芯片國產(chǎn)替代，謹(jǐn)防欲速不達(dá)

宋瑋

芯片（Chip）是指內(nèi)含集成電路的硅片，也是半導(dǎo)體元件產(chǎn)品的統(tǒng)稱，由較大的晶圓分割而成。根據(jù)海關(guān)總署數(shù)據(jù)，2020年中國集成電路（芯片）進(jìn)口金額首度突破3500億美元，占我國進(jìn)口總額的17.03%，超過原油連續(xù)六年高居我國進(jìn)口商品第一大品類。

今年3月7日，原工信部部長苗圩在全國政協(xié)全體會議大會發(fā)言時說：“全球制造業(yè)四級梯隊格局中，中國處于第三梯隊，實現(xiàn)制造強(qiáng)國目標(biāo)至少還需30年?！边@番表態(tài)可謂語重心長。作為中國制造業(yè)未來的核心，國產(chǎn)芯片如何突破封鎖、有所為有所不為，值得深度思考。

制裁緊與松

芯片產(chǎn)業(yè)鏈，包括原材料與設(shè)備、設(shè)計、制造、封測四大環(huán)節(jié)。鑒于在設(shè)計和制造環(huán)節(jié)中國已經(jīng)涌現(xiàn)出部分具有巨大潛力的企業(yè)，未來中國寄希望于在設(shè)計和制造端發(fā)力，從而帶動更上游的原材料和設(shè)備發(fā)展，實現(xiàn)在半導(dǎo)體行業(yè)“補短板”。

在設(shè)計端，華為海思設(shè)計的麒麟芯片，已實現(xiàn)5納米工藝制程；在制造端，中國大陸最先進(jìn)的芯片代工企業(yè)“中芯國際”也已邁入7納米工藝制程時代。但近兩年，美國通過制裁華為和中芯國際，遲滯了中國芯片的國產(chǎn)替代進(jìn)程。

3月11日路透社消息稱，拜登政府已修改針對華為的出口許可，進(jìn)一步限制美國公司向華為出口5G相關(guān)設(shè)備，對華為限制出口的設(shè)備范圍擴(kuò)大到“與5G設(shè)備共用”，意味著即便設(shè)備不構(gòu)成華為產(chǎn)品的5G功能，也會被限制出口。另一方面，拜登還修改了關(guān)于5G、關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施、企業(yè)數(shù)據(jù)中心、云或空間應(yīng)用等方面的內(nèi)容。這意味著拜登政府在制裁華為方面，將與特朗普政府一樣強(qiáng)硬。

至于中芯國際，早在去年12月18日被美國納入禁運實體名單；凡采用美國技術(shù)的“生產(chǎn)10納米及以下制程之芯片所需的特定技術(shù)與設(shè)備”，被禁止向其出口。經(jīng)過數(shù)月的談判和努力，今年3月3日中芯國際宣布從光刻機(jī)巨頭荷蘭阿斯麥爾（ASML）處，獲得購買“相對先進(jìn)”設(shè)備的許可，盡管這些設(shè)備主要被用于“成熟”的制程工藝。

此次中芯國際獲得許可，顯示中美半導(dǎo)體貿(mào)易在一般產(chǎn)品領(lǐng)域有恢復(fù)的勢頭。3月11日中美兩國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會建立了“中美半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)和貿(mào)易限制工作組”，也是這一趨勢的具體例證，有助于應(yīng)對全球芯片供給的嚴(yán)重不足。但這些“先緊后松”“討價還價”的微調(diào)，并不能徹底打破美國針對中國發(fā)展高端芯片的貿(mào)易限制和技術(shù)壁壘。

以光刻機(jī)行業(yè)為例，它依然是一個受到美國遙控的寡頭化的市場（如果算上日本的尼康和佳能的話）。阿斯麥爾是在荷蘭注冊的公司，在全球高端光刻機(jī)市場占有最大份額。其最頂級的第五代光刻機(jī)，采用了極紫外（Extreme Ultra-violet，EUV）技術(shù)，主要應(yīng)用在7納米及以下更先進(jìn)制程的生產(chǎn)線上，由阿斯麥爾全球獨家供應(yīng)。

