中國半導體裝備制造業的創新崛起

范福全 科天國際貿易（上海）有限公司

一、半導體

眾所周知，物質是以各種形式存在的，比如等離子體、固體、氣體和液體等。一般情況下，將導電性偏弱的材料稱之為絕緣體，比如煤、陶瓷等；將導電性較好的材料稱之為導體，比如金、鐵和銀等金屬。介于兩者之間的材料便是半導體。換言之，半導體材料的導電性是可控的。如今，半導體已應用于多領域多行業，比如照明設備、光伏發電、通信系統、消費電子和集成電路等[1]。

二、半導體產業創新發展歷程

（一）全球半導體產業發展歷程

集成電路產業從全能型企業產業結構不斷向產業集群、專業垂直分工模式轉變，主要分為以下幾個階段。

第一階段，設計、制造、封裝、測試為一體。集成電路在誕生之初是作為全新的技術被極少數企業運用的，不管是生產必需的設備、材料還是工藝技術，專業性都非常強，這些設備或技術都無法從市場中直接獲取。企業必須掌握這些技術、設備才能發展，因此，這一階段可以說是全能型發展模式。

第二階段，材料、設備的分離。隨著技術和市場的發展與改變，專業分工的優勢越發凸顯，因此，設備業、材料業逐漸從全能模式中剝離，產業系統被分為三大分支，即集成電路業、材料業和設備業。

第三階段，封裝和測試的分離。20 世紀70 年代，集成電路產業結構再次變革，即封裝、測試程序分離，并作為獨立產業開始發展。這一時期，后道封裝、測試技術已經物化到設備儀器技術、原材料技術中。簡單來講，就是集成電路的后道封裝、測試生產工序等從技術型逐漸轉變為勞動密集型。發展中國家勞動力資源豐富，因此，封裝測試也逐漸從發達國家向發展中國家轉移[2]。

第四階段，設計的分離。20 世紀70 年代，集成電路設計是借助畫版圖完成的，而到了20 世紀80 年代，其可通過計算機輔助工程完成設計。隨著PCB、IC 設計等的出現，集成電路設計也能作為獨立化生產工藝存在，從產業結構中剝離，引發了產業內的垂直分工、產業集聚現象。總的來說，全球半導體產業的發展是從大而全逐漸過渡到專而精的。

（二）美日半導體產業的發展案例

為實現利潤的最大化，美國半導體制造企業在早期設備開發階段只進行產品輸出，因為市場中沒有替代產品，因此其能穩居壟斷地位。后來逐漸出現了模仿者，打破了這種壟斷局面，美國企業開始通過投資提升競爭力。隨著技術的日漸成熟，美國企業開始直接輸出技術，以技術入股的形式參與國外相關企業的發展，不斷加強技術創新能力，確保高利潤。得益于技術上的優勢，美國能夠大量出口技術領先產品，其他國家只能緊跟其后。

在1980 年之前，日本依靠進口美國半導體設備獲得發展，也在模仿和學習美國的半導體設備制造技術。這在一定程度上促進了日本半導體裝備制造業的發展，尤其是1980 年后，日本實力不斷趕超，不但在本國市場中占有最大份額，甚至具備實力蠶食和搶奪美國在其他地區的市場份額。

三、中國半導體產業化發展

（一）中國半導體產業發展歷程

我國集成電路產業是從1965 年開始發展的。1965年，河北半導體研究所驗證首批半導體管。次年年底，上海元件五廠對TTL 電路產品作出了驗證，這意味著我國研發出了屬于自己的小規模集成電路。自1968 年，我國出現諸多集成電路相關企業并投產應用。改革開放后，我國IC 產業得到快速發展。為了推動大規模集成電路的發展，1982 年，我國創建了電子計算機和大規模集成電路領導小組，并制定了產業發展規劃策略，強調要對半導體工業進行技術改造，建立了南北兩大基地。全國范圍內各大企業都掀起了IC 產業發展戰略研討和實踐活動。“908 工程”“909 工程”便是在這一階段開始的。這是兩大國家級工程項目，是微電子產業發展的重點工程，大大加速了上下游產業鏈拓展，為半導體發展奠定了基礎。

