走向世界前列：中國的樞紐型創(chuàng)新

對于5G、人工智能和物聯(lián)網這種與人類生產生活各個方面都密切結合在一起的科技創(chuàng)新，我們將之稱為“樞紐型創(chuàng)新”。

不同于某一特定機器設備的發(fā)明或者新產品、新材料的出現，樞紐型創(chuàng)新領域的突破，會帶動整個產業(yè)體系出現一次全面而廣泛的革新。

人類歷史上影響重大的“樞紐型創(chuàng)新”有幾次呢？第一次是瓦特發(fā)明蒸汽機，一級能源被廣泛應用到工業(yè)和交通等領域，繼而開啟了工業(yè)革命，此后的內燃機也是在此基礎上的改進；第二次是法拉第關于電力的改進，電力運用為人類搭建起來了一套新的能源體系，今天生產生活的方方面面都被它深深影響著；第三次則是大規(guī)模集成電路技術的發(fā)明，也就是芯片——它創(chuàng)造了信息產業(yè)并改變了工業(yè)生產的控制方式，幾乎一切機器都會用到集成芯片，此后的互聯(lián)網和移動互聯(lián)網都是集成電路技術的繼續(xù)。

當下時代引領變革的核心樞紐是人工智能，而5G和物聯(lián)網則是支撐變革的基礎。它也是人類歷史上第一次主要由軟件創(chuàng)新而非硬件創(chuàng)新所推動的產業(yè)革命。可以預料的是，人工智能將在5G和物聯(lián)網技術的支持下，像電力和芯片一樣滲透我們生產生活的方方面面。

第一次工業(yè)革命后，中國淪為了半殖民地社會；第二次工業(yè)革命后，中國在跌到谷底后奮發(fā)圖強努力追趕，勉強在信息產業(yè)革命的前夜補上了前兩次工業(yè)革命的“功課”。第三次工業(yè)革命后，中國奮起直追，直到今天，在信息產業(yè)上，進入了第一梯隊的行列。在人工智能和5G革命爆發(fā)的前夕，中國終于處在一個比較有利的位置。

一、領先世界的5G技術和通信產業(yè)鏈

世界各地智庫和機構發(fā)布的各種5G報告，雖然角度和方法各有不同，但幾乎都認可中國的領先地位。由美國技術專家組成的國防創(chuàng)新委員會發(fā)布的《5G生態(tài)系統(tǒng)：美國國防部的風險和機遇》中特別強調：“中國在5G開發(fā)方面已然處于領先地位。”

截至2019年3月，中國廠商已申請5G的專利占全球的34%，排名第一。第二名韓國25%。美國和芬蘭各占14%、瑞典占近8%、日本占5%，加拿大、英國和意大利同樣排名前十，但占比均低于1%。

這些專利中，最關鍵的是5G的“標準必要專利”（standard essential patents， 簡稱“標專”）。中國的華為擁有1554個5G“標專”，芬蘭的諾基亞、韓國的三星和LG緊隨其后；另外一家中國公司中興也擁有1208個5G“標專”，排名第五。擁有5G“標專”最多的美國公司是高通，排在第六位，有846項標準必要專利，相當于中興的三分之二和華為的一半。此外，大唐電信所控股的中國電信科學研究院也擁有352項5G標準必要專利。

在5G技術國際標準方面，中國移動以10個標準項排在世界第一；華為排在第二名，有8項；瑞典的愛立信第三，6項。美國標準立項最多的高通公司只有5項，排在第四。此外，中國還有中興通信有2項，中國聯(lián)通有1項。根據美國的統(tǒng)計，中國總共有21個國際標準立項，居第一；歐洲14項；美國只有9個，居第三；日本4項，韓國2項。

在基礎構架方面，中國企業(yè)也處于“領頭羊”地位。2017年，在杭州召開的國際移動通信標準組織專業(yè)會議上，正式確認5G核心網采用中國移動牽頭并聯(lián)合26家公司提出的SBA架構作為統(tǒng)一的基礎架構——該架構由中國移動牽頭聯(lián)合全球14家運營商及華為等12家網絡設備商提出。

從各個方面來看，中國在5G 技術領域都居于世界第一的水平，而且與美國拉開了不小的差距。

從產業(yè)鏈的角度來看，中國更是遙遙領先，后邊看不見對手。當前能提供5G設備的制造商全球范圍內只有華為、中興、諾基亞和愛立信，沒有一家美國公司。中國5G產業(yè)鏈的完整性得到了嚴格檢驗，華為大量出貨5G基站，甚至還發(fā)布了Mate20X和Mate40、Mate X等多款5G手機，各項指標都處于世界領先地位。

有專業(yè)人士把這些手機拆了個底朝天，發(fā)現里面從芯片到通信基帶，從屏幕到電池，絕大部分都是國產的。甚至在Mate30中，已經不再有任何美國生產的零部件了——當然，這些零部件中仍然包含了大量來自美國的專利技術。

