全球芯片產業格局與大國博弈

趙剛

芯片最早誕生于1958—1959年間，發源地是美國，迄今剛好60年。60年來，美國將芯片置于國家安全的戰略高度，憑借著先發優勢，一直牢牢掌握芯片的核心技術，并通過建立生態體系，引導相關產業的發展方向，始終站在全球信息產業發展的高地。從市場角度來看，除了在1985—1992年間被日本超越，美國一直牢牢占據市場份額全球第一的寶座。時至今日，美國在芯片市場的地位無可撼動，份額多年保持在50%左右;日本從1992年達到頂峰之后開始下滑，如今一落千丈，份額已跌至接近10%，與歐洲相當;韓國、中國臺灣地區穩步上升，份額分別接近20%、10%;中國內地起步較晚，后發劣勢明顯，份額僅為5%。

作為高科技皇冠上的明珠，作為信息產業的基石，芯片必然是大國博弈的焦點，但由于芯片的技術積累絕非一蹴可就，以及產業生態導致的無形壁壘，其他國家和地區一時之間很難與美國“掰手腕”。

一、美國在芯片產業的領軍地位

芯片起源于美國，遵循摩爾定律這一經驗法則，即“當價格不變時，集成電路上可容納的元器件的數目，約每隔18—24個月便會增加一倍，性能也將提升一倍”，起步越早，先發優勢和馬太效應就越明顯。美國是發源地，芯片性能自然領先一步，贏家通吃，先行壟斷市場獲得豐厚收益，然后再將大量資金投入研發，就可以進一步提升性能，形成正循環。

論及芯片產業，就繞不開英特爾公司。作為一家坐落于美國硅谷，具有50年歷史仍站在芯片產業制高點的企業，英特爾公司是全球最大設計和生產半導體的科技巨擘。硅谷是美國集成電路產業的心臟地區，以英特爾公司為代表的集成電路企業均坐落在此。1968年英特爾公司從存儲器芯片起步;1971年開發出第一個商用處理器，帶來了計算機和互聯網革命;轉折點出現在1981年，IBM開始采用英特爾公司研制的8086處理器，為后者的發展開辟了康莊大道;1986年，英特爾公司上市，開始高速發展;到1989年，英特爾公司一舉超過所有日本芯片公司。自此之后的20年，英特爾公司憑借在處理器市場的領先優勢，一直穩坐行業的頭把交椅。

美國芯片產業之所以能夠一直保持領先，并不在于擁有一兩家領軍企業，而是建立了全面領軍的產業體系。美國政府對芯片產業的發展也給予大力支持，制定發展微電子的規劃，明確了芯片發展的戰略方向，并制定相應的政策和法規。1987年，美國國防部牽頭，多家美國企業聯合成立半導體制造技術戰略聯盟（SEMATECH），形成政府、國家研究機構、大學和民間研究機構及企業之間的聯合開發體制和機制，加強上下游間的合作關系，一方面加強技術研究，一方面共享研發資源，形成了一個包括代工廠，IDM，無晶圓廠，測試、封裝和組裝公司，材料和設備供應商在內的合作伙伴網絡。

經過多年的研發投入，美國的芯片技術不斷沉淀，生態不斷豐富，與后進者的差距變得越來越大，直至對方望塵莫及。根據半導體行業研究機構IC Insights的數據，2017年北美地區半導體廠商合計占據了全球半導體市場49%的份額;以營收為標準，2018年第一季度全球十五大半導體廠商（含晶圓代工）中，美國占據8席。

美國在全球芯片產業處于領軍地位，并不僅僅是因為其先發優勢，更得益于對高科技研發的高度重視。芯片是高度技術密集、人才密集、資金密集型的產業。根據IC Insights的數據，2017年半導體研發投入全球前十名的公司包括英特爾、高通、博通、三星、東芝、臺積電、聯發科、美光科技、英偉達、海力士，其中英特爾公司的研發投入高達131億美元，占十強企業研發投入總額的36%，是排名第二位高通的3.8倍，是排名第十位海力士的7.6倍。

