中国芯片业的软肋与强身

('龙源期刊网http://www.qikan.com.cn中国芯片业的软肋与强身作者：章睿来源：《上海企业》2018年第08期“”一、现代工业的粮食芯片是一种体积小、重量轻的有形产品，可就是这么一个并不起眼的小东西，不仅广泛应用于智能手机、电视机、计算机等大小电子设备中，而且还以核心角色充载于人造卫星、导弹火箭以及宇宙飞船等军事布控和空间遥感等重大装备里，可以说一颗小小的芯片，大到能够决定着国家经济、军事与科技的竞争力，小到关联着民众个人的财产安全，也正是如此，芯片被“”称为现代工业的粮食。芯片的种类很多，宏观上有几十个大门类，微观上还有上千种小门类；如果涉及设备流程的话就更多了，其中仅一个智能手机里面涉及到的芯片就有数十种，除核心的主芯片外，摄像头、语音处理、电源系统上都需要芯片。当然，尽管芯片的种类繁多，但按技术含量和性能来讲，基本上可以划分为高端与中低端两类，二者在数据处理速度、功耗以及时延等方面存在着重大区别，其中高端芯片除了性能更为稳定和更加精准地输出电流电压等模拟信号外，寿命周期也会比较长，像CPU（中央处理器）、AD/DA（模数转换与数模转换）、FPGA（现场可编程门阵列）以及外围测量电源电压的芯片等都属于高端通用芯片。据前瞻研究院的报告显示，目前，全球高端芯片仍主要为美、日、欧企业所垄断。作为一个国际上普遍重视的战略性产业，芯片分为设计、制造、封测三大环节。所谓设计，是指企业运用电子设计自动化等辅助工具，设计出满足特定需求电路的过程；而制造是指按照芯片设计方案在晶圆材料上构建完整的物理电路；封测则是指将制造好的晶圆进行封装测试，与外部器件实现电学连接，并为芯片提供物理保护，使芯片能够应用于终端。在材料方面，硅是晶圆体的主要原始用材，故有集成电路上的硅晶片之称，由于硅晶片是圆形，故称为晶圆，而在制造芯片的设备体系中，光刻机又是最为重要也是最高端的设备。在芯片的商业模式运行上，目前主要有两种，第一种是芯片制造商即所谓的IDM（IntegratedDeviceManufacture）模式，也就是从芯片设计、制造、封测到出货的全产业链模式，代表企业有英特尔、三星和英飞凌等；第二种是垂直分工模式，即一家公司只专注于产业链上的一个环节，不同环节上的公司通过分工合作实现芯片的生产。我国主要采用的是第二种模式，国内任何一个单一企业面对IDM更多地还是无能为力。由于制造工序繁多而复杂，芯片的投入也十分巨大。以目前全球主流工艺的28nm芯片为例，设计研发投入需要1亿-2亿美元，生产制造投资高达50亿美元，而且芯片的体积越小，投资越巨大。目前来看，韩国三星是全球上最大的芯片制造商，2017年芯片销售额达690亿美元，美国高通是全球最大的手机芯片提供商，除了华为、三星等手机厂商外，其余安卓手机厂商采用的全部都是高通处理器，市场占有率高达42%。“”二、中国芯的系统性软肋作为2018“”年中美贸易战的首当其冲，中兴通讯尽管暂时从美国商务部长达7“年的禁售”令中挣脱了出来，但死罪可免，活罪难逃，但多达14亿美元的民事罚款让中兴感受到切肤之龙源期刊网http://www.qikan.com.cn痛。那么作为行业的精英翘楚与商业巨头，中兴通讯为什么对美国政府近乎野蛮的决定只能逆来顺受？打开中兴出产的基站，人们会清楚地发现电路板上除了几颗数字基带芯片是自产的外，通信链路上RF（射频）、PLL（锁相环）、ADC（多通道模数转换器）和DAC（数模转换器）芯片都来自ACIA、Oclaro与高通等美国供应商。初步统计，中兴通讯基站至少有20%-30%关键元器件都须从美国进口，这还不算中兴智能手机高端处理器芯片来自高通这笔账。一个并不深奥的常识，很多人都知道一台基站100颗芯片中只要有1颗被禁运，整台基站就会无法交付。美国商务部的轻易举动显然卡住了中兴通讯的命门。其实国内的许多企业都有着如同中兴通讯一样的尴尬与软肋，即便是像华为在国产芯片领域已有不错作为的科技巨头也概莫能外。之所以如此，根本原因就是本土芯片的替代率十分地“”低微，按照权威专家的说法就是，中国芯片产业的落后是全方位、系统性的落后，而且即使是国内的龙头企业，和国际主流水平都有一定的差距，更不用说国际最先进水平。