2021-12-17 07:00

芯片产业的世界经验与启示

加速发展以芯片为基础的一系列高新技术产业，减少对进口芯片的依赖，使我国真正成为科技强国。

芯片是高端电子设备制造业的关键，在“中国制造”向“中国智造”的转型过程中，我国对芯片需求不断增加。但国内芯片企业大多只涉及中低端设计和制造，不能完全满足高端科技产业的需求。

在中美贸易摩擦和新冠疫情影响下，中国要想走自主创新之路，成为科技强国，必须加速发展以芯片为基础的一系列高新技术产业，提高国产替代率，减少对进口芯片的依赖。

“十四五”规划在打造数字经济新优势方面强调，要“聚焦高端芯片、操作系统、人工智能关键算法、传感器等关键领域”。

近年来，为推动和支持芯片产业发展，国家陆续发布一系列产业扶持政策，并成立了国家集成电路产业投资基金（简称大基金），为芯片产业注入资金和活力。

但总体来看，我国芯片行业自主可控能力仍然有待加强。虽然我国在封装测试（以下简称封测）等子领域有一定的领先优势，但在芯片设计及高端制造领域仍存在不小差距。

为更好促进我国芯片产业的快速健康发展，本文总结分析了一些国家和地区芯片产业发展的经验，为我国芯片产业发展提出了相关建议。

芯片产业涉及的环节复杂，产业链较长，资本壁垒和技术壁垒都非常高。我国芯片技术在整体上较为落后，自主可控情况不太乐观。

在芯片设计环节，国产替代率较低，尤其是高端芯片设计比较薄弱。即便是华为海思和紫光展锐这些国产芯片企业的佼佼者，其架构授权的核心也没有做到完全自主可控。

在芯片制造环节，国内领先的中芯国际、厦门联芯与世界领先的三星、台积电等巨头制程相差两到三代。芯片封测是在技术上最接近世界水平的环节。长电科技收购新加坡星科金朋后，市场份额跻身全球第三。

在芯片材料设备领域，材料市场几乎由日本企业垄断，高端加工设备供应商则主要为荷兰、日本和美国企业。

总体而言，唯有封测环节，中国企业已跻身世界第一梯队，做到了一定程度上的自主可控。

（1）设计能力有待加强，亟待建设生态系统

国内的芯片设计更多集中于中低端产品，即便是可以设计出高端芯片的企业，也未能构建自己的生态系统。

长期来看，只有建立自己的生态系统，从上游的设计环节就开始主导产业链发展，才能形成集聚效应和规模优势，实现真正的自主可控，保持长久的生命力。

（2）材料设备依赖进口，高端制造有待提升

芯片材料的技术壁垒比较高，核心技术主要掌握在美国、日本等国家手中，我国大部分材料自给率不到30%，主要依靠进口，成本很高。光刻机是芯片制造的必需设备，目前我国尚未实现光刻机的大规模生产。

从整体上看，中国芯片产业更多集中在后端工艺，上游基础原材料、芯片设计等核心技术仍掌握在国外厂商手中。

（3）应用领域比较狭窄，通信芯片仍有差距

目前国产芯片的应用范围有限，在很多应用领域都没能有效开拓市场。超级计算机的芯片和手机的通信芯片是国内芯片企业做得比较成功的领域。

中国在美国的遏制之下研制出了自己的神威芯片，并在超级计算机领域形成了“天河、神威、曙光”三足鼎立的格局；华为海思在手机芯片研发上具备较强的技术实力，助力华为在通信芯片世界市场上占据一席之地。

但在其他领域，国产芯片很难进入市场。

（1）美国

美国是全球范围内芯片产业的巨头，建立了较为完备的产业链，在产业链上的各个环节都有一定的技术实力。目前，主流的芯片架构包括X86、MIPS和ARM三种。

在模拟芯片设计方面，美国有德州仪器和ADI两大巨头。

其中，德州仪器产品覆盖范围最全，抢占了2020年约20%的市场份额。在高端数字芯片领域，美国更是一骑绝尘，英伟达和AMD这两家美国公司几乎垄断了整个GPU设计市场。

此外，美国芯片产业在FPGA设计市场也拥有绝对的领导地位，主要公司包括赛灵思、阿尔特拉（Altera）和莱迪思（Lattice）等。

在芯片制造领域，美国具有全球一流的技术水平。

英特尔的10nm节点芯片规格可与我国台湾地区台积电的7nm节点芯片竞争；以格罗方德（Global Foundries）为代表的晶圆代工厂具备12nm特征尺寸先进节点；德州仪器、ADI和美光科技等公司则以IDM模式为主，具备领先的存储芯片和模拟芯片制造能力。

