全球供應鏈視角下我國芯片產業的現狀和發展前景分析摘要芯片產業是知識經濟時代國民經濟基礎性和戰略性的產業。近年來美國制裁中興和打壓華為充分暴露了我國芯片供應鏈存在明顯的短板。研究發現，我國芯片產業被“卡脖子”是由于核心技術依賴國際巨頭、材料設備依賴進口、應用領域比較狹窄、各類人才缺口非常巨大等原因造成。因此，我國芯片產業發展要通過培育自主品牌提高核心技術、注重優勢領域實現彎道超車、完善布局結構打造產業生態，加強基礎研究引進和培育芯片人才等對策，促進芯片產業由大到強，實現芯片產業跨越發展。關鍵詞：芯片產業；供應鏈；發展前景目錄TOC\o"1-3"\h\u24644前言 127356一、全球芯片產業發展概況 11257二、我國芯片產業發展現狀分析 23503三、我國芯片產業發展存在的問題 38520（一）設計能力有待加強，核心技術依賴國際巨頭 41202（二）材料設備依賴進口，高端制造有待提升 418437（三）應用領域比較狹窄，通信芯片仍有差距 47363（四）各類人才缺口非常巨大 419478四、我國芯片產業發展對策 522633（一）培育自主品牌，提高核心技術 515293（二）注重優勢領域，實現彎道超車 513133（三）完善布局結構，打造產業生態 630888（四）加強基礎研究，引進和培育芯片人才 612901五、全球供應鏈視角下我國芯片產業發展前景 632240（一）全球芯片產業格局展望 611902（二）我國芯片產業發展前景 811001結語 829702參考文獻 10前言在全球供應鏈深度融合互嵌下，傳統的國際分工格局被改變，傳統的產業間和產業內國際分工已經逐漸深化為產品內國際分工，各國的分工模式、供應鏈和供應鏈生態環境發生巨大的變化[1]。一些國家不僅喪失了本國經濟發展所依賴的正常供應鏈條和產業生態環境，而且還喪失了對關系到國計民生的重點產業和核心技術的自主控制權[2]。中國是全球最大的芯片進口國，年均進口中高端芯片總值超過2000億美元，芯片消費市場超過萬億美元，是全球芯片企業最重要的銷售市場。長期以來，我國裝備制造業和消費電子業采用的中高端芯片主要依賴進口，利潤集中在上游，產成品附加值低，即便在某些領域已經開發出中低端的芯片產品，但受供給能力的制約，仍然無法創造更高的價值回報。美國制裁中興和打壓華為事件為我國芯片產業供應鏈安全敲響了警鐘。當前，我國正處于一場以芯片為主導的技術危機中，芯片領域產業客觀存在的市場短板和價值泡沫，已經成為制造業轉型升級和創新發展的瓶頸因素，理性地正視困難、解決危機，科學地采取有效措施推動我國芯片產業的發展，我們需要做更深入的思考。一、全球芯片產業發展概況中國各大廠商的芯片都由臺積電代工，但臺積電受到美國禁售政策的約束，在2020年9月停止為華為做芯片加工，臺積電的大陸版中芯國際也緊跟著宣布相同的決定[3]。美國很早就決定利用芯片產業和軟件來進行產業控制。這可以用摩爾定律來理解，芯片設計最初也是符合摩爾定律的，但芯片設計的制程受到物理定律的限制，存在設計極限，因此芯片設計的難度在增加，由于流程極為繁瑣，通常芯片設計的成本在持續增加。在芯片設計領域美國公司占據很大優勢，目前全球一半以上的市場份額都被美國相關公司占領。芯片設計公司按照生產方式存在兩種模式，一種是芯片設計自己完成然后自己加工生產，另一種只做設計然后由別的廠家代工[4]。就前者而言，美國的英特爾公司和德州儀器公司就是典型，它們擁有自己的芯片制造工廠，全球市場份額有46%。