全球集成電路產(chǎn)業(yè)：成長、遷移與重塑

馬源 屠曉杰

(1.國務(wù)院發(fā)展研究中心企業(yè)研究所，北京 100010；2.中國信息通信研究院政策與經(jīng)濟(jì)研究所，北京 100191)

0 引言

集成電路產(chǎn)業(yè)(1)本文目的是分析產(chǎn)業(yè)的宏觀趨勢，鑒于集成電路產(chǎn)業(yè)是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的核心組成，文中未做嚴(yán)格區(qū)分，但在引用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)具體標(biāo)出是戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性和先導(dǎo)型產(chǎn)業(yè)，在牽引一國科技進(jìn)步、促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、保障國家安全等方面具有舉足輕重的作用。一方面，集成電路是新一代信息技術(shù)的“大腦”，其技術(shù)進(jìn)步速度和創(chuàng)新進(jìn)程直接關(guān)乎到數(shù)字經(jīng)濟(jì)市場規(guī)模和潛在增長空間；另一方面，嵌入了集成電路的數(shù)字化裝備和產(chǎn)品，驅(qū)動(dòng)著各行業(yè)各領(lǐng)域的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，加速了ICT資本在經(jīng)濟(jì)體系中的深化速度，提升了全要素生產(chǎn)率。放眼全球，集成電路產(chǎn)業(yè)正在高速發(fā)展，成長勢頭強(qiáng)勁、技術(shù)創(chuàng)新特征更趨明顯；產(chǎn)業(yè)重心動(dòng)態(tài)變化，熱門產(chǎn)業(yè)應(yīng)用不斷涌現(xiàn)；產(chǎn)業(yè)競爭態(tài)勢越來越激烈，國家間的合作和競爭呈現(xiàn)出新趨勢?？梢哉f，全球集成電路產(chǎn)業(yè)版圖正在重塑，產(chǎn)業(yè)鏈和價(jià)值鏈重塑涌現(xiàn)出諸多新機(jī)遇與新挑戰(zhàn)。

能否抓住這一輪發(fā)展先機(jī)，主動(dòng)迎接挑戰(zhàn)，關(guān)鍵在于能否站在新的變革起點(diǎn)上，洞察產(chǎn)業(yè)發(fā)展大趨勢、大規(guī)律，順勢而為，推動(dòng)有效市場和有為政府更好結(jié)合，提升一國集成電路產(chǎn)業(yè)整體優(yōu)勢。本文以美國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)(SIA)每年定期公開發(fā)布的《美國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)狀況》(State of the U.S. Semiconductor Industry)報(bào)告為基礎(chǔ)，擇取2014—2021年的全球產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)，來審視全球集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的典型事實(shí)，并從產(chǎn)業(yè)成長、遷移與重塑3個(gè)方面進(jìn)行分析，以期更好地把握產(chǎn)業(yè)演進(jìn)最新走向，助力深化規(guī)律性認(rèn)識(shí)和完善政策體系。

1 全球集成電路產(chǎn)業(yè)成長勢頭強(qiáng)勁，創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)特征更加明顯

集成電路產(chǎn)業(yè)是一個(gè)比較成熟的產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)業(yè)界對其發(fā)展走勢和波動(dòng)有深刻認(rèn)識(shí)，例如其與宏觀經(jīng)濟(jì)波動(dòng)比較吻合。集成電路產(chǎn)業(yè)也是一個(gè)動(dòng)態(tài)創(chuàng)新性產(chǎn)業(yè)，隨著數(shù)字化轉(zhuǎn)型的提速和全面鋪開，集成電路行業(yè)將加大研發(fā)投入，創(chuàng)新競爭激烈，產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在不小的變數(shù)。縱向來看，全球集成電路產(chǎn)業(yè)市場銷售規(guī)模、投資與支出強(qiáng)度、從業(yè)人員數(shù)量及生產(chǎn)效率提升顯著，產(chǎn)業(yè)界對創(chuàng)新要素的需求更加迫切，主要經(jīng)濟(jì)體在這方面也紛紛開始加強(qiáng)戰(zhàn)略規(guī)劃和政策支持。

1.1 全球集成電路產(chǎn)業(yè)銷售額較快增長，引領(lǐng)全球經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型發(fā)展

在新冠肺炎疫情沖擊下，全球范圍內(nèi)數(shù)字化轉(zhuǎn)型明顯加速，從生產(chǎn)到生活各個(gè)領(lǐng)域人們對數(shù)字化產(chǎn)品和服務(wù)的需求都明顯增長，包括生產(chǎn)側(cè)的數(shù)據(jù)中心、服務(wù)器集群、軟硬件解決方案，消費(fèi)側(cè)的手機(jī)、PC、智能穿戴設(shè)備、智能網(wǎng)聯(lián)汽車等，都需要集成電路，由此帶動(dòng)集成電路產(chǎn)業(yè)市場需求旺盛。SIA數(shù)據(jù)顯示[1-7]，2014—2021年全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)銷售額從3 358億美元增長到2020年的4 404億美元，年均復(fù)合增長率達(dá)到4.66%(見圖1)。尤其是2021年，全球半導(dǎo)體產(chǎn)能和出貨量再創(chuàng)新高，銷售額進(jìn)一步增長到5 559億美元[8]，同比增長26.2%，展現(xiàn)出較好的成長性，也是引領(lǐng)全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵動(dòng)力。

