中國半導體產業的技術追趕路徑
——基于領先企業的經驗對比研究

劉碧瑩，任聲策

（1.上海海事大學經濟管理學院，上海 201306；2.同濟大學上海國際知識產權學院，上海 200092）

中興通訊事件自2018 年4 月16 日公布后持續發酵，激發社會各界廣泛關注。從人民日報和新華社的評論可見，半導體核心技術創新成為討論焦點。作為技術主導型產業，半導體廣泛使用科學方法和實踐［1-3］，研發強度較高，因此技術創新至關重要。持續快速的技術創新使得半導體產品設計不斷發生轉移，半導體產業也經歷了深刻的組織結構變革。

已有半導體研究大都針對全球或歐美等發達國家市場，如Hall 等［4］研究了美國半導體企業的專利行為，強調了在一個累積的技術環境下加強企業專利權的多方面影響。Lim［2］認為半導體企業應主要依靠應用知識而不是基礎知識，與此類似，Tijssen［5］分析了1996—2001 年全球大型半導體企業論文發表情況，發現公共部門的技術型科研機構被半導體產業作為應用科學知識的主要來源。Macher［6］研究了半導體專利的研發“全球化”，發現美國半導體企業90%以上的專利都是基于美國的研發活動，而西歐、日本和臺灣企業持有的美國專利也同樣由“本國”的發明活動主導。Kapoor 等［7］發現半導體研發合作模式會隨著產業技術生命周期演變而變遷。Pellens 等［8］觀察了美國半導體產業近30 年來科學產出的結構變化，發現小型企業在半導體研發上發表了更多論文，并且無形資產價值與科學出版物正相關，而這種效應在無晶圓廠“設計”及后PC 時代半導體制造企業尤為顯著，這與小型企業在結構性技術變革時期投資于基礎研究所產生的溢價相符合。Uzunca 等［9］基于產業演進的能力基礎觀，根據全球半導體制造業經驗證據，分析了半導體新進入者在各細分市場的生存機會以及在位者對此作出的戰略選擇。

與此同時，中國學者在半導體領域也開展了一些研究。王海龍等［10］利用社會網絡分析方法對半導體產業基礎技術進行定量研究。馮昭奎［11］總結二戰后日本半導體產業趕超美國并實現技術創新的經驗，為加快中國芯片技術發展提供參考。陳磊［12］研究了風險投資基金對半導體產業發展的支撐作用，認為應持續加大金融支持力度以促進半導體產業發展。周建軍［13］通過分析日、韓本半導體產業趕超歷程，表明研發聯合體、技術并購、企業合并等并購重組形式對于產業發展非常有效。由此可見，已有研究主要從宏觀層面進行國家之間半導體產業的對比分析，從企業等微觀層面的對比分析較少，針對性不強。為彌補這一研究空白，本文通過分析中國半導體產業的發展困境及可尋求的發展機會，結合英特爾和三星電子的成功經驗，試圖解答當前中國的芯片核心技術發展這一重要命題，以期為中國半導體企業突破技術壁壘、政府制定產業政策提供理論依據。

1 半導體產業的發展現狀

半導體產業是全球增長最快的產業之一，這種增長主要源自其能夠成倍降低制造集成電路所使用的最小特征尺寸的能力，通常稱為摩爾定律，同時半導體產業也極具壟斷性，全球產業格局一直由歐美、日韓等市場主導。根據Gartner 公司發布的2017年全球半導體市場統計報告，排名前5 的半導體企業占據了全球44.3%的市場份額，其中，英特爾和三星電子一直處于領先地位，依次是電腦、智能手機和存儲的領導者。而因存儲器市場的快速增長，三星電子2017 年半導體業務營業收入首次位居第1，打破了英特爾近25 年來持續在半導體市場中的稱霸地位。

半導體技術發展已經成為當今世界經濟眾多領域實現增長的催化劑，以半導體技術為核心的高科技產業強有力地帶動了其他相關產業的規模增長和結構升級，極大地提高了勞動生產率，并驅動全球經濟有生命力的持續發展。《中國制造2025》中強調要在市場終端打造半導體國際綜合品牌的目標，“十三五”規劃中也將半導體產業歸類為六大戰略性新興產業之首，即新一代信息技術下基礎建設中的關鍵一環。借助經濟全球化以及國家產業扶持政策，中國半導體產業獲得了突飛猛進的發展——2016 年已經成為全球最大的半導體進出口市場，設計業、晶圓制造業、封裝測試三個領域初具規模。另一方面，中國半導體產業“大而不強”：從產業鏈看，主要集中在后端工藝，在上游基礎原材料、半導體設備和一些核心器件上非常薄弱，嚴重依賴進口；從產品市場看，整體創新水平不高，核心技術受制于人，核心產品和技術的市場占有率偏低；從產業細分領域看，產業發展不夠聚焦，未能從細分領域真正確立本土企業的核心競爭優勢。