后一種模式的公司就更多了，比如著名的蘋果公司、英偉達等占有全球68%的市場份額。亞洲的韓國利用大產量的存儲芯片生產占有27%的份額，但芯片設計方面只占1%的份額。日本的情況類似，占據7%的份額[5]。歐洲的法國與意大利合起來占有6%。臺灣有臺積電主營芯片制造，聯發科主營設計，代工與設計完全分開，在設計領域占有16%份額，在芯片生產方面占據6%份額。目前中國大陸在芯片制造領域占3%，排名全球第六，在純設計領域占13%，排名第三[6]。鑒于當前國際形勢，這已經是非常不俗的成績了。由于芯片設計的難度在增加，對設計工程師的要求也越來越高，好在發明了仿真軟件以及能提供架構服務的技術，大大降低了開發難度。在這種背景下，中國的芯片設計公司這幾年開始極速發展，從前景上說，有望在近幾年彎道超車，追上并趕超世界先進水平。中國目前的芯片產業最主要的瓶頸集中在芯片制造領域。隨著芯片的小型化，研發中會不斷出現未曾出現過的困難，有時候甚至需要推翻原有技術路線，找到新的技術原理，這樣就會加大芯片制造投入資金，為了降低成本，就需要通過加大晶圓量產數量。芯片設計與制造面臨不同的問題，芯片設計可以是開源的，但芯片制造不是，隨著制程的減小，逐漸變成了相對狹窄的產業，全球只有極少數公司能夠參與，技術和資金壁壘阻止大多數新手加入該領域。美國的IBM公司在2013年就把自己的芯片工廠賣給格羅方德公司，格羅方德公司是家美國代工廠，曾經全球排名第二，于2018年放棄進軍7納米制程的芯片制造，在此之前臺灣的商聯電就已經放棄了這個目標。二、我國芯片產業發展現狀分析中國的芯片產業發展、起步很早，歷經波折，經過“初創期”“波折期”“追趕期”“突破期”等階段，終于在21世紀走上了持續追趕的快車道。2000年以來，在《十一個五年規劃綱要》和《國家信息化發展戰略》的推動下，中國芯片產業加強政府引導，發展芯片產業，突破產業瓶頸，提高在全球供應鏈中的地位。在國家政策的支持下，中國的芯片技術不斷實現突破[7]。同時，國產芯片的商用化、市場化也取得突破。2013年，華為海思推出麒麟910并運用在華為旗艦手機上，標志著中國自主研發的手機芯片正式被市場認可。在技術、市場齊頭并進的同時，中國芯片供應鏈逐步形成。經過多年發展，我國芯片產業呈現以下特點：一是市場規模擴大，但芯片產品自給能力偏低。統計顯示，過去五年，我國的芯片產業年復合增值率達到21%，是同期全球增速的五倍。據世界半導體行業協會統計，2000－2014年，中國市場規模實現跨越式增長，市場份額位居全球第一，高達50.7%。這表明，中國的芯片市場已逐漸成為全球芯片不可或缺的力量。目前，在全球的筆記本、平板電腦、智能手機等設備中，高達60%芯片產自中國[8]。盡管市場規模持續擴大，國產芯片產值增加，但我國芯片自給能力較差，核心產品嚴重依賴進口，中國企業產品權重僅占10%，90%以上的份額為國外產品所圈占。二是產業體系完備，企業數量龐大，但低端產品缺少競爭優勢。芯片產業包括設計、制造、封裝測試及裝備制造。新形勢下，我國芯片產業已經形成包括設計、制造以及封裝測試及相關配套完備產業體系。目前，三大產業比例約為3.5∶2.5∶4，接近于全球芯片產業的3∶4∶3。從芯片裝備業看，刻蝕、薄膜、氧化、光刻等一般芯片設備已替代了國外同類產品，成功進入中芯國際等企業的生產線[9]。從芯片設計業看，2015年以來八個大型芯片制造項目設計行業整體實力的增強，特別是在海思、展訊、中興等龍頭帶動下，芯片設計門檻提高，前十大設計企業門檻已經提高到了21億元。