中國(guó)芯片業(yè)的軟肋與強(qiáng)身

章睿

一、現(xiàn)代工業(yè)的“糧食”

芯片是一種體積小、重量輕的有形產(chǎn)品，可就是這么一個(gè)并不起眼的小東西，不僅廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)、電視機(jī)、計(jì)算機(jī)等大小電子設(shè)備中，而且還以核心角色充載于人造衛(wèi)星、導(dǎo)彈火箭以及宇宙飛船等軍事布控和空間遙感等重大裝備里，可以說(shuō)一顆小小的芯片，大到能夠決定著國(guó)家經(jīng)濟(jì)、軍事與科技的競(jìng)爭(zhēng)力，小到關(guān)聯(lián)著民眾個(gè)人的財(cái)產(chǎn)安全，也正是如此，芯片被稱為現(xiàn)代工業(yè)的“糧食”。

芯片的種類很多，宏觀上有幾十個(gè)大門(mén)類，微觀上還有上千種小門(mén)類；如果涉及設(shè)備流程的話就更多了，其中僅一個(gè)智能手機(jī)里面涉及到的芯片就有數(shù)十種，除核心的主芯片外，攝像頭、語(yǔ)音處理、電源系統(tǒng)上都需要芯片。當(dāng)然，盡管芯片的種類繁多，但按技術(shù)含量和性能來(lái)講，基本上可以劃分為高端與中低端兩類，二者在數(shù)據(jù)處理速度、功耗以及時(shí)延等方面存在著重大區(qū)別，其中高端芯片除了性能更為穩(wěn)定和更加精準(zhǔn)地輸出電流電壓等模擬信號(hào)外，壽命周期也會(huì)比較長(zhǎng)，像CPU（中央處理器）、AD/DA（模數(shù)轉(zhuǎn)換與數(shù)模轉(zhuǎn)換）、FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列）以及外圍測(cè)量電源電壓的芯片等都屬于高端通用芯片。據(jù)前瞻研究院的報(bào)告顯示，目前，全球高端芯片仍主要為美、日、歐企業(yè)所壟斷。

作為一個(gè)國(guó)際上普遍重視的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，芯片分為設(shè)計(jì)、制造、封測(cè)三大環(huán)節(jié)。所謂設(shè)計(jì)，是指企業(yè)運(yùn)用電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化等輔助工具，設(shè)計(jì)出滿足特定需求電路的過(guò)程；而制造是指按照芯片設(shè)計(jì)方案在晶圓材料上構(gòu)建完整的物理電路；封測(cè)則是指將制造好的晶圓進(jìn)行封裝測(cè)試，與外部器件實(shí)現(xiàn)電學(xué)連接，并為芯片提供物理保護(hù)，使芯片能夠應(yīng)用于終端。在材料方面，硅是晶圓體的主要原始用材，故有集成電路上的硅晶片之稱，由于硅晶片是圓形，故稱為晶圓，而在制造芯片的設(shè)備體系中，光刻機(jī)又是最為重要也是最高端的設(shè)備。

在芯片的商業(yè)模式運(yùn)行上，目前主要有兩種，第一種是芯片制造商即所謂的IDM（Integrated Device Manufacture）模式，也就是從芯片設(shè)計(jì)、制造、封測(cè)到出貨的全產(chǎn)業(yè)鏈模式，代表企業(yè)有英特爾、三星和英飛凌等；第二種是垂直分工模式，即一家公司只專注于產(chǎn)業(yè)鏈上的一個(gè)環(huán)節(jié)，不同環(huán)節(jié)上的公司通過(guò)分工合作實(shí)現(xiàn)芯片的生產(chǎn)。我國(guó)主要采用的是第二種模式，國(guó)內(nèi)任何一個(gè)單一企業(yè)面對(duì)IDM更多地還是無(wú)能為力。

由于制造工序繁多而復(fù)雜，芯片的投入也十分巨大。以目前全球主流工藝的28nm芯片為例，設(shè)計(jì)研發(fā)投入需要1億-2億美元，生產(chǎn)制造投資高達(dá)50億美元，而且芯片的體積越小，投資越巨大。目前來(lái)看，韓國(guó)三星是全球上最大的芯片制造商，2017年芯片銷售額達(dá)690億美元，美國(guó)高通是全球最大的手機(jī)芯片提供商，除了華為、三星等手機(jī)廠商外，其余安卓手機(jī)廠商采用的全部都是高通處理器，市場(chǎng)占有率高達(dá)42%。

