什么是半导体？什么是半导体卡脖子难题？

半导体是什么？

举个例子，我们都知道金属铜是导体，观察它的原子结构图就会发现它的最外层只有一个电子，我们把这个电子称为价电子，因为原子核与价电子之间的吸引力较小，所以一旦受到外力吸引，这个电子就很容易脱离铜原子，成为一个自由电子，这也是铜能够成为导体的主要原因。同理，观察绝缘体的原子结构就会发现，它们通常拥有八个加电子，极其稳定。顾名思义，半导体应介于二者之间。

那么它的原子结构又是怎么样的呢？

观察元素周期表就可以发现，在导体和绝缘体的分界线附近的元素就是制作半导体的重要材料。硅元素当然是最有影响力的一个，观察原子结构图就会发现它的最外层有四个电子。要想达到平衡状态，不是舍弃四个电子，就是在拉拢四个电子，而硅原子在排列时巧妙的共享了上下左右四个电子，手拉着手组成了稳定八电子结构，也就是共价键。

那么硅的导电性又从何而来呢？

当温度大于绝对零度时，处于架带的电子就可能发生跃迁，变成自由电子，同时原来的位置上就会形成一个空穴，也就是说硅晶体内会存在等量的自由电子和空穴，它们都可以起到导电的作用，这就是纯净半导体，也叫做本征半导体。它的结构虽然完美，但是想要增加半导体的导电能力，还需要掺杂其他元素。当我们把硅原子替换成五价磷原子时，就可以提高自由电子的浓度，得到N型半导体。同理，如果用最外层只有三个电子的硼原子替换硅原子，提高空学的浓度，就可以得到梯形半导体。

那么把这两种类型的半导体连接在一起会发生什么呢？N区的电子迫切的想扩散到P区，P区空穴拼命想要扩散到N区，这时就会形成一个由N指向P的内电场，阻止扩散进行。在二者达到动态平衡之后，就会在交界面形成一个空间电荷区，这就是PN节。PN节具有单向导电性，我们常见的二极管便是利用这个特性制成的。而利用太阳光照射PN节就会激发产生电子空穴对经过界面层的电荷分离，就会形成一个由P指向N的光生电场，这就是光生伏特效应，也是太阳能电池的基本原理。

什么是半导体卡脖子难题？

芯片，简单来说就是用半导体材料制成的集成电路。

芯片是信息产业最重要的部件，手机、电脑、汽车、高铁、电网……这些领域都需要用到大量的芯片，可以说只要涉及到信息的地方就需要芯片。但是常用的电脑核心芯片、高端手机核心芯片、视频系统中显示驱动芯片、数字信号处理设备芯片，以及可编程逻辑设备核心芯片等，都是我们目前还造不出来的高端芯片，几乎完全依赖进口。由于我们对外部市场的高依存度及短期内难以突破的技术壁垒，被“卡脖子”时尤为被动。

我们知道，国内芯片常遭美国“卡脖子”的技术主要涉及三方面，一是制程工艺；二是装备/材料；三是设计IP核/EDA工具。

不过从长期来看，中国半导体产业的发展具有产业集群优势、成本优势、市场规模等优势，在进口替代和产业升级的驱动下，中国半导体产业的前景是光明的。因为发展高科技产业既是中国产业升级的方向，也是中国人民追求美好生活的必经之路，而半导体是发展科技产业无法迈过的基础性行业。

全球十大半导体公司

探索半导体行业的关键参与者，该行业不仅推动技术格局的发展，而且不断革新技术格局。本文按市值列出并直观呈现了全球 10 家最大的半导体公司，深入探讨了前五大公司的创新和商业模式。

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按市值列出的十大上市半导体公司：

英伟达（NVIDIA）3.3万亿美元台积电9630 亿美元博通8180亿美元ASML 4210亿美元三星4200亿美元AMD 2870亿美元高通2310亿美元应用材料2080亿美元ARM 1960 亿美元德州仪器1830 亿美元

截至 2024 年 7 月 9 日的可视化

2024 年 7 月市值最大的 10 家上市半导体公司

英伟达

市值：3.3万亿美元收入（TTM）：798 亿美元净收入（TTM）：426 亿美元成立年份：1993年

NVIDIA 由黄仁勋、克里斯·马拉乔斯基和柯蒂斯·普里姆于 1993 年创立，主要以 GPU 和 AI 领域的创新而闻名。NVIDIA 最初是一家图形芯片制造商，现已发展成为全球最大的公司之一。

虽然 GeForce 系列 GPU 是 NVIDIA 成功的基石，在游戏行业占据主导地位，并为收入做出了重大贡献，但该公司最近的抛物线式增长归功于其在数据中心领域的快速增长。NVIDIA 在 GPU 和 AI 市场都占据主导地位。截至 2024 年初，NVIDIA 控制着全球 GPU 半导体市场约 80% 的份额。这种主导地位在数据中心 GPU 市场更为明显，NVIDIA 在该市场的市场份额估计为 98%，这得益于其 AI 和高性能计算 GPU 的高需求和不断增长的需求。