芯片设备更是美国芯片产业的传统优势。

以科天（KLA-Tencor）为代表的芯片量测和检测设备厂商处于行业领导地位；泛林（Lam Research）在刻蚀和薄膜沉积领域具备领先优势；应用材料（Applied Materials）公司则在薄膜沉积、刻蚀和离子注入方面处于领先地位。

综观美国芯片产业的发家史，其之所以保持全面领先的地位，主要是采取了具有远见的国家发展战略。

20世纪80年代之前，美国政府就制定了扶持芯片产业发展的国家政策法规（见表1），高度重视研发创新和高科技研发人才的培养，主要依靠国防采购创造大量芯片需求，确立先发优势，迅速崛起成为全球芯片霸主。

因此，美国芯片产业的繁荣一定程度上也可以归为“国家意志和军方扶植的产物”。美国的芯片产业曾一度被日本超越，发生了芯片产业“第一次产业转移”（见图1）。

但在《国家研究法案（NCRA）》框架下的SEMATECH计划等一系列产业政策的大力支持下，美国芯片产业通过调整战略发展方向、深耕Logic和微组件等高附加值的产品，又重新回到了世界霸主的地位。

国家政策对芯片产业发展的重要性在美日芯片产业激烈竞争的过程中体现得淋漓尽致。

值得指出的是，美国芯片产业国家政策能够成功的关键不仅在于产业发展方向的战略性把握，还在于与时俱进、持续不断的RD（研发）投入支持。

1999―2019年复合年均增速为6.3%的RD投入确保了美国芯片产业的长期活力与生命力（见图2）。

特别地，2019年美国芯片产业RD投入占全球芯片产业RD投入的一半以上，而这些RD投入至少有40%来自国家层面的支持。

相较于美国，中国芯片产业目前的RD投入尚处于起步阶段，2019年芯片产业RD投入仅占GDP的0.01%，投入水平远低于美国，可谓任重道远。

（2）荷兰

ASML（阿斯麦）是荷兰的光刻机制造公司，也是全球唯一的高端光刻机生产商。

在复杂的芯片产业中，荷兰凭借着在光刻机领域的领先地位，成为芯片产业链上不可缺少的一环。

ASML的成功，与其说是荷兰的成功，不如说是各国合作的结果。ASML像一家“没有国界”的企业，资金、技术来自四面八方，其生产的光刻机超过90%的零件是从外部采购的，如镜头配件来自德国，光源技术来自美国等。

这样的模式使ASML可以在整个设备的不同部位同时获得世界上最先进的技术，从而可以集中精力在部件整合和客户需求上做文章，在日新月异的芯片行业中取得相对竞争优势。

此外，ASML每年人均研发经费名列欧洲第二，吸引了全球大量的优秀人才，这也是ASML能够“独步全球”的重要原因。

（3）德国

德国是传统工业强国，在部分芯片领域也有可圈可点的表现。

萨克森州的德累斯顿被誉为“德国硅谷”，是德国最大的半导体产业基地，也是欧洲最大的半导体、电子技术和微电子技术的行业联合会所在地，德国政府通过微电子与纳米电子研究工厂、半导体企业设备和能力升级等项目为该区域持续拨发资金。

德国政府对芯片产业的政策支持不仅打造出远近闻名的德累斯顿微电子产业集群，也培养出英飞凌、Dialog等著名芯片企业。德国的英飞凌曾经是西门子的半导体部门，于1999年拆分出来，在2020年已成为全球十大半导体制造商之一。

英飞凌在模拟和混合信号、射频、功率及嵌入式控制装置等领域掌握尖端科技，其生产的手机芯片、汽车功率芯片在世界范围内都是佼佼者。

（4）日本

日本芯片产业的发展总体上经历了技术引进、自主发展、赶超美国和衰退四个阶段。

日本政府早在1957年就颁布了《电子工业振兴临时措施法》，支持本土企业积极引进学习美国的先进技术，随后又于1971年和1978年分别颁布了《特定电子工业及特定机械工业振兴临时措施法》和《特定机械情报产业振兴临时措施法》，进一步巩固了以半导体为核心的信息产业发展。

自2001年起，日本政府先后又实施了19个产业集群计划，为芯片产业提供支持。日本政府早期制定实施的产业政策为其本土半导体企业提供了大量RD经费支持。

1976―1979年，总计737亿日元的RD经费中有39.5%来自日本政府补助金（291亿日元），这为日本突破16K的DRAM存储器技术并逐步在20世纪80年代初（1982年）实现赶超美国创造了良好的资金条件。