二、“中國(guó)芯”的系統(tǒng)性軟肋

作為2018年中美“貿(mào)易戰(zhàn)”的首當(dāng)其沖，中興通訊盡管暫時(shí)從美國(guó)商務(wù)部長(zhǎng)達(dá)7年的“禁售令”中掙脫了出來(lái)，但死罪可免，活罪難逃，但多達(dá) 14億美元的民事罰款讓中興感受到切膚之痛。那么作為行業(yè)的精英翹楚與商業(yè)巨頭，中興通訊為什么對(duì)美國(guó)政府近乎野蠻的決定只能逆來(lái)順受？

打開(kāi)中興出產(chǎn)的基站，人們會(huì)清楚地發(fā)現(xiàn)電路板上除了幾顆數(shù)字基帶芯片是自產(chǎn)的外，通信鏈路上RF（射頻）、PLL（鎖相環(huán)）、ADC（多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器）和DAC（數(shù)模轉(zhuǎn)換器）芯片都來(lái)自ACIA、Oclaro與高通等美國(guó)供應(yīng)商。初步統(tǒng)計(jì)，中興通訊基站至少有20%-30%關(guān)鍵元器件都須從美國(guó)進(jìn)口，這還不算中興智能手機(jī)高端處理器芯片來(lái)自高通這筆賬。一個(gè)并不深?yuàn)W的常識(shí)，很多人都知道一臺(tái)基站100顆芯片中只要有1顆被禁運(yùn)，整臺(tái)基站就會(huì)無(wú)法交付。美國(guó)商務(wù)部的輕易舉動(dòng)顯然卡住了中興通訊的命門(mén)。

其實(shí)國(guó)內(nèi)的許多企業(yè)都有著如同中興通訊一樣的尷尬與軟肋，即便是像華為在國(guó)產(chǎn)芯片領(lǐng)域已有不錯(cuò)作為的科技巨頭也概莫能外。之所以如此，根本原因就是本土芯片的替代率十分地低微，按照權(quán)威專家的說(shuō)法就是，中國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)的落后是“全方位、系統(tǒng)性”的落后，而且即使是國(guó)內(nèi)的龍頭企業(yè)，和國(guó)際主流水平都有一定的差距，更不用說(shuō)國(guó)際最先進(jìn)水平。

先看設(shè)計(jì)。目前國(guó)內(nèi)企業(yè)僅僅設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)出了28nm的芯片，即使有制程技術(shù)小一些的芯片，也未能實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)；而同期像三星、高通等都已推出了10nm產(chǎn)品并進(jìn)入量產(chǎn)，甚至7nm以及5nm的芯片都已在研發(fā)之中。由于芯片必須保持階梯式研發(fā)過(guò)程，因此，中國(guó)試圖從28nm一下跳到目前通用的10nm幾乎沒(méi)有任何可能。因此，在目前國(guó)內(nèi)芯片市場(chǎng)上，中國(guó)企業(yè)只能提供低端產(chǎn)品，而像CPU、存儲(chǔ)器以及高端的模擬芯片、功率芯片等都由外資企業(yè)把控。中國(guó)IC設(shè)計(jì)公司普遍毛利率都在30%以下，而歐美競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手都在45%以上，500多家集成電路設(shè)計(jì)公司收入僅是美國(guó)高通公司的60%-70%。

再看制造。決定芯片制造水平的關(guān)鍵因素就是設(shè)備。但目前我國(guó)不僅在先進(jìn)制造工藝方面與國(guó)際先進(jìn)水平相差2.5代（10年為一代）以上，而且半導(dǎo)體核心設(shè)備供應(yīng)商都集中在美國(guó)、日本與荷蘭等國(guó)手中，尤其是芯片制造最重要的設(shè)備光刻機(jī)超80%為荷蘭ASML所控制，其他的如高頻射頻器件、高端光刻膠、化合物半導(dǎo)體等制造設(shè)備也都完全依賴進(jìn)口，這樣，在全部芯片制造設(shè)備的構(gòu)成中，目前的國(guó)產(chǎn)化率僅為12%，而且?guī)缀跞堑投嗽O(shè)備。值得注意的是，并不是所有的芯片制造高端設(shè)備都可以用錢就能從海外賣得到的。按照將中國(guó)排除在外且由33個(gè)成員國(guó)共同簽署的《瓦森納協(xié)定》，無(wú)論是關(guān)鍵技術(shù)還是元器件設(shè)備，都不可流入到非成員國(guó)之外的國(guó)家，因此，同樣是光刻機(jī)這一最重要的芯片制造設(shè)備，臺(tái)積電、英特爾、三星等全球領(lǐng)先的芯片制造商都可以順利地買到10nm制程的產(chǎn)品，但同期中國(guó)卻連32nm制程的產(chǎn)品也難以采購(gòu)到手。