二、日本芯片產業的興衰與日美博弈

20世紀50年代，日本索尼公司從美國購買了晶體管專利技術，并將其應用于消費電子產品，其他日本公司也紛紛效仿，僅用不到十年時間，日本消費電子產業就迅速崛起，對美國造成嚴重打擊。為遏制日本消費電子產品占領美國市場，20世紀70年代，美國拒絕向日本提供集成電路，導致日本電子計算器在美國的市場份額從80%迅速跌至不足30%。認識到芯片的關鍵作用，日本開始舉全國之力進行研發。日本政府積極從美國引進先進工藝技術、高端人才，制定了一系列相關的產業扶持政策，并大力減免企業的所得稅。日本還由通商產業省（經濟產業省前身）發起成立官產學結合的VLSI共同研究所，集合富士通、日立、三菱電機、東芝和NEC的研究力量，四年內取得一千多項專利，快速提升了整體的技術水平，為日本芯片產業的全面開花奠定了基礎。到20世紀80年代，日本半導體制造裝置國產化率達到了70%以上，并于1985年在全球芯片市場份額上超越美國，開啟了日本芯片產業的黃金時代。

日本電子產業的快速崛起，讓美國感到驚慌。美國迅速發起貿易戰，芯片成為當時日美貿易戰的主戰場。對日本而言，作為唯一曾擊敗美國芯片產業的國家，巔峰時期全球前十芯片企業十有其六，且排名靠前。日本芯片產業后來的慘敗，教訓不可謂不大。總體來看，內外因參半。一方面，當時日本對芯片的戰略意義認識不足，著眼于商業和貿易，主要考慮其經濟意義;相較之下，美國經過深入研究得出結論，芯片是先進武器系統的基礎，是美國軍事霸權的根基，國家安全利益壓倒一切，不能訴諸國際分工，不能基于商業邏輯決策。在戰略定位來看，日美對芯片的認識就有本質性的區別，這是后期雙方拉開差距的根本原因。第二次世界大戰之后，美國通過貿易條款、匯率政策等一系列組合拳，將日本芯片企業打擊得節節敗退。2018年6月，東芝將其半導體公司TMC出售給Pangea公司，該公司由日美韓財團組建，貝恩資本控股，至此日本公司全部跌出全球前十五大半導體公司（以銷售額計算）名單。但是，產業衰退造成的更嚴重問題是人才流失，大批頂級技術人員流向以中國和韓國為中心的亞洲企業。

盡管如此，日本在芯片領域的地位仍不容小覷，在材料、被動元件和設備、硅片和半導體設備方面擁有很深的技術沉淀。近年來，日本有復興本土芯片產業的跡象，村田、瑞薩和TDK等廠商動作頻頻，不斷推進收購，為物聯網、傳感器和5G等新技術和市場蓄勢。

三、中美在芯片領域的差距與博弈

1965年，中國研制出第一塊芯片，比美國晚了7年。但因受到各種技術封鎖、國外企業的有力競爭、生態支持不足，導致中美在芯片產業上的差距極大。中國是全球最大的集成電路市場，市場需求約占全球的62.8%，但中國僅在中低端芯片部分實現國產化。對中國而言，只要肯花大價錢取得相關知識產權授權，芯片的國產化相對不難。但芯片核心技術并非花錢就能買來，需要長期的技術沉淀和廣泛的生態支持，要實現自主可控仍然任重而道遠。芯片最后的產品形態看似微不足道，但涉及產業鏈眾多環節，其中凝聚著現代科技的精華，短期內難以攻克。芯片產業主要涉及指令集架構、設計軟件、芯片設計、制造設備、晶圓代工、封裝測試等六個核心環節，中國在大部分環節均遠遠落后于其他國家。

具體來看，在指令集架構方面，目前全球主要有X86、ARM、MIPS、PowerPC、SPARC、RISC-V等指令集，它們無一例外屬于美國公司、研究機構或由其主導，國內除了龍芯在MIPS基礎上有所擴展，在一定程度上屬于自主設計，以及可以免費使用開放的RISC-V，絕大多數國內公司都是花費巨額資金來購買授權獲得指令集。可以說，指令集架構就是芯片產業自主可控的第一個攔路虎。

芯片設計軟件的情況也是如此。美國的Cadence公司、Mentor Graphics公司、Synopsys公司、Magma Design Automation公司、澳大利亞的ALTIUM公司以及日本的ZUKEN INC公司幾乎實現了芯片設計軟件市場的壟斷，僅美國四家公司就占70%以上的市場。國內的華為、紫光展銳雖然擁有設計軟件，但主要是內部使用，并沒有進入市場和大范圍推廣。這是制約國內芯片產業自主可控的又一個瓶頸。

在芯片設計環節，全球芯片設計巨頭包括英特爾、三星電子、高通、聯發科、海力士等，總部位于美國的設計公司營收占芯片設計行業總營收的53%（不計入已被新加坡安華高公司收購的博通公司）。中國有華為海思、紫光展銳等10個公司進入前50大芯片設計公司榜單，總體市場份額增長最快，但占比仍然較小。比較來看，中國雖然具有芯片設計能力，但主要集中在中低端，高端芯片的設計能力仍然相對較差。