然而好景不长，在20世纪80年代末至90年代，因为日美“半导体战争”，长期以来在产业结构上以“垂直整合”模式为主、在产品结构上以DRAM存储器取胜的日本企业，面临着产业结构变化与产品市场调整的双重压力，实力遭到严重削弱，在手机芯片、电脑芯片等通用芯片市场的国际竞争力逐渐减弱，由此慢慢进入衰退期。

但以东京电子、东京应化和日本合成橡胶（JSR）等为代表的日本企业仍牢牢扼守世界芯片产业供应链上游，在材料与设备环节保持了长期的相对优势。

（5）韩国

韩国的芯片产业在政府主导下已经发展出许多知名品牌，进入世界第一梯队。

韩国的芯片企业通过自主研发、外包代工的方式，构建起庞大的产业链，催生出以三星和SK海力士为龙头的芯片公司。

三星拥有比较完整的芯片产业链，在技术含量较高的设计和制造领域也具有国际一流水平。

在DRAM存储器领域，三星、SK海力士和美国的美光科技共同瓜分了全球DRAM份额，形成了寡头竞争的格局。此外，三星与SK海力士在NAND Flash领域的产业地位也十分突出，共同占据了全球四成以上的市场份额。

韩国芯片产业生机勃勃的现状离不开韩国政府的大力支持。1975年，韩国政府公布了扶持芯片产业的六年计划；1982年，又出台了《半导体工业扶持计划》；1994年，韩国政府进一步推出了《半导体芯片保护法》。

此外，韩国政府还积极鼓励企业与高校合作，通过“半导体设计人才培育项目”为芯片产业培养输送高端人才。

这些“自上而下”的产业政策及配套人才项目为韩国吸引全球芯片产业“第二次产业转移”创造了良好的条件。

但是韩国的芯片产业并未完全摆脱国外的影响，日本经济产业省曾在2019年限制对韩国出口日本半导体核心上游原材料、智能手机及电视等显示屏的核心原材料，这些关键材料的限制对三星、SK海力士等公司的相关业务产生了重大影响，对韩国经济也造成了一定的打击。

（6）俄罗斯

俄罗斯的工业基础雄厚，但是较为发达的科技都是与军工密切相关的，民用工业发展落后。

虽然俄罗斯政府大力支持芯片产业发展，但是受苏联解体造成的经济困难和人才断档的影响，其芯片产业仍处于落后水平，电子元器件进口依赖程度超过90%。

俄罗斯在军用芯片领域保持领先地位，自主研发的武器全部使用国产芯片。

从2014年乌克兰危机以来，俄罗斯受到西方一轮又一轮的制裁，但仍能一批又一批地推出世界一流的新武器，主要是因为军事武器更加注重芯片的稳定性和安全性，对芯片的微型化要求不高。

我国在军用电子元件上的自主化程度甚至比俄罗斯还要高很多，军用的CPU、DSP、T/R组件等关键电子元件全部国产化。

但同俄罗斯一样，在民用芯片方面，如手机芯片、电脑芯片等，还是严重依赖于美国。

（7）中国台湾

中国台湾的芯片产业在两个领域处于全球领先地位：芯片的生产制造和封测。

芯片制造企业台积电掌握了全球约60%的晶圆代工订单，其领先全球的芯片制造技术甚至引发了美国的觊觎。日月光则在芯片封测领域取得了丰硕的成果，占据全球20%的封测市场份额，在封测企业中排名世界第一。

此外，在芯片设计环节，以CD-ROM芯片组起家的联发科也很有实力，目前已经位列全球前十大IC设计厂商。

中国台湾能培育出台积电、日月光、联发科等知名芯片企业，在一定程度上可以归为历史原因。在20世纪冷战时期，中国台湾没有受到美国的技术封锁，芯片产业具有先发优势。

但是，现在中国台湾缺乏产业扶持力度，缺乏产业主导能力， DRAM存储器产品在性能、价格、品牌等方面都处于劣势。

根据美国、日本等国家和地区的芯片产业发展经验，若想在芯片产业取得成功，必须坚持以下五点。

一是需要政府强有力的政策支持。

美国、日本等国家在芯片产业方面领先全球，离不开20世纪80年代前政府制定的扶持芯片产业国家战略。

芯片产业是资金壁垒、技术壁垒都比较高的产业，政府投入大量资源，可以帮助本国企业迅速成长，由政府核心部门、产业链上下游的主导企业、技术实力强大的科研机构组成官产学组织，对芯片核心技术的突破起到关键作用。