的確，中國(guó)是全球最大的芯片消費(fèi)市場(chǎng)，去年的銷售額達(dá)到了 5411.3 億元，然而，在全部市場(chǎng)占比中，中國(guó)企業(yè)的產(chǎn)品權(quán)重僅為10%左右，這也就是說(shuō)，國(guó)內(nèi)芯片市場(chǎng)的90%以上份額為國(guó)外產(chǎn)品所圈占。中國(guó)市場(chǎng)上的最大贏家無(wú)疑是那些國(guó)外科技巨頭。據(jù)賽迪研究院數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，在 2017 年世界前 20 半導(dǎo)體企業(yè)中，美國(guó)企業(yè)占了 13 家，在中國(guó)市場(chǎng)銷售額合計(jì)是 667 億美元，其中，高通、博通、美光有一半以上的市場(chǎng)銷售額是在中國(guó)實(shí)現(xiàn)的，而作為中國(guó)最大的芯片制造商，華為海思的營(yíng)收還不到英特爾和三星的1/10。

三、追趕過(guò)程與未來(lái)預(yù)期

如同很早就認(rèn)識(shí)到了國(guó)產(chǎn)芯片落人之后的基本狀況一樣，中國(guó)政府在政策設(shè)計(jì)上對(duì)集成電路的重視從上個(gè)世紀(jì)90年代中期就已經(jīng)邁開(kāi)了堅(jiān)定的步伐。當(dāng)時(shí)，國(guó)家批準(zhǔn)了名為“909工程”的重大科技成果立項(xiàng)，調(diào)配資金40億元（后又追加一億美元）希望帶動(dòng)集成電路上下游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

國(guó)家專門(mén)成立了集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金，其中投資時(shí)長(zhǎng)為10年、規(guī)模為1500億元的第一期基金已經(jīng)募資完畢，并集中投向了62個(gè)項(xiàng)目，覆蓋IC設(shè)計(jì)、制造、封測(cè)、裝備材料、生態(tài)建設(shè)等各環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)鏈上的完整布局。厲兵秣馬。IC產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略基金第二期募資規(guī)模將達(dá)到2000億元，并向外資開(kāi)放，投資重點(diǎn)是智能電網(wǎng)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、5G 等領(lǐng)域的芯片處理器設(shè)計(jì)商和設(shè)備制造商等一系列國(guó)內(nèi)企業(yè)。

今年《政府工作報(bào)告》將“推動(dòng)集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展”列為加快制造強(qiáng)國(guó)建設(shè)需要推動(dòng)的五大產(chǎn)業(yè)之首，財(cái)政部、科技部等國(guó)家四部委聯(lián)合發(fā)布了集成電路生產(chǎn)企業(yè)的稅收優(yōu)惠政策，對(duì)國(guó)內(nèi)芯片企業(yè)減免 2～5 年稅收。而在此之前，策應(yīng)頂層設(shè)計(jì)的政策號(hào)召，上海，武漢、合肥、長(zhǎng)沙、珠海、杭州、無(wú)錫等地相繼跟進(jìn)成立了地方芯片產(chǎn)業(yè)投資基金，總規(guī)模超過(guò)了3000億元。受益于資源要素優(yōu)勢(shì)以及連續(xù)多年的政策傾斜，目前國(guó)內(nèi)集成電路已經(jīng)形成上海為中心的長(zhǎng)三角、北京為中心的環(huán)渤海、深圳為中心的泛珠三角以及武漢、西安、成都為代表的中西部四個(gè)各具特色的產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)。權(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，未來(lái)10年我國(guó)在集成電路領(lǐng)域新增投資總規(guī)模將超過(guò)1萬(wàn)億元。

