中國集成電路設備的全球競爭力、趕超困境與政策建議

設備是集成電路制造的“母機”，是保障我國集成電路產業安全的基礎。從全球范圍來看，集成電路設備領域被美國、日本和歐洲巨頭所把控，留給后發國家和地區的空間極為有限。然而，在近年來我國推動集成電路產業發展的大背景下，集成電路設備各個環節涌現出一大批創新型企業，部分領域取得了一些突破。在對集成電路產業設備全球市場競爭分析的基礎上，從具體細分領域的典型企業視角出發，分析我國在集成電路設備領域趕超的現實困境，進而提出一些對策建議，以期為我國集成電路產業趕超發展、助推集成電路產業安全提供參考。

集成電路設備的構成及全球市場發展態勢

芯片制造設備總體可分為用于晶圓制造的前道設備和用于組裝、測試及封裝的后道設備兩類。前道設備的精密度和效率決定了芯片的功能和先進性，其包括多達50余種不同類型的、高度專業化的設備，服務于芯片制造的上千個步驟中，包括光刻、刻蝕、鍍膜/沉積、離子注入、化學機械研磨、清潔等過程控制等，制造工藝的復雜性勢必要求設備制造廠商與晶圓廠、材料供應商、研究機構等加強聯系以形成穩定的供應鏈；后道工藝步驟較少，所需要的設備類型也較少，從而大大降低了后道工廠的投資成本。從生產流程來看，晶圓制造涉及到的主要設備有光刻機、刻蝕設備、鍍膜/沉積設備、量測設備、清洗設備、離子注入設備、化學機械研磨設備、熱處理設備、封裝設備等九大類關鍵設備。

根據國際半導體產業協會（SEMI）的數據顯示，2020年全球半導體設備銷售額約711.9億美元，較2008年的295.2億美元增長1.41倍，年均復合增長率達到7.61%，遠遠超過同期全球GDP增速。根據國際半導體產業協會（SEMI）預測，2022年全球半導體設備銷售額為1013億美元，同比增長34.1%和6.3%。

從發展態勢來看，集成電路設備市場的發展與集成電路產業的全球演化高度匹配。從需求端的設備消費來看，美國、日本和歐洲從2008年51.22%的市場份額下降到2020年的23.53%，日本從全球第一的市場份額下降到全球第四；大陸、臺灣地區和韓國成為全球主要的集成電路設備銷售地，從2008年的39.94%上升到2020年的72.98%。

從集成電路設備的全球發展態勢以及競爭態勢來看，設備領域總體上保持較高的增長態勢，尤其是自動化、智能化、高效化的設備，為集成電路產業在摩爾定律驅動下的快速成長提供了基礎支撐。然而，集成電路設備的消費與生產“倒掛”，大陸、臺灣地區和韓國是全球最大的設備消費國（地區），但美國、日本和歐洲卻是最主要的設備生產國和技術來源國，我國集成電路產業的發展在設備環節的“短板”極為顯著，成為影響產業安全和產業鏈穩定的重要隱患。

從全球集成電路設備的領先企業來看，頂端巨頭擁有行業內的絕對控制能力，并成為行業發展的技術路線主導者，但由于集成電路制造過程的多流程、高精度、高可靠性要求，在專業化分工的驅動下，中小企業在一些細分領域獲取一定的競爭力，這也為處于后發追趕階段的我國集成電路產業發展提供了“機會窗口”。

我國在集成電路設備競爭和趕超中面臨的主要困難

集成電路產業鏈設備種類、型號較多，不同制程的生產線需要不同技術范式和工作原理的設備，導致設備表現出極強的復雜度。在面臨美日歐主導和控制且美國對華政策日趨緊張的大背景下，我國在集成電路設備領域的趕超面臨前所未有的緊張環境。而集成電路設備產業本身規模不大，且在與晶圓制造超長產業鏈的融合下，行業領先企業與晶圓制造企業形成穩定的協同關系，極大地削弱了對新進入者的吸引力，并難以突破領先者形塑的技術路線。此外，在后發趕超過程中還會面臨領先企業依托自身優勢對后發者構筑的技術、知識、專利、標準等“進入壁壘”，并可能在對后發者“精準狙擊”形成“可置信”的威脅。這些都將成為我國集成電路設備領域參與全球競爭和趕超中面臨的主要困難。