諾基亞和愛立信雖然是歐洲公司，但其設備組裝制造基地卻在中國。愛立信有45%的產品是在中國制造的，諾基亞的這一比重則為10%。也就是說，從產品產地來看，全世界5G核心設備絕大部分都是在中國制造的。

離開中國的產業(yè)鏈支持，沒有任何國家能以有市場競爭力的成本制造出5G核心設備。

中國龐大的電子信息產業(yè)鏈帶來的成本優(yōu)勢無與倫比。在無線通信設備市場上，華為和中興能壓過老牌巨頭愛立信、諾基亞絕不是無緣無故的。

美國電信咨詢企業(yè)“偵查分析”（ReconAnalytics）測算：華為、中興兩家公司的產品，要比其對手的報價低30%～50%。對此，路透社援引一位電信領域業(yè)內人士聲稱，這樣的定價“不合常理”，甚至用的“是不是基于市場”這樣的措辭來形容。

但這還不是實際差異，更換設備還得考慮安裝、調試、潛在的故障停運損失等。舉個例子，美國科技網站“前沿”（The Verge）曾透露：俄勒岡東部電信花費50萬美元購買華為設備，為4000名客戶提供服務，若要替換同等級別的設備，所需費用可達120～150萬美元。也就是說，諾基亞和愛立信的產品最終價格可能是華為、中興的2～3倍之多。

然而，在價格高如此多的情況下，諾基亞和愛立信竟然還面臨著大幅虧損的境況。諾基亞和愛立信在2019年4月公布了他們的季報，前者凈虧損4.98億美元，同比擴大137%；后者勉強走出窘境，凈利潤約2.51億美元，但2018年全年還是虧損的。相反，價格只有其一半甚至更低的華為和中興的凈利潤額倒是不低——這就不僅是公司管理和技術水平的問題了，背后是整個中國電子信息產業(yè)鏈和人力資源培養(yǎng)體系的強大支撐。

二、人工智能“總量第二、增量第一”

在本輪產業(yè)革命中最核心的技術——人工智能方面，中國目前尚未取得像5G這樣穩(wěn)固的優(yōu)勢地位，這是值得我們擔憂和需要加倍努力的地方。

美國是人工智能技術的發(fā)源地。早在1956年，美國學者就召開了人類歷史上第一次人工智能學術研討會，并在20世紀60年代掀起了第一次人工智能熱潮，當時的中國還在大力發(fā)展煤炭鋼鐵產業(yè)，努力讓自己的鋼鐵產量達到工業(yè)國家的水平。80年代第二波人工智能浪潮爆發(fā)的時候，中國正在大力發(fā)展“三來一補”的簡單外貿加工業(yè)，補足自己在輕工業(yè)方面的短板。2012年，在機器深度學習算法得到關鍵性突破之時，國內對人工智能的關注度仍不算高。

人工智能引起我們高度重視，是受2016年3月谷歌公司的阿爾法狗戰(zhàn)勝韓國圍棋大師李世石事件的影響。

2017年3月，“人工智能”作為一個產業(yè)發(fā)展的重要專業(yè)術語第一次出現在政府工作報告中。

深度學習算法的關鍵突破是由加拿大多倫多大學實現的，人工智能熱潮的興起是由美國的谷歌推動的。

不過，中國作為“跟跑者”，在鋼鐵產量世界第一、輕工業(yè)產品世界第一、手機電腦產量世界第一、5G技術世界第一的情況下，一旦開始在人工智能領域加大資源投入，很快就會追上來，躋身世界第一梯隊，成為與美國并列的兩大人工智能強國之一。

2019年1月，世界知識產權組織發(fā)布了首份人工智能專利報告。美國和日本在1950—2016年占據這一領域的主導地位，但最近10年中國的申請數量大幅增加，最近幾年已經超過這兩個傳統(tǒng)強國。

在過去20年的人工智能專利授權總量方面，美國占比為31.8%；其次是日本，占比23.4%；中國占比22.2%。

但是在專利申請量方面，中國從2016年開始，連續(xù)三年占據全球人工智能專利申請量的一半以上，不僅超過了美國，還超過了包括美國在內的其他所有國家的總和，增長速度相當迅猛。

從歷史統(tǒng)計來看，人工智能企業(yè)最早從1991年開始萌芽，2005年以后進入高速成長期，2013年以后發(fā)展勢頭趨于穩(wěn)定。而中國第一家人工智能企業(yè)誕生于1996年，2003年進入高速發(fā)展期。

在人工智能專利申請的企業(yè)排名中。百度在中國企業(yè)中位居首位，專利申請數量達到1522項，排名從第11位上升至第4位。中國國家電網公司排名第6，專利數量為1173項。騰訊也從第20位上升至第8位，專利總數為766項。

不過，中國的增長速度快于美國。中國2018年共計申請3萬項人工智能公開專利，大約較5年前增加10倍，達到美國的2.5倍。人工智能專利申請數量排名前20位的學術機構中，中國占了17個，在快速增長的“深度學習”領域尤其強大。

