集成电路_ 中国社科院 ｜集成电路产业①中国自主产业链正在形成

在美国以非常规的手段包围中国集成电路企业时，中国加快芯片自主开发，提高核心技术和重要装备自给率具有重要的战略意义。 总的来说，美国仍然在集成电路产业链中处于支配地位，与中国有显着差距。 在芯片设计和相关软件工具领域，中国已经有了一些突破，芯片的制造、封测环节加快了向中国的转移，特别是封测和相关设备的制造，在中国接近世界先进水平的领域硅晶片材料方面，中国目前正在解决“从无到有”的问题 总体来看，中国集成电路自主产业链已经形成，一些局部创新已经达到世界领先水平，但在一些关键技术和关键材料和设备方面仍然受到人们的束缚，如高端雕刻机、芯片设计工具软件和高纯度硅供应方面，在中国有明显的短板 一、中国集成电路产业发展状况 (一)全球集成电路产业发展概况； 全球半导体贸易统计组织( WSTS )数据显示，2018年全球集成电路产业总销售额为4688亿美元，比上年增长13.7%，全球集成电路行业增长至全球GDP平均增长率的3倍以上，成为推动全球经济增长的重要力量，未来仍保持高速增长势头 从地区市场来看，中国、韩国、美国、欧洲、日本等都是世界半导体行业的主要市场。 据WSTS统计，2018年中国大陆市场销售额达到1584亿美元，比上年增长6.1%韩国市场销售额达到1147亿美元，增长率达到24.3%美国半导体市场销售额达到1030亿美元，比上年增长16.4%欧洲半导体市场销售额达到430亿美元， 比上年增长12.1%，日本半导体市场销售额同比增长9.2%，达到400亿美元，韩国市场销售额达到1147亿元，增长率达到24.3%。 从贸易状况来看，由于技术优势和各国市场容量的差异，世界半导体行业的市场贸易显着，中国贸易逆进问题特别严重。 据WTO统计，2017年世界集成电路产品进口总额约9600亿美元，占世界货物贸易进口总额约5.3%的集成电路出口总额约8088亿美元，约占世界货物贸易出口总额的4.0%。 集成电路产品已成为世界许多国家和地区进出口最大的商品。 例如中国大陆、香港、中国台湾、韩国等。 从净出口情况来看，中国大陆是世界半导体行业贸易逆差最大的地区，2017年半导体行业贸易逆差为2010亿美元，美国、欧盟和中国香港地区是微小的贸易逆差，韩国、马来西亚、中国台湾、日本、新加坡等是贸易顺差。

图1 2017年世界半导体行业主要贸易国进出口情况数据源:世界贸易组织，https://data.wto.org。 设备对集成电路行业的发展至关重要，根据SEMI统计，2018年全球半导体设备的销售额达到621亿美元，比2017年的566亿美元增加了9.7%。 美国作为半导体产业的发源地，仍然是集成电路行业设备的全球领先者，占世界约47%的市场份额。 另外，从美国集成电路行业设备的供需状况来看，其主要设备已经出口，美国商务部的统计数据显示，84%的半导体制造设备已经在美国以外销售。 (二)中国集成电路产业发展概况 工信部的研究报告显示，中国已经成为世界规模最大、增长率最快的集成电路市场，市场规模不断扩大，年平均增长率保持在20%以上。 据中国半导体行业协会统计，2018年，中国集成电路产业销售额为6532亿元，比上年增长20.7%。 从进出口情况看，尽管增长率短期波动，但总体保持增长态势，贸易逆差扩大。 2018年，中国大陆进口额达到3120.6亿美元，比上年增加19.8%，出口额达到846.46亿美元，增加26.6%，集成电路贸易逆差进一步扩大到2274亿美元，比2017年增加17.7%。

图22013-2018年中国集成电路市场增长和进出口情况数据源:中国半导体行业协会。 从中国集成电路行业的内部结构来看，设计业、制造业和包装业保持着高增长率，其中设计业和制造业的增长率超过包装业。 2018年，设计业销售额为2519.3亿元，比2013年808.8亿元增加了211.49%，制造业销售从600.86亿元增加到1818.2亿元，增加了202.60%的包装业从1098亿8500万元增加到2093.9亿9000万元，增加了99.65% 但这种情况并没有显示出中国集成电路产业在设计和制造过程中竞争力的提高，这两个环节的外资企业比重较高，2017年，中国大陆芯片设计制造企业前十名中有四家外资企业，这四家企业市场份额达到40%。

