半導體行業隸屬電子信息產業，屬於硬件產業。半導體被稱為國家工業的明珠，亦即信息產業的“心臟”，所以其重要性不言而喻。作為全球最大的半導體消費國，中國已經成為第三次半導體產業轉移的核心地，發展集成電路已是我國戰略方向，現在正是佈局這輪產業黃金髮展時期的時機。
目前，全球半導體行業都呈現出一派鮮明的產業集群效應，如美國硅谷、日本九州、臺灣新竹均是各國半導體產業的優勢區域。而我國由於起步晚、核心技術缺少，發展受限，仍有尚未掌握的關鍵技術，到目前為止，關鍵芯片領域仍依賴於進口。
半導體行業是資金密集型，人才密集型，技術密集型的行業，產業鏈的各個環節都是如此。正因如此，我國將半導體列為國家重點規劃產業，並在資金、人才、技術上下苦功，力爭突破瓶頸，振興國產半導體產業。
目前，我國這些半導體核心技術急待突破：
總數 具體技術
1 頂尖光刻機
2 觸覺傳感器
3 DSP芯片
4 CPU
5 GPU
6 MPU
7 DRAM/NAND Flash
8 CPLD/FPGA
9 高端伺服電機
10 超高射頻芯片
▉ 頂尖光刻機
全球最高端半導體設備——光刻機，其最高技術掌握在荷蘭ASML（阿斯麥是世界最大光刻設備供貨商，其全球市場份額超過60%，並壟斷了32nm以下的高端光刻機市場。目前僅阿斯麥生產的EUV光刻機可以滿足芯片向7nm以下發展的需求。）手中，它的大股東包括美國英特爾、蘋果、高通等公司，對中國的售賣開放度都設有貿易壁壘。
ASML在向國內晶圓廠出售光刻機時有保留條款，那就是禁止用ASML出售給國內的光刻機給國內自主CPU做代工--只要中芯國際、華力微等晶圓廠採購的ASML光刻機，雖然不影響給ARM芯片做代工，但卻不可能給龍芯、申威等自主CPU做代工、商業化量產。即便是用於科研和國防領域的小批量生產，也存在一定風險--採用陶瓷加固封裝、專供軍用的龍芯3A1500和在黨政軍市場使用的龍芯3A2000，只能是小批量生產，而且在宣傳上 也只能含糊其辭的說明是境內流片……這很大程度上影響了自主技術和中國集成電路產業的發展。
2014年全球十大半導體設備商排名及相關收入
據說，頂尖光刻機就是拿到圖紙也生產不出來：一臺先進的光刻機能有5萬多個零件，設計生產並不容易，光刻機的原理並不難，看下圖就知道了，難點是裡面的每一步都要求最先進的工藝和零件。
光源和鏡片都是很核心的東西，光源提供者Cymer是世界領先的準分子激光源提供商，現在被ASML收購了。光源很複雜，說一下大家熟悉一些的鏡片，ASML的鏡片是蔡司提供的，這個反射鏡要求多高呢？瑕疵大小僅能以皮米（納米的千分之一）計。ASML總裁暨CEO溫彼得（Peter Wennink）曾經形象的表示，如果反射鏡面積有整個德國大，最高的突起處不能高於一公分高。這樣的工藝，佳能和尼康都放棄了。
有頂級的鏡頭和光源，沒極致的機械精度，也是白搭。光刻機裡有兩個同步運動的工件臺，一個載底片，一個載膠片。兩者需始終同步，誤差在2納米以下。兩個工作臺由靜到動，加速度跟導彈發射差不多。SMEE(中國生產光刻機的上海微電子)總經理賀榮明說：“相當於兩架大飛機從起飛到降落，始終齊頭並進。一架飛機上伸出一把刀，在另一架飛機的米粒上刻字，不能刻壞了。”
所以，最頂尖的光刻機算得上是西方智慧或者說是人類這幾十年來的智慧結晶，是最尖端的光學、材料學、機械等的結合體。
延伸閱讀：中興受辱的背後：還原真實的美國半導體產業
中國尚未掌握的核心技術還有哪些?