由于需要美國的市場和基礎(chǔ)技術(shù)，阿斯麥爾并不能無視美方的貿(mào)易禁令。1997年，英特爾和美國能源部共同發(fā)起了EUV光刻機(jī)聯(lián)盟，匯集了美國三大國家實驗室并聯(lián)合了摩托羅拉和超威半導(dǎo)體等企業(yè)，共同研制了EUV技術(shù)。阿斯麥爾一度被美國政府排除在外，最終在表達(dá)了忠心和做出巨大讓步后，才獲準(zhǔn)加入，而尼康由于美日半導(dǎo)體貿(mào)易戰(zhàn)，被拒絕加入。如今中國半導(dǎo)體行業(yè)取代了日本遭到美國打壓，也不出意外。

在設(shè)計端，華為海思設(shè)計的麒麟芯片，已實現(xiàn)5納米工藝制程；在制造端，中國大陸最先進(jìn)的芯片代工企業(yè)“中芯國際”也已邁入7納米工藝制程時代。

在國產(chǎn)光刻機(jī)領(lǐng)域，上海微電子設(shè)備公司研制的光刻機(jī)，實際已達(dá)到第四代光刻機(jī)的水平。但其采用的深紫外（DUV）技術(shù)在應(yīng)用于先進(jìn)制程時，需要多次曝光芯片，成本高、風(fēng)險大，目前主要用于集成電路的后道封裝和面板領(lǐng)域。在先進(jìn)制程的光刻機(jī)技術(shù)上，上海微電子落后于最前沿20到30年，今后要想與時俱進(jìn)，從外部引進(jìn)技術(shù)必不可少。

可是，中國紫光集團(tuán)此前的失手并非孤例：其意圖收購美光和鎧俠（原東芝存儲），均因?qū)ο髧?dāng)局的阻撓而放棄。當(dāng)前，拜登政府為保持美國在半導(dǎo)體、人工智能等行業(yè)的領(lǐng)先，正籌組多個排他性的跨國技術(shù)聯(lián)盟。在此背景下，中芯國際暫無法完成采購EUV光刻機(jī)的訂單，只能轉(zhuǎn)而購買跟阿斯麥爾現(xiàn)有協(xié)議中“與DUV技術(shù)相關(guān)的設(shè)備”，而且，其重簽的12億美元采購合同有效期延至今年年底，尚不能排除遭拜登政府進(jìn)一步干預(yù)而變卦的風(fēng)險。

空間足，差距大

目前看，主要國家和地區(qū)在芯片產(chǎn)業(yè)鏈上的競爭優(yōu)勢各不相同。

美國在芯片的設(shè)計、制造和設(shè)備領(lǐng)域均具有優(yōu)勢。美國的高通、博通、英偉達(dá)、蘋果、賽靈思等透過芯片設(shè)計，把控了整個產(chǎn)業(yè)鏈的頂端，同時擁有英特爾、美光科技、德州儀器等垂直整合制造（IDM）廠商；設(shè)備方面，美國擁有拉姆研究、科天、泰瑞達(dá)等頭部廠商。

韓國在制造領(lǐng)域具有優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在存儲芯片、芯片代工等方面，代表廠商有三星電子、SK海力士等。中國臺灣在芯片代工、設(shè)計、封裝測試領(lǐng)域具有優(yōu)勢，代表廠商有臺積電、聯(lián)電、聯(lián)發(fā)科等。日本及歐洲，主要在材料和設(shè)備、汽車電子領(lǐng)域具有優(yōu)勢，代表廠商有東京電子、阿斯麥爾、瑞薩電子、意法半導(dǎo)體、恩智浦等。

從近年來的競爭圖景來看，在設(shè)計領(lǐng)域，美國于數(shù)字芯片和模擬芯片設(shè)計方面遙遙領(lǐng)先，而在部分細(xì)分領(lǐng)域，中國大陸廠商開始具備全球競爭力。