總體而言，中國半導體在研發投入、創新能力、產品附加值、同質化競爭等方面，與歐美、日韓等傳統半導體強國和地區仍有較大差距。

2 國外龍頭企業經驗及與中興的比較分析

眾所周知，英特爾和三星電子是具有全球影響力的半導體龍頭企業，在科技飛速發展的今天，始終能夠保持與環境變化協同變革，在半導體領域內具有全球化和多樣化的運作能力，具有一定的管理藝術和科技實踐。那么，英特爾為何能一直保持技術領先？三星電子又為何能變追趕為引領？下文將聚焦專利和論文等技術層面，從研究開發、專利戰略和科技合作三個方面總結這兩家公司的發展經驗并與中興通訊進行比較分析。

2.1 研究開發：集中方向，持續投入

研發投入是技術創新的物質基礎和重要前提，是直接推動企業創新發展的主要動力。英特爾在半導體技術研發上一直保持著持續的高投入，研發投入在銷售收入中的占比很高，自2013 年起研發強度甚至達到了20%以上，充分反映英特爾對研發的高度重視。從研發投入的規模來看，三星電子從2005年起開始斥巨資投入研發，并聚焦于DRAM 技術，其以強勁的勢頭趕超英特爾，成為半導體研發投入規模最大的企業（見圖1）。另一方面，三星電子的研發投入強度并不高，但這主要是源于三星電子企業戰略中的分散型業務戰略，即三星電子的業務領域眾多，涉及電子、金融、化學、機械等，半導體業務僅是其眾多業務領域中的一小部分。總體來看，持續的高研發投入為兩家公司不斷實現半導體技術突破提供支持。

圖1 英特爾、三星電子及中興通訊的研發投入和研發強度

英特爾和三星電子不僅重視對研發的持續投入，對基礎研究也傾注了相當程度的精力，給予了足夠重視，并將重視落實為行動——這體現在論文產出的趨勢上。近20 年來（1996—2017 年），英特爾和三星電子的論文產出一直呈上升趨勢（見圖2）。尤其是三星電子，論文產出每年直線增長，其增長量大、增長速度快，無不反映出三星電子長期以來在科學基礎研究上的關注和投入。

圖2 英特爾、三星電子及中興通訊的半導體論文產出數量

2.2 專利戰略：數量眾多，質量領先

以往研究表明，高技術機會、低專有性和低累積性是技術進入壁壘相對較低的擴大創新模式的條件［14-15］，而半導體技術整體上具有較高的專用條件［4］和知識的應用性質［14］，其知識結構在企業層面具有路徑依賴性［16］。因此，英特爾和三星電子這樣的領先的在位企業通過控制技術專利組合，提高了后來者的市場進入壁壘。

英特爾公司是半導體技術的先行者，早在1985年就申請了相關專利，隨后其半導體專利申請一直呈穩步增長的態勢。三星電子在2000 年之后，半導體專利開始迅猛增長，并在專利總量上趕超英特爾，遙遙領先于行業中其他企業，成為半導體行業巨頭（見圖3）。

圖3 英特爾、三星電子及中興通訊的半導體專利數量

另一方面，英特爾和三星電子的專利質量很高，其中不乏有相當數量的超高被引專利，即分布在第1、第2 級的專利，被引頻次達到50 次以上（見圖4），反映出這兩家公司掌握了行業內的一批基礎專利和核心專利。這些高價值專利易對其他競爭性企業形成技術壁壘，也為兩家公司在行業內保持難以超越的競爭優勢地位提供技術保障。

圖4 英特爾、三星電子及中興通訊的半導體專利被引頻次

從專利的技術結構來看，英特爾和三星電子的技術結構高度相似（見圖5），并且專利技術的集中度較高，在半導體核心技術領域H01L（半導體器件）的專利布局都達到60%以上，此外還有4 個相同的主要技術領域（G06F、H05K、G11C、G03F）。而中興的專利技術領域分布相對較為均勻，跟其他兩家公司相同的技術領域較少，反映出中興的專利布局策略與英特爾、三星電子差異較大，技術發展不夠聚焦，未能在半導體細分領域真正確立適合本企業自身發展的核心競爭優勢。

