全球芯片產業發展概覽

文/徐余恒 薛 亮

芯片是集成電路的俗稱，一般指微芯片、硅芯片、IC芯片等集成電路。集成電路出現在20 世紀中葉，最初芯片只是指小片的晶粒或裸晶，后來才逐漸轉為指整套集成電路。其中，高端通用芯片一直是各國前沿科技領域爭奪的制高點，其制造技術代表著世界超精密制造的最高水平。

芯片產業鏈由上至下的核心環節通常包括：芯片設計、芯片制造、芯片封裝/測試。同時，芯片產業鏈還包括位于整個產業鏈上游的半導體設備和半導體原材料供應商，以及位于產業鏈下游的芯片需求客戶等。在行業上，一般將芯片產業稱為半導體產業。半導體產業已經成為影響社會、經濟和國防的安全保障與綜合競爭力的戰略性產業。同時，半導體產業也是帶動能力極強的行業，其創新和發展能為整個信息產業帶來巨大推動力。

2023 年1 月，美國權威的信息技術研究與顧問咨詢公司高德納（Gartner Inc）發布報告稱，2022 年全球半導體市場總營收為6017 億美元，較上一年增長1.1%。2022 年全球排名前10 的半導體企業占據近53.9%的市場份額（見表1），美國和韓國企業表現最為強勢。

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從全球視角來看，美國綜合實力強勁，引領先進芯片設計；東亞（韓國、中國臺灣等）在芯片制造方面拔得頭籌；荷蘭的ASML 公司是全球最大的光刻機制造商，具有關鍵的戰略地位；德國、法國等國家在封裝、測試等領域具有優勢；日本在半導體制造設備和材料領域擁有卡脖子技術；而中國內地則在成熟工藝芯片制造、封裝和測試領域較為領先。

美國：高研發投入是保持半導體產業競爭力的關鍵

美國在全球半導體產業中擁有最強大的整體地位，是一個深度交織的跨國價值鏈的領導者。其不僅擁有強大的技術研發實力，還在全球范圍內擁有豐富的專利資源。

美國半導體行業協會（SIA）發布的2023 年美國半導體產業概況《2023 Factbook》稱，半導體是美國第5 大的出口產品，2022 年出口額達611 億美元，僅次于成品油、飛機、原油和天然氣。2022 年總部位于美國的半導體公司銷售額總計2750 億美元，在全球市場所占的份額最大，高達48%。

美國半導體產業競爭力全球領先的關鍵因素之一是高研發投入。2022 年美國半導體行業的研發投資總額為588 億美元。2001—2022 年，美國半導體行業的研發支出以約7%的復合年增長率增長。歐盟工業研發投資排行榜的數據顯示，2022 年美國半導體行業的研發支出在總銷售額當中占比高達18.75%，在美國主要高科技行業中位居前列，僅次于美國制藥和生物技術行業的21.4%；且遠高于其他國家，是中國半導體行業的研發支出占比（7.6%）的近2.5 倍。

自2020 年提出《芯片與科學法案》以來，美國全力推進半導體產業發展。落實50 余個新的半導體生態系統項目，包括新建晶圓廠、擴建現有場地、提供芯片制造所用材料和設備設施；19 個州宣布了超過2100 億美元的新私人投資，以提高美國國內制造能力；提供4.4 萬個半導體產業高質量工作崗位等。

此外，2023 年SIA 推出了美國半導體產業生態系統地圖，展示了42 個州的近500 個半導體產業據點（見圖1），由半導體制造、芯片設計、知識產權和芯片設計軟件供應商、半導體材料和制造設備以及研發組成，包括半導體研究公司（SRC）的大學研發合作伙伴和國家納米技術協調基礎設施（NNCI）。

圖1 美國半導體產業生態系統地圖

韓國：全球存儲芯片市場“領頭羊”，或面臨掣肘

半導體是韓國的支柱產業之一，以三星電子、SK 海力士等為代表的韓國企業在全球半導體產業中扮演著重要的角色。三星電子的龍仁、華城、平澤基地，SK 海力士的利川基地都位于韓國京畿道。京畿道擁有完整的呈金字塔結構的半導體產業鏈：位于最頂端的是三星電子和SK 海力士，中間是300 多家芯片制造企業，底部是上萬家配套企業（包括半導體材料、設備等企業）。

