從智能手機、醫(yī)療設(shè)備到國防軍工都需要半導(dǎo)體。當(dāng)前，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為了國家戰(zhàn)略之爭，爭奪半導(dǎo)體行業(yè)主導(dǎo)地位的斗爭，正在演變?yōu)轭愃?9世紀(jì)互為競爭對手的幾個大國為爭奪中亞控制權(quán)爆發(fā)沖突的博弈。只不過，如今這場現(xiàn)代博弈主要圍繞增強工業(yè)產(chǎn)能和開發(fā)最新技術(shù)展開。
雖然，在目前的全球產(chǎn)業(yè)鏈和供應(yīng)鏈體系下，尤其是在智能手機市場，中國已經(jīng)形成了完整的電子產(chǎn)品制造產(chǎn)業(yè)鏈。不過，對于半導(dǎo)體行業(yè)的三類公司而言，中國企業(yè)尚扮演著規(guī)則追隨者的角色。在美國持續(xù)的科技封鎖下，中國的半導(dǎo)體追趕之路如今又走到了哪步？
美國之壟斷
半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)眾多，專業(yè)分工程度高，技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用是行業(yè)重要驅(qū)動力。具體來看，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈上下游包括三大環(huán)節(jié)：IC設(shè)計、晶圓制造加工以及封裝測試、應(yīng)用。
其中，IC設(shè)計是指根據(jù)終端產(chǎn)品的需求，從系統(tǒng)、模塊、電路等各個層級進行選擇并組合，確定器件結(jié)構(gòu)、工藝方案等，實現(xiàn)相關(guān)的功能和性能要求，并將其委托給晶圓代工廠進行生產(chǎn)加工；晶圓制造廠根據(jù)設(shè)計版圖進行掩膜制作形成模板，在晶圓上批量制造集成電路，通過多次重復(fù)運用摻雜、沉積、光刻等工藝最終將IC設(shè)計公司設(shè)計好的電路圖移植到晶圓上；完成后的晶圓再送往下游封測廠進行切割、焊線、塑封，以防止物理損壞或化學(xué)腐蝕，同時使芯片電路與外部器件實現(xiàn)電氣連接，最后移交給下游廠商。
當(dāng)前，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈其實是以美國為主導(dǎo)的一種壟斷模式。美國半導(dǎo)體行業(yè)幾乎占了全球市場份額的一半，雖然在1980年代，美國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在全球市場份額中遭受了重大損失。在1980年代初期，總部位于美國的生產(chǎn)商占據(jù)了全球半導(dǎo)體銷售量的50％以上。但由于來自日本公司的激烈競爭，非法“傾銷”的影響以及1985年至1986年的嚴重產(chǎn)業(yè)衰退，美國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)失去了全球19個市場份額，并將全球市場份額的領(lǐng)導(dǎo)地位讓給了日本。
但在接下來的10年中，美國半導(dǎo)體行業(yè)開始反彈，到1997年，它以超過50％的全球市場份額重新獲得了領(lǐng)導(dǎo)地位，這一地位一直保持到今天。美國半導(dǎo)體公司在微處理器和其他領(lǐng)先設(shè)備中保持了競爭優(yōu)勢，并在其他產(chǎn)品領(lǐng)域繼續(xù)保持領(lǐng)先地位。此外，美國半導(dǎo)體公司在研發(fā)，設(shè)計和工藝技術(shù)方面保持領(lǐng)先地位。
根據(jù)美國半導(dǎo)體協(xié)會SIA《2020Factbook》報告，2019年美國公司擁有最大的市場份額，達到47％。其他國家或地區(qū)的行業(yè)在全球市場中占有5％至19％的份額；美國半導(dǎo)體公司約占全部半導(dǎo)體晶圓制造能力的81％；此外，亞太地區(qū)的半導(dǎo)體公司占美國產(chǎn)能余下的大部分，約為10％。約有44％的美國公司的前端半導(dǎo)體晶圓產(chǎn)能位于美國，其他依次是新加坡、中國臺灣、歐洲和日本。
