全球集成電路技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展實踐與創(chuàng)新發(fā)展趨勢

陳磊，趙聰鵬，葛婕，左璇

1．中國工程院，戰(zhàn)略咨詢中心，北京 100088

2．中國電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院，集成電路研究所，北京 100036

3.國家工業(yè)信息安全發(fā)展研究中心，交流合作處，北京 100040

引 言

當(dāng)前，美國、歐洲、日本、韓國及中國臺灣地區(qū)擁有發(fā)達(dá)的集成電路產(chǎn)業(yè)，分別在全球供應(yīng)鏈中不同位置掌握著重要話語權(quán)。政府、企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)分別在其中發(fā)揮至關(guān)重要作用。政府主要充當(dāng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的培育者、引導(dǎo)者和保護(hù)者，企業(yè)是技術(shù)應(yīng)用的引領(lǐng)者和產(chǎn)業(yè)壯大的推動者，科研機(jī)構(gòu)是技術(shù)創(chuàng)新的先行者和產(chǎn)業(yè)資源的整合者。通過整理并歸納發(fā)達(dá)國家和地區(qū)政府、集成電路跨國企業(yè)和知名集成電路創(chuàng)新機(jī)構(gòu)的主要措施和發(fā)展經(jīng)驗，有助于深入認(rèn)識集成電路發(fā)展規(guī)律，對創(chuàng)新發(fā)展趨勢下我國集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有借鑒意義。

1 發(fā)達(dá)國家政府推動集成電路發(fā)展的具體實踐

1.1 美國

縱觀美國集成電路產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展，可以看到政府在美國自主創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)發(fā)展中起到巨大作用。在產(chǎn)業(yè)初創(chuàng)期，主要以政策扶持為主。在產(chǎn)業(yè)成長期和成熟期，采取的是開放促競爭的政策，政府主要進(jìn)行宏觀調(diào)控。通過制定一系列的法律法規(guī)保障產(chǎn)業(yè)的正常發(fā)展，通過證券交易市場為產(chǎn)業(yè)提供發(fā)展資本等。主要產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新措施有：

一是軍工、航天項目穩(wěn)定支撐半導(dǎo)體研發(fā)[1]。美國半導(dǎo)體的最初目標(biāo)主要在于支持國防業(yè)和航空航天業(yè)，以為其國防部和宇航局提供先進(jìn)的解決方案。據(jù)統(tǒng)計，在集成電路開始發(fā)展的六十年代，美國政府購買的集成電路產(chǎn)品數(shù)量占企業(yè)總產(chǎn)量的37%-44%。

二是出臺法案促進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新成果實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)化[2]。1980年美國出臺拜杜法案（Bayh Dole Act），主要從專利權(quán)的歸屬、專利權(quán)的管理和成果收益的分享三方面來激勵科研發(fā)展和參與國際競爭，對美國的高技術(shù)的轉(zhuǎn)化起到了極大推動作用。早在1993年，美國政府發(fā)布了《促進(jìn)美國經(jīng)濟(jì)增長的技 術(shù)-增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)實力的新方向》和《促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長的技 術(shù)-總統(tǒng)的發(fā)展報告》等報告，提出國家技術(shù)戰(zhàn)略和產(chǎn)業(yè)政策總綱領(lǐng)，即把信息基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)建設(shè)放在首要地位。

三是財政資金和稅收優(yōu)惠支持半導(dǎo)體技術(shù)研 發(fā)[3]。在技術(shù)研發(fā)支持政策方面，對半導(dǎo)體基礎(chǔ)研發(fā)資金支持力度大。在美國半導(dǎo)體發(fā)展初期，美國國家科學(xué)基金會（National Science Foundation，NSF）、美國國防部先進(jìn)研究項目局（DARPA）等機(jī)構(gòu)先后資助了很多美國半導(dǎo)體研發(fā)項目。根據(jù)統(tǒng)計，在1958年-1976年之間，政府財政投入貢獻(xiàn)了美國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的43%。美國2007年開始實行競爭法（America Competes Act）以增加聯(lián)邦政府對財政的投入，實施科研創(chuàng)新計劃。此外，建議通過永久性的研發(fā)抵稅政策來激勵美國企業(yè)的創(chuàng)新活動。