2019年全球人工智能初創(chuàng)企業(yè)排名，上榜的前100家人工智能創(chuàng)業(yè)公司中有77家都位于美國，23家在美國以外，其中位于中國的有6家，以色列有6家，英國有6家，其余位于加拿大、德國、瑞典、日本、印度的AI創(chuàng)業(yè)公司均為1家。在增長潛力上，中國仍然占優(yōu)。2017年，全球AI初創(chuàng)企業(yè)的融資額達到152億美元，創(chuàng)出歷史新高。其中，中國占比48%（合計73億美元），超過美國的38%。

在人工智能技術的應用領域，中國目前有一項處于領先地位，就是圖像識別。在圖像識別方面，中國之所以能世界領先，是因為我們有全世界最獨特而廣闊的應用場景——安防領域的人臉識別。為了社會治安和國家安全，中國在各個領域廣泛推動人臉識別，不管是坐飛機、火車、高鐵，還是入住賓館、進出校園，都需要人臉識別。而西方發(fā)達國家受民粹主義意識形態(tài)的限制，把這些安全需求和人權隱私捆綁在一起，大規(guī)模的攝像頭監(jiān)控和人臉識別技術因此遭到歧視和非理性的排斥，使之無法廣泛使用——這就相當于把人臉識別的應用市場拱手相讓，中國企業(yè)可以在幾乎沒有競爭對手的地方大展拳腳。經過短短兩三年的發(fā)展，我們就走到了世界前列。

現在，不僅是人臉識別，還發(fā)展出來了豬臉識別、貓臉識別，等等，我國圖像識別技術傲視全球。圖像識別也成了第四代人工智能技術第一個實現大規(guī)模產業(yè)化的應用技術領域。

總體來看，在人工智能領域，中國發(fā)展速度相當快，在增量上已經位居世界第一，且率先實現了大規(guī)模產業(yè)化應用。

三、物聯(lián)網：局部優(yōu)勢與巨大短板并存

1.場景應用領先世界

我國的物聯(lián)網技術相對于5G技術而言，還沒有取得世界領先地位。

中國在物聯(lián)網方面領先的主要是一些實際應用場景而非核心技術領域。

思科公司全球戰(zhàn)略創(chuàng)新事業(yè)部副總裁克朗斯在2018年發(fā)表了一篇關于物聯(lián)網的文章，主題就是：學習中國。

這篇文章以作者的親身經歷開篇：

25年前，我第一次訪問北京時，街道和人行道上遍布人群、自行車和卡車。最近，我剛第14次訪問回來，雖然交通繁忙的景象仍然存在，卻有一個實際的區(qū)別——如今，嵌入物聯(lián)網（IoT）技術的智能自行車、公共汽車和火車隊正在使城市交通變得更加智能化，更加便捷和高效。

在許多方面，智能出行傳達了中國物聯(lián)網轉型的精髓：它以中國傳統(tǒng)為基礎，以新奇和意想不到的方式整合先進技術。中國已不再是一個技術模仿者——它已經成長為一名技術創(chuàng)新者，并鞏固了其作為物聯(lián)網領導者的地位，這讓我十分震驚。

……

我親眼看到物聯(lián)網的發(fā)展如何滲透幾乎所有的業(yè)務部門和公共系統(tǒng)，不僅包括制造業(yè)和工業(yè)部門，還包括交通運輸、城市服務（包括減少污染）、醫(yī)療保健、零售、農業(yè)，等等。

在北京，我使用了一家在2016年收購優(yōu)步中國公司的滴滴出行軟件。當我點擊滴滴的應用程序時，它自動翻譯了我和位置最近的司機之間的問題和答案——司機在30秒內找到了我。

思科副總裁列舉的這些方面——工業(yè)、交通、城市運營、醫(yī)療保健、零售、農業(yè)等方面，中國確實已經有相當多物聯(lián)網應用案例。這和中國過去五年掀起的“互聯(lián)網+”創(chuàng)新浪潮有密切關系。物聯(lián)網，歸根結底就是互聯(lián)網的一種形式。用餓了么App點外賣，是用網絡把人（吃飯的人和做飯的人）聯(lián)系起來，這是“人聯(lián)網”；在自行車上安裝感知芯片，可以用手機開啟和付費，這就是“物聯(lián)網”。在應用場景創(chuàng)新方面，中國因為有龐大的通信、物流、交通、金融等基礎設施網絡，又有全世界數量最龐大的城市中產階級消費群體，在這方面走到世界前列是必然的。

2. 傳感芯片嚴重依賴進口

物聯(lián)網的核心技術之一是傳感器。在這方面，中國存在著重大短板。目前我國高端傳感器60%依靠進口，傳感器芯片80%依賴進口。物聯(lián)網傳感器涉及的技術種類很多又都很復雜。目前全球傳感器包括力學傳感、溫/濕度傳感、速度傳感、位移傳感、流量傳感、光學傳感、電量傳感、聲學量傳感、氣體傳感、生理傳感、視覺/圖像傳感等，細分起來多達2.6萬余種，隨著技術創(chuàng)新，新的品種和類型還在不斷出現。在這個領域落后，基本不大可能在三五年內追趕上來。

