中國芯片業的軟肋與強身

章睿

一、現代工業的“糧食”

芯片是一種體積小、重量輕的有形產品，可就是這么一個并不起眼的小東西，不僅廣泛應用于智能手機、電視機、計算機等大小電子設備中，而且還以核心角色充載于人造衛星、導彈火箭以及宇宙飛船等軍事布控和空間遙感等重大裝備里，可以說一顆小小的芯片，大到能夠決定著國家經濟、軍事與科技的競爭力，小到關聯著民眾個人的財產安全，也正是如此，芯片被稱為現代工業的“糧食”。

芯片的種類很多，宏觀上有幾十個大門類，微觀上還有上千種小門類；如果涉及設備流程的話就更多了，其中僅一個智能手機里面涉及到的芯片就有數十種，除核心的主芯片外，攝像頭、語音處理、電源系統上都需要芯片。當然，盡管芯片的種類繁多，但按技術含量和性能來講，基本上可以劃分為高端與中低端兩類，二者在數據處理速度、功耗以及時延等方面存在著重大區別，其中高端芯片除了性能更為穩定和更加精準地輸出電流電壓等模擬信號外，壽命周期也會比較長，像CPU（中央處理器）、AD/DA（模數轉換與數模轉換）、FPGA（現場可編程門陣列）以及外圍測量電源電壓的芯片等都屬于高端通用芯片。據前瞻研究院的報告顯示，目前，全球高端芯片仍主要為美、日、歐企業所壟斷。

作為一個國際上普遍重視的戰略性產業，芯片分為設計、制造、封測三大環節。所謂設計，是指企業運用電子設計自動化等輔助工具，設計出滿足特定需求電路的過程；而制造是指按照芯片設計方案在晶圓材料上構建完整的物理電路；封測則是指將制造好的晶圓進行封裝測試，與外部器件實現電學連接，并為芯片提供物理保護，使芯片能夠應用于終端。在材料方面，硅是晶圓體的主要原始用材，故有集成電路上的硅晶片之稱，由于硅晶片是圓形，故稱為晶圓，而在制造芯片的設備體系中，光刻機又是最為重要也是最高端的設備。

在芯片的商業模式運行上，目前主要有兩種，第一種是芯片制造商即所謂的IDM（Integrated Device Manufacture）模式，也就是從芯片設計、制造、封測到出貨的全產業鏈模式，代表企業有英特爾、三星和英飛凌等；第二種是垂直分工模式，即一家公司只專注于產業鏈上的一個環節，不同環節上的公司通過分工合作實現芯片的生產。我國主要采用的是第二種模式，國內任何一個單一企業面對IDM更多地還是無能為力。

由于制造工序繁多而復雜，芯片的投入也十分巨大。以目前全球主流工藝的28nm芯片為例，設計研發投入需要1億-2億美元，生產制造投資高達50億美元，而且芯片的體積越小，投資越巨大。目前來看，韓國三星是全球上最大的芯片制造商，2017年芯片銷售額達690億美元，美國高通是全球最大的手機芯片提供商，除了華為、三星等手機廠商外，其余安卓手機廠商采用的全部都是高通處理器，市場占有率高達42%。

二、“中國芯”的系統性軟肋

作為2018年中美“貿易戰”的首當其沖，中興通訊盡管暫時從美國商務部長達7年的“禁售令”中掙脫了出來，但死罪可免，活罪難逃，但多達 14億美元的民事罰款讓中興感受到切膚之痛。那么作為行業的精英翹楚與商業巨頭，中興通訊為什么對美國政府近乎野蠻的決定只能逆來順受？

打開中興出產的基站，人們會清楚地發現電路板上除了幾顆數字基帶芯片是自產的外，通信鏈路上RF（射頻）、PLL（鎖相環）、ADC（多通道模數轉換器）和DAC（數模轉換器）芯片都來自ACIA、Oclaro與高通等美國供應商。初步統計，中興通訊基站至少有20%-30%關鍵元器件都須從美國進口，這還不算中興智能手機高端處理器芯片來自高通這筆賬。一個并不深奧的常識，很多人都知道一臺基站100顆芯片中只要有1顆被禁運，整臺基站就會無法交付。美國商務部的輕易舉動顯然卡住了中興通訊的命門。

其實國內的許多企業都有著如同中興通訊一樣的尷尬與軟肋，即便是像華為在國產芯片領域已有不錯作為的科技巨頭也概莫能外。之所以如此，根本原因就是本土芯片的替代率十分地低微，按照權威專家的說法就是，中國芯片產業的落后是“全方位、系統性”的落后，而且即使是國內的龍頭企業，和國際主流水平都有一定的差距，更不用說國際最先進水平。