盡管美國仍然是集成電路技術(shù)創(chuàng)新的領(lǐng)頭羊，但美國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會認(rèn)為[4]，美國在全球芯片制造中的份額急劇下降，從1990年的37%下降到2020年的12%[5]，此外聯(lián)邦政府對半導(dǎo)體研發(fā)的投資不足，削弱了美國半導(dǎo)體長期競爭力。為此，美國2021年頒布了名為《美國芯片法案》（CHIPS for America Act）的兩黨立法。它授權(quán)對國內(nèi)芯片制造激勵措施和研究計劃進(jìn)行投資。同時，美國國會還正在考慮通過《晶圓廠法案》（FABS Act），該法案將推動半導(dǎo)體投資稅收抵免，預(yù)期范圍會擴(kuò)大到包括制造和設(shè)計的資本支出，以幫助加強(qiáng)整個半導(dǎo)體生態(tài)系統(tǒng)。

1.2 日本

日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期依賴于歐美技術(shù)，但是后期不斷通過立法、政策和資金的協(xié)同作用加強(qiáng)集成電路自主創(chuàng)新與研發(fā)，走出了一條引進(jìn)、消化吸收、再創(chuàng)新的企業(yè)發(fā)展之路。日本促進(jìn)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的主要措施有[6]：

一是通過立法和貿(mào)易保護(hù)支持本國半導(dǎo)體企業(yè)創(chuàng)新發(fā)展。從20 世紀(jì)50年代開始，日本政府先后制定了一系列振興科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展的法律法規(guī)，包括《外國投資法》、《電子工業(yè)振興臨時措施法》、《特定電子工業(yè)及特定機(jī)械工業(yè)振興臨時措施法》、《特定機(jī)械情報產(chǎn)業(yè)振興臨時措施法》、《科學(xué)技術(shù)基本法》等，從政府層面有效促進(jìn)了以半導(dǎo)體為核心的信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。日本通過設(shè)立高關(guān)稅、限制半導(dǎo)體產(chǎn)品進(jìn)口、限制外國資本合資和收購日本企業(yè)、控制生產(chǎn)許可證等多種方式來保護(hù)本國企業(yè)，扶持本國企業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展。

二是財稅金融優(yōu)惠政策支持企業(yè)開展技術(shù)創(chuàng)新。日本為支持本國半導(dǎo)體企業(yè)進(jìn)行技術(shù)研發(fā)與創(chuàng)新發(fā)展，出臺了包括企業(yè)研究實驗費的稅收額扣除制度、實驗研究用機(jī)械設(shè)備特別折舊制度、應(yīng)用新技術(shù)的機(jī)械設(shè)備特別折舊制度和海外技術(shù)服務(wù)收入的稅收扣除制度等稅收和金融等優(yōu)惠政策。亦通過包括資助重點發(fā)展領(lǐng)域的關(guān)鍵項目、向企業(yè)進(jìn)行技術(shù)研發(fā)提供低息貸款等金融手段來支持企業(yè)發(fā)展。

三是國家資金加注促進(jìn)企業(yè)研發(fā)創(chuàng)新，持續(xù)引導(dǎo)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)跨越發(fā)展。從1976年起，日本通過政府出資引導(dǎo)，陸續(xù)開展了“超尖端電子技術(shù)開發(fā)計劃”、“飛鳥計劃”和“未來計劃”等研究項目，不斷加強(qiáng)自主研發(fā)，構(gòu)筑了日本在半導(dǎo)體設(shè)備和工藝領(lǐng)域的領(lǐng)先優(yōu)勢。此外，1975年，為促進(jìn)日本銀行向風(fēng)險企業(yè)貸款，規(guī)定銀行貸款的80%由日本通產(chǎn)省成立的“風(fēng)險投資公司”來擔(dān)保，同年日本成立“研究開發(fā)型企業(yè)育成中心”，對于具備高技術(shù)能力但是資金不足的企業(yè)，給予財務(wù)保證。以上為日本半導(dǎo)體企業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展提供了良好的資金保障。