從封裝測試業看，上游晶圓廠擴建帶來了發展空間和下游物聯網、智能終端、汽車電子等產品市場的旺盛需求，實現了快速平穩增長。三是科研投入較大，技術發展迅速，但核心技術仍然需要進口。進入21世紀以來，我國加快了芯片核心技術的研發力度。但是，總體而言，我國芯片技術實力不強，研發投入不夠，在設計、制造及封測等各環節均與國際先進水平存在較大差距。從芯片設計看，我國企業僅能設計開發出28nm的芯片，而同期三星推出了10nm產品，正在研發的7nm和5nm芯片技術也有突破[10]。從芯片制造看，臺積電、三星、英特爾等主流芯片制造商，開始向7nm線寬工藝突破，7nm工藝成為全球一線芯片制造商發力的焦點。而在我國，實力最強的中芯國際與華力微電子的工藝水平仍處于28nm與14nm，與國際一流芯片企業相比，技術上至少落后1－2代。三、我國芯片產業發展存在的問題（一）設計能力有待加強，核心技術依賴國際巨頭國內的芯片設計更多集中于中低端產品，即便是可以設計出高端芯片的企業，也未能構建自己的生態系統。長期來看，只有建立自己的生態系統，從上游的設計環節就開始主導供應鏈發展，才能形成集聚效應和規模優勢，實現真正的自主可控，保持長久的生命力。另外，從中興事件可以看出，我國芯片供應鏈存在多個空白環節，一些關鍵核心技術依賴國際巨頭，如中興通訊基站芯片中，除了少數數字基帶芯片是國產的，通信鏈路上射頻、ADC多通道模數轉換器、數模轉換器等關鍵芯片都來自美國高通等供應商。除此之外，一些輔助性的芯片軟件，也基本被外國公司掌握。更為重要的是，盡管芯片供應鏈是全球分工的，核心技術也被不同企業所掌握，但是國際巨頭之間通常持有交叉專利許可，可以對等威懾，而我國缺少這樣的殺手锏。（二）材料設備依賴進口，高端制造有待提升芯片材料的技術壁壘比較高，核心技術主要掌握在美國、日本等國家手中，我國大部分材料自給率不到30%，主要依靠進口，成本很高[11]。光刻機是芯片制造的必需設備，目前我國尚未實現光刻機的大規模生產。從整體上看，中國芯片產業更多集中在后端工藝，上游基礎原材料、芯片設計等核心技術仍掌握在國外廠商手中。（三）應用領域比較狹窄，通信芯片仍有差距目前國產芯片的應用范圍有限，在很多應用領域都沒能有效開拓市場。超級計算機的芯片和手機的通信芯片是國內芯片企業做得比較成功的領域。中國在美國的遏制之下研制出了自己的神威芯片，并在超級計算機領域形成了“天河、神威、曙光”三足鼎立的格局；華為海思在手機芯片研發上具備較強的技術實力，助力華為在通信芯片世界市場上占據一席之地。但在其他領域，國產芯片很難進入市場。（四）各類人才缺口非常巨大隨著芯片企業的并購整合成為發展趨勢，我國迫切需要一批具備國際視野的行業領軍者，但限于各種因素，特別是來自國外政府和國際企業的限制，海外高層次領軍人才來華較少。同時，我國芯片產業發展時間較短，高端人才積累較少，在技術研發、產品開發、生產管理等方面的人才比較匱乏。另一方面，由于芯片專業人才培養需要一定的學術基礎，國內有能力開設相關專業的高校數量有限，無法有效滿足迅速擴張的芯片制造企業的龐大人才需求。據統計，我國芯片從業人員總數不到30萬，但按照目前總產值要求，從業人員數量至少翻倍，人才培養嚴重不足。四、我國芯片產業發展對策（一）培育自主品牌，提高核心技術20世紀70年代，美國停止向日本出口芯片產品，導致日本電子計算機在美國的市場份額從80%迅速跌至不足30%，產業受到毀滅性打擊。