芯片國產替代，謹防欲速不達

宋瑋

芯片（Chip）是指內含集成電路的硅片，也是半導體元件產品的統稱，由較大的晶圓分割而成。根據海關總署數據，2020年中國集成電路（芯片）進口金額首度突破3500億美元，占我國進口總額的17.03%，超過原油連續六年高居我國進口商品第一大品類。

今年3月7日，原工信部部長苗圩在全國政協全體會議大會發言時說：“全球制造業四級梯隊格局中，中國處于第三梯隊，實現制造強國目標至少還需30年?！边@番表態可謂語重心長。作為中國制造業未來的核心，國產芯片如何突破封鎖、有所為有所不為，值得深度思考。

制裁緊與松

芯片產業鏈，包括原材料與設備、設計、制造、封測四大環節。鑒于在設計和制造環節中國已經涌現出部分具有巨大潛力的企業，未來中國寄希望于在設計和制造端發力，從而帶動更上游的原材料和設備發展，實現在半導體行業“補短板”。

在設計端，華為海思設計的麒麟芯片，已實現5納米工藝制程；在制造端，中國大陸最先進的芯片代工企業“中芯國際”也已邁入7納米工藝制程時代。但近兩年，美國通過制裁華為和中芯國際，遲滯了中國芯片的國產替代進程。

3月11日路透社消息稱，拜登政府已修改針對華為的出口許可，進一步限制美國公司向華為出口5G相關設備，對華為限制出口的設備范圍擴大到“與5G設備共用”，意味著即便設備不構成華為產品的5G功能，也會被限制出口。另一方面，拜登還修改了關于5G、關鍵基礎設施、企業數據中心、云或空間應用等方面的內容。這意味著拜登政府在制裁華為方面，將與特朗普政府一樣強硬。

至于中芯國際，早在去年12月18日被美國納入禁運實體名單；凡采用美國技術的“生產10納米及以下制程之芯片所需的特定技術與設備”，被禁止向其出口。經過數月的談判和努力，今年3月3日中芯國際宣布從光刻機巨頭荷蘭阿斯麥爾（ASML）處，獲得購買“相對先進”設備的許可，盡管這些設備主要被用于“成熟”的制程工藝。

此次中芯國際獲得許可，顯示中美半導體貿易在一般產品領域有恢復的勢頭。3月11日中美兩國半導體行業協會建立了“中美半導體產業技術和貿易限制工作組”，也是這一趨勢的具體例證，有助于應對全球芯片供給的嚴重不足。但這些“先緊后松”“討價還價”的微調，并不能徹底打破美國針對中國發展高端芯片的貿易限制和技術壁壘。

以光刻機行業為例，它依然是一個受到美國遙控的寡頭化的市場（如果算上日本的尼康和佳能的話）。阿斯麥爾是在荷蘭注冊的公司，在全球高端光刻機市場占有最大份額。其最頂級的第五代光刻機，采用了極紫外（Extreme Ultra-violet，EUV）技術，主要應用在7納米及以下更先進制程的生產線上，由阿斯麥爾全球獨家供應。

由于需要美國的市場和基礎技術，阿斯麥爾并不能無視美方的貿易禁令。1997年，英特爾和美國能源部共同發起了EUV光刻機聯盟，匯集了美國三大國家實驗室并聯合了摩托羅拉和超威半導體等企業，共同研制了EUV技術。阿斯麥爾一度被美國政府排除在外，最終在表達了忠心和做出巨大讓步后，才獲準加入，而尼康由于美日半導體貿易戰，被拒絕加入。如今中國半導體行業取代了日本遭到美國打壓，也不出意外。

在設計端，華為海思設計的麒麟芯片，已實現5納米工藝制程；在制造端，中國大陸最先進的芯片代工企業“中芯國際”也已邁入7納米工藝制程時代。

在國產光刻機領域，上海微電子設備公司研制的光刻機，實際已達到第四代光刻機的水平。但其采用的深紫外（DUV）技術在應用于先進制程時，需要多次曝光芯片，成本高、風險大，目前主要用于集成電路的后道封裝和面板領域。在先進制程的光刻機技術上，上海微電子落后于最前沿20到30年，今后要想與時俱進，從外部引進技術必不可少。