盡管日本在半導(dǎo)體制造設(shè)備、材料等上游占據(jù)較大市場份額，但在數(shù)字芯片設(shè)計、制造等方面已落后于韓國和中國臺灣地區(qū)。2021年6月，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省公布《半導(dǎo)體戰(zhàn)略》[7]，該戰(zhàn)略闡述了日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀、痛點和機(jī)遇，提出當(dāng)前日本芯片市場份額僅占10%，如果不進(jìn)行有效應(yīng)對，預(yù)估2030年日本的市場份額將接近于0%，該戰(zhàn)略認(rèn)為日本應(yīng)在先進(jìn)工藝制造和研發(fā)、先進(jìn)封裝領(lǐng)域加大投入，并提出未來5 到10年發(fā)展目標(biāo)和項目投資計劃，計劃由經(jīng)產(chǎn)省牽頭，由政府投入24000 億日元（約240 億美金），撬動日本產(chǎn)業(yè)界、教育界以及其他國家和地區(qū)優(yōu)質(zhì)資源（含IBM、ASML、臺積電、IMEC 等），大力發(fā)展日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，避免產(chǎn)業(yè)空心化。

1.3 韓國

韓國政府通過多渠道鼓勵和促進(jìn)企業(yè)不斷進(jìn)入半導(dǎo)體領(lǐng)域，國家集中力量不斷加大在半導(dǎo)體領(lǐng)域的創(chuàng)新。韓國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展是以存儲器為切入點布局半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，國家通過政府立法、政策引導(dǎo)、財政投入、稅收優(yōu)惠、資本環(huán)境等各方面不斷加碼半導(dǎo)體企業(yè)創(chuàng)新發(fā)展和營造半導(dǎo)體企業(yè)成長環(huán)境。韓國促進(jìn)本國產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要措施有[8]：

一是政府立法和政策引導(dǎo)財團(tuán)企業(yè)進(jìn)入存儲器產(chǎn)業(yè)，加速企業(yè)創(chuàng)新發(fā)展。二十世紀(jì)80年代初，韓國確立將半導(dǎo)體作為重點發(fā)展產(chǎn)業(yè)，并將存儲器作為優(yōu)先發(fā)展方向。韓國政府制定了《外商投資引導(dǎo)法》和《電子振興法》，積極刺激國內(nèi)市場需求并改善出口環(huán)境。隨后制定了《1969-1976年“電子工業(yè)振興八年計劃”》，提出對企業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以及水電等提供支持，大幅縮短半導(dǎo)體工廠建設(shè)周期；以國家名義給企業(yè)提供擔(dān)保或低息貸款，支持金融機(jī)構(gòu)為半導(dǎo)體企業(yè)提供融資貸款。政府立法和優(yōu)惠政策為電子產(chǎn)品的生產(chǎn)確立了強(qiáng)有力的政府支撐體系，政府把95%的資金提供給大企業(yè)，引導(dǎo)韓國大企業(yè)不斷加大對存儲器領(lǐng)域的投資。

二是財政資金投入和稅收優(yōu)惠支持技術(shù)研發(fā)。在跟隨基礎(chǔ)上，韓國政府牽頭核心技術(shù)研發(fā)攻關(guān)，推動各企業(yè)結(jié)盟研發(fā)，開展聯(lián)合創(chuàng)新，從國家層面給予資金支持。從1986年起，韓國政府陸續(xù)將4M、64M 和256M DRAM 技術(shù)攻關(guān)列為國家項目，采取“政府出資、企業(yè)配套”模式，取得了顯著成效。另外，韓國政府以國家名義給企業(yè)提供擔(dān)保或低息貸款，一般貸款周期為8年，利率在2%～8%之間，低于10% 左右的商業(yè)貸款，鼓勵金融機(jī)構(gòu)給集成電路企業(yè)提供融資貸款，保障資金以促進(jìn)持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展。

三是資本市場為企業(yè)研發(fā)創(chuàng)新提供長期融資保障。1996年7月，韓國正式建立 KOSDAQ 市場，為大量創(chuàng)新企業(yè)擴(kuò)寬上市融資渠道、創(chuàng)造直接融資渠道。在 KOSDAQ 市場激勵作用下，韓國半導(dǎo)體企業(yè)融資環(huán)境持續(xù)改善，企業(yè)創(chuàng)新得到資金保障，韓國信息技術(shù)得到快速發(fā)展。半導(dǎo)體龍頭企業(yè)三星電子于1979年在韓國證券交易所上市，早期依靠銀行低息貸款獲得大量融資，隨后在資本市場獲得大量資金投入到技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)品創(chuàng)新中。