當(dāng)然，美國半導(dǎo)體行業(yè)在全球的領(lǐng)導(dǎo)地位離不開大規(guī)模研發(fā)投資帶來的技術(shù)突破和產(chǎn)品創(chuàng)新。半導(dǎo)體是由高先進的制造工藝生產(chǎn)的高復(fù)雜的產(chǎn)品，而這些突破需要多年持續(xù)的巨大資本與人才投入才能實現(xiàn)。美國半導(dǎo)體行業(yè)一直注重研發(fā)，高投入帶來了技術(shù)領(lǐng)先，技術(shù)領(lǐng)先地位使美國公司得以建立創(chuàng)新的良性循環(huán)。
畢竟，在過去的20年中，美國年度研發(fā)支出（占銷售額的百分比）已超過10％。這個比率在美國經(jīng)濟的主要制造業(yè)中是空前的。根據(jù)2019年歐盟工業(yè)研發(fā)投資排行榜，就研發(fā)支出占銷售額的比例而言，美國半導(dǎo)體行業(yè)僅次于美國制藥和生物技術(shù)行業(yè)。顯然，研發(fā)支出對于半導(dǎo)體公司的競爭地位至關(guān)重要，技術(shù)變革的迅速發(fā)展也要求制程技術(shù)和設(shè)備功能的不斷進步。
由此帶來的美國在全球半導(dǎo)體行業(yè)的壟斷顯而易見。美國不僅擁有核心技術(shù)的壟斷，更是掌控著全球產(chǎn)業(yè)鏈。而當(dāng)美國及其伙伴國將一些關(guān)鍵材料、生產(chǎn)裝備列入管制清單時，自然就危及到了我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)和相關(guān)工業(yè)體系的安全。
中國之追趕
與美國當(dāng)前半導(dǎo)體行業(yè)的先進相比，中國在半導(dǎo)體行業(yè)仍呈加速追趕之勢。畢竟在美國從立法、產(chǎn)業(yè)政策、直接干預(yù)、貿(mào)易戰(zhàn)等多個角度來確立其半導(dǎo)體的全球領(lǐng)先地位時，中國正深陷運動之中。
如果說20世紀(jì)60年代，全力投入“兩彈一星”讓中國得到很多；那么，70年代忽視的半導(dǎo)體，則讓中國也為此失去很多。
70年代，中美和中日先后實現(xiàn)邦交正?；?。70年代初，我國從日本引進7條生產(chǎn)線，雖然有了設(shè)備，但技術(shù)、軟件能力卻沒有跟上，因此效果不佳。70年代末，美國產(chǎn)業(yè)升級，中國引進淘汰下來的二手設(shè)備，組成24條生產(chǎn)線，但是同樣因為技術(shù)、軟件能力跟不上，因而沒有達成預(yù)期。加上彼時舉國封鎖，涉及引進西方技術(shù)的事項往往被扣上“爬行主義”的帽子，批判打倒一番。在這樣的封閉里，中國自然就錯失了發(fā)展良機。
世界半導(dǎo)體行業(yè)日新月異下，待中國再次回到世界，已經(jīng)落后20－30年。根據(jù)微電子學(xué)家王守武所說，1977年，全國共有600多家半導(dǎo)體生產(chǎn)工廠，其一年生產(chǎn)的集成電路總量，只等于日本一家大型工廠月產(chǎn)量的十分之一。
雖然很快國家項目531工程和908工程就接踵而來，但目標(biāo)“普及5nm，開發(fā)3nm，攻關(guān)1nm”的531，最終還是“引進了設(shè)備，卻消化不了技術(shù)和管理”。而這一次的失敗，更大的原因在于，十年運動，中國半導(dǎo)體人才青黃不接，即使清楚軟件和管理更重要，卻巧婦難為無米之炊。
908的失敗是另一種典型。908工程，審批2年，論證3年，建廠2年，7年過去，華晶工廠一落地就落后。不但落后了先進工藝4－5代，月產(chǎn)能也只有區(qū)區(qū)800片，連目標(biāo)產(chǎn)能1．2萬片的一成都不到。面對沉重的銀行利息，華晶歷經(jīng)輾轉(zhuǎn)和反復(fù)，終于還是被央企華潤收購，成為現(xiàn)在的華潤微電子。