圖5 英特爾、三星電子及中興通訊的半導體技術結構

2.3 科技合作：廣泛合作，重視基礎

科學技術的飛速發展使知識不斷更新和細化，早期熊彼得式的單打獨斗創新模式早已不能為企業贏得市場競爭提供強大的支撐，取而代之的是不同主體分工協作，形成創新網絡，而英特爾和三星電子也通過形成資源互補、聯合開發、知識共享與風險分擔的合作網絡來保證技術創新的連續性與成功率［17］。

從圖6 可以看出，英特爾每年與企業的專利合作數量一直在持續的小幅增長，而三星電子的專利合作數量自2002 年起開始逐年激增，并保持高水平增長，總量上遠超其他企業。這一方面反映出三星電子重視整合其他企業的研發資源，集眾家之長于一身；另一方面也反映了其技術應用的戰略意圖，為其專利技術的良好應用和產業化奠定基礎。

高等院校既是創新人才的集聚地，也是創新成果的策源地。在與高校的專利合作上，三星電子有明顯的優勢。從2003 年起，三星電子跟高校合作的專利數開始猛增，主要合作的高校有30 余所，其中包括美國、韓國、日本、中國和土耳其等多國的知名高校。充分反映出三星電子多樣化的研發模式以及成熟的創新合作組織體系，擅長通過打造創新合作網絡整合研發資源，促進技術創新。

圖6 英特爾、三星電子及中興通訊的專利合作變化趨勢

綜上，對研究開發、專利戰略和科技合作三個方面的分析可以發現，基于長期持續的研發投入和基礎研究；大量的核心及基礎專利積累；開放的全球科技合作網絡，英特爾在半導體領域持續領先，三星電子則致力于DRAM 技術并最終實現技術追趕。

3 領先企業的平臺生態優勢分析

Moore［18］首次指出，企業不能在真空中發展，而是屬于“商業生態系統”中的一部分，并且這種生態系統正逐漸從一個產業擴展到多個相關產業的集聚。因此，經濟全球化和數據時代浪潮下全球企業紛紛進行平臺化轉型的今天，從平臺生態優勢的角度去考量領先半導體企業的價值網絡構建就變得非常必要。

3.1 平臺生態

從生態學角度來看，生態系統包括兩個組成部分：一是生物有機體群落；二是環境非生物部分組成的棲息地［19］。隨著相關戰略文獻開始關注平臺周圍的生態系統，平臺生態逐漸演變成一個價值網絡概念。來自特定行業的平臺主體通過一個價值網絡進行連接，在這個網絡中，平臺參與者相互協作、相互依賴，以建立跨越單一主體的并將價值鏈所有組成部分進行關聯的競爭優勢［20］。

平臺企業要想在長期競爭中生存并取得勝利，最重要的還是要建立強大而穩定的平臺生態系統［21］，即平臺企業在發展過程中通過協同多群體行為，逐漸形成以其平臺產品、服務、部件為核心，眾多企業與之兼容互補的平臺生態系統［22］。Adner 等［23］強調，生態系統戰略必須考慮到創造一個差異化的價值主張，不僅要吸引最終消費者，而且還要吸引所需的合作伙伴。因此，完整的平臺生態至少由4部分組成：平臺提供商、用戶、互補品供應商、第三方服務商［24］。大型平臺提供商通常處于商業生態系統的核心［20］，即生態系統中的平臺領導，如微軟、英特爾、谷歌、蘋果等。由于需要管理平臺參與者之間的交互和依賴關系［9］，平臺領導在生態系統中發揮著至關重要的協調和統籌作用。

3.2 英特爾的平臺生態

平臺生態使得企業獲得可持續優勢的來源發生變化，從價值鏈上下游的分工逐漸轉向價值網絡的交互協同［25］，而平臺領導通過撬動平臺生態圈中的資源和能力獲得生態優勢。英特爾的平臺領導意識在1991 年6 月發起的IntelInside 品牌推廣運動中已經開始覺醒，從單純的組件供應商到平臺領導者，英特爾一直處于不斷探索和實踐中，并構筑起大數據時代“硬件+開源軟件+合作伙伴”的完整生態體系［26］。

從硬件技術到生態構建，英特爾不但服務于某一個具體的設備類別，而且基于軟硬件優勢，以數據為中心，構建整個芯片體系的新戰略，攜手合作伙伴在數據服務領域率先構建多元生態平臺（圖7）：以強大的計算力為基礎打造數據收集、存儲、分析的底層生態體系；以5G、云計算為核心，解決數據傳輸、帶寬、延遲等問題，同時增加邊緣計算能力，在靠近設備接入端加入更強的計算能力，使一整套體系成為一個良性增長循環，為數據服務做好充足準備。基于英特爾生態平臺，通用處理器、專業芯片、軟件、加速技術、通信技術等被有效整合，分銷和渠道、軟件開發商、系統集成商、開發者社區、產業聯盟以及終端用戶等平臺參與者最終將實現全面合作與共贏。