近年來，在三星、海力士等龍頭企業(yè)支撐下，韓國在存儲器、處理器、顯示驅(qū)動芯片等數(shù)字芯片半導(dǎo)體終端產(chǎn)品領(lǐng)域獲得較大份額并站穩(wěn)腳跟，代工能力處于世界領(lǐng)先水平。然而在美日等國發(fā)布半導(dǎo)體戰(zhàn)略后，韓國意識到全球半導(dǎo)體供應(yīng)鏈重構(gòu)帶來的挑戰(zhàn)與機(jī)遇，為鞏固自身在全球供應(yīng)鏈中的地位，韓國政府于5月13日在三星平澤工廠舉行“K—半導(dǎo)體戰(zhàn)略報告大會”，宣布未來10年投資510兆韓元（約4500 億美元，2.9 萬億元人民幣），外媒稱為“K 半導(dǎo)體戰(zhàn)略”[9]。韓國總統(tǒng)文在寅在會上表示，目標(biāo)是將韓國建設(shè)成全球最大的半導(dǎo)體制造基地，引領(lǐng)全球的半導(dǎo)體供應(yīng)鏈。

2 集成電路跨國企業(yè)成功經(jīng)驗

2.1 臺積電

臺積電1987年在中國臺灣新竹科學(xué)園區(qū)成立，主要廠房分布于新竹市、臺中市、臺南市，是全球第一家、也是最大的集成電路代工企業(yè)。2020年，臺積電集成電路代工市場份額占全球5 成以上。發(fā)展經(jīng)驗具體如下[10]：

（1）在模式上實現(xiàn)創(chuàng)新顛覆。臺積電成立之初，全球大部分市場由英特爾、德州儀器、東芝等IDM企業(yè)壟斷。臺積電提出要為行業(yè)進(jìn)行代工服務(wù)，臺積電的模式解決了當(dāng)時行業(yè)準(zhǔn)入壁壘的問題。在起初，臺積電只靠邊緣訂單生存，但后期隨著臺積電加快技術(shù)迭代速度，迫使IDM 企業(yè)難以追趕，最終實現(xiàn)趕超。

（2）不斷擴(kuò)大的資本開支筑起競爭壁壘。與其它代工企業(yè)相比，臺積電的資本大幅領(lǐng)先，并很好地實現(xiàn)了資本支出與現(xiàn)金流的正向循環(huán)。例如，2019年臺積電資本支出154 億美元，其資本支出分別是中芯國際收入的5 倍、華虹半導(dǎo)體收入的16 倍。雖然物業(yè)、廠房和設(shè)備等開支多，但是臺積電由于承包了全球大部分的先進(jìn)制程的代工，其經(jīng)營的現(xiàn)金流充沛，以至于不斷繼續(xù)投入而擴(kuò)大了其發(fā)展優(yōu)勢。

（3）開放的投融資環(huán)境推動臺積電地位上升。1983年，中國臺灣地區(qū)制定了逐漸對外開放有關(guān)證券市場的政策，2004年中國臺灣地區(qū)資本市場基本實現(xiàn)完全對外開放。臺積電的代工引領(lǐng)使得飛利浦、德州儀器等外商來投資，帶動了中國臺灣地區(qū)半導(dǎo)體企業(yè)的快速發(fā)展，亦催生出了大量的半導(dǎo)體創(chuàng)投基金。據(jù)不完全統(tǒng)計，中國臺灣地區(qū)的風(fēng)險投資公司對臺積電等半導(dǎo)體企業(yè)的累計投入已超過50 億美元。2000年，英特爾市值是臺積電的6 倍，2020年英特爾市值僅為臺積電的一半。

2.2 英特爾

英特爾成立于1968年，1971年推出第一款商用處理器Intel 4004；半個多世紀(jì)以來，英特爾始終引領(lǐng)著CPU 先進(jìn)技術(shù)及高性能產(chǎn)品的發(fā)展。公司一直堅持以IDM 模式發(fā)展，突出并不斷引領(lǐng)著摩爾定律不斷演進(jìn)。發(fā)展經(jīng)驗具體如下：