在芯片制造設備領域，美國的AMAT公司、Lam Research公司、LKA-Tencor公司，荷蘭的ASML公司以及日本的Dainippon Screen公司的銷售額幾乎占全球市場的80%以上。尤其是光刻機，核心技術掌握在荷蘭的ASML公司，該公司是全球唯一的高端光刻機生產商，其高端光刻機不僅售價高，而且產量低，優先被英特爾、臺積電、三星電子搶購，三家公司均占有股份。相較之下，國內只能提供低端的制造設備，因此，制造設備也是中國芯片產業實現自主可控的一個不可逾越的門檻。

在晶圓代工環節，全球代工企業主要有臺灣地區的臺積電、華聯電子，美國的Global Foundries公司、韓國的三星電子以及中國的中芯國際等公司，它們的市場份額超過全球的70%。芯片產業鏈的最后一個環節是封測。全球規模較大的封測企業包括臺灣地區的日月光集團、美國的Amkor公司、中國的長電科技等公司。總體來看，在芯片產業鏈的六大環節中，唯有封測環節，中國企業具有明顯優勢，不會受到其他國家和地區制約。

由于在芯片產業鏈的大多數環節都受到制約，中國對國外芯片高度依賴，不得不依靠進口來滿足國內龐大的消費市場。根據《2017年中國集成電路產業現狀分析》數據，除了移動通信終端和核心網絡設備有部分集成電路產品占有率超過10%外，包括計算機系統中的MPU、通用電子系統中的FPGA/EPLD和DSP、通信裝備中的嵌入式MPU和DSP、存儲設備中的DRAM和Nand Flash、顯示及視頻系統中的Display Driver，國產芯片占有率都是0。根據海關總署的數據，2014年至今，中國的集成電路年進口額都超過2000億美元，2017年已達到2601億美元。從2015年起芯片進口金額已連續三年超過原油。

中美在芯片產業的博弈反映在美國限制對華高科技出口。多年來，美國一直實施嚴格的對華高科技出口政策，雖然出于政治、外交考慮，在口風上有所松動，但都是口惠而實不至，美國從未真正放松對華高科技出口政策，尤其是芯片。美國將芯片作為談判的籌碼，逼迫其他國家服從美國的霸權主義。通過“中興事件”，中國也更加清醒地認識到中國企業必須進一步提高自主創新能力，盡快把核心技術掌握在自己手中。但是，由于起步晚、發展快，人才缺口已成為制約中國集成電路產業發展的重要原因。

四、全球芯片產業格局的未來展望

與美國、亞洲國家相比，歐洲國家對芯片產業的重視程度相對不高，目前主要是恩智浦（NXP）、英飛凌和意法半導體（ST）三家企業，它們與美國公司之間還有較大的差距，不會讓美國感到威脅。

臺灣地區主要是臺積電、聯發科和聯華電子等企業，在芯片產業鏈上的定位是第三方服務，主要在專業晶圓代工制造領域謀求更長期獨占鰲頭。40多年前，臺灣地區政府與工研院共同推動“集成電路計劃”，從美國引進集成電路技術，并實施RCA技轉計劃，培訓半導體人才。20世紀90年代開始，臺灣地區的半導體產業鏈逐漸完備，躋身世界半導體技術的領先群體。由于臺灣地區并未處于整個產業的最上游，也不會讓美國列為心腹大患。

從市場角度來看，韓國是目前最有可能挑戰美國在芯片產業領先地位的國家。與日本相比，韓國芯片產業起步又晚十年，但是憑借政府保護、企業發力，如今韓國的市場份額已與美國最接近。韓國通過政府投入推動科技發展，實施“國家重點研究和發展計劃”，重點發展集成電路技術和產業。憑借三星電子、SK海力士等大型企業，韓國在全球芯片市場份額逐步攀升，已穩步達到17%。韓國《中央日報》2017年披露的數據顯示，半導體占韓國整體出口比重已遠超鋼鐵、造船、汽車等傳統優勢產業。韓國尤其重視中國市場，中國是韓國半導體的最大出口市場，其次是中國香港、越南和美國。按照這一趨勢預判，如果韓國芯片繼續保持良好的發展態勢，市場份額繼續提升10%或者更多，就極有可能遭到來自美國的打擊，從而會出現歷史重演。可以預見，圍繞芯片展開韓美貿易摩擦將成為大概率事件，貿易條款、匯率政策等措施也將輪番上陣。