美日的壟斷地位及限制性政策成為中國后發趕超的現實障礙。在集成電路全球大分工的大潮下，美日歐相繼向產業鏈的兩端轉移，設備、材料、EDA和IP核以及設計成為這些國家維持在全球集成電路產業控制力的首選，也為此形成今天其在設備領域的強大控制力。在美日歐保持在設備領域絕對控制的基本態勢下，其他集成電路制造國家和地區必然面臨來自產業鏈上游的壓力。除正常的市場競爭外，以美國為首的西方發達國家對中國等“非盟友國家”實施新技術轉移限制政策，長期以來妄圖將中國鎖定在集成電路領域的低端環節。

此外，在當前美國、歐洲和日本積極推動“制造業回流”和維持本國產業鏈供應鏈本地化背景下，美日歐積極推進集成電路制造的本地化，這勢必造成設備供應廠商優先供應其本國需要，我國在設備采購中面臨設備交付期延長、非先進制程受到擠壓等困難。未來5年美國財政直接用于支持晶圓廠的資金將達到527億美元，吸引臺積電、三星等國外廠商到美投資晶圓廠，英特爾宣布增加對美本土制造領域投資；歐盟也于2022年2月發布了420億歐元的《芯片法案》，吸引和鼓勵臺積電、三星以及英特爾等外國廠商到歐洲建廠，博世也加大了在歐洲本土的芯片制造投資。而隨著近年來美國提出“中國威脅論”的發酵，集成電路領域的跨國資本流動已將中國排除在全球企業和技術并購范圍外，中國希望通過資本整合方式獲取技術和產能基本上無法實現，以傳統行業并購方式實現后發趕超的路徑也被排除在現實之中。

行業的較小規模和長產業鏈屬性降低了后發者進入的吸引力。與集成電路整個行業相比，設備行業規模相對較小，對后發者來說難以達到規模經濟邊界并形成有效的吸引力。盡管市場規模在持續增長，但在自主可控戰略下，快速增長的設備工具企業未來可能面臨訂單不足、難以達到盈虧平衡點的危機，且在市場規模相對穩定的狀態下，后發者進入極有可能面臨先發“寡頭”通過傾銷等方式實施的精準打擊。

另外，在集成電路行業極長的產業鏈及產業循環過程中，領先企業主導行業技術線路的形成，后發者創造新技術路線實現后發趕超難度極大。從領先設備企業的發展路徑來看，一是集成電路設備企業十分注重全球化發展以分攤費用和風險，具體通過資本運作、設立全球辦事處等多種方式，實現其在產品、技術、關鍵零部件方面的市場控制。二是發揮企業自身的影響力，將企業標準泛化為行業標準，形成對產業發展的強大影響力。三是領先設備企業注重與IMEC等研究機構的合作，形成內部合作網絡，以提升設備之間的適配性，進而也形成對后發企業的“排除”效應。通過多種方式，集成電路設備領先企業形成了在產品、標準、工藝等方面的主導力，形塑了集成電路產業發展的技術路線。另一方面，領先企業超長的產品線對用戶形成強大的鎖定效應。設備廠商注重與半導體行業大廠的協同合作，密切關注客戶需求，通過提供客戶解決方案，不斷鞏固雙方之間的關系，形成對行業領先用戶的有效鎖定。

提高我國集成電路設備競爭力以保障產業安全的對策建議

針對當前我國在集成電路設備競爭和趕超中面臨的主要困難，未來需進一步保持戰略定力，推動設備領域的國產化和趕超發展。不僅要著眼于長期發展目標以加大政策支持力度和創新政策工具，也要把握技術、市場等機會窗口期推動產業躍遷，并強化國際合作尤其是與韓國等處于類似市場地位的國家合作，完善我國在設備領域的全球供應鏈體系。保持長期戰略定力，立足長期推動國產設備不斷提升。集成電路產業的高度全球化決定了其容易受地緣政治格局變化的影響，當前我國在集成電路產業發展過程中不僅面臨美國的封鎖行為，歐洲、日本等也在新的全球競爭格局下強化本土供應鏈系統安全，加速科技領域的自立自強也是我國當前實施集成電路領域尤其是設備領域的必然選擇。從集成電路設備的細分領域來看，我國在各個細分領域均有一些初創型企業并形成一定的自給能力，在一定程度上為我國集成電路產業安全提供了基本支撐能力。