（1）創(chuàng)新激勵機(jī)制，最大限度挖掘人才潛力。英特爾認(rèn)為對待技術(shù)創(chuàng)新方面的人才應(yīng)區(qū)別于對待生產(chǎn)和銷售等人才的考核方式[11]。在英特爾，技術(shù)人員有一套與管理平行且重要的晉升或發(fā)展體系，高級技術(shù)人員主導(dǎo)企業(yè)內(nèi)部技術(shù)創(chuàng)新與管理，當(dāng)員工需要晉升時，技術(shù)研究上升路徑通暢，從而給技術(shù)人員帶來充分研究與發(fā)展的平臺。

（2）重視軟硬件協(xié)同發(fā)展，成功推廣X86 生態(tài)。微軟和英特爾的緊密合作被稱為“Wintel 聯(lián)盟”。根據(jù)軟件需求優(yōu)化其硬件產(chǎn)品性能，改善用戶對軟件的使用體驗，達(dá)成軟硬件的捆綁，再通過軟件推廣綁定用戶習(xí)慣，最終實現(xiàn)用戶對其硬件產(chǎn)品的剛性需求。自從上世紀(jì)80年代以來，英特爾長期占據(jù)桌面和服務(wù)器CPU 市場90%以上的份額，近年來由于AMD的崛起，市場份額有所下降，但仍然超過80%。一方面各自在軟硬件的優(yōu)勢可加速集成創(chuàng)新產(chǎn)品的推出，另一方面軟硬件的結(jié)合有助于構(gòu)建生態(tài)體系，進(jìn)一步增強(qiáng)后進(jìn)者進(jìn)入X86 生態(tài)體系的困難程度。

（3）提出Tick-Tock 鐘擺戰(zhàn)略，以先進(jìn)的工藝制程發(fā)展為基礎(chǔ)引領(lǐng)CPU 升級。英特爾的Tick-Tock（工藝-架構(gòu)）是其芯片技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略，也被稱為鐘擺戰(zhàn)略或滴答模式。Tick-Tock 主要是提升工藝、縮小晶體管、革新微架構(gòu)。即通過工藝制程微縮和處理器架構(gòu)革新兩條路徑來促進(jìn)公司CPU 產(chǎn)品的發(fā)展，且總是交替進(jìn)行[12]。一方面避免了同時革新可能帶來的失敗風(fēng)險，另一方面持續(xù)的發(fā)展也可以降低研發(fā)的周期，并可以對市場造成持續(xù)的刺激，并最終提升產(chǎn)品的競爭力。

3 國際知名創(chuàng)新機(jī)構(gòu)發(fā)展經(jīng)驗

縱觀集成電路產(chǎn)業(yè)較發(fā)達(dá)的美國、歐洲、日本和中國臺灣地區(qū)，都是通過開放、技術(shù)和資金合作發(fā)展的范例獲得成功。政府和地區(qū)管理機(jī)構(gòu)在其發(fā)展中扮演了重要推手作用。細(xì)數(shù)每一個在集成電路產(chǎn)業(yè)有所作為的國家和地區(qū)，無一例外地成就于宏觀的規(guī)劃布局、微觀精準(zhǔn)的資金扶持。