經過幾十年的努力，中國傳感器制造行業(yè)取得長足進步，但與發(fā)達國家相比仍存在明顯差距。從全球市場看，美國、日本、德國占據全球傳感器市場近七成份額——美國占了29%，德國占了19%，日本占了21%。而中國僅占10%左右。

在國內已有的1700多家企業(yè)、大專院校、科研機構中，都在不同程度地研發(fā)、小批量生產制造傳感器產品。但是非專業(yè)型、非主流產品的企業(yè)比例較高，產值相對較低。物聯(lián)網龍頭企業(yè)缺乏，國內與物聯(lián)網有關的30余家上市公司也只是業(yè)務關聯(lián)，且業(yè)務收入只占營業(yè)額的一小部分。產值過億的傳感器企業(yè)僅占總數的5%，產品種類齊全的專業(yè)廠家不足3%。與國外相比，在產品品質、工藝水平、生產裝備、企業(yè)規(guī)模、市場占有率和綜合競爭能力等方面都存在較大差距。

傳感器產業(yè)中，與國際差距最大的領域，又體現在核心技術最為密集的新品研制方面，落后世界先進水平近10年。工業(yè)物聯(lián)網中最重要的微機電系統(tǒng)傳感器（MEMS）更是大部分依賴進口。這對我們的物聯(lián)網、大數據、云計算、“互聯(lián)網+”、智慧城市，乃至軍工與武器裝備水平的整體發(fā)展與提高都產生了嚴重的制約和影響。

四、后臺核心技術：芯片與超級計算的競爭

1.芯片與人工智能芯片

芯片是三大樞紐型創(chuàng)新都必不可少的核心硬件。其對應關系如圖1所示。

圖1 芯片的對應關系

（1）通用計算芯片的產業(yè)鏈革命

芯片是人工智能存在的基礎載體。眾所周知最重要的計算芯片就是CPU（中央處理器）。在個人電腦時代，美國一直處于壟斷地位，全世界的電腦CPU幾乎都是美國的英特爾和AMD公司生產的，這一壟斷地位至今仍不可動搖。不過，這種壟斷地位已經變得岌岌可危。

美國在計算機芯片方面壟斷的終結，從產業(yè)的視角來看是一個很有意思的案例。

芯片生產有兩種模式：獨家生產和產業(yè)鏈協(xié)作。英特爾和2019年之前的AMD都是獨家生產模式，這也是美國壟斷時代芯片產業(yè)的唯一生產模式。在公司管理、技術研發(fā)、市場運營等方面，英特爾幾乎已經做到極致，沒有任何公司可以與之匹敵，其壟斷地位看起來很難打破。

最終成功挑戰(zhàn)英特爾的，不是一家企業(yè)，而是一種新的生產方式。

芯片的產業(yè)鏈條，從大的方面說，可以分為3個環(huán)節(jié)：研發(fā)設計—生產制造—封裝測試。它還有兩個關鍵性的上游產業(yè)：以硅晶圓為代表的核心原材料生產和以光刻機為代表的核心裝備制造。三大環(huán)節(jié)如圖2 所示。

圖2 三大環(huán)節(jié)示意圖

其中，能把“研發(fā)設計—生產制造—封裝測試”這個鏈條在一家企業(yè)內部做完的，稱之為獨家生產模式。產業(yè)鏈協(xié)作模式，就是將這三個鏈條分開，由不同的專業(yè)企業(yè)來完成。

芯片又叫集成電路，就是把計算機所需要的計算電路壓縮到一個極其微小的電路板上。1942年在美國誕生的第一臺電子計算機，它是一個占地150平方米、重達30噸的龐然大物，里面的電路使用了17468只電子管、7200只電阻、10000只電容、50萬條線。要把這些東西集成到指甲蓋那么大的一個硅片上，難度之大難以想象。更何況，今天的集成電路需要集成的已經不再是幾千幾萬條電路了。

華為公司2019年9月發(fā)布的麒麟990芯片，晶體管數量超過100億個，是當時人類歷史上單位面積集成晶體管數量最多的量產芯片。蘋果公司最新的M1芯片上，已經集成了150億個晶體管電路。而芯片巨頭英偉達2020年發(fā)布的旗艦顯示芯片RT×3090的晶體管規(guī)模已經達到280億個。

這些電路在芯片上密密麻麻地分布著，還分為很多層，就好像一個復雜的大樓中間的各種電路和管道一樣，它們該如何布局走線，需要首先根據需求被設計出來。要設計出幾十億條電路，分成很多層，并且互相不干擾還能配合計算，難度非常大。但難度更大的是生產制造，這些電路極其細小，肉眼根本無法看見。目前，用在手機上的主流集成電路寬度是7納米寬。2019年7月，世界上最大的芯片加工企業(yè)臺積電宣布，公司已經突破3納米工藝——也就是可以把每個電路的寬度壓縮到3納米（1納米是1毫米的百萬分之一）。