但由于設備在集成電路產業系統中的極端重要性，領先設備企業在行業內形成短期內難以趕超的優勢，國產設備在制程精度、穩定性、產能、成本、效率等方面劣勢突出，對于集成電路設備購買企業來說，如若美國采取周期性的“封鎖”與“開放”交替策略，極易對現有致力于自主創新的設備研發和制造企業造成極大地擾動。因此，對于國家和產業界而言，要從國家安全和產業鏈供應鏈安全的視角，牢固樹立在集成電路等重要領域自立自強的戰略定力，立足長遠發展，不僅要在當前嚴峻的國際形勢下加大對設備領域的支持力度，也要在外部環境緩和時保持政策的持續性和穩定性，推動我國在設備領域的自力更生、自主創新和迭代升級。

加大政策支持力度，吸引社會資本對國產設備的積極投資。與通用性機械設備不同，集成電路設備具有極高的資產專用性，全球產業規模也只有不到千億美元，且目前主要被美日歐龍頭企業所控制，作為后發企業在進入芯片設備行業中面臨的一個重要風險就是——較小的產業規模難以形成有效的規模經濟，也就難以保證合理的投資收益，新進企業經營風險極高，這極易造成市場投資不足，這也是我國集成電路設備領域未來發展最大的風險之一。隨著數字經濟的不斷深化和發展，集成電路在未來產業發展和國家安全中極端重要，迫切需要國家加大投入以彌補市場投資的不足，尤其是通過風險補償和創造投資回報預期刺激和激勵企業投資。具體來看，可以在如下幾方面進一步加大政策支持力度：

一是加大基礎研究和基礎應用研究投入，重點支持精密材料、超精密制造、智能化系統、微型動力系統等方面的基礎研究，為集成電路設備以及各類產業升級創造條件。二是加大對設備研發企業、制造企業和使用企業的支持，推動設備研制用融通發展，包括加大重大設備（例如光刻機、刻蝕機、鍍膜機、離子注入設備）研發投入，鼓勵針對相對細分領域（例如清洗、量測、化學機械研磨、熱處理）的研發用合作投資及財政支持，進一步加大對首臺（套）用戶的退稅、抵稅和專項支持，加速設備的國產化進程。三是加大人才培養，推動集成電路學院的跨學科融合，探索機械、電子、光學、物理、金融等多學科人才的聯合培養，強化微電子學院對機械和設備領域的關注。可以借鑒臺灣地區工研院模式，建議由大基金二期設立專項研發基金，支持中芯國際、華虹半導體等晶圓廠用戶牽頭成立集成電路產業研究院，作為研究、開發、試驗、小試的共性平臺，吸引各類設備、材料企業將其樣機、原型機在平臺中使用和推廣，以為逐步改善和獲得業界認可提供機會。

把握行業成長規律，為不同發展階段企業提供精準性支持工具。從半個多世紀集成電路設備發展的歷程來看，領先企業成長過程表現出這樣一條規律：企業在初創期立足于細分市場開發新產品，并以顛覆性產品迅速占領市場，在成長的過程中業務范圍外溢和開發多產品體系，并在擴張過程中進入更多的細分領域，最終形成以設備為載體的一體化專業服務供應商。為此，在支持我國集成電路設備領域過程中，需要科學把握行業成長規律，采用更加科學、精準的方式來支持國產設備企業發展。