高端數(shù)字芯片方面，英特爾和超威半導(dǎo)體這兩家美企，長期壟斷筆記本電腦、臺式機(jī)和服務(wù)器的中央處理器市場；而長期以來一直被用于圖形處理的GPU，近些年已經(jīng)成為訓(xùn)練人工智能算法最常用的芯片，美企（英偉達(dá)和超威半導(dǎo)體）也壟斷了這方面的設(shè)計市場。模擬芯片設(shè)計方面，德州儀器產(chǎn)品的覆蓋范圍最全，市場份額約占20%。

由于高端數(shù)字芯片、模擬芯片方面競爭壁壘高，2019年半導(dǎo)體設(shè)計公司收入排名中，前十名有六家為美國公司，中國臺灣有兩家（聯(lián)發(fā)科、瑞昱半導(dǎo)體），俄羅斯和英國各一家。但在如無線藍(lán)牙、非易失閃存、生物特征識別等細(xì)分芯片設(shè)計市場，中國大陸部分廠商已進(jìn)入全球前三，更多在細(xì)分領(lǐng)域領(lǐng)先的中資公司不斷涌現(xiàn)，逐步實現(xiàn)“農(nóng)村包圍城市”。

在制造領(lǐng)域的代工方面，臺積電贏者通吃，三星緊追其后。2020年，臺積電在全球芯片代工廠中一騎絕塵，市占率達(dá)53.9%，韓國三星電子僅為17.4%，其余廠商市占率在10%以下。中國大陸廠商在規(guī)模、盈利能力、技術(shù)等方面，持續(xù)逼近臺聯(lián)電等二線廠商。

在存儲芯片制造方面，韓、美兩國企業(yè)（三星、SK海力士、美光、西部數(shù)據(jù)等）繼續(xù)占據(jù)壟斷地位。持續(xù)資本投入和技術(shù)快速迭代，是韓國企業(yè)成功的關(guān)鍵。中國存儲芯片的自給率不到5%，國內(nèi)廠商長江存儲、長鑫存儲等在加速追趕。

在設(shè)備領(lǐng)域，美日歐大幅領(lǐng)先，中國大陸在部分細(xì)分領(lǐng)域有所突破，但半導(dǎo)體設(shè)備國際依存度高的特點不斷凸顯。近一年內(nèi)，由于供需關(guān)系愈加失衡，全球晶圓廠擴(kuò)產(chǎn)節(jié)奏加快，帶動半導(dǎo)體設(shè)備銷售市場的火爆。中國大陸晶圓廠一方面爭取獲得購買美國半導(dǎo)體設(shè)備的許可，另一方面加緊搶購日本的二手芯片制造設(shè)備。

在封裝領(lǐng)域，中國大陸發(fā)展較快，早已占全球70%以上份額。芯片集成化、小型化等需求，推動著先進(jìn)封裝工藝融合發(fā)展，國內(nèi)傳統(tǒng)封裝具備規(guī)模優(yōu)勢。先進(jìn)封裝龍頭企業(yè)長電科技、晶方科技，與國際差距相對較小。

在材料領(lǐng)域，美日歐大幅領(lǐng)先，中國大陸在部分細(xì)分領(lǐng)域（如大硅片）有所突破。半導(dǎo)體材料大致可分為前端晶圓制造材料和后端封裝材料。日本信越化學(xué)和SUMCO占據(jù)了晶圓材料（硅片、光掩膜、光刻膠、拋光液等）約一半的市場份額。晶圓尺寸越大越利于降低切割后單個芯片的成本。2020年之前，中國境內(nèi)主要以8英寸晶圓廠為主，現(xiàn)在正逐漸向12英寸晶圓廠過渡。

封裝材料主要有層壓基板、引線框架、焊線等。由于材料與關(guān)鍵工藝（光刻、刻蝕、鍍膜沉積）之間的契合度愈發(fā)受到重視，中國的材料供應(yīng)商適宜收購和整合國內(nèi)外相關(guān)企業(yè)，獲取豐富的產(chǎn)品線，特別是加強(qiáng)蝕刻和沉積這兩種工藝，同時與北方華創(chuàng)等半導(dǎo)體設(shè)備廠家加強(qiáng)合作，提升彼此的國際競爭力。