生產制造的辦法不是把電線粘到芯片上去，也不是用刀在上邊刻出來。而是用“光刻”。光刻的工藝流程是：在硅片表面覆蓋一層光刻膠，然后，用光線（一般是紫外光、深紫外光、極紫外光）透過設計好的電路掩模，一絲一絲地照射在光刻膠上邊。被光線照射到的光刻膠會發(fā)生變化，沒有被照到的則會保持完好。再用刻蝕溶劑去洗光刻膠，被光照過的部分，溶劑就會透過光刻膠腐蝕到硅片；沒有被照到的部分，光刻膠就會保護硅片，令其保持完好。

最后，在被腐蝕出來的線路中，注入導電的離子，就形成了芯片上的電路。

其中，最關鍵的技術有兩個。

一是純度極高的硅晶圓。因為電路特別細小，硅晶圓上面的任何細微雜質都會影響它的導電性能。太陽能電池板中也需要用到硅晶圓，純度要求是99.9999%，也就是雜質不能超過硅元素的萬分之一。而芯片制造所需要的硅晶圓純度要求更高，還要在小數點后邊再增加五個9，也就是99.999999999%，即雜質不能超過十億分之一。

電子級高純度硅晶圓的制造主要掌握在日本、德國、韓國的極少數企業(yè)手中。經過幾十年的技術追趕，在2018年，江蘇鑫華半導體材料科技有限公司已經成功量產純度要求達到99.999999999%的電子級多晶硅，在經過一系列嚴格驗證、檢測之后，不但能供應國內市場，還出口到韓國。自此，我國打破了長期以來國外高純度材料的技術壟斷，但該公司的目前產量只能滿足國內需求量的三十分之一左右。

芯片生產的第二個關鍵是光刻機，也就是用光線和光刻膠在硅片上刻線的機器。

高端光刻機是人類工業(yè)成就的巔峰，在指甲蓋大小的硅片上刻出來幾十億條電路，而且還要擁有極高的可靠度，幾乎二十四小時連續(xù)不斷地工作，每天刻幾萬片，連續(xù)工作幾十年。這幾乎無法想象。其技術極為復雜，需要最尖端的機械、材料、化學、光學等技術支持。

高端光刻機的制造技術，目前幾乎被荷蘭的阿斯麥（ASML）公司所壟斷。阿斯麥公司是飛利浦公司的技術人員出來創(chuàng)辦的，飛利浦對其有投資也有技術支持。飛利浦是誕生于1891年第二次工業(yè)革命期間的國際機械和電器巨頭。而阿斯麥的光學技術則源于德國蔡司公司的支持——這是一家誕生于1846年的公司，專業(yè)從事光學鏡片的生產研究。在最新一代的極紫外光刻技術專利中，阿斯麥排第二，排第一的就是蔡司公司。

光刻機所需的光刻膠生產技術也只有少數頂級化工企業(yè)掌握。超過80%的市場份額掌握在日本住友、TOK、美國陶氏等公司手中。而光刻的軟件控制系統(tǒng)和光源技術，則由美國公司壟斷。目前，中國在頂級光刻機的關鍵零部件和核心軟件領域，還沒有自己的一席之地，這也是我國產業(yè)安全的一大關鍵薄弱環(huán)節(jié)。

芯片生產的關鍵設備還有一個蝕刻機，用來在硅片和光刻膠被光刻以后，對光刻膠和硅片進行溶蝕，把電路刻出來。中國已經掌握高端蝕刻機的制造技術，三星、臺積電等頂級芯片加工企業(yè)都在用中國生產的蝕刻機。但其重要性和技術難度不如光刻機。

將以上這些材料、設備和技術整合起來，就可以根據設計方案制造芯片了。

完成制造環(huán)節(jié)以后，芯片生產就會進入最后的封裝測試環(huán)節(jié)。

由于芯片集成度極高，單位面積上的電路數量極多，光刻技術雖然厲害，也難免會出現失誤，并不能保證每一條設計好的電路都能好好地刻上去——刻出來十幾億甚至幾十億條電路，其中總有一些是壞的。所以，在最后封裝的時候，必須要逐一進行測試。測試其性能能達到設計的百分之多少。根據測試結果確定其具體型號，性能好的就是高端型號，差一點的就是中低端型號。所以，芯片生產中的封裝測試環(huán)節(jié)，技術含量比普通產品的質檢技術含量要高很多，在產業(yè)價值鏈上的重要性也高很多。

1987年之前，全世界半導體企業(yè)都是一樣的商業(yè)模式：英特爾等巨頭自己設計芯片，在自有的工廠生產，并且自己完成芯片測試與封裝。1987年，在美國德州儀器擔任副總裁的張忠謀回到老家中國臺灣，創(chuàng)辦了臺灣積體電路制造股份有限公司（臺積電），開創(chuàng)了芯片代工模式。他的設想是：“我的公司不生產自己的產品，只為半導體設計公司制造產品。”這在當時不可想象，因為那時還沒有獨立的半導體設計公司。但張忠謀相信，芯片制造其實跟其他工業(yè)品制造一樣，可以實現產業(yè)鏈分解和轉移，尤其是生產制造和產品設計可以分開，而且這種專業(yè)化分工比獨家生產更有效率。