先看設計。目前國內企業僅僅設計與開發出了28nm的芯片，即使有制程技術小一些的芯片，也未能實現量產；而同期像三星、高通等都已推出了10nm產品并進入量產，甚至7nm以及5nm的芯片都已在研發之中。由于芯片必須保持階梯式研發過程，因此，中國試圖從28nm一下跳到目前通用的10nm幾乎沒有任何可能。因此，在目前國內芯片市場上，中國企業只能提供低端產品，而像CPU、存儲器以及高端的模擬芯片、功率芯片等都由外資企業把控。中國IC設計公司普遍毛利率都在30%以下，而歐美競爭對手都在45%以上，500多家集成電路設計公司收入僅是美國高通公司的60%-70%。

再看制造。決定芯片制造水平的關鍵因素就是設備。但目前我國不僅在先進制造工藝方面與國際先進水平相差2.5代（10年為一代）以上，而且半導體核心設備供應商都集中在美國、日本與荷蘭等國手中，尤其是芯片制造最重要的設備光刻機超80%為荷蘭ASML所控制，其他的如高頻射頻器件、高端光刻膠、化合物半導體等制造設備也都完全依賴進口，這樣，在全部芯片制造設備的構成中，目前的國產化率僅為12%，而且幾乎全是低端設備。值得注意的是，并不是所有的芯片制造高端設備都可以用錢就能從海外賣得到的。按照將中國排除在外且由33個成員國共同簽署的《瓦森納協定》，無論是關鍵技術還是元器件設備，都不可流入到非成員國之外的國家，因此，同樣是光刻機這一最重要的芯片制造設備，臺積電、英特爾、三星等全球領先的芯片制造商都可以順利地買到10nm制程的產品，但同期中國卻連32nm制程的產品也難以采購到手。

的確，中國是全球最大的芯片消費市場，去年的銷售額達到了 5411.3 億元，然而，在全部市場占比中，中國企業的產品權重僅為10%左右，這也就是說，國內芯片市場的90%以上份額為國外產品所圈占。中國市場上的最大贏家無疑是那些國外科技巨頭。據賽迪研究院數據統計，在 2017 年世界前 20 半導體企業中，美國企業占了 13 家，在中國市場銷售額合計是 667 億美元，其中，高通、博通、美光有一半以上的市場銷售額是在中國實現的，而作為中國最大的芯片制造商，華為海思的營收還不到英特爾和三星的1/10。

三、追趕過程與未來預期

如同很早就認識到了國產芯片落人之后的基本狀況一樣，中國政府在政策設計上對集成電路的重視從上個世紀90年代中期就已經邁開了堅定的步伐。當時，國家批準了名為“909工程”的重大科技成果立項，調配資金40億元（后又追加一億美元）希望帶動集成電路上下游產業的發展。

國家專門成立了集成電路產業投資基金，其中投資時長為10年、規模為1500億元的第一期基金已經募資完畢，并集中投向了62個項目，覆蓋IC設計、制造、封測、裝備材料、生態建設等各環節，實現了產業鏈上的完整布局。厲兵秣馬。IC產業戰略基金第二期募資規模將達到2000億元，并向外資開放，投資重點是智能電網、人工智能、物聯網、5G 等領域的芯片處理器設計商和設備制造商等一系列國內企業。

今年《政府工作報告》將“推動集成電路產業發展”列為加快制造強國建設需要推動的五大產業之首，財政部、科技部等國家四部委聯合發布了集成電路生產企業的稅收優惠政策，對國內芯片企業減免 2～5 年稅收。而在此之前，策應頂層設計的政策號召，上海，武漢、合肥、長沙、珠海、杭州、無錫等地相繼跟進成立了地方芯片產業投資基金，總規模超過了3000億元。受益于資源要素優勢以及連續多年的政策傾斜，目前國內集成電路已經形成上海為中心的長三角、北京為中心的環渤海、深圳為中心的泛珠三角以及武漢、西安、成都為代表的中西部四個各具特色的產業集聚區。權威機構預測，未來10年我國在集成電路領域新增投資總規模將超過1萬億元。

數據顯示，過去5年，我國IC產業年復合增值率為21%，約是同期全球增速的5倍左右，產業規模從2013年的2508億元提高到2017年的5411億元；尤其是最近三年，我國芯片業年均投資額均在1000億元以上。根據國際半導體協會（SEMI）公布的數據，過去兩年全球新建的晶圓廠至少就有19座，其中有高達10座皆建于中國。按照1-2年的建設周期，2018年和2019年將是國產設備入場的高峰期。2018年和2019年中國的IC設備銷售額將同比增長57%和60%至750億元和1201億元，為全球同期銷售增速的10倍之多。到2020年，中國大陸將成為集成電路新增投資最大的區域，整個投資比重將占全球新建晶圓廠的42%。

