半导体产业链的上游主要是半导体材料和设备，也是我国最薄弱的环节。

　　半导体材料可以分为晶圆制造材料和封装材料，前者主要包括硅片、光刻胶、各种靶材、特种气体、CMP抛光液和抛光垫等；后者主要包括封装基板、引线框架、键合丝包封材料等。全球半导体材料市场主要被美国、日本和我国台湾地区所垄断。近些年，我国大陆的一些企业也开始有所突破。

　　半导体设备可以分为硅片制造设备、晶圆制造设备、封装设备和辅助设备等，其中晶圆制造设备占所有设备投入的70%以上，而光刻机、刻蚀机和薄膜沉积设备是晶圆制造的核心设备。半导体设备市场集中度非常高，全球前五大厂市场占有率超过60%，它们分别是应用材料、泛林科技、阿斯麦(ASML)、东京电子和科天半导体，均来自美国、日本和荷兰。其中，在高端光刻机领域，阿斯麦的市场占有率超过80%，用于14纳米以下工艺的EUV光刻机更是全球独此一家，我国半导体设备厂商只在部分设备中有所突破。

　　光刻机是芯片加工的规划师，可以将设计好的电路图转印到晶圆上。1978年，美国的GCA公司推出全球第一款商用步进光刻机，光刻精度为3微米。随着光刻精度的提升，光刻机对光学器件的性能要求越来越高，擅长精密光学镜头加工的日本佳能和尼康后来居上。但是在一次关键的技术升级中，日本企业由于坚持了错误的技术路线被采用浸润式光刻技术、坚持“开放式”创新的阿斯麦打败。目前在高端光刻机领域,阿斯麦一枝独秀。

　　刻蚀机是市场空间最大、产品种类最多的工艺设备。目前全球主要设备厂商，应用材料、泛林科技以及东京电子，都是从做刻蚀机起家，后来再通过不断地研发及外延并购，逐渐形成完整的工艺设备系列产品。值得一提的是，我国唯一具有国际竞争力的半异体设备制造企业一中微半导体，也是从刻蚀机开始做起。

　　检测设备是半导体制造的质量监督员。检测设备的主要功能包括两个方面：一个是检查，找出关键缺陷；另一个是测量，测量出加工线宽、薄膜厚度、刻蚀深度以及侧壁刻蚀角等关键参数。一颗芯片需要经过上千道工序的加工，而每一道工序都有可能由于技术不精确或外部环境污染引入偏差和缺陷，如果不对晶圆加工制造过程进行持续的检测和修正，缺陷累计可能导致正片晶圆的失效。

　　半导体产业链的中游可以分为设计、制造和封测三个环节。在半导体产业发展早期，这三个环节通常由同一家企业完成称之为“IDM”。20世纪80年代，随着第三方代工的崛起，产业逐渐开始分工。

　　芯片设计就是将产品需求转化为物理层面的电路设计版图，这与软件行业有些类似，属于智力密集型行业。芯片设计的主要步骤包括功能定义和实现、电路验证和优化、逻辑综合、版图设计、版图物理验证等，最终形成版图文件，提交给代工厂进行芯片制造。

　　全球前十大芯片设计主要来自美国和我国台湾地区近几年，我国海思也榜上有名。2019年年底，我国大陆的芯片设计公司数量已经近1800家，其中营收超过1亿元的在两百家左右。2000年以来,我国大陆芯片设计行业快速成长，涌现出了兆易创新、汇顶科技、格科微、澜起科技等一批优秀公司，但是依然存在企业数量多而不强、设计人才不足等问题。

　　随着摩尔定律的演进，半导体制造工厂的投资动辄百亿美元以上，先进工艺的研发也愈加困难。2018年，晶圆代工厂格罗方德宣布停止7纳米及以下工艺制程的研发，专注于14纳米Fin-FET技术和FD-SOI技术。全球范围内，只有台积电、三星和英特尔可以量产7-10纳米先进工艺。

　　在制造环节,全球八大晶圆代工厂垄断了近90%的市场份额，并呈现一超多强的局面，台积电一家独大，占据全球60%以上的市场份额。2017-2020年全球计划兴建晶圆厂62座，其中26座将落户我国大陆，占比超过40%。但从存量上看，我国大陆晶圆代工的产能在全球的占比仍然不足20%。中芯国际、华虹和华润微电子是我国大陆晶圆代工厂的典型代表。

　　封装主要是为了将芯片的I/O接口与外部系统连接，并提供保护和散热功能。当前封装技术有两个发展方向：一个是微型化，向更加轻薄、成本更低、散热功能更好、更多的I/O接口方向发展，甚至开始采用一些晶圆加工的技术，模糊了晶圆制造和封装之间的界限；另外一个是集成化，将不同功能的芯片通过硅通孔技术高蜜度的封装到一起，形成具有一定功能的(子)系统。测试主要包括晶圆测试和成品测试，工序上与封装结合紧密，通常由封装企业代劳。

　　半导体产业是一个下游应用需求拉动的市场，在过去的六十年里，半导体产业发展的主要驱动力经历过多次变化，从最早的军事工业应用到20世纪80、90年代的个人计算机，再到近些年的手机等移动通信产品，现在最新的应用方向包括物联网、汽车电子、5G及人工智能等。

　　我国是全球最大的电子产品生产国，但并不是一个电子制造的强国，其中一个重要原因就是我国半导体产业长期落后于西方国家，高端芯片受制于人。但是近些年，随着国家政策和资金的到位、产业技术的成熟及市场的快速发展，我国迎来了半导体产业发展的黄金时期。

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