图32013-2018年中国集成电路细分行业销售额变化情况数据源:中国半导体行业协会。 从中国集成电路产品的综合竞争力来看，中国产品的市场份额不断增加，但价值链的附加价值能力还需进一步提高。 2013年至2018年，集成电路行业进口量由2663.1亿1千万块增加到4175.7亿7千万块，平均价格由0.869美元/块下降到0.747美元/块，减少率由1426.7亿7000万美元下降到2171亿美元 进出口单价差(出口单价减去进口单价)从0.254美元/区块增加到0.357美元/区块。 尽管进口量和出口量快速增长，但在芯片持续降价的背景下，进出口价格差距不断扩大，反映了中国集成电路产业整体竞争力的现实困境。

图4 2013-2018年中国集成电路产品进出口单价比较数据源:中国半导体行业协会。 二、中国在集成电路产业链各环节的竞争地位 集成电路产业链包括纵向设计技术认可、芯片设计、芯片制造和封装测试、重要支撑材料和设备供应。 美国在产业链的重要环节占有主导权，即使一些技术转移、扩散到日韩和中国台湾，美国仍然拥有技术发言权和控制力，预计今后相当长的时间内，美国仍将维持芯片产业链的霸权。 但在国家科技重大专家和国家集成电路产业投资基金的支持下，中国芯片产业取得了一些重大成就，也应该看到集成电路产业加快向中国的转移。 但是，由于集成电路产业的高技术密集性和高资本密集性的特点，我国在这个领域的技术跟踪决定不能一举，除了切实推进自主技术开发外，别无他法。 由于技术壁垒和投资壁垒的存在，集成电路产业的重要环节的市场集中度较高，各国重要企业之间的规模和技术水平的差异直接反映了各国在集成电路产业特定环节的竞争状况。 通过分析集成电路产业链上中国企业与世界先进水平的差距，我们可以了解中国在集成电路产业链各环节中的竞争地位(如图5所示)。