在認識到芯片的關鍵作用后，日本發動舉國之力進行研發，主動應對技術壟斷，芯片產業逐步發展。因此，我國芯片產業的發展必須勇于創新，培育自主品牌，提高產業核心競爭力。單純依靠技術引進不是實現芯片產業高質量快速發展的捷徑，只會陷入尷尬的被動局面。中國應繼續堅定不移地站在國家戰略的高度，制定更加清晰的長遠規劃和強有力的產業政策，加大政策支持和R&D投入的資金支持力度，鼓勵芯片企業提高技術實力，加強企業創新，提高產業核心競爭力。與此同時，在提高國產替代率的過程中大力培育自主品牌，積極促進自主品牌“走出去”，在國際市場搶占份額，參與國際標準的制定。（二）注重優勢領域，實現彎道超車要想實現彎道超車，必須抓住新一代信息技術革命的機遇，注重優勢領域的發展，繼續擴大優勢。一方面，以華為為代表的國內企業在通信芯片上有一定的領先優勢，國內企業要加快自主創新步伐，沖破技術壟斷；另一方面，面對以ABCD（人工智能、區塊鏈、云計算、大數據）為代表的科技興起，要抓住隨之而來的機遇。具體來看，云計算屬于分布式計算，對芯片單核計算能力的要求下降；大數據改變了傳統計算模式，對數據中心的依賴程度顯著下降；人工智能則幾乎重新分配了計算任務，計算任務開始從傳統的CPU轉到GPU、FPGA、IPU等芯片，相比CPU，后者的技術壁壘還沒有完全建立，我國在這些芯片領域有所突破的可能性更大；而物聯網則帶來了泛在計算，中國在嵌入式芯片領域已經具有一定的技術積累。（三）完善布局結構，打造產業生態美國在芯片行業建立起了全球領先的產業體系，日本形成了自己的產業集群，韓國三星擁有比較完整的芯片供應鏈。美國芯片產業之所以能夠一直保持領先，而日本、韓國還會或多或少受到其他國家的制約，是因為美國擁有完備的產業生態，先發優勢支撐其技術穩步前進。我國芯片產業要想彎道超車，必須完善芯片供應鏈的布局結構，多方位構建起完備的生態體系。第一，完善科研創新落地程序，促進科技成果轉化和產業化；第二，打造以芯片研發與制造為核心、關聯產業為支撐的全供應鏈，將發展的重點放在核心產品上，不斷完善整個產業生態圈；第三，完善公共服務支持體系，營造良好的營商環境和培育創新文化，鼓勵企業使用國產芯片；第四，加快金融市場建設，鼓勵民間資本投入芯片產業，為技術創新和技術擴散提供有力的資金支持，從而實現芯片全供應鏈發展，打造我國芯片產業新生態。（四）加強基礎研究，引進和培育芯片人才加強產學研結合，培養和引進芯片專業人才。人才是技術提高的源泉和動力，中國必須加快培育和引進高端芯片技術人才，以高效的激勵機制吸引人才，以良好的研發環境留住人才。積極學習美國、日本和韓國等國家的企業在芯片領域的人才引進和激勵方法。一方面實施國內外高端人才引進戰略，大力引進優秀專業人才。同時為人才的安居樂業提供良好的政策環境，比如在住房供給、中小學教育和醫療資源等方面為引進的人才提供良好的工作和生活保障。另一方面加強人才自主培養，不僅要重點培養芯片領軍人才、高端人才，還要培養大量技能合格的工程師。高校要在課程體系、專業設置等方面建立、健全芯片產業人才培養體系，滿足芯片產業發展的人才需求。我國深圳南山打造人才基地建設，制定“領航2020人才發展計劃”，重點培養和扶持一批高新技術孵化、人才資源開發等方面于一體的人才產業基地，這對我國其它地區芯片人才引進和培養具有一定的借鑒意義。