3.1 IMEC（微電子研究中心）

1984年，比利時佛蘭芒地方政府為響應(yīng)魯汶大學(xué)Van Overstraeten 教授關(guān)于推動歐洲跨院校微電子研究合作的倡議，在魯汶大學(xué)微電子系的基礎(chǔ)上成立了非營利性組織——比利時微電子研究中心（Interuniversity Microelectronics Centre，IMEC）。 其人員由政府、大學(xué)和企業(yè)組成。為保持中立性且能更好地起到組織協(xié)調(diào)作用，其最高決策層-理事會的成員按政府：大學(xué)：企業(yè)=1：1：1 組成。通過產(chǎn)業(yè)聯(lián)合項目與全球合作伙伴開展聯(lián)合研究，合作伙伴需向IMEC 支付一次性項目加入費和每年度的委托項目費用；并保持合作伙伴之間共享研究費用、科研人員、知識產(chǎn)權(quán)、共同承擔(dān)風(fēng)險[13]。IMEC 保持著對產(chǎn)業(yè)高度的戰(zhàn)略判斷力，其定位的研究內(nèi)容一般領(lǐng)先市場需求3~8年，主要用于攻克某項技術(shù)在產(chǎn)業(yè)應(yīng)用之前的技術(shù)瓶頸。IMEC 研究成果大多屬于戰(zhàn)略性先導(dǎo)技術(shù)，通常以此為基礎(chǔ)組建產(chǎn)業(yè)聯(lián)合項目，這就為提升產(chǎn)業(yè)健康良性可持續(xù)發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。在有成果可以商業(yè)化時，IMEC 也能夠起到很好的調(diào)節(jié)作用，通過技術(shù)轉(zhuǎn)讓或孵化子公司的方式將其剝離，以避免與合作伙伴或客戶產(chǎn)生商業(yè)競爭。30年來，IMEC 逐漸發(fā)展成為一個世界領(lǐng)先的國際化微電子研究機(jī)構(gòu)，在半導(dǎo)體公益領(lǐng)域創(chuàng)造了無數(shù)個世界第一，為全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)開發(fā)、成果轉(zhuǎn)化、人才培養(yǎng)做出了重要貢獻(xiàn)。

3.2 工業(yè)技術(shù)研究院

中國臺灣地區(qū)的工業(yè)技術(shù)研究院是一個非營利性的應(yīng)用技術(shù)公共研究機(jī)構(gòu)。20 世紀(jì)60-70年代，因中國臺灣地區(qū)面臨工業(yè)結(jié)構(gòu)改造的任務(wù)，工業(yè)技術(shù)研究院應(yīng)運而生。創(chuàng)立之初，中國臺灣地區(qū)管理機(jī)構(gòu)提供了充足且穩(wěn)定的經(jīng)費補貼。隨著工研院向產(chǎn)業(yè)界推廣科研成果、提供技術(shù)服務(wù)，補貼逐漸縮減，到1984年停止補貼。與IMEC 類似，工業(yè)技術(shù)研究院同樣保持著對產(chǎn)業(yè)的高度戰(zhàn)略判斷力[14]，其始終以產(chǎn)業(yè)為導(dǎo)向，關(guān)注前瞻性和共性應(yīng)用技術(shù)研發(fā)。同時保持著良好的組織協(xié)調(diào)性：其強(qiáng)調(diào)學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界錯位研究，即基礎(chǔ)研究主要由學(xué)術(shù)界承擔(dān)，生產(chǎn)技術(shù)及配合銷售由產(chǎn)業(yè)界承擔(dān)的模式，但又保持學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的緊密合作。為了實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級和資源的優(yōu)化配置，工業(yè)技術(shù)研究院通過技術(shù)轉(zhuǎn)移、衍生公司、孵化創(chuàng)新企業(yè)的方式有意加大技術(shù)擴(kuò)散力度。通過有效整合集聚地區(qū)管理機(jī)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)、科研部門、高校的力量，提升產(chǎn)業(yè)研發(fā)能力，帶動產(chǎn)業(yè)上下游發(fā)展。成立30年來，工業(yè)技術(shù)研究院見證了中國臺灣地區(qū)經(jīng)濟(jì)從以農(nóng)業(yè)、手工業(yè)為主向以科技創(chuàng)新為主的轉(zhuǎn)變。

3.3 美國電子聯(lián)合體

20 世紀(jì)80年代美國集成電路的產(chǎn)業(yè)規(guī)模一度被日本超越，在此背景下，美國迅速組建了半導(dǎo)體技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟(SEMATECH)[15]。為保證聯(lián)盟對產(chǎn)業(yè)的有效組織協(xié)調(diào)管理，通過聯(lián)邦政府和成員公司五五出資的方式，集結(jié)11 家美國公司（現(xiàn)在有13家美國公司）致力于半導(dǎo)體制造工藝的研究。這種方式能夠為工藝制造商和設(shè)備供應(yīng)商搭建橋梁，有效地實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置。因為各成員公司約定，必須對合作研究的成果做進(jìn)一步開發(fā)后才能真正將研究成果應(yīng)用到自己的公司，因而SEMATECH 的成員公司不會擔(dān)心技術(shù)秘密泄露，同時還能減少在應(yīng)用研究成果時可能產(chǎn)生的知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)問題。該聯(lián)盟自1987年啟動以來，經(jīng)過5年的時間協(xié)助美國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)重新回到產(chǎn)業(yè)霸主地位。