晶圓尺寸越大越利于降低切割后單個芯片的成本。2020年之前，中國境內(nèi)主要以8英寸晶圓廠為主，現(xiàn)在正逐漸向12英寸晶圓廠過渡。

雖然芯片國產(chǎn)替代的空間足，但跟國際前沿的差距仍非常大。根據(jù)國內(nèi)權(quán)威財經(jīng)媒體的測算，截至2019年，半導(dǎo)體的實際國產(chǎn)化率僅為15.7%，預(yù)測2024年能達(dá)到20%。

系統(tǒng)性工程

“形勢逼人，挑戰(zhàn)逼人，使命逼人。我們比歷史上任何時期都更需要建設(shè)世界科技強(qiáng)國！”國家主席習(xí)近平日前表示，要“堅持科技創(chuàng)新和制度創(chuàng)新‘雙輪驅(qū)動，優(yōu)化和強(qiáng)化技術(shù)創(chuàng)新體系頂層設(shè)計”。

對于扶持本土的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，中國政府愈發(fā)認(rèn)識到這是個系統(tǒng)性工程，相應(yīng)出臺了一系列產(chǎn)業(yè)政策，包括908、909工程、國家重大01專項、02專項、《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》、“十三五”規(guī)劃，以及成立一二期大基金提振行業(yè)信心等。

從綱領(lǐng)性文件來看，《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》定調(diào)“設(shè)計為龍頭、制造為基礎(chǔ)、裝備和材料為支撐”，目標(biāo)是到2020年集成電路產(chǎn)業(yè)銷售收入年均增速超過20%，到2030年集成電路產(chǎn)業(yè)鏈主要環(huán)節(jié)達(dá)到國際先進(jìn)水平，一批企業(yè)進(jìn)入國際第一梯隊。

然而，過去幾年南京德科碼、成都格芯、貴州華芯通、陜西坤同柔性、江蘇德淮、武漢弘芯等大型半導(dǎo)體項目紛紛折戟。根據(jù)“天眼查”檢索結(jié)果，經(jīng)營范圍含“芯片、集成電路、半導(dǎo)體”的中國大陸企業(yè)有近30萬家。針對行業(yè)的魚龍混雜，國家發(fā)改委發(fā)言人孟瑋去年10月批評道：“個別地方對集成電路發(fā)展的規(guī)律認(rèn)識不夠，盲目上項目，低水平重復(fù)建設(shè)風(fēng)險顯現(xiàn)?！?/p>

如何防止在地方誘導(dǎo)下“三無”企業(yè)扎堆進(jìn)入芯片行業(yè)？除了“誰支持、誰負(fù)責(zé)”的政治總要求，我們還得找到芯片國產(chǎn)替代得以可持續(xù)化的護(hù)城河。

業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，在芯片制造等偏向重資產(chǎn)的領(lǐng)域，中國應(yīng)學(xué)習(xí)國外經(jīng)驗持續(xù)“逆周期投資”，中長期看好國內(nèi)龍頭企業(yè)，并不單純從盈利角度衡量得失。而在芯片設(shè)計等輕資產(chǎn)領(lǐng)域，中國應(yīng)以市場為導(dǎo)向，合理扶持，避免過度保護(hù)，以便實現(xiàn)優(yōu)勝劣汰，引導(dǎo)下游積極推進(jìn)國產(chǎn)替代。

從美國、日本、韓國、中國臺灣等先進(jìn)經(jīng)濟(jì)體的芯片發(fā)展史不難發(fā)現(xiàn)，政府政策引導(dǎo)、杰出人才培養(yǎng)、下游產(chǎn)業(yè)集群、持續(xù)資金投入是不可或缺的要素，但國際關(guān)系和外交因素也是不容忽略的一環(huán)。中國在美國制裁壓力下更要尊重行業(yè)發(fā)展的客觀規(guī)律，補齊集成電路教育的短板，創(chuàng)造有利于跨境人才廝守的環(huán)境，避免急功近利，謹(jǐn)防欲速不達(dá)。