五、全球供應鏈視角下我國芯片產業發展前景（一）全球芯片產業格局展望與美國、亞洲國家相比，歐洲國家對芯片產業的重視程度相對不高，目前主要是恩智浦（NXP）、英飛凌和意法半導體（ST）三家企業，它們與美國公司之間還有較大的差距，不會讓美國感到威脅。臺灣地區主要是臺積電、聯發科和聯華電子等企業，在芯片供應鏈上的定位是第三方服務，主要在專業晶圓代工制造領域謀求更長期獨占鰲頭[12]。40多年前，臺灣當局與工研院共同推動“集成電路計劃”，從美國引進集成電路技術，并實施RCA技轉計劃，培訓半導體人才。20世紀90年代開始，臺灣地區的半導體供應鏈逐漸完備，躋身世界半導體技術的領先群體。由于臺灣地區并未處于整個產業的最上游，也不會讓美國列為心腹大患。從市場角度來看，韓國是目前最有可能挑戰美國在芯片產業領先地位的國家。與日本相比，韓國芯片產業起步又晚十年，但是憑借政府保護、企業發力，如今韓國的市場份額已與美國最接近。韓國通過政府投入推動科技發展，實施“國家重點研究和發展計劃”，重點發展集成電路技術和產業。憑借三星電子、SK海力士等大型企業，韓國在全球芯片市場份額逐步攀升，已穩步達到17%。韓國《中央日報》2017年披露的數據顯示，半導體占韓國整體出口比重已遠超鋼鐵、造船、汽車等傳統優勢產業。韓國尤其重視中國市場，中國是韓國半導體的最大出口市場，其次是中國香港、越南和美國。按照這一趨勢預判，如果韓國芯片繼續保持良好的發展態勢，市場份額繼續提升10%或者更多，就極有可能遭到來自美國的打擊，從而會出現歷史重演。可以預見，圍繞芯片展開韓美貿易摩擦將成為大概率事件，貿易條款、匯率政策等措施也將輪番上陣。盡管中美在芯片產業領域的差距顯而易見，美國仍將遏制中國芯片產業發展作為重中之重。近年來，以英特爾為首的芯片廠商放慢了工藝制程升級迭代的頻率，業界不時發出摩爾定律即將失效或終結的聲音。技術前進的步伐放緩，在這個時間窗口內，美國的先發優勢不再持續，追隨者只要持續加大研發投入，就具有一定的可能性突破代際差距。這也就是美國之所以故技重施，全力堵截中國的大國崛起之路，掀起以“中興事件”為特征的中美貿易摩擦，阻礙中國芯片產業發展的原因所在。面對美國“卡脖子”的做法，自主創新是中國的必由之路。中國必然要追求芯片產業的自主可控，與美國在芯片領域展開博弈將不可避免。習近平總書記強調，要“推動高性能計算、移動通信、量子通信、核心芯片、操作系統等研發和應用取得重大突破”[13]。多年來，為推動和支持芯片產業發展，國家已發布相關產業政策，如《進一步鼓勵軟件產業和集成電路產業發展若干政策》、《國家集成電路產業發展推進綱要》《關于集成電路生產企業有關企業所得稅政策》等，并成立了國家集成電路產業投資基金，為產業發展注入動力。（二）我國芯片產業發展前景由于物理定律本身的限制，二維芯片存在技術上限，提高芯片光刻精度越來越難，業界通過多年研究探索，逐漸把芯片由平面向三維化發展，以期突破技術瓶頸，滿足市場對高精度芯片的需求[14]。這一技術突破發生在加工工藝從28nm向22nm的轉變過程中，這就是英特爾于2011年推出的FinFET技術。該技術使業界的技術發展重新納入摩爾定律所規定的軌道中，延續了摩爾定律起作用的時間長度，該技術可以被用于7納米芯片的生產制造。芯片3D化促使封裝技術也向3D化發展。英特爾于2019年公布了自己的3D封裝技術，具體方法是把邏輯模塊像千層餅一樣一層層疊加起來成為一個整體，實際使用過程中表現出完美的3D功能，并且還能保持低功耗[15]。AMD公司也于2020年公布了新的封裝技術，就是將傳統的2.5D技術與3D技術結合在一起，據稱此舉使帶寬密度提升10倍以上。