这是一篇发布在SemiWiki上的文章，翻译分享一下，原文：https://semiwiki.com/semiconductor-manufacturers/307494-the-semiconductor-ecosystem-explained/
今天，我们正在看到一切都在往数字化方向转型。半导体作为处理数字信息的芯片几乎是无处不在：计算机、汽车、家用电器、医疗设备等。半导体公司今年的销售额将超过6000亿美元。
仅从下图中看，这个行业似乎很简单，半导体生态系统中的公司制造芯片（左侧的三角形）并将其出售给公司和政府机构（右侧），然后这些公司和政府机构将芯片设计成系统和设备（例如手机、电脑、飞机、云计算等），并将它们出售给消费者、企业和政府。包含芯片的产品的收入价值数十万亿美元。
然而，考虑到它的规模，这个行业对大多数人来说仍然是个谜。如果你真的想到了半导体行业，你可能会想象在工厂洁净室（芯片工厂）里穿着兔子装的工人拿着 12 英寸晶圆。然而，这是一个一次操作一个原子的材料的企业，其工厂的建造成本高达数十亿美元。（顺便说一句，那个晶片上有两万亿个晶体管。）
如果您能够查看代表半导体行业的简单三角形内部，而不是一家制造芯片的公司，您会发现一个拥有数百家公司的行业，所有公司都相互依赖。总体而言，它非常庞大，所以让我们一次描述生态系统的一部分。（警告——这是一个非常复杂的行业的简化视图。）
半导体行业的细分半导体行业有七种不同类型的公司。每一个不同的行业部门都将其资源输送到下一个价值链，直到最终一家芯片工厂(“Fab”)拥有制造芯片所需的所有设计、设备和材料。从下往上看，这些半导体行业细分如下:
芯片知识产权(IP)核心电子设计自动化(EDA)工具专业材料晶圆厂设备(WFE)“无晶圆”芯片公司集成设备制造商(IDMs)芯片晶圆代工厂下面的部分提供了这七个半导体行业领域的详细信息。
1. 芯片知识产权(IP)核心芯片的设计可能由一家公司拥有，或者……一些公司将自己的芯片设计通过软件构件模块（称之为IP核）授权其他公司以获得广泛的使用全球有超过150家销售芯片IP核的公司例如，苹果从Arm获得授权使用其IP核用在其iphone和电脑微处理器中2. 电子设计自动化(EDA)工具工程师使用专门的电子设计自动化(EDA)软件设计芯片，这样可以在他们购买的任何IP核上添加他们自己的设计该行业主要由3家美国供应商主导——Cadence、Mentor(现在已属于西门子)和Synopsys一个庞大的工程团队使用这些EDA工具需要2-3年的时间来设计一款复杂的逻辑芯片，比如用于手机、计算机或服务器的微处理器。(见下图设计流程)今天，随着逻辑芯片变得越来越复杂，所有的电子设计自动化公司都开始使用人工智能辅助，以自动化和加快设计流程
3. 特殊材料和化学品到现在为止我们的芯片还在软件中，要把它变成有形的东西，我们必须在一个叫做“fab”的芯片工厂里进行实际生产。生产芯片的工厂需要购买特殊的材料和化学品:
硅晶圆 - 为了制造这些晶圆，他们需要晶生长炉使用的气体超过100种 —— 散装气体(氧、氮、二氧化碳、氢、氩、氦)和其它外来/有毒气体(氟、三氟化氮、胂、磷化氢、三氟化硼、二硼烷、硅烷，等等)液体(光阻剂，面漆，CMP浆)光掩模晶圆处理设备，切割设备射频发生器4. 用晶圆设备(WFE)制造芯片这些机器实际制造芯片全球有5家公司主导这个行业 —— Applied Materials、KLA、LAM、Tokyo Electron和ASML这些是地球上最复杂(和昂贵)的机器。他们取一块硅锭，并在其表面和下面操纵其原子稍后我们将解释这些机器是如何使用的5. “无晶圆”芯片公司以前使用现成芯片的系统公司(苹果、高通、英伟达、亚马逊、Facebook等)现在设计自己的芯片。他们创建芯片设计(使用IP核和他们自己的设计)，并将设计发送给拥有“晶圆厂”的“制造厂”进行制造他们可能只在自己的设备上使用芯片，如苹果，谷歌，亚马逊….或者他们可能会把芯片卖给所有人，比如AMD、英伟达、高通、博通……他们不需要拥有晶圆厂设备或使用特殊材料或化学品他们使用芯片IP和电子设计软件来设计芯片6. 集成设备制造商(IDMs)集成设备制造商(IDMs)设计、制造(在他们自己的晶圆厂)和销售他们自己的芯片他们不为其他公司生产芯片(这也正在发生改变)。