面前這道積年累月長成的天塹，盡管中國已經(jīng)花費了數(shù)百億美元，試圖在半導(dǎo)體、更快速的計算機和智能手機以及更尖端設(shè)備的競爭中脫穎而出，但從目前來看，中國的半導(dǎo)體追趕之路依舊遙遠。
核心芯片國產(chǎn)化率低是個不爭的事實。雖然我國在通信裝備方面，國產(chǎn)芯片已實現(xiàn)部分進口替代，應(yīng)用處理器和通信處理器中國產(chǎn)芯片占比分別達到18％和22％，但在內(nèi)存設(shè)備和顯示系統(tǒng)中的國產(chǎn)核心芯片市場才剛起步，而在計算機系統(tǒng)、通用電子系統(tǒng)的終端核心芯片上，國產(chǎn)芯片市占率甚至仍接近于0。
更重要的是，在關(guān)鍵品類上，中國幾乎空白。換言之，中國仍然缺乏高端芯片的生產(chǎn)能力?？梢哉f，從設(shè)計軟件到制造芯片的各種零部件，以及芯片制造過程中所需要的光刻膠、特種氣體等，我們目前都難以滿足更高端芯片的制造需求。
以生產(chǎn)芯片所需要的光刻機為例，我們目前的產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)還難以支撐5nm芯片量產(chǎn)的光刻機技術(shù)，更談不上2nm方向的探索。即便是中國的主力中芯國際的芯片生產(chǎn)技術(shù)，距離國際的一眾芯片巨頭還有一代的差距。目前，中芯能量產(chǎn)的是7nm，但國際上普遍使用的已經(jīng)是5nm。
此外，光刻機的本質(zhì)問題更是全球化的產(chǎn)業(yè)鏈問題。一臺最高端的EUV光刻機里有十萬多零部件，全球供應(yīng)商超過5000家。從光刻機構(gòu)成分析，美國光源占27％，荷蘭腔體和英國真空占32％，日本材料占27％，德國光學(xué)系統(tǒng)占14％。光刻機是全球化的結(jié)晶，如果讓一個國家或者一個地區(qū)做一個光刻機是不現(xiàn)實的。
因此，研發(fā)光刻機還不能成為唯一目標(biāo)，大國博弈中，打造半導(dǎo)體的完整產(chǎn)業(yè)鏈才是核心。顯然，目前，中國仍處于整個半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的制約中。并且，在這樣的情況下，美國政府還先后對華為、中芯國際、龍芯等國內(nèi)企業(yè)采取列入實體清單、打壓等措施，讓中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展不斷受阻。
此外，存儲器（三星、海力士、美光）要仰人鼻息；可編程邏輯芯片（FPGA）基本被Intel和賽靈思（Xilinx）壟斷；高鐵缺一不可的（IGBT）、數(shù)字信號處理芯片（DSP）、CPU、GPU、MCU、半導(dǎo)體設(shè)備、硅片等等也都依賴進口。
后來居上勢在必行
不可否認，中國在芯片技術(shù)方面落后于美國多年，想要完全追趕可能需要很長的時間，畢竟工藝研發(fā)需要的花費是累進的，但現(xiàn)實也沒有這么悲觀。畢竟，憑借國家力量，統(tǒng)一方向，后來居上，是中國不可比擬的巨大優(yōu)勢。
比如曾經(jīng)的面板行業(yè)。就在5年前，“缺屏少芯”還是普遍存在的現(xiàn)實，面板是和汽車零配件、芯片、石油一樣年進口額500億美元以上的商品。2010年尤其令人沮喪，中國臺灣供應(yīng)商聯(lián)合日韓品牌集體漲價。但是就在這之后，京東方累計耗資3000億，輪番虧損輪番投資，終于迎來回報，不僅逼迫日韓關(guān)閉低世代產(chǎn)線，把臺灣企業(yè)逐出市場，而且在連年虧損后實現(xiàn)盈利。
就目前半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀來看，我們在支持半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的頂層設(shè)計上，不僅要進行資金的投入，以及人才的投入，更重要的是要在體制機制上進行改革。支持高端的科技人才開展產(chǎn)學(xué)研合作，或者是支持高端科研人才帶技術(shù)進行創(chuàng)業(yè)，允許其以更市場化的方式進行更大尺度的包容試錯。
