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半導體 產業的上、中、下游
一個 IC 晶片從無到有,大概就依序分為下面 3 個階段,而這 3 個階段,就是所謂半導體產業的上、中、下游:
上游為 IP 設計及 IC 設計業
 
中游為 IC 製造、晶圓製造、相關生產製程檢測設備、光罩、化學品等
 
下游為 IC 封裝測試、相關生產製程檢測設備、零組件(如基板、導線架)、IC模組、IC通路等


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上游為 IP 設計及 IC 設計業


「晶片」是用來處理資訊的完整電路系統,在製造晶片之前,總得先知道要製造什麼晶片吧?因此工程師必須根據需求,先規劃好晶片需要具備的功能,以及這些功能要分佈在晶片上的哪些區域,再使用「硬體描述語言」 (HDL)把晶片功能描寫成程式碼,接著經由「電子設計自動化」 (EDA)工具,讓電腦把程式碼轉換成電路圖。

晶片依據功能的不同,可以分成 4 大類:

記憶體 IC(Memory IC):用來儲存資料。依據停止供電後,資料是否能繼續儲存。
微元件 IC(Micro Component IC):具有特殊資料處理功能的元件。
邏輯 IC(Logic IC):進行邏輯運算的 IC。
類比 IC(Analog IC):處理類比訊號的 IC。

記憶體 IC
是用來儲存資料的,而依據停止供電後,資料是否能繼續儲存,可分為 2 大類:
揮發性(Volatile):斷電後資料會消失,如:動態隨機記憶體(DRAM)、靜態隨機記憶體(SRAM)。非揮發性(Non-Volatile):斷電後資料會繼續儲存,如:唯讀記憶體(ROM)、快閃記憶體(Flash)。

微元件 IC
微元件 IC 是具有特殊資料處理功能的元件,可分為 4 大類:
微處理器(MPU):處理複雜的邏輯運算,像是:中央處理器(CPU)、圖形處理器(GPU)。
微處理器部分,根據「指令集架構」(ISA),又可分為複雜指令集運算(CISC)如 Intel x86;精簡指令集運算(RISC)如 ARM。
微控制器(MCU):相當於一台微電腦,將電腦的基本組成:CPU、記憶體、輸入輸出介面(I/O),整合在一塊 IC 晶片上。又稱作「單晶片」/「單晶片微電腦」。
數位訊號處理器(DSP):處理和運算「數位訊號」(Digital Signal)。由於電腦只能處理數位訊號,所以為了讓電腦能處理像是聲音、電磁波…等等自然界的「類比訊號」(Analog Signal),需要把設備接收到的類比訊號,以「類比/數位轉換器」(ADC)轉換成數位訊號,經由 DSP 處理和運算之後,再透過「數位/類比轉換器」(DAC)把處理好的數位訊號轉換為類比訊號輸出,例如:音效卡。
微周邊(MPR):支援 MUP、MCU 的電路元件,用來處理電腦周邊設備的晶片,如:鍵盤控制、語音輸出入、印表機。

邏輯 IC
標準邏輯 IC (Standard Logic IC):進行基本邏輯運算,如:AND、OR、NOT…等,大量製造並販售給不同客戶的IC標準產品。
特殊應用 IC(ASIC,Application Specific Integrated Circuit)針對特殊用途或單一客戶量身定做的 IC,具客製化、差異化、少量化的特性,應用於產業變動快、整合需求高的市場,例如:挖礦晶片。
而特殊應用 IC 依客製化程度,又可分為: 全客製化 IC(Full-Custom IC):全部從零開始,完全依應用需求重新設計。半客製化 IC(Semi-Custom IC):購買或使用已經設計好的現成 IC,整合起來組成完整的電路設計。

類比 IC
類比 IC 是處理類比訊號的 IC,主要用在:電源管理(Power Management)、放大器(Amplifier)、轉換器(Converter);「轉換器」如前面 DSP 提到的像是:「數位/類比訊號轉換器」(DAC,Digital to Analog Converter)和「類比/數位訊號轉換器」(ADC,Analog to Digital Converter)。

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IC 的中文叫「積體電路」,在電子學中是把電路(包括半導體裝置、元件)小型化、並製造在半導體晶圓表面上。所以半導體只是製作 IC 的原料。

蓋房子前總得先畫出藍圖,在IC產品誕生之前總得先設計出 IC,沒有設計圖,擁有再強製造能力都沒有用,所以IC設計這個設計師的角色就特別重要了。所謂的IC設計就是將一片晶片的功能從邏輯設計到晶圓設計的整個過程,IC 設計屬於 IC 生產流程的前段,包括邏輯設計、電路設計與佈局等,設計好IC之後,再交給晶圓廠代工製造,知名的IC 設計廠商包括聯發科、聯詠、高通等。

如果說 IC 設計是半導體業的設計師,那半導體業的軍師就非IP設計莫屬了。

就像設計所有產品一樣,從零開始總是特別勞心勞力,所以在 IC 設計中,可以透過購買IP授權的方式來縮短產品的開發時間和降低成本;IP 又叫作矽智財,是一種販售電路設計架構相關智慧財產權授權的行業,簡單來說,IP 就是 IC 設計的智慧財產權,採用IP可以更快、更好、更省的完成晶片設計。知名的IP設計廠商有 IP 大廠安謀(ARM)、晶心科、力旺和後起之秀的 M31 等。

資料來源

https://statementdog.com/taiex/19-semiconductor-industry

https://www.stockfeel.com.tw/半導體-產業鏈-ic-設計-製造-封測/

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