一是對于目前尚處于起步階段的重點設備或可能發展出新技術路線的設備，支持重點環節突破和在新技術線路上企業的突破創新。延續國家對重點項目的支持，可采取指定機構、揭榜掛帥等創新方式鼓勵各類研發和經營主體參與；鼓勵各類創新主體立足自身特長和優勢定位細分市場，形成在技術、專利、產品等方面的獨特優勢。二是發揮行業“鏈主”企業的引領和融通作用，國家支持、龍頭企業引領和協調設備領域更有效布局和更高效協同，繪制產業地圖、專利地圖、產業鏈地圖等，切實發現產業鏈供應鏈的短板環節重點投資。鑒于當前我國集成電路行業龍頭企業影響力有限的現實，可把握當前中央企業打造現代產業鏈鏈長的契機，由中央企業牽頭，利用用戶優勢、資本優勢、人才優勢、體制優勢等，推動各個細分領域設備企業合作和協同發展。也可發揮中芯國際等晶圓制造企業對上下游企業的牽引作用，推動設備制造企業、材料廠、晶圓廠、封裝廠等的協同發展。此外，要重視對華為、中興、比亞迪、中車等集終端用戶和芯片設計工序于一體的應用端龍頭企業支持，支持其與相關設備企業的合作發展。三是在全球集成電路產業快速增長的基礎上，預期未來集成電路產業將進入周期性過剩階段，要充分把握窗口期，鼓勵國內集成電路產業的橫向和縱向整合，鼓勵國內資本的海外并購，鼓勵非尖端技術和企業被海外并購，提升國內資本與海外市場的互動水平。

把握技術和商業機會窗口，實現國產設備的的技術躍遷。后發國家實現追趕的重要條件是新情境下帶來的機會窗口，這對于芯片設備的國產化來說依然重要。一是要注重技術和工藝變革窗口的把握，探索在新技術或者工藝路線上的“換道超車”。以光刻機為例，傳統上的深紫外光刻機為尼康和佳能兩家日本企業所壟斷，后進入者阿斯麥遠遠無法與之匹敵，然而，在摩爾定律的推動下，傳統深紫外光光源難以實現14納米及更高制程要求，阿斯麥則從浸入式光刻機開始，到“傾力投入極紫外光源”技術，不僅實現了技術上的決對領先，更是整合了上游的設備、零部件、材料等一系列供應商，并與晶圓廠形成緊密合作，形成了在光刻機領域的決對領先地位。目前集成電路產業已從摩爾定律階段進入超越摩爾定律階段，傳統技術路線面臨難以突破的“邊緣”，這其中會形成新的機會窗口期，例如量子芯片、光子芯片等快速發展，需要關注未來芯片發展的多種技術路線，有效協同資源支持在特定技術路線上有積極性的企業、企業聯盟等予以突破。二是積極把握商業機會窗口，實現在新建產能上的進入。2020年以來，盡管經濟總體低迷，但芯片產業保持快速增長態勢，尤其是我國大量新建產能以滿足現有需求和數字經濟發展帶來的新需求，這為我國國產設備進入新客戶創造了極佳的商業窗口。以存儲器市場為例，我國近年來新建了大量的晶圓廠，這為國產光刻機、刻蝕機、離子注入、清洗等設備發展創造了良好的投資預期。

加強國際產能合作，融入并整合全球設備產業鏈。集成電路產業的高度全球化決定了產業發展必須重視國際合作，即便是在當前面臨美國“小院高墻”和“全場打擊”的嚴峻環境下亦是如此。

一是要在考慮創新技術軌道的同時，要始終保持與主流技術線路的良好互動，通過與知識產權機構、企業、非政府組織合作等多種形式，保證我國與美日歐在集成電路設備領域的協同發展，建議進一步提高“半導體跨境產業服務工作委員會”的工作范圍，推動其建設為中國半導體產業全球合作事務的咨詢和協調機構。二是加強與韓國等具有共同需求和期望的國家和地區合作。韓國與我國在集成電路產業的短板方面具有高度的相似性，設備和材料都受制于美日控制，尤其是受日韓關系影響更為突出。我國可加強與韓國在設備和材料方面的合作，利用我國工業體系完整、細分領域可替代、企業數量眾多的優勢，結合韓國在集成電路制造和龐大市場需求的優勢，中韓合作培育設備和材料制造企業，提高兩國集成電路的供應鏈安全。三是打造全球技術合作平臺，借鑒比利時微電子研究中心，成立東方微電子研究中心，打造面向全球的知識共享、項目合作的集成電路及相關領域的開放平臺。總部可選擇設立在上海，發揮其全球區位、科研院所、集成電路產業等方面優勢，打造一個跨國界、跨學科、跨組織，以學術研究為支撐、項目研究為具體內容、服務產業和企業為基本內容的全球知識共享和創造平臺，真正推進中國集成電路研究開發、產業化融入全球創新鏈產業鏈，以開放集聚資源和贏得信任，提升中國設備和材料在全球集成電路產業的參與度。