目前IGBT領域有IDM廠商，芯片設計的電路有模擬芯片，但數字芯片很少做全產業鏈。大家專註於自己的環節，互相配合。
這是因為IGBT和模擬芯片技術和資金壁壘高，但生命周期長。然而，數字芯片的發展遵循摩爾定律。不僅R&D需要大量資金，晶圓代工也需要大量資金購買設備，而且叠代非常快。
等妳把這壹代的產品都配置好了，下壹代的產品又出來了，妳還得繼續追趕。這是數字芯片最難的地方。
簡單來說，數字芯片的工作原理就是通過控制流經晶體管的電流的“通”與“斷”，來表示數據信息的“1”與“0”或邏輯判斷的“是”與“否”，所以數字電路也叫開關電路或邏輯電路。
它的組成主要是工作在開關狀態的晶體管，所以數字芯片的大小是由它裏面的晶體管數量決定的。摩爾定律還說，晶體管的數量每18個月翻壹番，所以晶體管的數量對數字芯片的性能起著決定性的作用。
數字芯片包括七大類，分別是邏輯電路、通用處理器、存儲器、單片機系統SoC、微控制器MCU、定制電路ASIC和可編程邏輯器件。以後我們會逐壹分析主要類別。
簡單的邏輯電路通常由門電路組成，門電路基本上由與門，或門與非門組成。這些電路系列也被稱為組合邏輯電路。
大量的邏輯電路芯片通過不同的排列組合，理論上可以處理非常復雜的控制和運算問題。
但是現在的芯片集成度很高，芯片內部可以集成很多自帶的邏輯電路。壹個芯片可以實現復雜的功能，所以沒有人願意用大量的小芯片來實現壹個大系統。
所以目前邏輯電路芯片只應用在小型電子產品中，大系統的通用大芯片之間的連接電路中。
通用處理器壹般指用於服務器和桌面計算的CPU芯片，包括GPU、DSP、APU等。
它是壹種規模最大、結構最復雜的數字電路芯片。它由大規模邏輯電路組成，包括控制、存儲、運算、輸入和輸出等完整的數據和信息處理系統。這次我們先來分析壹下CPU的細分。
01什麽是CPU
CPU也叫中央處理器，是計算機的操作和控制中心，主要功能是完成計算機指令的執行和數據處理。因此，CPU、內存和輸入輸出設備被認為是計算機的三大核心部件。
控制單元是中央處理器的控制中心。當發出指令時，控制單元負責將存儲器中的數據發送給運算單元，並將計算結果存儲回存儲器中。
算術單元負責執行控制單元的命令，並執行算術和邏輯運算。
存儲單元是數據在CPU中的臨時存儲位置，要處理或完成的數據存放在這裏。與內存相比，寄存器可以減少CPU訪問數據的時間，也可以減少CPU訪問內存的次數，有助於提高CPU的工作速度。
根據處理信息的字長，CPU可分為四位微處理器、八位微處理器、十六位微處理器、三十二位微處理器和六十四位微處理器等。，後續還在拓展中。
得益於5G、可穿戴設備、雲服務等應用的發展，CPU作為集成電路的壹部分，在全球集成電路市場仍在穩步增長。
中國是全球最大的集成電路市場，增長速度也是全球最快的。2012至2020年的9年間，集成電路產業市場規模復合增長率達到16.81%。
在集成電路進出口市場，我國存在較大逆差，且逆差仍在擴大，國內替代空間廣闊。
CPU下遊市場涵蓋服務器、臺式機、移動PC、智能手機以及物聯網、人工智能、汽車電子、智能穿戴等新興應用領域。
目前桌面和移動PC發展平淡，服務器受益於雲趨勢，智能手機受益於5G換代浪潮迎來壹波周期性機會。行業的中長期發展取決於那些新興領域，但新興領域並不完全是CPU的增量市場，比如新能源汽車。
目前全球新能源汽車銷量持續增長，汽車三大方面(電動化、智能化和* * *)勢不可擋。電子成本占總成本的比例逐漸增加，發展空間很大。2021年，全球汽車芯片市場規模有望達到440億美元。
根據應用場景，車載計算芯片可分為智能駕駛艙芯片、自動駕駛芯片和車身控制芯片。
由於單壹CPU已經不能滿足智能汽車的計算能力需求，CPU與GPU、FPGA、ASIC等通用或專用芯片異構集成的SoC方案成為各大AI芯片廠商計算能力競爭的主賽道。
不僅是智能汽車，在物聯網、人工智能等領域，傳統的CPU也無法滿足市場要求。
隨著物聯網設備對靈活性要求的不斷提高，芯片正朝著低功耗、高性能的方向發展，MCU和SoC脫穎而出。
人工智能常用的AI芯片通常是針對人工智能算法進行了專門加速的芯片，如GPU、FPGA、ASIC、神經擬態芯片等。