4 全球集成電路產(chǎn)業(yè)、技術(shù)創(chuàng)新趨勢

4.1 產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新趨勢

5G、AI 等技術(shù)為集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來新一輪發(fā)展機(jī)遇[16]。隨著傳統(tǒng)PC 市場進(jìn)一步萎縮和移動智能終端需求下降，5G、AI 等新興應(yīng)用成為半導(dǎo)體市場重要的增長點和創(chuàng)新領(lǐng)域。5G 方面，5G 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和終端發(fā)展將為芯片帶來巨大的市場需求。5G時代云邊端將三體協(xié)同，導(dǎo)致芯片在架構(gòu)、物理實現(xiàn)等方面的創(chuàng)新進(jìn)入加速期。AI 方面，AI 計算任務(wù)可借助GPU、FPGA、ASIC 等芯片結(jié)合軟件算法實現(xiàn)加速，為集成電路行業(yè)帶來新的市場增長空間。同時，AI 芯片與深度學(xué)習(xí)算法和特定場景融合，更進(jìn)一步助力集成電路創(chuàng)新發(fā)展。

企業(yè)通過并購來降低創(chuàng)新成本趨勢回升。近幾年，在全球貿(mào)易摩擦不斷加劇、國家保護(hù)主義抬頭和各國監(jiān)管機(jī)構(gòu)審查日益嚴(yán)苛等方面的綜合影響下，全球集成電路產(chǎn)業(yè)跨國并購難度增大。然而，摩爾定律發(fā)展趨緩導(dǎo)致企業(yè)研發(fā)成本的不斷攀升、各企業(yè)技術(shù)與產(chǎn)品迭代速度加快，企業(yè)通過并購來提高技術(shù)能力，擴(kuò)大產(chǎn)品線來促進(jìn)企業(yè)創(chuàng)新發(fā)展趨勢明顯。另外，5G、人工智能與自動駕駛等領(lǐng)域的新企業(yè)的出現(xiàn)，使得各大半導(dǎo)體企業(yè)通過并購來布局新興領(lǐng)域，促進(jìn)了半導(dǎo)體并購回暖。

企業(yè)創(chuàng)新向體系化、生態(tài)化演進(jìn)[17]。隨著產(chǎn)品競爭日益加劇，企業(yè)創(chuàng)新競爭模式正在向體系化、生態(tài)化方向演進(jìn)變革。一方面，圍繞新興領(lǐng)域生態(tài)布局的兼并重組活躍。例如，蘋果收購英特爾的5G調(diào)制解調(diào)器業(yè)務(wù)，AMD 350 億美元收購賽靈思。另一方面，整機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用企業(yè)涉足上游芯片領(lǐng)域，打造以整機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)自身為核心的生態(tài)體系，成為企業(yè)創(chuàng)新發(fā)展新特征。谷歌、微軟、亞馬遜、Facebook、特斯拉、阿里巴巴、百度等紛紛布局自家芯片，通過定制化芯片產(chǎn)品，實現(xiàn)整機(jī)產(chǎn)品的差異化與系統(tǒng)化優(yōu)勢，以維持產(chǎn)品競爭力。