先看设计。目前国内企业仅仅设计与开发出了28nm的芯片，即使有制程技术小一些的芯片，也未能实现量产；而同期像三星、高通等都已推出了10nm产品并进入量产，甚至7nm以及5nm的芯片都已在研发之中。由于芯片必须保持阶梯式研发过程，因此，中国试图从28nm一下跳到目前通用的10nm几乎没有任何可能。因此，在目前国内芯片市场上，中国企业只能提供低端产品，而像CPU、存储器以及高端的模拟芯片、功率芯片等都由外资企业把控。中国IC设计公司普遍毛利率都在30%以下，而欧美竞争对手都在45%以上，500多家集成电路设计公司收入仅是美国高通公司的60%-70%。再看制造。决定芯片制造水平的关键因素就是设备。但目前我国不仅在先进制造工艺方面与国际先进水平相差2.5代（10年为一代）以上，而且半导体核心设备供应商都集中在美国、日本与荷兰等国手中，尤其是芯片制造最重要的设备光刻机超80%为荷兰ASML所控制，其他的如高频射频器件、高端光刻胶、化合物半导体等制造设备也都完全依赖进口，这样，在全部芯片制造设备的构成中，目前的国产化率仅为12%，而且几乎全是低端设备。值得注意的是，并不是所有的芯片制造高端设备都可以用钱就能从海外卖得到的。按照将中国排除在外且由33个成员国共同签署的《瓦森纳协定》，无论是关键技术还是元器件设备，都不可流入到非成员国之外的国家，因此，同样是光刻机这一最重要的芯片制造设备，台积电、英特尔、三星等全球领先的芯片制造商都可以顺利地买到10nm制程的产品，但同期中国却连32nm制程的产品也难以采购到手。的确，中国是全球最大的芯片消费市场，去年的销售额达到了5411.3亿元，然而，在全部市场占比中，中国企业的产品权重仅为10%左右，这也就是说，国内芯片市场的90%以上份额为国外产品所圈占。中国市场上的最大赢家无疑是那些国外科技巨头。据赛迪研究院数据统计，在2017年世界前20半导体企业中，美国企业占了13家，在中国市场销售额合计是667亿美元，其中，高通、博通、美光有一半以上的市场销售额是在中国实现的，而作为中国最大的芯片制造商，华为海思的营收还不到英特尔和三星的1/10。三、追赶过程与未来预期如同很早就认识到了国产芯片落人之后的基本状况一样，中国政府在政策设计上对集成电路的重视从上个世纪90“年代中期就已经迈开了坚定的步伐。当时，国家批准了名为909”工程龙源期刊网http://www.qikan.com.cn的重大科技成果立项，调配资金40亿元（后又追加一亿美元）希望带动集成电路上下游产业的发展。国家专门成立了集成电路产业投资基金，其中投资时长为10年、规模为1500亿元的第一期基金已经募资完毕，并集中投向了62个项目，覆盖IC设计、制造、封测、装备材料、生态建设等各环节，实现了产业链上的完整布局。厉兵秣马。IC产业战略基金第二期募资规模将达到2000亿元，并向外资开放，投资重点是智能电网、人工智能、物联网、5G等领域的芯片处理器设计商和设备制造商等一系列国内企业。“”今年《政府工作报告》将推动集成电路产业发展列为加快制造强国建设需要推动的五大产业之首，财政部、科技部等国家四部委联合发布了集成电路生产企业的税收优惠政策，对国内芯片企业减免2～5年税收。而在此之前，策应顶层设计的政策号召，上海，武汉、合肥、长沙、珠海、杭州、无锡等地相继跟进成立了地方芯片产业投资基金，总规模超过了3000亿元。受益于资源要素优势以及连续多年的政策倾斜，目前国内集成电路已经形成上海为中心的长三角、北京为中心的环渤海、深圳为中心的泛珠三角以及武汉、西安、成都为代表的中西部四个各具特色的产业集聚区。权威机构预测，未来10年我国在集成电路领域新增投资总规模将超过1万亿元。数据显示，过去5年，我国IC产业年复合增值率为21%，约是同期全球增速的5倍左右，产业规模从2013年的2508亿元提高到2017年的5411亿元；尤其是最近三年，我国芯片业年均投资额均在1000亿元以上。根据国际半导体协会（SEMI）公布的数据，过去两年全球新建的晶圆厂至少就有19座，其中有高达10座皆建于中国。