雖然CPU在深度學習算法上不如AI芯片，但在大規模推理上有優勢。此外，CPU優勢領域市場空間廣闊，應用場景豐富。國內科技企業繼續發展國產CPU仍然勢在必行。
目前，CPU的主要市場份額仍然掌握在海外企業手中。隨著國產技術的進步，國產CPU漸入佳境，政策持續加碼，國產替代確定性高。
02 CPU芯片架構
芯片架構也叫指令集架構，簡單來說就是芯片的執行流程。具有不同指令集架構的芯片具有不同的執行步驟。
目前CPU指令集架構主要分為兩類:復雜指令集(CISC)和精簡指令集(RISC)。
復雜指令集支持更多的指令，每個操作都有自己完整的指令。因為只有少數指令會重復使用，所以減少指令集是為了簡化，沒必要每個操作都有完整的指令。
復雜指令集更適合運算復雜的電腦CPU，精簡指令集更適合運算要求低、功耗低的手機CPU。
在這兩個指令集的基礎上產生不同的架構，即在指令集的基礎上實現CPU中控制單元、運算單元、存儲單元等部件的壹系列完整的設計和排列。
03 X86架構
CISC的架構主要是X86架構。目前，英特爾和AMD是兩大主導公司。
英特爾和Windows結成“Wintel”聯盟，打敗了蘋果、IBM和摩托羅拉的權力聯盟，壟斷了20多年的桌面市場。到目前為止，X86架構處理器主要應用於服務器、臺式機和移動PC，英特爾仍然占據大部分市場。
後來隨著AMD第二代Epyc處理器“羅馬”的問世，AMD服務器CPU的市場份額在短短兩年內從1%增長到8%。隨後第三代Epyc處理器“米蘭”發布，其服務器市場份額有望達到15%。
由於AMD服務器芯片的高性價比以及臺積電7nm制程技術的加入，越來越多的數據中心開始采購AMD產品。
X86架構之所以覆蓋範圍如此之廣，除了起步早、性能高、兼容性好之外，還有其完善的生態。目前，全球超過65%的軟件開發商為X86提供服務。妳要自己設計壹個架構，沒有生態沒人用。
目前X86架構在中國仍然有著廣闊的市場，尤其是在服務器領域，幾乎占據了全部的服務器銷量。其他非X86架構的服務器占比很小，以ARM架構為主。
除了英特爾和AMD的雙寡頭之外，中國還有幾家X86芯片廠商，如兆芯、廣海和MPRC。目前國內對X86架構的替代並不明顯，2019年Megacore的市場份額僅為0.1%。
04 ARM架構
RISC的架構包括ARM、MIPS、Power PC、Alpha、RISC–v等。
現在90%以上的智能手機采用ARM架構，MIPS廣泛應用於嵌入式設備，並且隨著性能的提升和技術的融合，RISC架構也在不斷向X86應用領域滲透。
ARM架構因其低成本、低功耗、小尺寸、高性能，非常適合移動通信領域，在智能手機、調制解調器、車載信息設備、可穿戴設備等領域占據絕對主導地位。
目前，ARM架構是非X86架構中應用最廣泛、最成熟的架構，市場份額為43.2%。
ARM完整的產品線包括微控制器、微處理器、環形處理器、實現軟件、單元庫、嵌入式存儲器、高速連接產品、外設和開發工具。
目前，國內外主要的ARM廠商有ARM、聯發科、高通高通、蘋果、三星電子、騰飛、華為鯤鵬、傳播TRUM。
世界各大半導體廠商都是從ARM購買自己設計的ARM微處理器內核，並根據各自不同的應用領域添加合適的外圍電路，從而形成自己的ARM微處理器芯片進入市場。
聯發科是全球最大的ARM手機芯片供應商。近年來，蘋果、三星、高通等行業巨頭紛紛使用ARM架構，逐步實現基於ARM的全生態鏈。
截至2021Q1，聯發科和高通是最主要的手機CPU供應商，市場份額分別為35%和29%，同比分別增長11%和-2%。
蘋果的市場份額為65，438+07%，而三星的市場份額降至9%。由於美國制裁升級，華為海思的市場份額迅速下降至5%。
在服務器端，非X86的當前參與者包括華為、騰飛、高通和亞馬遜。
華為鯤鵬服務器是ARM服務器的重要參與者。華為方面表示，鯤鵬的出貨量已經占到了50%的市場份額，未來有望發揮其在移動市場的優勢，利用雲協作在服務器市場搶占更多份額。