▉ 觸覺傳感器
精確、穩定的嚴苛要求，攔住了我國大部分企業向觸覺傳感器邁進的步伐，目前國內傳感器企業大多從事氣體、溫度等類型傳感器的生產。在一個有著100多家企業的行業中，幾乎沒有傳感器製造商進行觸覺傳感器的生產。
國產痛點如下：
- 行業內，工藝不過關，穩定性不強，客戶使用保障性無法保證。
- 行業外，材料不夠純。比如可用作觸覺傳感器的材料導電橡膠、導電塑料、碳納米管、石墨烯等，我們都有明顯的短板。
- 技術複雜。國產相對還落後。
觸覺傳感器就屬於生物型傳感器。傳感器作為人類五官的延伸與升級版功能器官，成為獲取自然和生產領域中信息的主要途徑與手段，被稱為工業的藝術品，它與計算機、通信被稱為信息系統的三大支柱，傳感器技術優劣是衡量一個國家科技水平和是否處在國際戰略競爭制高點的重要標誌，是發達國家高度重視和爭相發展的核心基礎技術。
延伸閱讀：全球智能傳感器產業鏈企業彙總
國內傳感器產業面臨的挑戰：
▉ DSP芯片
DSP（Digital Signal Processing）即數字信號處理技術，用於專用處理器的高速實時處理。 它具有高速，靈活，可編程，低功耗的界面功能，在圖形圖像處理，語音處理，信號處理等通信領域起到越來越重要的作用。目前從小到電梯運行控制，大到風能、太陽能發電，甚至飛行控制和火炮陣列控制等，都少不了DSP芯片這樣一個重要的角色。
根據美國的權威資訊公司統計，目前 DSP 芯片在市場上應用最多的是通信領域， 佔 56.1％；其次是計算機領域，佔 21.16％；消費電子和自動控制佔 10.69％；軍事／航空佔 4.59％；儀器儀表佔 3.5％；工業控制佔 3.31％；辦公自動化佔 0.65％。
目前， 世界上 DSP 芯片製造商主要有3家：德州儀器（TI）、 模擬器件公司（ADI）和摩托羅拉（Motorola） 公司，其中 TI 為龍頭公司，佔據絕大部分的國際市場份額， 1982 年成功推出了其第一代 DSP 芯片 TMS32010，為DSP應用歷史上的一個里程碑；ADI 和摩托羅拉公司也有一定市場。
國產DSP芯片起步晚， 2006年中電十四所與龍芯公司合作開發國產DSP芯片。2012年它們研發的 “華睿1號”性能優於飛思卡爾公司的MPC8640D，2017年，國產DSP芯片“華睿二號”走向市場。
▉ CPU
中央處理器（CPU，Central Processing Unit）是一塊超大規模的集成電路，是一臺計算機的運算核心（Core）和控制核心（ Control Unit）。它的功能主要是解釋計算機指令以及處理計算機軟件中的數據。在整個芯片行業，CPU代表了芯片中的最核心技術。太對國家太重要了，不止是經濟的考量，更重要的是國家安全問題 。從斯諾登稜鏡門後，我國加大了對國產CPU的支持力度。
我國CPU長期依賴進口，一直是我國計算機行業發展中的痛點。目前我國活躍的國產CPU包括龍芯、申威、飛騰、海光、兆芯等，發展迅猛，取得了眾多成果。但是大部分國產CPU甚至整個集成電路產業仍離不開國外IP（Interrupt Priority，中斷優先寄存器）的支持，因此國產CPU打破國外技術壟斷，需要提高自主IP開發和兼容，突破壁壘。
目前，主要的CPU架構有四種：ARM、X86、MIPS、Power。
- ARM架構過去稱作進階精簡指令集機器（Advanced RISC Machine，更早稱作：Acorn RISC Machine），是一個32位精簡指令集（RISC）處理器架構，其廣泛地使用在許多嵌入式系統設計。節能。ARM架構是公開授權的，自身不生產芯片，只轉讓芯片設計許可。在移動芯片領域，ARM架構的芯片佔據了90%以上的市場份額。比如華為在2013年購買了ARM的架構授權。展訊處理器也有部分採用ARM架構。還有阿里、華芯通、飛騰都有使用。
- X86是Intel首先開發製造的一種微處理器體系結構的泛稱。x86架構是重要地可變指令長度的CISC（複雜指令集電腦，Complex Instruction Set Computer）。 英特爾X86處理器佔據超過90%市場份額。是真正做到高性能且通用的處理器。中國的上海兆芯和海光就有使用。
