自動邏輯綜合和版圖布局布線，完成從邏輯到物理圖形的轉(zhuǎn)換。特種集成電路產(chǎn)品由于對產(chǎn)品性能需求的不同，一般無法直接采用通用的標(biāo)準(zhǔn)單元庫，在與工藝廠保持充分的溝通后由特種集成電路設(shè)計廠商自行設(shè)計并提供，以保障產(chǎn)品對穩(wěn)定性和可靠性的需求。

封裝方面，特種集成電路應(yīng)用場景可能會涉及高低溫、強電磁干擾、強振動、沖擊、水汽、高鹽霧濃度、高氣密性要求等各類復(fù)雜工況條件，因此一般采用陶瓷封裝或者高等級的塑料封裝，必要時需安裝散熱板以滿足芯片對特定工況條件的高可靠性需求。而工業(yè)和消費級產(chǎn)品一般應(yīng)用在常溫等正常工作環(huán)境，通常采用工業(yè)級的塑料封裝即可滿足使用要求。

測試方面，特種集成電路為了保證預(yù)定用途所要求的質(zhì)量和高可靠性需求，所有芯片產(chǎn)品必須經(jīng)過各種嚴(yán)格的環(huán)境試驗、機械試驗、電學(xué)實驗等測試程序，包括各類功能和性能的電測試，以及針對不同鑒定檢驗標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)境與可靠性試驗，如低氣壓、穩(wěn)態(tài)壽命、密封、老煉及溫度循環(huán)、熱沖擊、恒定加速度、鍵合強度、ESD等，并最終形成鑒定檢驗報告，相較于普通工業(yè)及消費級芯片測試項目多且周期長。

④市場準(zhǔn)入資質(zhì)不同

特種集成電路市場相對特殊，參與競爭存在一定的準(zhǔn)入門檻，需要在保密體制、質(zhì)量管理體系、研制許可等多方面取得相應(yīng)的認(rèn)證資質(zhì)，并且需要進(jìn)行定期的檢查以及復(fù)審，對于公司的日常管理要求較高，市場準(zhǔn)入具有一定的壁壘，競爭成本相對較高。

特種集成電路下游客戶以大型國有集團(tuán)的下屬單位為主，大都建立了自身的合格供應(yīng)商認(rèn)證及管理體系，新進(jìn)供應(yīng)商往往需經(jīng)歷資格審查、產(chǎn)品試用及驗證等多個環(huán)節(jié)才能成為合格供應(yīng)商，并將根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量等因素定期進(jìn)行合格供方名單的動態(tài)管理，對技術(shù)水平及產(chǎn)品質(zhì)量管理均提出了較高的要求。

2.特種集成電路市場規(guī)模分析

近年來，全球政治經(jīng)濟(jì)環(huán)境存在一定不確定性，國際貿(mào)易摩擦頻發(fā)亦使得國內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)受到了一定的沖擊。在此背景下，國家積極出臺了相關(guān)的產(chǎn)業(yè)政策，大力支持集成電路產(chǎn)業(yè)特別是特種領(lǐng)域產(chǎn)品的國產(chǎn)化，伴隨著我國電子設(shè)計與制造技術(shù)水平的全面提升，我國特種集成電路行業(yè)將迎來發(fā)展的黃金時機。

根據(jù)測算，我國特種電子行業(yè)預(yù)計未來仍將呈現(xiàn)增長趨勢，到2025年市場規(guī)模有望突破5,000億元。隨著特種電子行業(yè)國產(chǎn)化水平的不斷提升以及各類先進(jìn)技術(shù)的不斷實現(xiàn)，特種集成電路作為電子行業(yè)重要組成部分以及功能實現(xiàn)的重要載體，同樣面臨著廣闊的市場前景。

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