按照1-2年的建设周期，2018年和2019年将是国产设备入场的高峰期。2018年和2019年中国的IC设备销售额将同比增长57%和60%至750亿元和1201亿元，为全球同期销售增速的10倍之多。到2020年，中国大陆将成为集成电路新增投资最大的区域，整个投资比重将占全球新建晶圆厂的42%。华为、中兴、紫光集团、中芯国际在内的27“家国内芯片龙头已经组成了中国高端芯片联”盟，产业协同效应值得期待。作为国产芯片可能后来居上的重要支撑，过去19年全球芯片专利数量增长了6倍，而中国芯片专利量则增长了23倍，以芯片专利申请数量论，我国已跃居世界第一大国，并连续6年蝉联全球第一。四、相关政策的调整基于自身核心技术的短缺，国内企业一直以来都沿袭着与海外IC设计公司合资或者通过“”专利授权的技术路线来维系着自己的产品生产与加工模式，这种以市场换技术的商业操盘方式也导致了国内投向IC行业的资金更多地集结到芯片的制造环节，快速地催生了晶圆厂的上马与扩容。但我们必须清晰地认识到，没有上游设计的技术研发供给，再多的晶圆厂最终都会沦为低端的代工企业；因此，无论是政府投资还是商业投资，未来的主要方向都应当集中到芯片设计以及产业链中的关键技术上来，除了国家IC产业投资基金切割出固定比例的资金给予优先扶持外，还可以通过税收减免以及财政补贴方式对企业技术环节的成果创新给予重点支持与激励。芯片业的发展并不能仅仅依靠政府投资来推动，还必须创造足够的吸引力招徕社会资本的踊跃加入。一方面，政策层面可允许或者鼓励一些国有芯片企业开放部分股权，从战略上绑定社会资本的投资预期；另一方面，国家可以考虑采用PPP（政府和社会资本合作）的方式引导龙源期刊网http://www.qikan.com.cn社会资本进入重点目标企业；在保证对芯片企业一定强度财政补贴的前提下，应给与市场充分的定价权，允许国产芯片商通过高价售卖产品获得超额利润，弥补巨额研发的投入，同时吸引民间资本进入。一个芯片是否成熟在实验室是无论如何测不出来，它需要通过整机厂商的磨合才能最终实现量产和解决良率问题。为此，必须改变先前那种指定科研院所专项补贴的方式，转而采取用户补贴的方式，比如鼓励采用国产芯片的下游整机厂商，这样可以将芯片的研发与生产交由整机厂所决定。事实上，政府投资转为对下游用户的直接补贴还涉及到芯片产业的联动机制构建。分析发现，华为海思之所以能够在国产芯片阵营中鹤立鸡群，除了其自身的技术积累外，背后更有华为在终端环节产品应用的强大支持，而且正是终端使用反向给予了海思芯片验证、试错与提升机会，从而加速芯片改进达到量产状态。类似的联动机制同样可以在更大范围内使终端和芯片的设计厂商有更好的适配合作机会，加速芯片的稳定和商用进程。不过，并不是所有的下游厂商具有华为那样的市场采购能力或者财务亏损承受能力的，这就需要有形之手与无形之手相协同、正向激励和负向惩罚相联合，共同驱动更多的国内企业加大对本土IC的采购力度。“”明确政府投资与补贴路径的同时，更应当改变芯片产业投资的撒胡椒面方式。目前来看，无论是美国还是日本抑或是韩国，均不是在芯片全行业进行投资的完整布局，而是侧重某一个或几个长项地带，比如美国重点聚焦芯片的核心零部件研发，韩国以存储器和显示器芯片见长，日本关注的是芯片专用工具和硅晶圆材料，而台湾则以芯片代工为主。在芯片业的全球产业分工中，中国一方面不能仅仅满足于系统集成，另一方面要寻求重点突破，全力培育和打造1-2项核心能力。最后需要特别指出的是，集成电路是典型的人才密集型产业，而人才不足和专业技术人员短缺才是我国芯片业的最大软肋。按照2020年我国集成电路产业达到一万亿元产值来算，至少需要70万名相关人才，但现在不到30万人，缺口超过40万人。参考欧美的成熟经验，可以考虑建立全国统一的以集成电路设计、制造为主题的学习实践平台，全国高校相关专业的学生都可以申请使用这个平台上的资源，由此从基础上提高人才培养质量，同时减少各个高校之间的资源重复建设，而且像一些成熟的集成电路工艺也完全可以在平台上展示，让学习者快速分享，借此加快人才的成长步伐。',)