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芯片是信息時代的“發動機”,是推動數字時代發展的核心競爭力

時間:2022-10-09

來源:21ic電子網

導語:可以有很多種,如果我們隨機采訪10位業內大佬,也許會得到10種不同的答案。舉個例子,按照處理信號方式可分為模擬芯片和數字芯片。按照設計理念可分為可分為通用芯片和專用芯片。

  按照應用領域可分為航天級芯片,汽車級芯片,工業級芯片和商業級芯片。照制程的話還可以分為7nm芯片、14nm芯片、28nm芯片……還有企業經常說的:我司的主營業務是 CPU芯片/存儲芯片。其實這是從應用功能角度來分的。

  集成電路晶圓代工是集成電路制造企業的一種經營模式,其具備高度的技術密集、人才密集和資金密集的行業特點。晶圓代工的研發過程涉及材料學、化學、半導體物理、光學、微電子、量子力學等諸多學科。

  根據總部所在地劃分,前十大專屬晶圓代工公司中,中國大陸有兩家(中芯國際SMIC、華虹集團HuaHong),且占據了第四和第五的位置,2021年整體市占率為9.51%,較2020年增加0.64個百分點;中國臺灣有五家(臺積電TSMC、聯電UMC、力積電Powerchip、世界先進VIS、穩懋WIN),整體市占率為75%,較2020年的76.7%減少1.7個百分點。

  Yole根據2021年封裝業務的廠商市場營收作了排名,列出了前30的先進封裝企業。在前30家OSAT廠商中有13家是臺灣的,6家是中國大陸的。先進封裝作為后摩爾時代的一項必然選擇,對于芯片提升整體性能至關重要。而提前在這個領域卡位的中國封裝企業將會享受更大的紅利。

  具體來看,中國臺灣廠商中,日月光排名第1,Amkor第2,力成科技(powertech)第6,京元電子第10,芯茂科技(ChipMOS)第11,欣邦科技(Chipbond)第12,超豐電子(Greatek)第13,矽格股份(Sigurd)第14,華泰電子(Orient)第15,同欣電子第19,欣銓(Ardentec)第20,福懋科技(FATC)第25,華東科技(Walton)第30。

  大陸廠商中,長電科技第3,通富微電第7,天水華天第8,沛頓科技第22,華潤微第28,甬矽電子第29。在Yole的榜單上前30之外,還有頎中科技(Chipmore)和晶方半導體。

  自從在手機中加入攝像功能以來,CMOS圖像傳感器取得了巨大的商業成功。CMOS圖像傳感器(CIS)是一種電子芯片,可將光子轉換為電子以進行數字處理,是可以充當為“電子眼”的半導體器件。CMOS 傳感器屬于典型的可以進行大規模批量生產的半導體產業,規模效應明顯,需要較大的前期投入才能產出結果,這也導致了這一行業強者恒強,排在前三位。

  據Yole的數據,2021年CIS玩家的市占率分別是索尼39%,三星22%、豪威科技13%(中國)和意法半導體6%,格科微(中國)和安森美占4%,韓國的SK Hynix市場份額為3%。思特威(中國)為2%。日本佳能和美國國防集團 Teledyne、濱松和松下各占1%。

  MEMS作為基于集成電路技術演化而來的新興子行業,這幾年發展迅速。MEMS是微電路和微機械按功能要求在芯片上的一種集成,基于光刻、腐蝕等傳統半導體技術,融入超精密機械加工,并結合力學、化學、光學等學科知識和技術基礎,使得一個毫米或微米級的MEMS具備精確而完整的機械、化學、光學等特性結構。

  在MEMS這個領域,中國靠麥克風市場(樓氏、歌爾微、瑞聲科技)和代工市場(賽微電子、臺積電)占據一定的地位。根據知名研究機構Yole發布的2021年全球MEMS廠商的排名(按照營收情況),歌爾微第5名,樓氏電子第10名,瑞聲科技第20名,賽威電子第25名(純代工廠商第1名),臺積電第30名(純代工廠屬性第3名)。

  今天我們就以鋼鐵俠為例,從應用功能的角度出發、以人做類比,進行一個詳細的分類。

  1. 處理器芯片

  處理器芯片就相當于人類的大腦,是用來思考、分析和計算的。

  中央處理器(CPU),是系統的運算和控制核心,是信息處理、程序運行的最終執行單元。一般提到CPU,很難不第一時間想到Intel,世界上第一款商業化的處理器就是Intel 4004。除了Intel之外,AMD、IBM、高通等都是設計CPU芯片的代表性企業。國產不錯的CPU公司有華為、龍芯、海光、北京君正等。