- MIPS是一種採取精簡指令集（RISC）的處理器架構，1981年出現，由MIPS科技公司開發並授權，廣泛被使用在許多電子產品、網絡設備、個人娛樂裝置與商業裝置上。目前不是市場主流。國內龍芯、北京君正就是採用的MIPS架構。
- POWER是1991年，Apple、IBM、Motorola組成的AIM聯盟所發展出的微處理器架構。PowerPC是整個AIM平臺的一部分，並且是到目前為止唯一的一部分。Power架構目前也不是市場主流了，發展前景並不被看好。
由此可見，主流的國產“CPU”都帶有外國因素。目前世界CPU市場，包括計算機和服務器，被國外龍頭企業隴斷（英特爾和超威半導體公司在CPU領域佔據一半以上的市場），憑藉多年建立的平臺、強大的專利和通訊端的界面標準、以及與應用軟件的兼容，使得競爭對手想要進入非常的困難；比如目前Intel+window的商業聯盟，完全壟斷了我們的民用市場。
▉ GPU
圖形處理器（英語：Graphics Processing Unit，縮寫：GPU），又稱顯示核心、視覺處理器、顯示芯片，是一種專門在個人電腦、工作站、遊戲機和一些移動設備（如平板電腦、智能手機等）上圖像運算工作的微處理器。
GPU是顯卡的“心臟”，與CPU類似，GPU決定了該顯卡的檔次和大部分性能。特斯拉高性能計算的核心即是GPU。深度學習需要廣泛應用GPU。GPU有非常多的廠商都生產，和CPU一樣，生產的廠商比較多。但全球知名的就是NVIDIA（最大的獨立顯卡芯片生產銷售商），AMD(ATI)（世界上第二大的獨立顯卡芯片生產銷售商，他的前身就是ATI，2006年AMD以54億美元收購ATI），Matrox（NVIDIA和ATI曾經的對手，目前淡出了民用獨立顯卡市場，專業顯卡涉足的是2D領域，也就是CAD）。
GPU目前行業格局：由於AMD在通用計算及生態圈構建的長期缺位，深度學習 GPU 加速市場目前呈現 NVIDIA 一家獨大的局面。根據 Mercury Research的統計，目前在“PC+工作器+服務器”獨立GPU領域NVIDIA市佔率接近70%。直到17年AMD才正式推出Radeon Instinct系列產品，主要面向深度學習和 HPC 數據中心應用。國內做GPU的主要有上海兆芯，華為，圖芯，天數智芯，華夏芯，芯視圖，中船重工709所，中航631所，成都海光買的AMD的GPU技術，還有景嘉微和龍芯等。
▉ MPU
MPU(Microprocessor Unit)又叫微處理器或內存保護單元。MPU是單一的一顆芯片，而芯片組則由一組芯片所構成，早期甚至多達7、8顆，但目前大多合併成2顆，一般稱作北橋（North Bridge）芯片和南橋（South Bridge)芯片。MPU是計算機的計算、判斷或控制中心，有人稱它為”計算機的心臟”，往往是個人計算機和高端工作站的核心CPU。Intel X86，ARM的一些Cortex-A芯片如飛思卡爾i.MX6、全志A20、TI AM335X等都屬於MPU。
英特爾、高通、三星、飛思卡爾、聯發科及展訊等供應商是這個市場的領導者。國產的MPU市場佔有率非常小，幾乎為零，華大、華為、紫光國芯等企業在加大研發相關技術。
▉ DRAM/NAND Flash
存儲器是用來存儲程序和數據的部件，對於計算機來說，有了存儲器，才有記憶功能，才能保證正常工作。存儲器的種類很多，按其用途可分為主存儲器和輔助存儲器，主存儲器又稱內存儲器（簡稱內存，港臺稱之為記憶體）。外儲存器是指除計算機內存及CPU緩存以外的儲存器，此類儲存器一般斷電後仍然能保存數據。常見的外存儲器有硬盤、軟盤、光盤、U盤等。DRAM就是我們一般在用的內存，而NAND Flash 閃存，它在做的事情其實是硬盤。從市場規模來看，當下最主流的存儲器是 DRAM，NAND Flash，NOR Flash，尤其是前兩者，佔據了所有半導體存儲器規模的 95%左右。
硬盤和內存的差異，在於把電源關掉後、空間中儲存的數據還會不會留著。就算關掉電源，硬盤的數據也不會消失。內存的處理速度比硬盤更快，但斷電之後數據會消失，且價格也比硬盤貴。