數(shù)據(jù)顯示，過(guò)去5年，我國(guó)IC產(chǎn)業(yè)年復(fù)合增值率為21%，約是同期全球增速的5倍左右，產(chǎn)業(yè)規(guī)模從2013年的2508億元提高到2017年的5411億元；尤其是最近三年，我國(guó)芯片業(yè)年均投資額均在1000億元以上。根據(jù)國(guó)際半導(dǎo)體協(xié)會(huì)（SEMI）公布的數(shù)據(jù)，過(guò)去兩年全球新建的晶圓廠至少就有19座，其中有高達(dá)10座皆建于中國(guó)。按照1-2年的建設(shè)周期，2018年和2019年將是國(guó)產(chǎn)設(shè)備入場(chǎng)的高峰期。2018年和2019年中國(guó)的IC設(shè)備銷售額將同比增長(zhǎng)57%和60%至750億元和1201億元，為全球同期銷售增速的10倍之多。到2020年，中國(guó)大陸將成為集成電路新增投資最大的區(qū)域，整個(gè)投資比重將占全球新建晶圓廠的42%。

華為、中興、紫光集團(tuán)、中芯國(guó)際在內(nèi)的27家國(guó)內(nèi)芯片龍頭已經(jīng)組成了“中國(guó)高端芯片聯(lián)盟”，產(chǎn)業(yè)協(xié)同效應(yīng)值得期待。作為國(guó)產(chǎn)芯片可能后來(lái)居上的重要支撐，過(guò)去19年全球芯片專利數(shù)量增長(zhǎng)了6倍，而中國(guó)芯片專利量則增長(zhǎng)了23倍，以芯片專利申請(qǐng)數(shù)量論，我國(guó)已躍居世界第一大國(guó)，并連續(xù)6年蟬聯(lián)全球第一。

四、相關(guān)政策的調(diào)整

基于自身核心技術(shù)的短缺，國(guó)內(nèi)企業(yè)一直以來(lái)都沿襲著與海外IC設(shè)計(jì)公司合資或者通過(guò)專利授權(quán)的技術(shù)路線來(lái)維系著自己的產(chǎn)品生產(chǎn)與加工模式，這種“以市場(chǎng)換技術(shù)”的商業(yè)操盤(pán)方式也導(dǎo)致了國(guó)內(nèi)投向IC行業(yè)的資金更多地集結(jié)到芯片的制造環(huán)節(jié)，快速地催生了晶圓廠的上馬與擴(kuò)容。但我們必須清晰地認(rèn)識(shí)到，沒(méi)有上游設(shè)計(jì)的技術(shù)研發(fā)供給，再多的晶圓廠最終都會(huì)淪為低端的代工企業(yè)；因此，無(wú)論是政府投資還是商業(yè)投資，未來(lái)的主要方向都應(yīng)當(dāng)集中到芯片設(shè)計(jì)以及產(chǎn)業(yè)鏈中的關(guān)鍵技術(shù)上來(lái)，除了國(guó)家IC產(chǎn)業(yè)投資基金切割出固定比例的資金給予優(yōu)先扶持外，還可以通過(guò)稅收減免以及財(cái)政補(bǔ)貼方式對(duì)企業(yè)技術(shù)環(huán)節(jié)的成果創(chuàng)新給予重點(diǎn)支持與激勵(lì)。

芯片業(yè)的發(fā)展并不能僅僅依靠政府投資來(lái)推動(dòng)，還必須創(chuàng)造足夠的吸引力招徠社會(huì)資本的踴躍加入。一方面，政策層面可允許或者鼓勵(lì)一些國(guó)有芯片企業(yè)開(kāi)放部分股權(quán)，從戰(zhàn)略上綁定社會(huì)資本的投資預(yù)期；另一方面，國(guó)家可以考慮采用PPP（政府和社會(huì)資本合作）的方式引導(dǎo)社會(huì)資本進(jìn)入重點(diǎn)目標(biāo)企業(yè)；在保證對(duì)芯片企業(yè)一定強(qiáng)度財(cái)政補(bǔ)貼的前提下，應(yīng)給與市場(chǎng)充分的定價(jià)權(quán)，允許國(guó)產(chǎn)芯片商通過(guò)高價(jià)售賣產(chǎn)品獲得超額利潤(rùn)，彌補(bǔ)巨額研發(fā)的投入，同時(shí)吸引民間資本進(jìn)入。