图5世界高端芯片产业链的主要厂商注:是产业链的一环，上端的绿框架是除中国大陆以外的世界主要厂商，下端的蓝框架是中国大陆的主要厂商。 资料来源:作者整理(1)来源技术和基础设施短期内难以打破固有生态系统 主导性技术模式对产业发展形成了强有力的技术锁定和技术路径依赖( Soh，2010 )效应，也是制约产业后参与者的有效障碍。 集成电路产业的源流技术现在掌握在英特尔、AMD、ARM手中。 其中英特尔和AMD在电脑领域占主导地位，ARM几乎独占了移动芯片的基础技术。 源流技术框架决定了芯片产业的通用技术标准，已经形成了芯片相关硬件、软件和操作系统稳定的生态系统，单一企业几乎不可能用技术革新来打破这个生态系统。 华为取得ARM8永久性架构许可证，基于该架构开发Taishan核心，完全独立开发高性能处理器，确保整体芯片开发能力。 各芯片开发厂家为了不被人束缚，积极推进源代码技术的开源和新框架。 (二)移动芯片设计自主技术能力逐渐形成，但开发平台仍然受人束缚 基于基础结构和基础技术，芯片产业“勒颈”技术环节处于芯片设计阶段。 随着台积电等专业晶片代理商的出现，芯片设计和制造分离了。 如今国际知名的芯片设计制造商，如高通、英特尔、博斯和AMD，除了由英特尔自己制造外，大多数都是芯片设计专业。 在电脑方面，由于技术许可的封锁，中国大陆的芯片企业也取得了不俗的进步，但与美国的大公司之间还有很大的差距。 目前，中国台湾地区联发科在中低端芯片上具有一定的市场地位，大陆华为思、展会等企业在芯片设计领域具有相当的实力。 人工智能芯片是我国最容易实现曲线超越的领域，目前已有大量产业资本投入研发，已获得具有自主知识产权的世界顶尖技术。 大规模集成电路设计中软件开发平台，即电子设计自动化( EDA )工具软件是必不可少的。 应该说国产软件和美国大公司之间还有十年左右的差距。 在工具软件方面，我国的芯片设计企业仍处于受人束缚的状况，在中兴事件中，美国制造商停止了对中兴的软件许可。 但是，中国产软件如华大九日等，在一些领域已经达到了领先世界的水平。 (3)全球芯片制造独特，重要的生产设备依赖国际采购 作为芯片制造的一环，台湾积电占全球晶片代理业务的一半以上，是芯片制造业中最好的鳄鱼。 中国大陆的晶片代工厂有中心国际、华虹宏力等，但规模和技术远不及台湾同行。 受到先进设备和人才短缺的制约，在12nm以下的高精度晶片加工技术下，大陆企业仍然空白。 现在，如果中心国际能够突破设备的限制，有望将与世界先进工序的差距缩小到两代以内。 芯片生产设备是芯片大规模制造的基础，设备制造在芯片产业中处于重要地位。 芯片加工工艺复杂，需要各种设备。 等离子体刻蚀设备、离子注入机、薄膜沉积设备、热处理成膜设备、涂层机、晶片测试设备等不同环节的重要设备被美国应用材料公司和日本东京电子等企业所独占。 核心器件雕刻机被称为半导体产业王冠上的明珠。 世界上目前能够生产高端雕刻机的厂家只有荷兰的ASML，这是技术路线进化的自然选择结果。 (4)芯片材料要实现“从无到有”的飞跃，推进大规模批量生产 设计和制造是关键，但是熟练的女性不用米就很难煮饭，芯片材料不足，无法实现芯片设计和制造。 芯片材料中最重要的是高纯度硅，我国企业在太阳级高纯度硅中占有绝对优势，但芯片级高纯度硅几乎依赖于进口，德国、美国和日本在这一领域技术领先。 2018年江苏鑫华实现批量生产，开始向韩国出口，有望逐步提高中国高纯硅的自给率。 芯片级高纯硅经过一系列加工生成集成电路所需的基本材料硅晶片，加工硅晶片的企业是芯片代工厂的直接供应商。 随着美国技术转移和企业间并购，目前硅晶片生产被日本信越、日本胜高SUMCO和台湾全球晶片等大型企业所独占，前五大供应商占世界市场份额的90%以上。 中国大陆新兴硅企业上海新升、浙江金瑞沵通过吸引世界优秀人才、引进国际先进技术，形成了一定的生产能力，完善了国内芯片产业的自主供应链。 (5)包装测试的一环已经具有国际竞争力 在集成电路三大产业链中，包装测试阶段是我国企业最容易突破、发展最快的领域。 目前，芯片封测产业正从人力驱动转向资本和技术驱动，行业门槛越来越高。 我国相关龙头企业在前期技术积累和产业政策的推动下，加快了世界赶超的步伐。 随着长电科技收购新加坡封测大型星科金鹏，清华光进入台资企业南茂、力成和世界领先的日月光，台资和美资封测企业也已在中国大陆建厂，中国大陆成为芯片封测厂家最主要的集聚地。 从技术和市场地位来看，中国芯片封测产业已经成为对抗美资和台资企业的重要极点，形成了具有国际竞争力的企业。 在国家科技重大专家“大规模集成电路制造装备和配套技术”的支持下，包装测试设备国产化也在迅速推进。 北方华创、长川科技等企业已经对国内封测企业形成了有力的支持。 芯片后道封装设备方面，上海微电子公司的500系列步进器已占国内80%以上的市场份额。 综上所述，通过整理集成电路产业链，我们发现美国在产业链中仍处于支配地位。 在芯片设计和相关软件工具领域，中国已经形成了一些突破，但在面前追赶还需要时间。 芯片的制造、封测环节加快了向中国的转移，特别是封测和相关设备的制造，是中国最接近世界先进水平的领域。 硅片材料解决了我国前所未有的问题，但国产化率仍然很低。 总体来看，中国集成电路自主产业链已经形成，一些局部创新已经领先于世界，但在一些关键技术和关键材料和设备方面仍然受人束缚，如在高端雕刻机、芯片设计工具软件和高纯硅供应方面，中国存在明显的短板 受瓦塞纳协定的影响，中国集成电路产业在追求世界先进水平的过程中遇到了不少困难。 从现实情况来看，短期内任何国家都不可能完全独立，形成完整的集成电路产业链，但美国的技术封锁和技术压迫还需要重新审视全球价值链的风险，寻求自由贸易和自主创新之间的新平衡。 在此背景下，研究集成电路产业的技术突围途径具有重大的现实意义。 作者刘建丽是中国社会科学院工业经济研究所的研究员，这篇文章是作者在《财经智库》2019年7月号第4卷第4期发表的论文，澎湃报纸获准转载。 文章发表时删去了相关的注释。 中所述情节，对概念设计中的量体体积进行分析