做出創(chuàng)業(yè)決定的時候，張忠謀已經56歲了。20年后的2007年，臺積電的凈利潤接近800億元人民幣，其市值高達2200億美元，超過英特爾成為全球最大的半導體公司。專業(yè)化對提升制造能力確實有效，在臺積電率先突破7納米制程的時候，英特爾還只能生產12納米芯片。

有了臺積電這種專業(yè)的芯片制造企業(yè)作為支持，芯片設計作為一個專門的產業(yè)才發(fā)展起來。今天，產業(yè)鏈協(xié)作模式已經成了主流。英特爾的老對手AMD也把自身的制造環(huán)節(jié)獨立出來成立了格羅方德公司，專門做芯片代工，自己則專注于研發(fā)設計，而且最先進的制程也委托臺積電代工，并不委托給格羅方德。目前，連英特爾自己也開始為一些小型的芯片設計企業(yè)做代工。

代工模式興起以后，芯片產業(yè)鏈就徹底分散了——世界各國的企業(yè)都可以根據自己的需求設計芯片，然后找代工廠代工。盡管要把芯片設計好，對技術實力的要求也非常高，但總比全鏈條打通要容易得多。所以，產業(yè)鏈協(xié)作模式，有利于芯片產業(yè)的多元化發(fā)展，滿足客戶的個性化定制化需求。

總的來說，美國在芯片領域的壟斷地位，不是被新技術而是被一種新的產業(yè)模式打破。當前，美國在芯片領域仍舊位于世界前列，但壟斷地位已不復存在。

中國自己的芯片代工制造也在快速進步。目前領軍的代工企業(yè)是位于上海張江的中芯國際。2018年的時候，中芯國際已能夠代工生產28納米的芯片；2019年上半年宣布14納米也已經量產，12納米的技術開始進入客戶導入階段。

代工領域的第二名是上海華虹集團，1996年成立，是專門承擔國家芯片發(fā)展戰(zhàn)略的企業(yè)，到2018年底，已經實現了28納米量產。此外，三星、格羅方德、德州儀器等知名廠商也紛紛在中國投資建設芯片代工廠，一個龐大的硅晶圓代工技術集群區(qū)正在中國逐步形成。

（2）存儲芯片的大國之爭

在各種主流芯片中，存儲芯片是技術含量相對較低的一種。技術含量較低就意味著：后發(fā)國家相對容易掌握核心技術，同時，人力、土地、材料等成本對企業(yè)的競爭力影響會更大。因此，它也是從芯片產業(yè)中心美國最早開始往國外轉移的產業(yè)。

現代信息存儲技術是由華人發(fā)明的。1949年，在哈佛大學計算機實驗室工作的王安博士（江蘇昆山人，上海交通大學畢業(yè)）研制出了磁芯存儲器，并于1949年10月申請了專利。在這之前，IBM推出過一款打孔存儲器——在卡紙上打孔來記錄信息，屬于信息時代以前的技術。

1951年，王安離開哈佛大學，以僅有的600美元，創(chuàng)辦了王安電腦公司。1956年，他將磁芯存儲器的專利權賣給IBM，獲利50萬美元。他將這50萬美元全部用于研究工作。1964年，王安公司推出最新的用電晶體制造的桌上電腦，取得了巨大的成功。至1986年前后，王安公司達到了它的鼎盛時期，年收入達30億美元，在美國《財富》雜志所排列的500家大企業(yè)中名列146位，在世界各地雇用了3.15萬員工。而王安本人也以20億美元的個人財富躋身美國十大富豪之列。

IBM購買了王安的磁芯存儲器專利之后，推出了磁芯存儲器產品，大受歡迎。直至20世紀70年代初，世界90%以上的電腦，都還在采用磁芯存儲器。1966年，IBM在磁芯存儲的基礎上研發(fā)出了晶體管DRAM內存，這就是現在仍在使用的內存條。英特爾公司就是從做存儲芯片起家的。1965年，英特爾的創(chuàng)始人摩爾提出，“當價格不變時，集成電路上可容納的晶體管數量，約每隔18個月便會增加一倍，性能也將提升一倍”，這就是著名的“摩爾定律”。但這句話當時說的是存儲芯片，還不是計算芯片CPU。1974年的時候，英特爾已經在存儲芯片領域占據了全球74%的市場份額。

不過，到了20世紀70年代中后期，從事存儲芯片制造的美國企業(yè)就開始出現競爭力下降的情況，日本企業(yè)在這方面開始占據上風。

日本的勝利和其國家產業(yè)政策密不可分。

在20世紀70年代，盡管日本可以生產DRAM存儲芯片，但是最關鍵的制程設備和生產原料要從美國進口。為了補足短板，1976年3月，經通產省、自民黨、大藏省多次協(xié)商，日本政府啟動了“DRAM制法革新”國家項目。由日本政府出資320億日元，日立、富士通、三菱、東芝、NEC五大企業(yè)聯(lián)合籌資400億日元。總計投入720億日元為基金，由日本電子綜合研究所和計算機綜合研究所牽頭，設立VLSI聯(lián)合研發(fā)體。