一個(gè)芯片是否成熟在實(shí)驗(yàn)室是無(wú)論如何測(cè)不出來(lái)，它需要通過(guò)整機(jī)廠商的磨合才能最終實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)和解決良率問(wèn)題。為此，必須改變先前那種指定科研院所專項(xiàng)補(bǔ)貼的方式，轉(zhuǎn)而采取用戶補(bǔ)貼的方式，比如鼓勵(lì)采用國(guó)產(chǎn)芯片的下游整機(jī)廠商，這樣可以將芯片的研發(fā)與生產(chǎn)交由整機(jī)廠所決定。

事實(shí)上，政府投資轉(zhuǎn)為對(duì)下游用戶的直接補(bǔ)貼還涉及到芯片產(chǎn)業(yè)的聯(lián)動(dòng)機(jī)制構(gòu)建。分析發(fā)現(xiàn)，華為海思之所以能夠在國(guó)產(chǎn)芯片陣營(yíng)中鶴立雞群，除了其自身的技術(shù)積累外，背后更有華為在終端環(huán)節(jié)產(chǎn)品應(yīng)用的強(qiáng)大支持，而且正是終端使用反向給予了海思芯片驗(yàn)證、試錯(cuò)與提升機(jī)會(huì)，從而加速芯片改進(jìn)達(dá)到量產(chǎn)狀態(tài)。類似的聯(lián)動(dòng)機(jī)制同樣可以在更大范圍內(nèi)使終端和芯片的設(shè)計(jì)廠商有更好的適配合作機(jī)會(huì)，加速芯片的穩(wěn)定和商用進(jìn)程。不過(guò)，并不是所有的下游廠商具有華為那樣的市場(chǎng)采購(gòu)能力或者財(cái)務(wù)虧損承受能力的，這就需要有形之手與無(wú)形之手相協(xié)同、正向激勵(lì)和負(fù)向懲罰相聯(lián)合，共同驅(qū)動(dòng)更多的國(guó)內(nèi)企業(yè)加大對(duì)本土IC的采購(gòu)力度。

明確政府投資與補(bǔ)貼路徑的同時(shí)，更應(yīng)當(dāng)改變芯片產(chǎn)業(yè)投資的“撒胡椒面”方式。目前來(lái)看，無(wú)論是美國(guó)還是日本抑或是韓國(guó)，均不是在芯片全行業(yè)進(jìn)行投資的完整布局，而是側(cè)重某一個(gè)或幾個(gè)長(zhǎng)項(xiàng)地帶，比如美國(guó)重點(diǎn)聚焦芯片的核心零部件研發(fā)，韓國(guó)以存儲(chǔ)器和顯示器芯片見(jiàn)長(zhǎng)，日本關(guān)注的是芯片專用工具和硅晶圓材料，而臺(tái)灣則以芯片代工為主。在芯片業(yè)的全球產(chǎn)業(yè)分工中，中國(guó)一方面不能僅僅滿足于系統(tǒng)集成，另一方面要尋求重點(diǎn)突破，全力培育和打造1-2項(xiàng)核心能力。

最后需要特別指出的是，集成電路是典型的人才密集型產(chǎn)業(yè)，而人才不足和專業(yè)技術(shù)人員短缺才是我國(guó)芯片業(yè)的最大軟肋。按照2020年我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)達(dá)到一萬(wàn)億元產(chǎn)值來(lái)算，至少需要70萬(wàn)名相關(guān)人才，但現(xiàn)在不到30萬(wàn)人，缺口超過(guò)40萬(wàn)人。參考?xì)W美的成熟經(jīng)驗(yàn)，可以考慮建立全國(guó)統(tǒng)一的以集成電路設(shè)計(jì)、制造為主題的學(xué)習(xí)實(shí)踐平臺(tái)，全國(guó)高校相關(guān)專業(yè)的學(xué)生都可以申請(qǐng)使用這個(gè)平臺(tái)上的資源，由此從基礎(chǔ)上提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，同時(shí)減少各個(gè)高校之間的資源重復(fù)建設(shè)，而且像一些成熟的集成電路工藝也完全可以在平臺(tái)上展示，讓學(xué)習(xí)者快速分享，借此加快人才的成長(zhǎng)步伐。