華為、中興、紫光集團、中芯國際在內的27家國內芯片龍頭已經組成了“中國高端芯片聯盟”，產業協同效應值得期待。作為國產芯片可能后來居上的重要支撐，過去19年全球芯片專利數量增長了6倍，而中國芯片專利量則增長了23倍，以芯片專利申請數量論，我國已躍居世界第一大國，并連續6年蟬聯全球第一。

四、相關政策的調整

基于自身核心技術的短缺，國內企業一直以來都沿襲著與海外IC設計公司合資或者通過專利授權的技術路線來維系著自己的產品生產與加工模式，這種“以市場換技術”的商業操盤方式也導致了國內投向IC行業的資金更多地集結到芯片的制造環節，快速地催生了晶圓廠的上馬與擴容。但我們必須清晰地認識到，沒有上游設計的技術研發供給，再多的晶圓廠最終都會淪為低端的代工企業；因此，無論是政府投資還是商業投資，未來的主要方向都應當集中到芯片設計以及產業鏈中的關鍵技術上來，除了國家IC產業投資基金切割出固定比例的資金給予優先扶持外，還可以通過稅收減免以及財政補貼方式對企業技術環節的成果創新給予重點支持與激勵。

芯片業的發展并不能僅僅依靠政府投資來推動，還必須創造足夠的吸引力招徠社會資本的踴躍加入。一方面，政策層面可允許或者鼓勵一些國有芯片企業開放部分股權，從戰略上綁定社會資本的投資預期；另一方面，國家可以考慮采用PPP（政府和社會資本合作）的方式引導社會資本進入重點目標企業；在保證對芯片企業一定強度財政補貼的前提下，應給與市場充分的定價權，允許國產芯片商通過高價售賣產品獲得超額利潤，彌補巨額研發的投入，同時吸引民間資本進入。

一個芯片是否成熟在實驗室是無論如何測不出來，它需要通過整機廠商的磨合才能最終實現量產和解決良率問題。為此，必須改變先前那種指定科研院所專項補貼的方式，轉而采取用戶補貼的方式，比如鼓勵采用國產芯片的下游整機廠商，這樣可以將芯片的研發與生產交由整機廠所決定。

事實上，政府投資轉為對下游用戶的直接補貼還涉及到芯片產業的聯動機制構建。分析發現，華為海思之所以能夠在國產芯片陣營中鶴立雞群，除了其自身的技術積累外，背后更有華為在終端環節產品應用的強大支持，而且正是終端使用反向給予了海思芯片驗證、試錯與提升機會，從而加速芯片改進達到量產狀態。類似的聯動機制同樣可以在更大范圍內使終端和芯片的設計廠商有更好的適配合作機會，加速芯片的穩定和商用進程。不過，并不是所有的下游廠商具有華為那樣的市場采購能力或者財務虧損承受能力的，這就需要有形之手與無形之手相協同、正向激勵和負向懲罰相聯合，共同驅動更多的國內企業加大對本土IC的采購力度。

明確政府投資與補貼路徑的同時，更應當改變芯片產業投資的“撒胡椒面”方式。目前來看，無論是美國還是日本抑或是韓國，均不是在芯片全行業進行投資的完整布局，而是側重某一個或幾個長項地帶，比如美國重點聚焦芯片的核心零部件研發，韓國以存儲器和顯示器芯片見長，日本關注的是芯片專用工具和硅晶圓材料，而臺灣則以芯片代工為主。在芯片業的全球產業分工中，中國一方面不能僅僅滿足于系統集成，另一方面要尋求重點突破，全力培育和打造1-2項核心能力。

最后需要特別指出的是，集成電路是典型的人才密集型產業，而人才不足和專業技術人員短缺才是我國芯片業的最大軟肋。按照2020年我國集成電路產業達到一萬億元產值來算，至少需要70萬名相關人才，但現在不到30萬人，缺口超過40萬人。參考歐美的成熟經驗，可以考慮建立全國統一的以集成電路設計、制造為主題的學習實踐平臺，全國高校相關專業的學生都可以申請使用這個平臺上的資源，由此從基礎上提高人才培養質量，同時減少各個高校之間的資源重復建設，而且像一些成熟的集成電路工藝也完全可以在平臺上展示，讓學習者快速分享，借此加快人才的成長步伐。