在這個技術攻關體系中，日立（HITACHI）公司負責電子束掃描裝置與微縮投影紫外線曝光裝置；富士通公司負責研制可變尺寸矩形電子束掃描裝置；東芝公司負責EB掃描裝置與制版復印裝置。電子綜合研究所負責對硅晶體材料進行研究。三菱則負責開發(fā)制程技術與投影曝光裝置。NEC公司負責進行產品封裝設計、測試、評估研究。

在產業(yè)化方面，日本政府為半導體企業(yè)，提供了高達16億美元的巨額資金，包括稅賦減免、低息貸款等資金扶持政策，幫助日本企業(yè)打造DRAM集成電路產業(yè)群。到1978年，富士通公司研制成功64KDRAM大規(guī)模集成電路，達到了美國同期的技術水準。這一年，日本64KDRAM存儲器開始進入國際市場，出口迅速增加。

針對難度大的高風險研究課題，VLSI項目采用多個實驗室群起圍攻的方式，調動各單位進行良性競爭。各企業(yè)的技術整合，保證了DRAM量產成功率，奠定了日本在存儲市場的優(yōu)勢。

1980年，日本宣告為期四年的“VLSI”項目完成，其間申請的實用新型專利和商業(yè)專利，達到1210件和347件。這一年，日本的存儲芯片只占全球銷量的30%，美國公司占到60%。但到了1985年局勢就完全倒轉了。原本價格虛高的內存模塊，價格暴降了90%。一顆兩年前還賣100美元的64KDRAM存儲芯片，現在只要5美元就能買到了，日本廠商還能賺錢。

由于日本廉價存儲芯片大量傾銷，美國的存儲芯片企業(yè)鎂光被迫裁員一半，1400名工人失業(yè)。從1985年至1986年，英特爾連續(xù)虧損六個季度，市場份額暴跌到僅剩1%。當時，英特爾的年銷售額為15億美元，虧損總額卻高達2.6億美元，關閉了7座工廠，并裁減員工。瀕臨破產的英特爾，被迫選擇全面退出存儲芯片市場，轉型發(fā)展計算芯片，由此獲得新生，成了一代CPU巨頭。

螳螂捕蟬，黃雀在后。日本企業(yè)和美國企業(yè)血拼存儲芯片的時候，韓國的三星看準了機會開始進入這個市場。

三星公司由李秉喆創(chuàng)立于1938年，最開始只是做泡菜和魚干的生意，到1969年涉足電子產業(yè)，也只是做黑白電視機。看到半導體發(fā)展起來，李秉喆覺得是個機會，但技術要求太高，壟斷在美日手中，公司內部反對涉足半導體的聲音很大。這時候他的兒子李健熙從美國留學回來，李秉喆就給了他一筆錢，讓他去試試。1974年，李健熙買下韓國半導體公司，進軍內存，但投入太大，技術要求太高，折騰了好多次，虧得慘不忍睹。

關鍵時刻，美國人拋來了橄欖枝。他們競爭不過日本人，就開始扶植韓國企業(yè)起來跟日本對著干。三星從美國企業(yè)手里買到了很多制造存儲芯片的技術和設備，開始迅速發(fā)展壯大起來。美國資本也大量進入三星公司，雙方結成利益同盟。

當年日本除了半導體，在汽車、機械等領域也對美國形成碾壓之勢。美國本來是扶持日本對抗蘇聯(lián)和中國的，結果發(fā)現日本竟然對本國經濟構成威脅，于是連續(xù)動用政治手段打壓日本經濟。日本是被美國駐軍的國家，對美國霸權沒有抵抗能力。在1985年9月，被逼著簽訂了《廣場協(xié)議》，同意讓日元兌美元大幅度升值。此后三年，日元對美元升值了一倍，意味著同樣日元定價的商品，在國際上價格就要漲一倍，這就大大降低日本制造產品的競爭力。同一年，美國政府聯(lián)合半導體行業(yè)協(xié)會對日本發(fā)起301條款起訴。1986年9月，日本迫于壓力，與美國簽署了《半導體條約》，停止所謂的“傾銷”，日本半導體產品在美國的售價不能低于市場平均價格，并強制性地為美國半導體企業(yè)“預留”日本20%的市場份額，由此換得美國放棄301條款起訴。而美國仍不滿意，1987年3月，再度借口日本未遵守承諾，對日本半導體產品實施進口限制，征收3億美元的懲罰性關稅，連續(xù)征收了四年。

與此同時，美國開始照搬日本的研發(fā)模式——政府牽頭，由14家廠商組成“美國半導體制造技術戰(zhàn)略聯(lián)盟”，集中補足半導體技術短板。

為應對日本挑戰(zhàn)，美國產業(yè)界也積極推動產業(yè)升級，在存儲芯片之外，計算芯片大大發(fā)展了起來。到了1992年，美國本土公司重新奪回了半導體行業(yè)的全球市場。做存儲芯片的美光也沒破產，活了下來。