韓國政府于2021 年發布“K-半導體戰略”，多方位剖析產業發展面臨的窘境，如：半導體產業存在結構性問題，產業鏈下游企業（IC 封裝測試、IC 模組等）營業利潤率極低；產業失衡，高度集中于存儲芯片市場；半導體材料、設備高度依賴日本進口；半導體設備國產化率僅20%，部分關鍵技術高度依賴其他國家；半導體人才緊缺，導致韓國在AI 芯片設計等領域缺位；國內市場容量小，過于依賴海外（尤其是中國）訂單等。其中，產業失衡對韓國半導體產業的影響極大。韓國憑借三星電子和SK 海力士在全球存儲芯片市場占據半壁江山，但在系統芯片、NPU（嵌入式神經網絡處理器）等未來核心產品方面市場競爭力極低。

與此同時，美國對中國的出口管制也極大地沖擊了韓國半導體產業。三星電子和SK 海力士都在中國進行了大量的投資，其中三星電子在西安高新區的三星工廠是三星電子唯一海外布局的NAND Flash 閃存制造基地，累計投資超過260 億美元，采用1X、1Y、1Z 納米（10nm）生產工藝，月產能27萬片，占三星電子NAND Flash 全球產能的40%。2022 年位于西安的三星中國半導體（SCS）凈利潤為4.8 億美元，較2021 年下降了三分之一。若三星電子要獲取《芯片與科學法案》補貼，則十年內無法向位于中國的工廠進行投資，且無法在中國生產先進的存儲產品，這意味著近4 成的存儲產品將面臨技術止步于前的危機。

2023 年，韓國政府出臺新政欲“激活”半導體產業。其計劃在未來20 年內投資2260 億美元于六大核心技術——芯片、顯示器、可充電電池、電動汽車、機器人技術和生物技術，并將京畿道龍仁市打造成為世界規模最大（達710 萬平方米）的“尖端系統半導體產業園區”。該集群主要投資來自于三星電子，達2300 億美元，將擁有整個半導體價值鏈，包括半導體晶圓廠、材料、零部件、設備以及無晶圓廠（Fabless）。此外，韓國政府希望培育出10 家年銷售額超過7.5 億美元的無晶圓廠公司。

荷蘭：光刻設備的主要生產國

荷蘭擁有完整的半導體產業鏈，從全球高端光刻機龍頭企業ASML 到車用半導體供應商恩智浦，再到最先進的醫療電子設備荷蘭飛利浦……除此以外，還有大量涉獵半導體設計、測試和模擬及微機電系統（MEMS）、光電子等應用領域的中小企業，覆蓋了半導體產業上中下游。

荷蘭半導體產業發達的主要原因有二：第一，重視研發、教育和技術創新。雖然半導體材料匱乏，但技術方面的研究在全球領先。荷蘭應用科學研究組織作為荷蘭最大的科技開發企業，在知識源泉的基礎研究和可商業化知識創新上作了極大貢獻，其知識庫包括了數百項關鍵技術或專利，在全球有著非凡的影響力。第二，工業發達，帶動半導體產業發展。石油、化工、電子、造船、機械制造及加工等工業的發達，帶動了荷蘭的電子設備和相關半導體產業。

此外，荷蘭半導體產業的繁榮離不開飛利浦和ASML 公司。二者作為最早研究半導體技術的跨國企業，對產業上下游的支撐作用極大。飛利浦是世界上最大的電子品牌之一，在彩色電視、照明、電動剃須刀、醫療診斷影像和病人監護儀器以及單芯片電視產品領域世界領先。ASML 是全球最大的半導體光刻機設備及服務提供商，占據了全球60%以上光刻機市場份額，也是全球唯一一家能夠供應7nm 及以下先進制程所需的極紫外線（EUV）光刻機廠商。

在芯片制造產業鏈中，光刻機是最復雜、最關鍵的工藝步驟，晶圓代工企業需采購光刻機才能夠生產芯片。2021 年1 月，智庫安全與新興技術中心（CSET）發布全球半導體價值鏈報告稱，荷蘭、日本和其他少數國家是光刻設備的主要生產國，這些設備對芯片和掩膜版的生產至關重要。中國內地是光刻機設備的消費強國，2022 年，中國內地市場約占ASML總銷售額的15%。截至2022 年9 月，ASML 在中國內地的全方位光刻解決方案下的裝機量超過1000 臺。