Flash（閃存）由於具備了重量輕、體積小、功率低等優點，被應用在各類電子產品的硬盤上。Flash 又可以分成 NOR 型 Flash 和 NAND 型 Flash。NOR Flash 比 NAND Flash 更早導入市場。讀取的速度較快，但寫入的速度慢、價格也比 NAND Flash 貴。目前市場以 NAND Flash 最為普遍。
比速度：CPU裡面的Register > Cache > 內存 > 硬盤。越上層（越靠近 CPU），速度就越快、價格越高、容量越低。
DRAM芯片是一個高度集中的產業，從當前全球市場份額來看，三星、SK海力士和美光為市場三巨頭，截至2017年年中共佔據全球DRAM芯片市場份額的96%。三星為龍頭企業。總的來說，DRAM擴產受困於技術瓶頸和國際大廠的壟斷，國產DRAM廠商仍處於起步階段：福建晉華的32納米DRAM利基型產品，以及合肥長鑫(睿力)的19納米DRAM正在發力。
DRAM市場份額
2014-2018年，DRAM價格上漲圖
除了DRAM之外，存儲器另外一個領域NAND Flash，也面臨類似的情況。NAND Flash市場的玩家，有三星、東芝/閃迪、美光、SK 海力士，四家總共佔市場99%份額。相比DRAM市場，多了一個東芝/閃迪。NAND Flash主要用在兩個領域，一個是手機的閃存，另外一個是固態硬盤SSD。在移動終端設備中，NAND Flash 是必不可少的組件之一，而且也是最昂貴的組件之一。據研究公司 CINNO 的分析師 Sean Yang 表示，蘋果是全球最大的 NAND Flash 芯片客戶，2017年蘋果的總需求達到 1.6 億片，佔全球需求的 15%，其供應商為日本東芝、美國西部數據、韓國SK海力士和三星電子等頂級內存芯片廠商。長江存儲被視為中國在存儲領域趕超並挑戰諸如三星電子、東芝、SK海力士、美光和英特爾等市場領導者的希望。
近兩年來存儲行業的強勢價格走勢，已經極大地影響了國內智能手機產業乃至整個 IC 芯片行業的發展。要能成為國際市場中擁有影響力的廠商，尖端技術、知識產權和大規模量產能力是必要條件。而這些必要條件的建立可能需要數十年的時間。無論如何，2018將成為中國存儲器發展的關鍵年。
▉ CPLD/FPGA
CPLD是從PAL和GAL器件發展出來的器件，相對而言規模大，結構複雜，屬於大規模集成電路範圍。是一種用戶根據各自需要而自行構造邏輯功能的數字集成電路。其基本設計方法是藉助集成開發軟件平臺，用原理圖、硬件描述語言等方法，生成相應的目標文件，通過下載電纜（“在系統”編程）將代碼傳送到目標芯片中，實現設計的數字系統。
FPGA即現場可編程門陣列，它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎上進一步發展的產物。它是作為專用集成電路（ASIC）領域中的一種半定製電路而出現的，既解決了定製電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數有限的缺點。FPGA主要的挑戰來自於低功耗，高能效。
進入FPGA這個行業的門檻很高。過去十多年時間裡，Intel、IBM、摩托羅拉、飛利浦、東芝、三星等60多家公司曾試圖涉足該領域，除Intel以167億美元收購阿爾特拉成功進軍該領域之外，其餘公司紛紛折戟沉沙。目前的FPGA市場， Xilinx（賽靈思）和Altera（阿爾特拉）兩家公司佔據了90%的市場份額。
除了市場份額低之外，國內廠商在技術水平上和國外大廠的差距很大。雖然國內FPGA廠商有百家爭鳴之勢，但基本分佈在中低端市場，大多是一些1000萬門級左右的FPGA，少數達到2000萬門級的FPGA雖然也有自主研發的。中國電科的3500萬門級FPGA和中國電子7000萬門級FPGA，是一次重大技術突破。
目前，技術壟斷，人才壟斷，資金投入門檻高是目前中國FPGA產業發展的三個主要瓶頸，但是，客觀因素決定中國必須將FPGA產業發展起來。因為物聯網、人工智能和智能製造等新興市場都是FPGA市場的未來。