  圖形處理器(GPU),也叫視覺處理器或顯示芯片,它一般是在電腦、手機這類移動設備上做圖像和圖形相關運算工作的微處理器。Intel、英偉達、AMD都是GPU領域的代表企業。這兩年國產GPU市場也是全面開花,壁仞、摩爾線程、芯動科技、景嘉微等企業都紛紛發布了國產GPU。

  數字信號處理器(DSP),是一種獨特的微處理器,是以數字信號來處理大量信息的器件。除了音視頻領域,在自動控制、雷達、軍事、航空航天、醫療、家用電器等領域都能看到DSP的身影。Microchip、TI、ADI、ARM等公司都是DSP芯片領域的代表性企業。

  微控制器(MCU),在一顆芯片上將計算、存儲、接口等集成在一起,形成芯片級的計算機。MCU的用途比較廣泛,但是它最大的應用場景還得是汽車,一輛汽車里就包含70多塊MCU芯片。MCU芯片領域的國內外代表企業有:瑞薩電子、恩智浦、ST、華大半導體、士蘭微、復旦微電子等。

  2. 存儲芯片

  存儲芯片相當于人類的大腦皮層,用來儲存信息和數據。心理學上說,人腦記憶可以分為瞬時記憶、短時記憶、長時記憶。同樣的,存儲芯片也有不同的類型,起到不同的作用。

  憑借率先搶占臺積電4nm制程工藝,采用最新一代Armv9公版架構以及Cortex-X2超大核心設計,其高端旗艦芯片天璣9000在性能還有能效方面,均與制霸手機芯片多年的高通旗艦芯片不相上下,在芯片出貨量方面更是成功逆襲。

  來到汽車芯片上,尤其是伴隨座艙智能化浪潮下,高通8155芯片憑借高算力優勢,讓其成為了座艙芯片的熱門產品。

  高通的成功,也引來不少競爭對手,其中就有聯發科。

  棋逢對手的“老朋友”

  在手機芯片領域,高通和聯發科一直都是競爭對手。來到車規級芯片領域,高通成功復制在手機行業的成功,2014年開始進入車規級芯片市場,在座艙芯片領域大展拳腳。看到高通在車規級芯片領域正春風得意,作為高通的老對手,聯發科也坐不住了。

  2016年,聯發科開始研發車載芯片,不過,直到2018年才推出了針對座艙的MT2712芯片。

  這是一款采用ARM架構的6核芯片,采用較為老舊的28nm制程工藝。CPU部分采用2個ARM Cortex-A72大核+4個ARM Cortex-A35設計,最高主頻1.6GHz,GPU則是ARM Mali-T880 MP4。

  該芯片CPU算力約為23KDMIPS,GPU算力約為133GFLOPS。在當時座艙智能化程度不高情況下,MT2712憑借還算“不錯”的性能,獲得了大眾、現代、奧迪和吉利等車企的認可。

  而此時的高通已經發布了兩代產品。第一代“試水”產品28nm的高通620A以及第二代14nm的算力更強的高通820A。尤其是820A,算是高通進軍智能座艙領域的“開山之作”,小鵬P7、理想ONE、極氪001等一大批車型紛紛搭載該款芯片,獲得了較為不錯的市場反饋。

  到了2019年,高通的座艙芯片已經來到了第三代,并且一口氣發布了三款產品。性能從低到高分別為SA6155P、SA8155P、SA8195P,其價格也是隨性能增長。為了“阻擊”高通,同年,聯發科也發布了汽車智能座艙芯片MT8666。

  相比高通的第三代產品,聯發科的MT8666更重視CPU的性能。CPU采用4個Cortex-A73大核加4個Cortex-A53小核的設計,在算力方面比入門的SA6155P高出了約54%,達到了56.8KDMIPS。

  針對高通的兩款高性能芯片,聯發科還相繼推出了對標高通SA8155P的MT8192,以及對標SA8195P的MT8195。

  雖然這兩個都是針對筆記本電腦領域的,但高通都能手機芯片做車機芯片,聯發科自然也明白其中的道理。而且,高通的SA8195P實際也是源自于筆記本電腦的驍龍8CX計算平臺。

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