然而自2019 年起，荷蘭政府便禁止ASML 向中國出口EUV 機器，僅可出口技術較低的深紫外線（DUV）光刻機系統。2023 年初，美國與荷蘭、日本達成協議，將針對中國先進芯片技術實施新的出口限制，6 月荷蘭政府發布了有關半導體設備的出口管制新規定，涉及TWINSCAN NXT:2000i 及后續推出的浸潤式系統。業內人士表示這意味著中國晶圓代工廠將較難購入14nm 以下的光刻機，先進制程研發受阻，相關前沿性產品（如：高端MCU 單片機、常規的通訊、高端傳感器、攝像頭應用處理器、高端的車規級SoC 芯片等）的制造也將受到影響。

日本：在芯片制造設備和材料領域擁有卡脖子技術

目前，用于最新智能手機、數據中心和人工智能的9nm以下尖端邏輯半導體主要在中國臺灣、美國、韓國和愛爾蘭生產，其中中國臺灣約占全球市場份額的60%。中國在10nm—32nm 和40nm—90nm 的領域分別占產量的19%和27%。而日本僅占40nm—90nm 領域18%的產量。

雖然日本企業在尖端邏輯半導體領域的存在感不強，但在其他半導體領域擁有不俗的成績。例如，在存儲半導體領域，雖然韓國占有很大市場份額，但日本鎧俠與美國西數和美光的日美合作企業也占有很大份額。在功率半導體領域，日本與歐洲、美國占據全球市場份額前三，但份額被多家企業平分，未形成一家獨大的局面。在對汽車至關重要的微控制器領域，日本的瑞薩電子擁有16%的世界市場份額。

芯片制造總共需要1000 多道工序，對潔凈度要求極高。日本企業在半導體制造設備行業擁有壓倒性的世界市場份額，約占30%，僅次于美國。此外，日本還擁有主要半導體部件和材料約一半的世界市場份額，其中不少是制造高端通用芯片不可或缺的材料，如硅晶圓、封裝基板、光刻膠等，成為世界半導體制造供應鏈中繞不開的一環。據中國海關總署統計，日本是我國2022 年半導體設備進口最主要的來源地，進口額高達107.5 億美元，占比為30.9%，遠高于第二名美國（54.5 億美元）和第三名新加坡（44 億美元）。

目前，日本政府正以舉國之力投入巨資，不斷吸引芯片制造廠商落戶日本，以保障日本半導體的穩定供應。據日本政府預測，到2030 年，其國內半導體制造企業的總銷售額將超過15 萬億日元。

中國：需持續加大對半導體產業的全方位扶持力度

縱觀全球，半導體產業的發展重心在亞太地區，美國半導體行業協會（SIA）數據顯示，2022 年中國內地是全球最大的半導體單一市場，年度總銷售額達1803 億美元，較2021年減少了6.3%，但占全球總銷售額之比近32.5%。

目前我國半導體產業處于快速發展階段，半導體產業市場規模近三年的復合增長率達7.6%，在成熟工藝芯片制造、封裝和測試領域形成較強的競爭力。我國不斷加快芯片設計領域的研發進程，數據顯示，2022 年中國大陸芯片設計業（包括Fabless 和IDM）總銷售額為543 億美元，同比增長5.3%。預計2027 年中國芯片設計產業規模將超過1000 億美元。

盡管如此，我國半導體產業仍面臨不少挑戰。從全球視角來看，近年來美國公布一系列對華限制措施，欲阻斷我國研發和生產先進半導體芯片的能力，并敦促荷蘭、日本等擁有尖端設備制造公司的國家對華采取類似出口管制規則。從國內視角來看，我國芯片對外依存度高、國產集成電路產品全球市場占比不高、國產芯片與國內市場需求有差距、代工業產能不足、半導體研發投入不足等。

為應對重重“內憂外患”，未來我國需持續加大對半導體產業的全方位扶持力度，積極推動國產芯片設計制造高端化進程，加大半導體產業人才培養力度，加大對“產、學、研、用”的整體支持。通過建立獨立可控安全的國產芯片產業鏈和供應鏈體系，扶持重點企業、攻關難點技術，形成重要的材料設備生產基地，進一步提高半導體設備和零部件的國產化率。利用好中國的市場優勢和上下游產業的集聚優勢，由點到面，最終實現中國半導體產業的騰飛。