盡管中美在芯片產業領域的差距顯而易見，美國仍將遏制中國芯片產業發展作為重中之重。近年來，以英特爾為首的芯片廠商放慢了工藝制程升級迭代的頻率，業界不時發出摩爾定律即將失效或終結的聲音。技術前進的步伐放緩，在這個時間窗口內，美國的先發優勢不再持續，追隨者只要持續加大研發投入，就具有一定的可能性突破代際差距。這也就是美國之所以故技重施，全力堵截中國的大國崛起之路，掀起以“中興事件”為特征的中美貿易摩擦，阻礙中國芯片產業發展的原因所在。面對美國“卡脖子”的做法，自主創新是中國的必由之路。中國必然要追求芯片產業的自主可控，與美國在芯片領域展開博弈將不可避免。習近平總書記強調，要“推動高性能計算、移動通信、量子通信、核心芯片、操作系統等研發和應用取得重大突破”。多年來，為推動和支持芯片產業發展，國家已發布相關產業政策，如《進一步鼓勵軟件產業和集成電路產業發展若干政策》、《國家集成電路產業發展推進綱要》《關于集成電路生產企業有關企業所得稅政策》等，并成立了國家集成電路產業投資基金，為產業發展注入動力。

五、結束語

芯片是具有高度戰略意義的產業，是大國博弈的焦點。習近平總書記多次強調，要掌握核心技術，并指出核心技術受制于人是最大的隱患。而核心技術靠化緣是要不來的，只有自力更生。因此，芯片產業的自主可控是中國必須要攻克的重大課題。

要實現這一目標，中國政府必須將其置于戰略地位，并進行頂層設計。統覽各國芯片發展歷史，決定產業發展水平的首要因素是政府對芯片產業的戰略定位和支持力度。芯片產業的發展決不應局限于企業行為，更多地應表現為國家戰略。

要實現這一目標，中國需要圍繞芯片產業建立高水平的官產學體制和機制。從美國、日本發展芯片產業的經驗中可以看出，由核心政府部門、產業鏈上下游的主導企業、技術實力強大的科研機構組成的官產學組織對芯片核心技術的突破起到關鍵作用。比如美國的半導體制造技術產業聯盟（SEMATECH）、日本的VLSI共同研究所在美國、日本芯片發展史上均起到了不容忽視的作用，通過強強聯手和資源整合，既解決了共性技術的共同開發，也培養了大批專業技術人才;既做到了互利共贏、保護了專利和知識產權，也促進了相關技術在聯盟內部企業間的溢出。

要實現這一目標，中國還必須建立完善、多方兼容的產業生態體系。良好的產業生態對芯片產業的發展至關重要。通過大額的資金投入、集中的人才投入，一國或地區未必不可以開發出一款完全自主可控的芯片，但如果得不到產業鏈上下游主流產品的認可、兼容和適配，就得不到進一步發展的空間，無法持續推動技術演進。一方面要努力實現與國外主流產品的兼容適配，另一方面也要與國內供應商加強合作，開發基于國產芯片的產品，才能獲得生命力。

要實現這一目標，中國必須加快引進和培育高端的芯片技術人才，制定高效的激勵機制，并為其技術研發創造良好的工作環境。一方面要加強國外的高端人才引入，比如美國從中國、印度引進了大量技術型移民，應對集成電路技術人才不足問題;韓國、臺灣地區在發展初期也大批引入來自美國、日本的高端技術人才;中國要努力推動出國留學人才回國，進軍芯片行業，為他們創新創業提供支持和幫助。另一方面也要重視本土優秀人才培養，比如韓國派遣半導體專業人才去日本或美國深造，同時也加強本土優秀人才培養，將他們打造成行業領袖。要提高行業在社會中的地位，設計合理的商業機制，通過高回報引導最頂尖的優秀人才進入芯片行業。

最后，要實現這一目標，中國還必須抓住新一代信息技術革命的機遇，爭取彎道超車。云計算、大數據、邊緣計算、泛在計算、人工智能新技術的涌現為當前中國芯片產業提供了良好發展機遇。具體來看，云計算屬于分布式計算，對芯片的單核計算能力的要求下降;大數據也逐步改變了傳統計算模式，邊緣計算對傳統PC或者數據中心的依賴程度顯著下降;人工智能則幾乎重新分配了計算任務，計算任務開始更多地從傳統的CPU轉到GPU、FPGA、IPU等芯片，相比CPU，后面這些領域我國突破的可能性更大;物聯網帶來泛在計算，中國在嵌入式領域已經具有一定的積累。