4.2 技術(shù)創(chuàng)新趨勢

摩爾定律趨緩促進(jìn)晶體管在新工藝、新材料、新結(jié)構(gòu)方面創(chuàng)新加強(qiáng)[18]。晶體管特征尺寸的不斷縮小使得集成電路產(chǎn)品性能不斷提升，然而隨著集成電路制程工藝不斷微縮以逼近晶體管物理極限，通過工藝創(chuàng)新驅(qū)動摩爾定律向前發(fā)展已愈發(fā)困難。通過新工藝、新材料、新結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新突破繼續(xù)推動行業(yè)不斷進(jìn)步。根據(jù)國際半導(dǎo)體技術(shù)藍(lán)圖（ITRS）發(fā)布的白皮書顯示，一方面，器件結(jié)構(gòu)（GAA 將有望取代FinFET）、光刻（將從DUV 轉(zhuǎn)至EUV）和材料（金屬Co 有望成為未來IC 金屬層核心）等方面一系列新技術(shù)推動工藝節(jié)點繼續(xù)向更小尺寸發(fā)展。另一方面，面臨集成電路先進(jìn)工藝特征尺寸逐漸逼近物理極限的情況，集成電路的創(chuàng)新與發(fā)展在新材料、新工藝和新結(jié)構(gòu)等方面的創(chuàng)新不斷突破，化合物半導(dǎo)體[19]、石墨烯等二維材料[20]、先進(jìn)封裝和異質(zhì)集成[21]等圍繞超越摩爾定律的融合創(chuàng)新成為技術(shù)發(fā)展方向[22]。隨著信息化在社會生活中的全面滲透以及5G 等新技術(shù)的不斷應(yīng)用，集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展正進(jìn)入跨界融合、加速創(chuàng)新的新時期。一是在集成電路產(chǎn)業(yè)鏈內(nèi)部，芯片小型化、智能化、模塊化的發(fā)展趨勢讓三維封裝等創(chuàng)新技術(shù)加速發(fā)展，推動集成電路前道工藝（FEOL）和后道工藝（BEOL）相互融合。二是超越摩爾時代來臨，微電子學(xué)、光電子學(xué)、物理、化學(xué)、生物學(xué)、材料學(xué)等多學(xué)科與信息技術(shù)的交叉滲透日益深入，促使新型MEMS 工藝、光電器件、寬禁帶半導(dǎo)體材料器件、碳基電子芯片、自旋量子器件、生物芯片等創(chuàng)新技術(shù)集中涌現(xiàn)，拓寬了集成電路產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展方向。

云計算、大數(shù)據(jù)、5G、人工智能等新興應(yīng)用驅(qū)動集成電路技術(shù)創(chuàng)新多元化[24]。隨著工藝制程演進(jìn)放緩和傳統(tǒng)芯片產(chǎn)品市場競爭日益加劇，集成電路產(chǎn)品差異化與定制化趨勢明顯，推動芯片產(chǎn)品未來在計算架構(gòu)、開源芯片設(shè)計、工藝材料方面加速創(chuàng)新。傳統(tǒng)通用計算性能的發(fā)展已遠(yuǎn)跟不上云計算、5G、人工智能等新興領(lǐng)域的應(yīng)用需求，數(shù)據(jù)中心和高性能計算推動處理器向異構(gòu)和定制化演進(jìn)。集成FPGA、CPU、GPU 等不同芯片的異構(gòu)計算模式，結(jié)合處理器和存儲器的存算一體等硬件架構(gòu)創(chuàng)新有望實現(xiàn)計算性能和效率的大幅提升，成為技術(shù)發(fā)展的重要趨勢。

圖1 后摩爾時代的集成電路發(fā)展趨勢[23]Fig.1 Roadmap for integrated circuits：“More Moore” and “More-than-Moore”

5 經(jīng)驗總結(jié)與展望

美國、歐洲、日本、韓國、中國臺灣等國家和地區(qū)的集成電路產(chǎn)業(yè)的崛起均得益于對半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵共性技術(shù)的組織或工程模式的建立。以上幾種模式之所以影響和改變集成電路產(chǎn)業(yè)，主要得益于這些關(guān)鍵共性技術(shù)組織：（1）對產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng)新具有極強(qiáng)的組織協(xié)調(diào)能力，通過政府和企業(yè)相結(jié)合的形式對產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng)新進(jìn)行有效的協(xié)調(diào)；（2）對產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng)新具有高度的戰(zhàn)略判斷力和決策力，其研究的內(nèi)容多數(shù)定位超前當(dāng)前技術(shù)n（n ≥2）代；（3）對產(chǎn)業(yè)要素配套具有極強(qiáng)的保障，在共性組織取得產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展后，其都能夠快速地進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置。目前，集成電路技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展已進(jìn)入新岔路口，新材料、新架構(gòu)、新工藝“百花齊放”，我國應(yīng)充分吸收世界先進(jìn)做法和成功經(jīng)驗，尋求在集成電路領(lǐng)域的創(chuàng)新突破。

利益沖突聲明

所有作者聲明不存在利益沖突關(guān)系。