圖7 英特爾平臺良性循環增長戰略圖

3.3 平臺生態優勢的難以逾越性

研究表明，在生態系統合作伙伴之間組織經濟活動時，重要的結構和戰略因素會影響企業獲取生態系統創造的巨大份額的能力［27-28］。商業生態圈中居于核心地位的平臺領導，以構建價值平臺為基礎，撬動平臺中的資源和能力等優勢要素，構建一個由平臺提供經營活動場所和眾多支撐服務的動態結構系統［29］。通過統籌其他相關主體，優化系統內外部要素配置，實現跨界競爭和創新發展［30］，最終形成具有異質性、嵌入性和互惠性的生態優勢［31］

在互聯網和平臺戰略的環境下，產業鏈的融合使得優勝者更容易控制產業收益、引發外部效應、突破臨界點進而實現“贏者通吃”。英特爾作為平臺領導，實力非凡，因為其能夠推動公司內部各部門和外部公司圍繞行業創新，形成一個廣泛的創新網絡。不僅能夠決定自己公司未來的競爭實力，而且能夠決定日常生活中占據支配地位和得到普遍使用的技術和產品類別。英特爾公司選擇利用補足品創新的力量以及與外部公司合作的方式，來促使自己的新產品走向成功。同時，英特爾公司還大量投資各項活動，以推動整個平臺體體系結構的改變和協調行業中其他公司的創新。英特爾微處理器和平臺的優勢不僅僅在于其原始性能，還在于其豐富多樣的計算和通信功能，電源管理，先進的可靠性、安全性和可管理性，以及與平臺其他所有元素的無縫交互。

平臺生態優勢的競爭驅動企業全面轉型：或者基于平臺產品演變為平臺領導，構建平臺生態圈；或者作為平臺參與者嵌入一個現有平臺生態圈中，專注于塑造某一環節的核心競爭力以成為價值網絡中不可或缺的節點［32］。中國半導體產業以后發企業居多，當前面臨的嚴峻形勢是平臺生態使得領先企業的生態優勢更加難以逾越，因此通過打破領先企業的生態圈、塑造新生態體系以實現技術追趕的可達性極低。

4 中國企業的機會在哪里？

過去的幾十年，中國半導體企業雖在市場份額和研發技術方面奮力追趕，但僅取得有限成功。Rho等［33］認為其主要原因：一是創新頻繁以及累積型技術特征使得后來者劣勢難以消除；二是高效率集成電路市場高度整合難以細分，缺乏低端市場供后來者發展，而投資增加、生命周期縮短等現狀更加劇了挑戰。因此，一些中國企業（如中芯國際、上海華虹宏力等）逐漸減少內存業務份額，轉向技術周期長、存在細分領域的專用集成電路市場。

盡管國外龍頭企業已在半導體行業中長期霸居壟斷地位，但是中國企業仍然可以通過瞄準產業中細分市場，強化企業基礎研究來尋找技術發展機會。

4.1 瞄準細分市場打開技術突破口

快速和持續的技術創新使半導體性能不斷優化，信息傳輸更快，產品也更便宜，這為半導體產業在位者和新進入者提供了關注新增長領域的機會［34］，因此，出現了使用不同工藝技術和/或具有不同功能的不同產品的新細分市場［35］。根據工藝技術和關鍵產品功能，半導體產業可以細分為分立器件、集成電路和傳感器，其中集成電路占到80%以上，而這三大細分市場進一步又可以分解為一系列專門的“二級”子市場，如圖8 所示。

圖8 半導體細分市場結構［34］

其中，邏輯電路與存儲器被稱為高效率細分市場，市場需求量與日俱增，技術標準要求更高，由英特爾和三星電子這樣的行業龍頭企業所占據。與行業發展的整體觀一致，由于高效率細分市場在經歷整合，并且這些具有成本效益的在位者通過流程創新不斷鞏固主導地位，使得新進入者逐漸減少并最終停止。相比之下，在那些“規模化制造”和“產品商品化”不起作用的低效率細分市場，如模擬電路、分立器件和傳感器，則具有完全不同的演化模式，行業主導者的有利條件較少，因此易于進入，并具有可觀的未來需求預期。