可是，中國紫光集團此前的失手并非孤例：其意圖收購美光和鎧俠（原東芝存儲），均因對象國當局的阻撓而放棄。當前，拜登政府為保持美國在半導體、人工智能等行業的領先，正籌組多個排他性的跨國技術聯盟。在此背景下，中芯國際暫無法完成采購EUV光刻機的訂單，只能轉而購買跟阿斯麥爾現有協議中“與DUV技術相關的設備”，而且，其重簽的12億美元采購合同有效期延至今年年底，尚不能排除遭拜登政府進一步干預而變卦的風險。

空間足，差距大

目前看，主要國家和地區在芯片產業鏈上的競爭優勢各不相同。

美國在芯片的設計、制造和設備領域均具有優勢。美國的高通、博通、英偉達、蘋果、賽靈思等透過芯片設計，把控了整個產業鏈的頂端，同時擁有英特爾、美光科技、德州儀器等垂直整合制造（IDM）廠商；設備方面，美國擁有拉姆研究、科天、泰瑞達等頭部廠商。

韓國在制造領域具有優勢，主要體現在存儲芯片、芯片代工等方面，代表廠商有三星電子、SK海力士等。中國臺灣在芯片代工、設計、封裝測試領域具有優勢，代表廠商有臺積電、聯電、聯發科等。日本及歐洲，主要在材料和設備、汽車電子領域具有優勢，代表廠商有東京電子、阿斯麥爾、瑞薩電子、意法半導體、恩智浦等。

從近年來的競爭圖景來看，在設計領域，美國于數字芯片和模擬芯片設計方面遙遙領先，而在部分細分領域，中國大陸廠商開始具備全球競爭力。

高端數字芯片方面，英特爾和超威半導體這兩家美企，長期壟斷筆記本電腦、臺式機和服務器的中央處理器市場；而長期以來一直被用于圖形處理的GPU，近些年已經成為訓練人工智能算法最常用的芯片，美企（英偉達和超威半導體）也壟斷了這方面的設計市場。模擬芯片設計方面，德州儀器產品的覆蓋范圍最全，市場份額約占20%。

由于高端數字芯片、模擬芯片方面競爭壁壘高，2019年半導體設計公司收入排名中，前十名有六家為美國公司，中國臺灣有兩家（聯發科、瑞昱半導體），俄羅斯和英國各一家。但在如無線藍牙、非易失閃存、生物特征識別等細分芯片設計市場，中國大陸部分廠商已進入全球前三，更多在細分領域領先的中資公司不斷涌現，逐步實現“農村包圍城市”。

在制造領域的代工方面，臺積電贏者通吃，三星緊追其后。2020年，臺積電在全球芯片代工廠中一騎絕塵，市占率達53.9%，韓國三星電子僅為17.4%，其余廠商市占率在10%以下。中國大陸廠商在規模、盈利能力、技術等方面，持續逼近臺聯電等二線廠商。

在存儲芯片制造方面，韓、美兩國企業（三星、SK海力士、美光、西部數據等）繼續占據壟斷地位。持續資本投入和技術快速迭代，是韓國企業成功的關鍵。中國存儲芯片的自給率不到5%，國內廠商長江存儲、長鑫存儲等在加速追趕。

在設備領域，美日歐大幅領先，中國大陸在部分細分領域有所突破，但半導體設備國際依存度高的特點不斷凸顯。近一年內，由于供需關系愈加失衡，全球晶圓廠擴產節奏加快，帶動半導體設備銷售市場的火爆。中國大陸晶圓廠一方面爭取獲得購買美國半導體設備的許可，另一方面加緊搶購日本的二手芯片制造設備。