NVIDIA 的 GPU 被广泛认为是 AI 应用的黄金标准，为全球一些最先进的 AI 系统提供支持。NVIDIA 最大的客户包括微软、Meta、Alphabet（谷歌）和亚马逊等主要科技巨头。最近的 AI 淘金热为该公司的疯狂增长做出了重大贡献，尤其是在其数据中心部门，该部门在 2023 年底的收入同比增长了 279%。因此，截至本文撰写时，NVIDIA 的股价在过去三年中上涨了约 600%。

台积电

市值：9630 亿美元收入（TTM）：702 亿美元净收入（TTM）：268 亿美元成立年份：1987年

台湾半导体制造公司（TSMC）是全球科技行业最重要和最具影响力的公司之一。台积电由张忠谋于 1987 年在台湾新竹创立，是世界上第一家专业半导体代工厂。这意味着它专注于制造其他公司设计的半导体，而不是设计自己的芯片。

台积电是首家将 7nm 和 5nm 制造工艺引入大批量生产的公司，目前正在开发 3nm 甚至更先进的节点。此外，该公司还率先推出了极紫外 (EUV) 光刻技术，这是一项对于生产更小、更高效的半导体器件至关重要的技术。

台积电为众多客户生产芯片，包括苹果、AMD、Nvidia、高通和英特尔等科技巨头。苹果是台积电最大的客户，其 iPhone 使用的 A 系列芯片和 Mac 电脑使用的 M 系列芯片均由台积电生产。台积电的商业模式支持无晶圆厂半导体公司，这些公司设计芯片但将制造外包给台积电，从而使这些公司能够专注于创新和设计，而无需承担建设自有晶圆厂的资本负担。

博通

市值：8180亿美元收入（TTM）：426 亿美元净收入（TTM）：102 亿美元成立年份：1961年

该公司成立于 1961 年，是惠普的一个部门，后来分拆为安捷伦科技公司，通过一系列并购发展成为博通，最引人注目的是 2016 年被安华高科技公司收购，随后采用了博通的名称。

博通的产品组合涵盖广泛的领域，包括数据中心网络、宽带接入、电信设备、智能手机和工业应用。该公司的半导体解决方案对各种设备和系统都至关重要，为从家用路由器和智能手机到服务器和存储系统的所有设备提供动力。博通尤其以其在无线连接、网络和宽带技术方面的创新而闻名。

该公司为苹果、三星、Alphabet 和亚马逊等全球最大的科技公司提供零部件。从苹果的 iPhone 到谷歌的数据中心，博通的芯片是各种设备不可或缺的一部分，凸显了其在科技供应链中的关键作用。

阿斯麦

市值：4210亿美元收入（TTM）：261 亿美元净收入（TTM）：71 亿美元成立年份：1984年

ASML 是一家荷兰跨国公司，也是全球半导体行业的重要参与者，以开发和生产用于制造集成电路的光刻系统而闻名。ASML 成立于 1984 年，是飞利浦和先进半导体材料国际公司 (ASMI) 的合资企业，现已发展成为全球领先的光刻设备供应商。

ASML 的主要产品是光刻系统，这对于半导体芯片的生产至关重要。这些系统使用光在硅晶片上打印微小图案，从而形成电子设备的集成电路。ASML 的技术对于生产用于智能手机、计算机、数据中心和汽车电子产品等各种应用的先进芯片至关重要。该公司的创新对于遵循摩尔定律实现电子元件的持续小型化至关重要。

ASML 对半导体行业最具开创性的贡献之一是其开发了极紫外 (EUV) 光刻技术。EUV 光刻技术使用波长比传统光刻技术短得多的光，可以制造出更小、更快、更节能的芯片。ASML 的 EUV 机器是世界上最先进、最复杂的机器之一，包含数千个组件，每台机器价值超过 1 亿美元。这些机器被台积电、三星和英特尔等领先的半导体制造商用来生产市场上最先进的芯片。

三星

市值：4200亿美元收入（TTM）：1987 亿美元净收入（TTM）：147 亿美元成立年份：1938年

三星是一家韩国企业集团，也是全球技术领导者，以其多样化的产品而闻名，包括消费电子产品、半导体和电信设备。三星电子成立于 1969 年，是三星集团的子公司，现已发展成为全球最大、最具影响力的技术公司之一。

三星的产品组合十分广泛，包括智能手机、电视、家用电器和半导体。该公司以其 Galaxy 系列智能手机而闻名，这些智能手机是市场上最受欢迎和最先进的智能手机之一。三星还是高清电视的领先制造商，在显示技术方面开创了创新，例如 QLED 和 MicroLED。

至于其在半导体领域的贡献，三星生产用于各种电子设备的各种芯片。该公司生产 DRAM 和 NAND 闪存等存储芯片以及应用处理器和图像传感器等逻辑芯片。三星的半导体产品是智能手机、计算机、服务器和大量其他电子设备功能不可或缺的一部分。

三星对韩国经济的贡献是深远的，其市值超过 5000 亿美元，是韩国最大的雇主和出口商之一。三星的成功在将韩国转变为一个以技术为特色的国家方面发挥了至关重要的作用。

END.

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