盡管半導體產業在行業層面顯示出成熟的跡象，但是對各細分市場的仔細研究表明，無論是在技術方面還是在市場方面都面臨著持續的顛覆性可能［34］。模擬電路、分立器件和傳感器等低效率細分市場可以為新進入者提供足夠的空間來避免與行業龍頭企業的正面競爭。通過與具有成本效益的大型現任市場在位者主導的細分市場保持足夠的距離，參與者可以有足夠的時間和空間在行業中站穩腳跟，并且可以避免因合并而被淘汰。因此，中國企業可以瞄準模擬電路、分立器件和傳感器等細分市場，了解自己在細分市場中的差異化（技術/市場）因素，從而捕捉技術突破機會。

4.2 強化企業基礎研究夯實創新力

近期研究顯示美國私營企業在科學投資方面發生變化：年輕的技術密集型企業已經開始投資基礎研究，以期開發多種技術應用，彌補行業在位者的技術空白［36］。而在半導體領域，科學研究，尤其是基礎研究，比技術生產更加集中［2,5］，其表現為隨著時間推移，半導體企業，特別是研發支出水平較低的半導體企業發表的科學論文數量呈現積極趨勢［8］。

基礎研究可以產生價值溢價，尤其是當該產業面臨新的技術挑戰時，大量核心技術背后無不是長期基礎研究的積累。當市場出現新的技術機會，企業進行科學研究，尤其是基礎研究，更有利于獲得異質性激勵［37］，而這種激勵在小型或年輕型企業中更加顯著，即小型或年輕型企業（如具有基于持續改進的系統級知識的商業模式的無晶圓公司）似乎更適合從基礎研究中獲利［38-40］，也能更好地適應市場中的根本性技術變革，而不是那些“陷入慣性和自滿”的在位企業［8］。

一直以來，中國的科技戰略過于強調以應用為導向，無論政府或企業，均傾向于投資試驗發展和應用研究［41］，而像集成電路等技術革命頻發的基礎性產業，不同于商業模式創新，其核心技術的突破大都基于科學原理。因此，中國半導體企業只有不斷加強企業基礎研究投入，通過強化基礎研究，掌握產業技術的核心原理，解決企業面臨的關鍵現實問題，才能逐步提升企業的原始創新能力。

5 中國半導體企業的發展建議

根據國外半導體龍頭企業的成功經驗、平臺生態優勢以及中國企業發展機會的綜合分析，本文提出如下建議。

5.1 持續加強研發投入，積累企業基礎研究技術成果

在許多國家，半導體產業受到國家戰略性產業的保護，因此中國企業要想從國外獲得制造技術并不容易，這就要求政府進一步完善國家創新體系，積極推進技術、模式、制度機制創新，引導市場主體、科研院所等進行持續研發投入，緊扣重要應用市場，組織產業創新聯盟。另外，考慮到基礎研究在產業鏈面臨新的技術挑戰時所能產生的價值溢價，中國半導體企業應該在技術合作網絡的驅動下加強內部研發，擺脫將科研機構作為基礎研究技術成果主要來源的不利局面，加快基礎研究積累，實現先進工藝、中高端設備材料以及重點產品的技術突破。

5.2 捕捉技術突破機會，實施潛在進入細分領域專利布局

在半導體龍頭企業長期占據存儲器、邏輯電路等高效率細分市場的情況下，中國企業可調整研發重點方向，瞄準分立器件、傳感器、模擬電路等低效率細分市場，加強基礎研究、研發投入以及人才培養等一系列工作，在潛在進入的細分市場中打開創新突破口；另一方面，加強潛在進入細分領域的專利布局，強化基礎專利的申請和運用。加強技術攻關，將重大的科學發現和理論突破的研究成果及時轉化為技術發明專利，在細分領域里布局基礎專利，搶占先機。同時，注重專利的國際申請，及時在世界主要國家和潛在市場國布局專利。

5.3 構建產業生態支撐體系，打造半導體企業生態圈

中國半導體企業應在設計、制造工藝、封測到裝備材料全產業鏈上持續加強與企業、高校和科研院所的深度合作，形成資源共享、取長補短、共擔風險、共贏挑戰的長期合作關系。同時，半導體產業的良性發展需要有適當的產業環境和完善的生態體系。應該大力開展半導體領域的科技合作，加強優勢資源的整合。另外，半導體產業鏈需要高度國際化的合作，任何國家都無法實現100%的純本土化制造，因此中國企業也應努力融入全球半導體產業生態圈，實施走出去戰略，積極獲取全球半導體技術與投資對接機會。