▉ 高端伺服電機
伺服電機廣泛應用於各種控制系統中，能將輸入的電壓信號轉換為電機軸上的機械輸出量，拖動被控制元件，從而達到控制目的。有直流和交流之分，最早的伺服電機是一般的直流電機，在控制精度不高的情況下，才採用一般的直流電機做伺服電機。當前隨著永磁同步電機技術的飛速發展，絕大部分的伺服電機是指交流永磁同步伺服電機或者直流無刷電機。
國產伺服的發展，可以從1999年開始，主要是對標松下，安川，三菱這三家通用伺服。走的是中低端路線，目前經過20多年的發展，現在已經在中高端市場有一定的地位。但總體量仍然很小。約佔中國伺服市場10%左右。
我國伺服電機有很多難點沒有解決：
- 外形普遍較長，外觀粗糙，小的不小，大的不大
- 信號接插件的可靠性需要改進
- 另一個核心技術就是高精度的編碼器
- 缺失基礎性研究：包括絕對值編碼器技術、高端電機的產業化製造技術、生產工藝的突破、性能指標的實用性驗證和考核標準的制定。
- 伺服系統各部分產業協同聯合不夠
國內的高端市場主要被歐美日國家的企業所佔據。其中，日系品牌佔據了超過50%的市場份額，松下、三菱電機、安川、三洋、富士等品牌壟斷了我國中小型OEM市場，而在大型伺服市場上，西門子、博世力樂士等歐系品牌也掌握著傳統優勢；哪怕是中低端市場，也正在遭受臺系品牌的入侵。
▉ 超高射頻芯片
射頻技術（RF）是Radio Frequency的縮寫。較常見的應用有無線射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID），常稱為感應式電子晶片或近接卡、感應卡、非接觸卡、電子標籤、電子條碼等。
射頻芯片指的就是將無線電信號通信轉換成一定的無線電信號波形，並通過天線諧振發送出去的一個電子元器件。射頻芯片架構包括接收通道和發射通道兩大部分。對於現有的GSM和TD-SCDMA模式而言，終端增加支持一個頻段，則其射頻芯片相應地增加一條接收通道，但是否需要新增一條發射通道則視新增頻段與原有頻段間隔關係而定。
射頻前端芯片是移動智能終端產品的核心組成部分，追求低功耗、高性能、低成本是其技術升級的主要驅動力，也是芯片設計研發的主要方向。5G時代的來臨，對射頻技術來說既是機會也是挑戰。5G 標準下現有的移動通信、物聯網通信標準將進行統一，因此未來在統一標準下射頻前端芯片產品的應用領域會被進一步放大。
射頻芯片是無線通信的關鍵部件，目前，高端射頻芯片大部分由國際大公司壟斷。美國商務部制裁中興通訊的禁售產品中，就包括高端射頻芯片。
國內外目前領先的射頻供應商如下：
Qorvo與Skyworks、新博通、Muruta(村田)四家幾乎佔據了全球射頻領域80%的市場份額，被業內稱之為“四足鼎盛”。據悉，全球約90%的市場被控制在歐美廠商手中。
- Qorvo 由 RFMD 和 TriQuint 合併而成。兼具 RFMD 和 TriQuint 的技術、集體經驗和智慧資源，是移動、基礎設施和國防應用領域可擴展和動態 RF 解決方案的全球領導者。
- Skyworks（思佳訊）：射頻元件龍頭，蘋果射頻供應商，主營方向為射頻前端產品，包括射頻功率放大器即RF PA、各種濾波器、混頻器、衰減器等。
- 新博通（安華高，含博通）：收購博通後，其在射頻領域的地位更強大，功率放大器芯片被應用在許多旗艦機上面。
- Murata（村田）（收購Renesas的功率放大器業務）：村田主營產品有陶瓷電容、陶瓷濾波器、高頻零件、無線傳感器等。前陣子，村田宣佈收購意大利的無線射頻（RFID）技術新創企業ID-Solutions，加速物聯網布局。
目前全球射頻前端芯片產業擁有較為成熟的產業鏈。歐美日IDM大廠技術領先，規模優勢明顯；中國臺灣企業則在晶圓製造、封裝測試等產業鏈中下游佔據重要地位；中國大陸公司則主要以海思和漢天下為主的Fabless公司，三安和海威華芯開始在代工領域發力，而能訊卻以IDM模式開始釋放國產氮化鎵的潛力，為市場提供系列化性能出眾的氮化鎵器件。
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