光刻機作為半導體設備三大件之一，被譽為“半導體工業王冠上的明珠”。2023年3月，隨著美國拉攏日本、荷蘭達成新的限制對中國出口先進芯片制造設備的協議，將圍堵“中國芯”的事件推向了一個高潮，也成為了全民關注的焦點話題。
根據國家統計局發布的《中華人民共和國2021年國民經濟和社會發展統計公報》，2021年我國集成電路出口數量達3017億個，比上年增長19.6%，出口總額達9930億元，比上年增長23.4%；2021年集成電路進口數量為6355億個，比上年增長16.9%，進口總額為27935億元，比上年增長15.4%。作為對比，2021年原油進口總額約為1.66萬億元，芯片進口總額是原油的1.7倍。巨大的貿易逆差讓我國在國際貿易中處于不利的地位，所以芯片是我國亟待解決的問題之一。基于該背景下，近期業內有很多專家解讀了制造芯片的核心裝備——光刻機的重要性。其實，除了光刻機以外，在我國半導體龐大的產業鏈中，還有很多重要環節處于發展初期。國產芯片的崛起，任重而道遠，
第一半導體材料：利潤不可觀，國產占有率低
有很多人都知道，芯片是由沙子制作的，但縱觀芯片制造的整個環節，所需要的材料不止于此。比如光刻膠、拋光液、靶材、特種氣體等不可或缺。后端封裝也需要各種材料的基板、中介層、引線框架、粘接材料等。如下圖是一個3D封裝芯片的示意圖：其中天藍色的是基板（Package Substrate），基板中存在引線（Standard Package Trace）, 灰色的是中介層（Silicon interposer）,這些都芯片中必要的材料。
半導體材料是芯片行業的根基，芯片制造沒有原材料，就好比“巧婦難為無米之炊“。目前，國產半導體材料整體還相對薄弱，在品類豐富度和競爭力處于劣勢地位，2021年國內半導體材料國產化率僅約10%左右。
第二半導體設備：全球市場基本被美日荷三國壟斷
首先說自動測試設備。在半導體產業鏈中，一顆芯片的生命周期開始于對市場需求的分析，跟隨著產品的定義、設計和制造，封裝完成以后交付到終端消費者手中，在整個流程中需要經過多次測試。
而芯片自動測試設備中集成了眾多精密的儀器，整體的造價也十分昂貴，一臺價格也高達千萬美元。目前，全球半導體測試機主要市場仍被美國的泰瑞達、日本的愛德萬兩大海外龍頭占據，國產化依然有著很大的增長空間。
刻蝕機也是非常重要的裝備。隨著半導體制程的微縮和結構的復雜化，半導體刻蝕設備的種類和技術難度遞增。但目前刻蝕設備領域長期由海外龍頭壟斷。
另外，離子注入是晶圓制造摻雜核心工藝，技術壁壘僅次于光刻、刻蝕、薄膜沉積。目前，本土晶圓廠一般會將7%~10%的設備開支用于離子注入機。離子注入機則是為硅晶圓注入要摻雜的原子，從而芯片獲得特定的電性能，否則我們即使做出來芯片，也無法正常工作。除此之外，半導體設備還包括清洗機、用于后道的封裝光刻機、芯片分選機等。我們需要關注的是：目前，半導體設備市場目前主要由美、日、荷三國企業基本壟斷。根據CINNO Research的數據，2022年上半年十大半導體設備企業中，3家美國企業，5家日本企業，2家荷蘭企業，沒有一家中國企業。這也是為什么這次美國拉攏日、荷來商討限制對中國出口先進芯片制造設備的協議的原因。
除了集眾多高精尖技術的光刻機，其他半導體設備我國已經開始加速國產替代化的進程，但形勢依然不容樂觀，目前國內依然無法做到先進工藝的全流程國產化。在成熟工藝的市場上，我國半導體的自給率目前大約在20%左右，依然有巨大的替代空間。雖然中芯國際和華虹宏力能完成28納米工藝的量產，但尚未完成產業鏈的完全國產化，目前落后的環節主要還是在關鍵設備和材料上。
第三EDA：國產半導體產業鏈發展薄弱的環節之一
EDA被譽為“芯片設計之母”，盡管整個EDA市場規模只有百億美元，去撬動著約5000億美元的半導體市場規模，其杠桿效應顯著。在現代超大規模芯片設計中，EDA是不可或缺的一環。目前整個EDA產業大部分被三大EDA公司新思科技（Synopsys）、楷登電子（Cadence）、和西門子EDA所壟斷。相比國外，我國的EDA起步并不算晚。1988年，國產EDA工具 “熊貓系統”開始進入研發階段。
隨后，在國家政策的扶持下，華大九天于2009年成立，概倫電子于2010年成立。再加之部分國內老牌EDA企業，如廣立微電子、國微集團等在國家的扶持下重獲新生，國內EDA企業自此重整旗鼓再出發。但是，從2018年開始，中興和華為接連受到美國制裁，為國內還處于初步發展中的EDA產業敲響了警鐘。2022年8月15日，美國商務部宣布對設計GAA晶體管結構集成電路所必需的EDA軟件實施出口管制。GAA晶體管結構主要用于3納米及以下的先進工藝，盡管目前的斷供對中國絕大部分芯片公司幾乎沒有影響，但這也堵住了未來國內高端芯片的設計之路，并且不排除未來美國在“EDA斷供”上繼續加碼的可能。但我們也要看到，從2018年到2020年，國產 EDA 工具在國內市場的銷售份額分別為 6.2%、8.3%、11.5%。盡管規模依然很小，但市場占有率穩中有升。EDA的發展周期長、難度大，雖然羅馬不是一日建成的，但如果假以時日，相信國產EDA一定會穩定發展。
最后，也期望每位讀者能了解芯片、認識芯片，或者更進一步的投身到這個行業中，實現自身價值，勇攀科技的珠峰。