有三种类型的IDM -内存(如Micron, SK Hynix)，逻辑(如Intel)，模拟(TI，模拟设备)他们有自己的“晶圆厂”，但也可能使用制造厂的制造服务他们使用芯片IP和电子设计软件来设计他们的芯片他们购买晶圆厂设备，并使用特殊材料和化学品现在，制作一个新的尖端芯片(3nm)的平均成本是5亿美元7. 芯片晶圆代工厂代工厂在他们的“晶圆厂”里为别人生产芯片。他们从各种制造商那里购买和整合设备晶圆厂设备及专用材料和化学品他们利用这种设备设计了独特的工艺来制造芯片但他们不设计芯片台湾的台积电(TSMC)是逻辑领域的领先者，三星(Samsung)位居第二其它晶圆厂专门生产模拟芯片、电源芯片、射频芯片、显示器芯片、安全军用芯片等。建造新一代芯片(3nm)制造工厂的成本为200亿美元晶圆厂晶圆厂是制造工厂的简称——制造芯片的工厂集成设备制造商(IDMs)和代工厂都有晶圆厂。唯一的区别是他们是制造芯片给别人用还是卖，还是制造芯片给自己卖。可以把Fab想象成一家图书印刷厂(见下图)就像作者使用文字处理器写书一样，工程师使用电子设计自动化工具设计芯片作者与专攻其体裁的出版商签订合同，然后将文本送到印刷厂。工程师为他们的芯片类型(内存、逻辑、射频、模拟)选择合适的晶圆厂印刷厂购买纸张和油墨。fab购买原材料;硅、化学品、气体印刷厂购买印刷机械、印刷机、装订机、裁切机。工厂采购晶圆设备，蚀刻机，淀积机，光刻机，测试设备，封装一本书的印刷过程使用胶版平版、胶片、剥离、蓝图、制版、装订和修剪。芯片的制造过程很复杂，可以利用蚀刻器、沉积、光刻技术来操纵原子。把它想象成原子级的胶印。晶圆被切割，芯片被包装这家工厂同样的书能生产数百万册。工厂生产出数百万个相同芯片的复制品虽然听起来很简单，但事实并非如此。芯片可能是有史以来制造的最复杂的产品。下图是制作一个芯片需要的1000多个步骤的简化版本。
工厂的问题
随着芯片的密度越来越大(在一个晶片上有上万亿个晶体管)，建造晶圆厂的成本也直线上升——现在一家晶圆厂的成本高达100亿美元原因之一是制造芯片所需的设备成本已经飞涨荷兰公司ASML的一台先进光刻机就价值1.5亿美元工厂里有500多台机器(不都像ASML那么贵)晶圆厂的建筑非常复杂。制造芯片的洁净室只是一套复杂的管道系统的冰山一角，所有这些管道系统都在正确的时间和温度向晶圆厂设备输送气体、电力和液体为了保持领先地位，要付出数十亿美元的成本，这意味着大多数公司已经退出了竞争。2001年有17家公司生产最先进的芯片，如今只有两家——韩国的三星和台湾的台积电。下一步是什么？
科技现在越来越难制造出密度更大、速度更快、耗电更少的芯片，那么下一步会是什么呢?逻辑芯片设计者将多个专门的处理器放在一个芯片中，而不是让一个处理器完成所有的工作通过100层以上的堆叠，存储器芯片变得更加致密随着芯片设计变得越来越复杂，这意味着更大的设计团队和更长的上市时间，电子设计自动化公司正在嵌入人工智能来自动化部分设计过程晶圆设备制造商正在设计新的设备，以帮助晶圆厂生产更低功耗、更好性能、最优面积成本和更快上市时间的芯片业务像英特尔这样的集成设备制造商(idm)的商业模式正在迅速改变。在过去，垂直整合有一个巨大的竞争优势，即拥有自己的设计工具和晶圆厂，今天，这可能是一个劣势。铸造厂具有规模经济和标准化，他们可以利用整个生态系统的创新，而不是自己发明，他们可以专注于制造业AMD已经证明，从IDM模式向无晶圆厂代工模式转变是可能的，英特尔也正在这个过程中。他们在建立自己的代工厂的同时，也将使用台积电作为他们自己芯片的代工厂。地缘政治在21世纪控制先进的芯片制造很可能就像在20世纪控制石油供应一样，控制这种制造业的国家可以扼杀其他国家的军事和经济实力。确保芯片的稳定供应已成为国家的头等大事(以美元计，中国最大的进口额是半导体，超过了石油)如今，美国和中国都在迅速地试图将各自的半导体生态系统与对方解耦，中国正投入1000多亿美元的政府激励措施来建设中国的晶圆厂，同时试图创造晶圆厂设备和电子设计自动化软件的本土供应过去几十年，美国将大部分晶圆厂迁往亚洲，今天，正在鼓励将晶圆厂和芯片生产带回美国一个以前只是技术人员感兴趣的行业，现在是大国竞争中最大的一块。