在臺式PC市場，ARM正逐漸被更多的企業應用。2011年，微軟開始采用ARM的Windows系統，ARM開始進入X86的傳統優勢領域。現在蘋果的MacOS和新版Windows都采用ARM架構。
此外，ARM在物聯網、汽車等領域發展潛力巨大。ARM在公共事業、智慧城市和資產管理領域提供了解決方案。
05 MIPS和其他架構
MIPS、Alpha、Power等架構不是市場主流應用，但在特定領域仍在使用。
MIPS架構是壹種簡潔、優化和高度可擴展的RISC架構，可以提供當今SoC設計中最高的每平方毫米性能和最低的能耗。它已經在移動和嵌入式行業銷售了近30年，目前的市場份額為9%。
MIPS多線程CPU已經廣泛應用於不同領域和許多移動設備的LTE調制解調器。
國內外主要的MIPS芯片廠商主要有MIPS公司、Ikanos、龍芯中科和北京鄭鈞。然而，在MIPS兩次轉手後，新公司已經轉向RISC-V。
龍芯和神威分別獲得MIPS和Alpha的永久授權，可以開發獨立的指令集。中國企業已經成為應用產品研發和這壹架構全球生態建設的單壹力量，其應用也是國家高度重視安全的領域。
Power架構在相關市場的份額只有1%左右，但在高性能計算領域壹直扮演著非常重要的角色，其部分技術特性甚至可以與Intel相抗衡，但市場參與者基本只有IBM。
06 RISC-V架構
RISC-V是目前業界最有希望的新架構，最有機會彎道超車。具有完全開源、架構簡單、易於移植、適用於各種設備、工具鏈完整、運行效率高的特點。
目前這種架構的接受度正在逐漸提高，有望成為繼X86、ARM架構之後的第三種主流指令集架構。
由於RISC-V基金會是非盈利的會員制組織，所以RISC-V本身是免費的。自2015 RISC-V基金會成立以來，RISC-V生態系統呈現爆發式增長，2020年會員增長率達到133%。
物聯網的興起為上遊產業鏈提供了新的增長潛力。由於RISC-V具有開源的特點，符合物聯網更加靈活多樣的要求。
而且中美貿易戰以來，由於美國的制約，存在中國企業無法升級架構的風險。隨著RISC-V的逐漸被接受，中國芯片廠商通過RISC-V架構實現獨立是可行的。
Semico Research預測，到2025年，市場將消耗624億個RISC-V CPU核心，年復合增長率為65，438+08-2025。其中工業領域將以超過6543.8+067億核遙遙領先。
市場研究公司Tractica也預測，RISC- V的IP和軟件工具市場在2018年為5200萬美元，到2025年將增長到11000億美元。
目前RISC-V發展時間不長，還沒有形成壟斷，相關生態還在發展。
短期來看，ARM架構仍然會占據中高端市場，RISC-V主要應用在壹些碎片化的新興市場，比如物聯網的輕終端場景。
這些場景需要低功耗、低成本，但往往程序不需要大改動，對軟件生態的依賴不高，出貨量大，符合RISC-V的階段性發展目標。
RISC-V允許任何制造商設計、制造和銷售RISC-V芯片和軟件，從而吸引了大量技術公司進入市場。
綠波、IBM、恩智浦、西部數據、英偉達、高通、三星、谷歌、華為、京信科技、鑫源、萊辛科技、阿裏平頭哥、中天微、紅帽、特斯拉等超過100家科技公司加入其陣營。
國產CPU的自主可控程度
國產CPU經歷了近20年的發展，也產生了壹批有實力的企業，如前面提到的中科龍芯、天津騰飛、廣海信息、上海神威和上海趙信。
其中神威和龍芯的自控程度最高。上海申威主要從事阿爾法架構的研發。目前是國內創新可信度最高的CPU廠商，基本完全自主可控。主要應用於黨政辦公、軍事、超級計算等領域。
其次是以騰飛和華為鯤鵬(海斯)為代表的ARM架構國內廠商。ARM架構需要ARM公司授權，授權主要有三個級別:使用級授權、內核級授權和架構/指令集級授權。
其中指令集的授權級別最高，企業可以對ARM指令集進行改造，設計自己的處理器。目前海思和騰飛已經獲得ARMV8永久授權。
如果他們基於V8授權開發自己的指令集，他們的創新可信度會顯著提高，即使未來沒有獲得V9V10等新架構的授權，也依然可以保持先進性。
最後，X86廠商如廣海、Megacore等只在內核層面授權，未來很難擴展指令集形成自主可控的指令集。