鷸蚌相爭，漁翁得利。三星公司一邊從美國購買技術，一邊享受日元升值帶來的好處，存儲芯片事業(yè)發(fā)展一片大好。李秉喆也被證明是一個商業(yè)奇才，能夠深刻洞察存儲芯片的產業(yè)特征，那就是：規(guī)模效應極強，誰擁有最大的產能，誰就占據優(yōu)勢。存儲芯片技術上比計算芯片簡單，種類上比傳感芯片少，生產線投資量巨大，適合大規(guī)模批量生產。他就堅持大投入，在存儲芯片價格跌破成本以后仍然持續(xù)擴張產能，還利用這個機會收購別的競爭對手產能。韓國政府、財團以及美國資本都在背后為三星提供資金支持，這讓三星在價格戰(zhàn)中熬了過來，日本方面的競爭對手紛紛放棄存儲芯片生產。

到1992年，三星成了全球最大的存儲芯片生產商。韓國還有一家海力士也做存儲芯片發(fā)展了起來。

日本的日立、NEC、三菱將存儲芯片業(yè)務剝離了出來，聯(lián)合成立“爾必達”公司，以此抗衡三星，在九十年代的第一輪三星沖擊中勉強站穩(wěn)了腳跟，沒有被擊垮。但到2008年，金融危機爆發(fā)，內存價格持續(xù)暴跌，最高時從2.25美元跌到0.3美元，所有內存廠都在虧損，三星又來了個猛的，加大投資，擴大產能，繼續(xù)讓內存價格暴跌，最后所有的內存廠都虧不起了。德國巨頭奇夢達倒了，日本爾必達也于2012年被美光收購。東芝的內存業(yè)務也一蹶不振，在2017年被賣掉。

這樣，日本的半導體產業(yè)就在美國和韓國的夾攻下基本被摧毀。三星、海力士、美光三大巨頭占據了全球存儲芯片市場百分之九十以上的份額，其中三星一家就占了70%。

日本對這場半導體大戰(zhàn)的不滿是可想而知的，尤其是對韓國。日本文化崇拜強權，美國人來丟過原子彈還長期駐軍，被美國企業(yè)打敗他不敢不服。但韓國曾經是日本的殖民地，在產業(yè)鏈條上長期處于日本的下游。這一次韓國跟美國聯(lián)手打垮日本的半導體，日本一直在找機會報復。

等到2019年，東芝賣掉其內存業(yè)務之后兩年，日本借口韓國在二戰(zhàn)勞工賠償問題上的一些做法，對韓國發(fā)動貿易戰(zhàn)：限制半導體關鍵材料的對韓出口，試圖打垮韓國的半導體產業(yè)。

從1976年日本組建研發(fā)聯(lián)合體開始，這場圍繞存儲芯片展開的發(fā)達國家產業(yè)爭奪戰(zhàn)，已經持續(xù)了四十多年，仍然沒有看到盡頭。

存儲芯片美日韓三國混戰(zhàn)的故事表明，這種戰(zhàn)略性產業(yè)，并不存在純粹的市場自由競爭。韓國政府在三星和海力士擴張過程中，也提供了大量的資金、政策支持，才讓它們從虧本搶份額的慘烈戰(zhàn)爭中生存了下來。存儲芯片幾十年的產業(yè)大轉移，是產業(yè)規(guī)律、企業(yè)家和國家力量綜合影響的結果。

中國作為全世界電子產品最大生產國，同時也是最大的芯片進口國，每年進口兩千多億美元的芯片，其中最大的進口來源地是美國；第二是韓國，超過700億，其中存儲芯片占了很大部分。不管從國家經濟安全還是從市場利益的角度來看，都必須要進入存儲芯片領域。

2014年6月，中國頒布《集成電路產業(yè)發(fā)展推進綱要》，提出設立國家集成電路產業(yè)基金（簡稱“大基金”），將半導體產業(yè)新技術研發(fā)提升至國家戰(zhàn)略高度。大基金一期募集了1387億，已經全部投了出去。二期2019年開始募集，規(guī)模可能超過2000億。

除了中央的大基金以外，各地也紛紛跟進組建本地支持芯片產業(yè)發(fā)展的基金。目前，已經成立或宣布設立的地方集成電路產業(yè)發(fā)展基金的目標規(guī)模合計已達3000億元。其中顯然會有很大部分投入到在集成電路產業(yè)價值鏈中三分天下有其一的存儲芯片領域。

作者簡介：李曉鵬，經濟學博士，中興大城首席經濟學家。著有《中國崛起的經濟學分析》《城市戰(zhàn)略家》《中國的產業(yè)政策》《中國的產業(yè)規(guī)劃》《從黃河文明到“一帶一路”》（第1-3卷）等書。

文章摘自：《人工智能5G和物聯(lián)網時代的中國產業(yè)革命》

出版單位：天津科學技術出版社有限公司