因為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的技術(shù)升級是一項重大資本支出的投入，是依靠巨大資金堆積出來的。事實上，就在中興被制裁后，中芯國際向世界頂級光刻機制造商ASML購買了一臺極紫外光刻機（Extreme Ultravidet Lithography），售價是驚人的1．2億美元。只一臺光刻機的價格，就超過了中芯國際一年的利潤。
并且，這還只是一臺設(shè)備，并不是整條生產(chǎn)線。一條生產(chǎn)線，除了光刻機，還需要刻蝕機、薄膜沉積設(shè)備、單晶爐、CVD、顯影機、離子注入機、CMP拋光機等等。算成本的時候，記得算上每年20％的維護費用，也可以不算，因為如果你想保持在隊伍最前列，基本每年都要更新。
再比如，我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)處于第二梯隊的比亞迪半導(dǎo)體以及華虹半導(dǎo)體，量產(chǎn)的芯片技術(shù)還距離中芯國際2－3代。如果這些企業(yè)要升級到中芯國際的7nm量產(chǎn)技術(shù)層面，其所面臨的將是巨大的資本開支——現(xiàn)在行業(yè)主流的14納米或7納米芯片制造生產(chǎn)線的投資額以500億元起步，三星和臺積電的在7納米生產(chǎn)廠上的投資都超過了200億美元。而比亞迪半導(dǎo)體以及華虹半導(dǎo)體當(dāng)前的利潤顯然難以支撐這種投入，也自然就陷入了兩難的困境。
半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)是當(dāng)之無愧的“碎鈔機”，因此。為有效利用財政、人才和社會資源，亟需做好頂層設(shè)計和優(yōu)化布局，遴選出具備行業(yè)技術(shù)和資源優(yōu)勢的企業(yè)和機構(gòu)，進行資金重點支持和政策扶植。推動龍頭企業(yè)和機構(gòu)通過技術(shù)、管理和商業(yè)模式創(chuàng)新，推進產(chǎn)業(yè)“鏈?zhǔn)郊邸薄?/p>
一方面，發(fā)揮龍頭骨干企業(yè)在自主創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的創(chuàng)新引領(lǐng)與示范帶動作用，形成研發(fā)和品牌優(yōu)勢，最終鞏固和形成多個區(qū)域布局合理、產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢明顯的國家半導(dǎo)體技術(shù)、人才和產(chǎn)業(yè)高地。比如，建設(shè)國家級的面向高校、科研院所和初創(chuàng)企業(yè)的軟件與硬件、單晶生長與外延、芯片工藝、封裝等中試平臺，建設(shè)具備先進工藝和運營水平的代工廠，推動建設(shè)具有自主可控能力的垂直整合制造企業(yè)。
另一方面，如果美國持續(xù)對我們展開芯片技術(shù)的封鎖，那么我們除了依靠自身的技術(shù)突破之外，可以試著和歐盟進行合作，引入歐盟的芯片技術(shù)，或者和歐盟的廠家聯(lián)合。鼓勵國內(nèi)有實力的企業(yè)和科研機構(gòu)在國外設(shè)立半導(dǎo)體研發(fā)機構(gòu)，并開展與國外半導(dǎo)體企業(yè)、科研院校的研發(fā)合作。支持國內(nèi)企業(yè)和機構(gòu)并購境外半導(dǎo)體企業(yè)，積極參與國際技術(shù)和產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，拓展國際合作渠道，提升國際資源整合能力，實現(xiàn)國際化經(jīng)營。
從短期來看，中國的半導(dǎo)體戰(zhàn)略著眼于減少對美國的依賴，從長遠來看，中國在芯片制造方面的巨額投資最終將獲得回報，超越僅僅是時間的問題。但在超越的那天到來之前，或許我們要更加努力的讓這個時間有所縮短。