眾所周知，CPU的主要功能集中在通用機算，數據處理效率有時難以滿足數據中心要求，而GPU這種善于并行計算的處理器就應運而生了。兩者各有優點，如果集成在一起就會產生強大的數據處理器。目前廣為人知的Chiplet模式就是這一思路的產物。為了發展這種模式，需要研制相對應的封裝技術，而英特爾與AMD的封裝技術則為Chiplet提供了堅實基礎。集成CPU與GPU將為百億級別超級計算機的發展奠定基礎。鑒于上文的分析，中國芯片產業要想在傳統技術路線上靠近發達國家還存在很大困難，好在技術的發展并非一成不變，條條大路通羅馬，芯片產業也不是鐵板一塊，中國企業完全可以在傳統研發的基礎上，適當考慮另辟蹊徑，或許存在彎道超車的可能性。結語芯片是具有高度戰略意義的產業，是大國博弈的焦點。習近平總書記多次強調，要掌握核心技術，并指出核心技術受制于人是最大的隱患。而核心技術靠化緣是要不來的，只有自力更生。因此，芯片產業的自主可控是中國必須要攻克的重大課題。要實現這一目標，中國政府必須將其置于戰略地位，并進行頂層設計。統覽各國芯片發展歷史，決定產業發展水平的首要因素是政府對芯片產業的戰略定位和支持力度。芯片產業的發展決不應局限于企業行為，更多地應表現為國家戰略。要實現這一目標，中國需要圍繞芯片產業建立高水平的官產學體制和機制。從美國、日本發展芯片產業的經驗中可以看出，由核心政府部門、供應鏈上下游的主導企業、技術實力強大的科研機構組成的官產學組織對芯片核心技術的突破起到關鍵作用。比如美國的半導體制造技術產業聯盟（SEMATECH）、日本的VLSI共同研究所在美國、日本芯片發展史上均起到了不容忽視的作用，通過強強聯手和資源整合，既解決了共性技術的共同開發，也培養了大批專業技術人才；既做到了互利共贏、保護了專利和知識產權，也促進了相關技術在聯盟內部企業間的溢出。要實現這一目標，中國還必須建立完善、多方兼容的產業生態體系。良好的產業生態對芯片產業的發展至關重要。通過大額的資金投入、集中的人才投入，一國或地區未必不可以開發出一款完全自主可控的芯片，但如果得不到供應鏈上下游主流產品的認可、兼容和適配，就得不到進一步發展的空間，無法持續推動技術演進。一方面要努力實現與國外主流產品的兼容適配，另一方面也要與國內供應商加強合作，開發基于國產芯片的產品，才能獲得生命力。要實現這一目標，中國必須加快引進和培育高端的芯片技術人才，制定高效的激勵機制，并為其技術研發創造良好的工作環境。一方面要加強國外的高端人才引入，比如美國從中國、印度引進了大量技術型移民，應對集成電路技術人才不足問題；韓國、臺灣地區在發展初期也大批引入來自美國、日本的高端技術人才；中國要努力推動出國留學人才回國，進軍芯片行業，為他們創新創業提供支持和幫助。另一方面也要重視本土優秀人才培養，比如韓國派遣半導體專業人才去日本或美國深造，同時也加強本土優秀人才培養，將他們打造成行業領袖。要提高行業在社會中的地位，設計合理的商業機制，通過高回報引導最頂尖的優秀人才進入芯片行業。最后，要實現這一目標，中國還必須抓住新一代信息技術革命的機遇，爭取彎道超車。云計算、大數據、邊緣計算、泛在計算、人工智能新技術的涌現為當前中國芯片產業提供了良好發展機遇。具體來看，云計算屬于分布式計算，對芯片的單核計算能力的要求下降；大數據也逐步改變了傳統計算模式，邊緣計算對傳統PC或者數據中心的依賴程度顯著下降；人工智能則幾乎重新分