在封裝領域，中國大陸發展較快，早已占全球70%以上份額。芯片集成化、小型化等需求，推動著先進封裝工藝融合發展，國內傳統封裝具備規模優勢。先進封裝龍頭企業長電科技、晶方科技，與國際差距相對較小。

在材料領域，美日歐大幅領先，中國大陸在部分細分領域（如大硅片）有所突破。半導體材料大致可分為前端晶圓制造材料和后端封裝材料。日本信越化學和SUMCO占據了晶圓材料（硅片、光掩膜、光刻膠、拋光液等）約一半的市場份額。晶圓尺寸越大越利于降低切割后單個芯片的成本。2020年之前，中國境內主要以8英寸晶圓廠為主，現在正逐漸向12英寸晶圓廠過渡。

封裝材料主要有層壓基板、引線框架、焊線等。由于材料與關鍵工藝（光刻、刻蝕、鍍膜沉積）之間的契合度愈發受到重視，中國的材料供應商適宜收購和整合國內外相關企業，獲取豐富的產品線，特別是加強蝕刻和沉積這兩種工藝，同時與北方華創等半導體設備廠家加強合作，提升彼此的國際競爭力。

晶圓尺寸越大越利于降低切割后單個芯片的成本。2020年之前，中國境內主要以8英寸晶圓廠為主，現在正逐漸向12英寸晶圓廠過渡。

雖然芯片國產替代的空間足，但跟國際前沿的差距仍非常大。根據國內權威財經媒體的測算，截至2019年，半導體的實際國產化率僅為15.7%，預測2024年能達到20%。

系統性工程

“形勢逼人，挑戰逼人，使命逼人。我們比歷史上任何時期都更需要建設世界科技強國！”國家主席習近平日前表示，要“堅持科技創新和制度創新‘雙輪驅動，優化和強化技術創新體系頂層設計”。

對于扶持本土的半導體產業，中國政府愈發認識到這是個系統性工程，相應出臺了一系列產業政策，包括908、909工程、國家重大01專項、02專項、《國家集成電路產業發展推進綱要》、“十三五”規劃，以及成立一二期大基金提振行業信心等。

從綱領性文件來看，《國家集成電路產業發展推進綱要》定調“設計為龍頭、制造為基礎、裝備和材料為支撐”，目標是到2020年集成電路產業銷售收入年均增速超過20%，到2030年集成電路產業鏈主要環節達到國際先進水平，一批企業進入國際第一梯隊。

然而，過去幾年南京德科碼、成都格芯、貴州華芯通、陜西坤同柔性、江蘇德淮、武漢弘芯等大型半導體項目紛紛折戟。根據“天眼查”檢索結果，經營范圍含“芯片、集成電路、半導體”的中國大陸企業有近30萬家。針對行業的魚龍混雜，國家發改委發言人孟瑋去年10月批評道：“個別地方對集成電路發展的規律認識不夠，盲目上項目，低水平重復建設風險顯現。”

如何防止在地方誘導下“三無”企業扎堆進入芯片行業？除了“誰支持、誰負責”的政治總要求，我們還得找到芯片國產替代得以可持續化的護城河。

業內專家認為，在芯片制造等偏向重資產的領域，中國應學習國外經驗持續“逆周期投資”，中長期看好國內龍頭企業，并不單純從盈利角度衡量得失。而在芯片設計等輕資產領域，中國應以市場為導向，合理扶持，避免過度保護，以便實現優勝劣汰，引導下游積極推進國產替代。

從美國、日本、韓國、中國臺灣等先進經濟體的芯片發展史不難發現，政府政策引導、杰出人才培養、下游產業集群、持續資金投入是不可或缺的要素，但國際關系和外交因素也是不容忽略的一環。中國在美國制裁壓力下更要尊重行業發展的客觀規律，補齊集成電路教育的短板，創造有利于跨境人才廝守的環境，避免急功近利，謹防欲速不達。