二是要建立完备的产业生态。

美国在芯片行业建立起了全球领先的产业体系，日本形成了自己的产业集群，韩国三星拥有比较完整的芯片产业链。

美国芯片产业之所以能够一直保持领先，而日本、韩国还会或多或少受到其他国家的制约，是因为美国拥有完备的产业生态，先发优势支撑其技术稳步前进。

三是在领先领域继续保持优势。

多数国家和地区很难做到像美国的芯片产业那样全面开花，但是如果能把握好自身的优势并使之不断扩大，也可以在世界市场上占有一席之地。

例如，日本的半导体材料和设备企业就牢牢扼住了全球芯片产业的上游环节；中国台湾在芯片封测领域占有全球一半以上的市场；荷兰的ASML公司则把握住光刻机的核心技术；德国的英飞凌在手机芯片、汽车功率芯片领域表现出众。

在已经有领先优势的领域继续扩大优势，目的是形成核心竞争力，扩大竞争优势，逐步实现自主可控。

四是要大力培养和引进芯片行业人才。

政府站在国家战略高度培养和引进人才，为芯片行业的发展从源头上提供了动力。企业和高校之间进行合作，也为产业培养出兼具高端技术与实践经验的复合人才。

五是培育自主品牌，打破技术垄断。

20世纪70年代，美国停止向日本出口芯片产品，导致日本电子计算机在美国的市场份额从80%迅速跌至不足30%，产业受到毁灭性打击。在认识到芯片的关键作用后，日本发动举国之力进行研发，主动应对技术垄断，芯片产业逐步发展。

如今，我国华为等企业以自己的技术实力打破垄断，打造自主品牌，只有这样才能在遭遇技术垄断时自立自强。

加强芯片产业创新，培育自主品牌，提高产业核心竞争力。单纯依靠技术引进不是实现芯片产业高质量快速发展的捷径，只会陷入尴尬的被动局面。

中国应继续坚定不移地站在国家战略的高度，制定更加清晰的长远规划和强有力的产业政策，加大政策支持和RD投入的资金支持力度，鼓励芯片企业提高技术实力，加强企业创新，提高产业核心竞争力。

与此同时，在提高国产替代率的过程中大力培育自主品牌，积极促进自主品牌“走出去”，在国际市场抢占份额，参与国际标准的制定。

要想实现弯道超车，必须抓住新一代信息技术革命的机遇，注重优势领域的发展，继续扩大优势。

一方面，以华为为代表的国内企业在通信芯片上有一定的领先优势，国内企业要加快自主创新步伐，冲破技术垄断；另一方面，面对以ABCD（人工智能、区块链、云计算、大数据）为代表的科技兴起，要抓住随之而来的机遇。

具体来看，云计算属于分布式计算，对芯片单核计算能力的要求下降；大数据改变了传统计算模式，对数据中心的依赖程度显著下降；人工智能则几乎重新分配了计算任务，计算任务开始从传统的CPU转到GPU、FPGA、IPU等芯片，相比CPU，后者的技术壁垒还没有完全建立，我国在这些芯片领域有所突破的可能性更大；而物联网则带来了泛在计算，中国在嵌入式芯片领域已经具有一定的技术积累。

加强产学研结合，培养和引进芯片专业人才。

人才是技术提高的源泉和动力，中国必须加快培育和引进高端芯片技术人才，以高效的激励机制吸引人才，以良好的研发环境留住人才。

培养人才与引进人才两手抓，一方面重视本土人才培养，提供更多的资金和政策支持，打造良好的基础研究氛围，派遣专业人才去深造，再回国为祖国效力；另一方面加强高端人才引入，助力国内的研究与创新。

完善芯片产业链的布局结构，多方位构建起完备的生态体系。

◎第一，完善科研创新落地程序，促进科技成果转化和产业化。

◎第二，打造以芯片研发与制造为核心、关联产业为支撑的全产业链，将发展的重点放在核心产品上，不断完善整个产业生态圈。

◎第三，完善公共服务支持体系，营造良好的营商环境和培育创新文化，鼓励企业使用国产芯片。

◎第四，加快金融市场建设，鼓励民间资本投入芯片产业，为技术创新和技术扩散提供有力的资金支持，从而实现芯片全产业链发展，打造我国芯片产业新生态。■

作者单位

龙学文任禹凡中国人民大学财政金融学院

屈博中国互联网金融协会

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本文由企业管理杂志来源发布

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