1990 年之前，我國半導體產業的發展是依靠投資建立起來的，但隨著對外開放的深入和國內的需求增長，國外半導體企業紛紛來華發展，國內集成電路行業投資獲得外資支持。2000 年，國家出臺諸多保障性政策，推進了國內集成電路產業發展。比如芯片制造方面有臺積電、中芯國際等多個大規模投資項目，封裝測試方面也有諸多國際企業在我國開廠研發。這帶動了我國IC 產業的發展，在2000 年至2003 年，相關企業數量激增到460 家，甚至出現了一大批海外上市企業，比如珠海炬力、展訊通信等。這一階段，我國集成電路產業建立了IC 設計、芯片制造和封裝測試三大核心業務以及相關配套業務，發展成較為完整的產業鏈格局[3]。

我國集成電路產業的競爭格局一直是國有企業、外資企業各占一半，不過隨著近幾年外資、民間資本的進駐，集成電路產業格局有所改變。在芯片制造、封裝測試方面，外資企業占比較大。在IC 設計方面，我國企業占比居多。但外貿形勢及產業競爭的激烈使我國企業面臨著較大的挑戰。

（二）中國半導體產業的發展現狀

一方面，不論是發展時間、規模、技術、專利還是市場份額，我國半導體裝備制造業的水平都明顯比不上發達國家。盡管半導體裝備在國內需求量非常大，但相應的設備供應嚴重不足。

另一方面，因為產品生命周期、技術生命周期的影響，發達國家半導體設備企業對我國實行了產品、技術轉移，這無疑為我國半導體設備的突破提供了契機。例如太陽能、半導體照明產業的發展，我國和發達國家的起始時間是一致的，這無疑大大增強了我國發展相關產業的信心。從當前形勢看，我國半導體產業發展有三大特點，依次是增長幅度全球第一、市場規模全球第一和貿易逆差全球第一。

四、中國半導體裝備制造業的國際競爭

（一）中國半導體裝備制造業的國際競爭

一個國家的半導體芯片制造水平取決于高精尖的半導體設備的數量和質量，而目前，全球半導體裝備制造業基本集中在美日等國家。CINNO Research 產業咨詢結果顯示，半導體市場同比規模增長依舊較高，在18%左右。

2020 年，Applied Materials（AMAT）公司依舊保持首位。除了在2011 年敗給ASML 公司，AMAT 公司多年來一直保持榜首位置。與2019 年相比，除第三、第四名互換，Lam Research 公司的位置上升之外，Kokusai Electric 公司也上升了一位。此外，曾跌出排行榜的韓國SEMES 公司銷量大幅增長，取代了2019年第15 位的佳能，自2018 年以來首次進入TOP15。在前15 位公司中，有7 家日本公司上榜，而入選的中國企業是ASM Pacific Technology，排在第14 位。可見，半導體裝備依舊主要被美國和日本壟斷，中國半導體產業發展面臨的國際競爭是非常大的。隨著國家對半導體行業的支持，相信我國半導體行業、企業的發展會獲得更多的動力。

（二）中國半導體產業的全球競爭力

1.增長速度領跑市場

一方面，我國產業規模增長速度加快，無論是結構還是質量都得到顯著優化；另一方面，我國在全球的參與程度加深，競爭力明顯提升。“十三五”期間，我國集成電路產業規模不斷擴大，行業銷售額在2015年時為3609.9 億元，而到了2019 年，增長至7562.3億元，年均增速突破20%，不但如期實現了“2020 年集成電路產業銷售收入年均增速突破20%”的目標，而且實現了行業內的調整和升級。從結構上看，集成電路產業不管是制造還是設計和封測都有了明顯變化，設計、制造比重穩定增長。從2015 年到2020 年上半年，這兩大環節的銷售額占比依次從36.7%、24.9%上升為42.3%、27.8%，封裝測試占比則由原來的38.5%下滑到30.4%。

因為集成電路下游應用端產品的制造優勢和消費市場龐大，我國在集成電路產業鏈下游存在非常明顯的優勢，也因此成為全球最大的集成電路進口國，可以說集成電路是我國最大的貿易逆差品類。

2019 年，其出口額和進口額分別是1015 億美元、3055 億美元，逆差高達2040 億美元。如果去掉臺灣地區及外國企業在內地的業務，只算大陸企業的話，我國在全球半導體銷售制造中份額占比低于4%，呈現出一種需求非常大但供給能力偏低的局面。從近幾年的發展情況看，因為美國技術脫鉤的影響，我國在“十三五”規劃末集成電路產業化國產替代速度加快，國產化率明顯提高[4]。

2.創新能力穩步提升

在集成電路產業方面，相較于美、歐、日、韓等國家和地區，我國還有較大的差距，尤其是關鍵領域存在嚴重的“卡脖子”問題。對此，“十三五”規劃提出，要借助于政策的引導和市場競爭，對設計、制造、封測和設備材料等產業鏈加以細分創新。部分企業實現了在產業鏈上的重大突破，國產替代成效頗為顯著。例如，國外壟斷的高性能計算、服務器芯片方面，龍芯、飛騰和海光等企業獲得了顯著突破，特別是海思半導體的移動芯片設計已進入全球一線行列中。

在芯片制造方面，華虹半導體也取得了重大突破，長江存儲在2020 年也成功研發出128 層閃存芯片。在封裝測試方面，華天科技、長電科技、通富微電等在全球封測行業中都獲得了較為靠前的排名，我國的封裝測試產業在全球市場份額中的占比達到28.3%。在設備制造方面，中微公司為臺積電供應了7 納米刻蝕機設備。可見，新一輪技術革命的發展，使我國半導體產業的創新能力獲得穩步提升。

五、中國半導體裝備制造業的發展展望

（一）瞄準細分市場，精準打開技術突破口

不論哪個國家，在發展半導體設備工業時都會有所選擇，使設備和基礎部件都能實現混合式發展。因為每個國家的實力和環境不同，策略也會有差異。以我國目前的工業化基礎及資金人力配置來看，如果定位過高過全，恐怕難有重大突破，因此，可以將眼光聚焦在細分市場中，尋找技術突破口。

未來，必須針對行業發展訴求，加大科研領域的投入，夯實底層技術支持，并加大對共性技術平臺的研究支持力度，借鑒美國、日本的發展經驗，建立共同研發實驗室及聯合研發機制，加大資金投入，促使技術上實現重大突破[5]。

（二）加強企業基礎研究，構建產業生態支撐體系

大規模投資等會使集成電路產業后發者面臨極大的壓力和考驗，但同時超長產業鏈及技術的更迭也提供了全新的發展契機。我國要在產業的關鍵環節及領域繼續追趕發達國家，集中能量解決“卡脖子”的問題；同時，引導市場投資，實現多點布局，尤其是在一些細分領域要擁有競爭力，在基礎領域要夯實創新力，確保我國集成電路產業獲得持續化發展。

首先，要重視精密設備制造，要加快光刻機、蝕刻機、鍍膜設備和化學機械研磨設備等的研制速度，促使企業進入快速配套階段。

其次，精密材料制造行業要攻克大尺寸硅片等難題，更要推動工藝創新，形成成本和質量的優勢，預先布局第二代、第三代先進半導體材料的產業化發展。

最后，還要加大培育專業化生產者服務產業的力度，比如超高潔凈室設計、運維企業等，形成全新的產業發展勢能，支持我國集成電路產業的持續化發展。借助于專業化的分工和市場協作，完成特定領域的突破和發展。在細分領域方面建立差異化優勢，比如芯片、高速軌道交通和智能電網等。借助于多點布局，規避大規模投資聚焦特定環節的產能過剩問題，也能更好地把控產業最新發展動向。

六、結語

我國半導體產業從2000 年起進入高速發展期，平均年增速保持在20%以上，目前已具備設計、封裝測試和制造等完整的供應鏈，在每一個環節都累積了較多的企業群。半導體設備制造產業的量變成效已非常突出，正處于邁向質變的階段，面臨的挑戰和考驗依舊較為嚴峻，外商和內資的競爭步伐越來越快。在這一背景下，要繼續夯實基礎創新力，從細分市場中尋找技術突破口，創建產業生態支撐體系，提高集成電路產業的活力，促進集成電路產業的可持續發展。