1.2 研發(fā)支出和資本支出強(qiáng)度提高，創(chuàng)新競爭壁壘隨之拉高

集成電路產(chǎn)業(yè)具有典型的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)特征，從既往經(jīng)驗(yàn)中總結(jié)出的“摩爾定律”就是例證，其成長速度、規(guī)模與技術(shù)革新進(jìn)展緊密耦合。為了保持競爭力，集成電路企業(yè)必須通過持續(xù)性、高強(qiáng)度投入，來開發(fā)新技術(shù)、購置新裝備、建設(shè)新工廠、改進(jìn)新工藝，繼而實(shí)現(xiàn)自我顛覆、自我革新，唯此才能歷久彌新。

隨著產(chǎn)業(yè)競爭日益激烈，全球集成電路產(chǎn)業(yè)研發(fā)支出和投資總額逐年增長，呈現(xiàn)出“長周期、高投入”的投資特征。一方面，在研發(fā)支出上，先發(fā)地區(qū)致力于通過投入高額研發(fā)資金打造技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢，形成難以逾越的產(chǎn)業(yè)壁壘，進(jìn)一步擴(kuò)大產(chǎn)業(yè)差距。例如，在研發(fā)支出方面，如圖2所示[1-7]，美國半導(dǎo)體研發(fā)支出占銷售收入的比重全球最高，達(dá)到18.6%，歐洲、日本、韓國次之，相比之下，中國大陸地區(qū)集成電路產(chǎn)業(yè)研發(fā)支出占銷售收入的比重僅為6.8%[7]，這方面的差距非常顯著。另一方面，在資本支出上，隨著5 nm、3 nm先進(jìn)制程工藝的逐漸成熟，疊加全球性芯片市場供應(yīng)短缺的影響，加大資本支出已是必然要求。2020年，美國半導(dǎo)體行業(yè)的資本支出總額為303億美元(見圖3)，主要用于引進(jìn)更為先進(jìn)的裝備、建設(shè)本土和海外制造廠[7]，以消除本國制造業(yè)產(chǎn)能不足的隱患?？梢灶A(yù)計(jì)，在接下來一段時(shí)間內(nèi)，隨著國家間競爭加劇，全球集成電路產(chǎn)業(yè)的研發(fā)支出和資本支出將進(jìn)一步大幅提升，這勢必加速全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新步伐。

1.3 從業(yè)者數(shù)量及人均勞動(dòng)生產(chǎn)率大幅增加，人才缺口開始凸顯

集成電路產(chǎn)業(yè)是人才密集型行業(yè)，需要一大批高學(xué)歷、有經(jīng)驗(yàn)、復(fù)合型人才。隨著全球產(chǎn)業(yè)規(guī)模的迅速擴(kuò)大，集成電路設(shè)計(jì)、制造、封裝測試、裝備材料等全產(chǎn)業(yè)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)都提供了一大批崗位，對從業(yè)者的數(shù)量需求也在擴(kuò)大。SIA數(shù)據(jù)顯示[1-7]，2014—2020年，美國半導(dǎo)體行業(yè)從業(yè)者數(shù)量總體保持穩(wěn)定，約24萬人，但隨著各方面重視和支持力度加大，2020年從業(yè)者數(shù)量急劇增長，達(dá)到了27.7萬人(見圖4)。在就業(yè)崗位方面，到2020年美國半導(dǎo)體行業(yè)除了直接提供就業(yè)崗位外，還帶動(dòng)了160萬個(gè)間接就業(yè)崗位，平均每個(gè)直接就業(yè)崗位關(guān)聯(lián)了5.7個(gè)其他領(lǐng)域就業(yè)崗位，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)收入達(dá)1 608億美元[7]。同時(shí)，在全球化產(chǎn)業(yè)分工過程中，美國留住了利潤率更高的環(huán)節(jié)例如集成電路設(shè)計(jì)業(yè)，加之近年來全球市場需求快速擴(kuò)張，帶動(dòng)人均勞動(dòng)生產(chǎn)率從2014年的46.7萬美元，提升到2020年的57.1萬美元[1-7]，增長了22.27%。有競爭力且穩(wěn)定的高素質(zhì)人力資源“蓄水池”成為美國在半導(dǎo)體行業(yè)長期領(lǐng)先的重要保障。

但是，從供給側(cè)來看，集成電路專業(yè)人才培養(yǎng)又是一項(xiàng)周期漫長的任務(wù)。從高端領(lǐng)軍人才、核心技術(shù)人員到有豐富經(jīng)驗(yàn)的一線工人，都成為各國爭奪的重點(diǎn)對象。人才供需矛盾開始成為限制產(chǎn)業(yè)發(fā)展的我國半導(dǎo)體行業(yè)人才需求將達(dá)到74.45萬人[9]，而高端人才的短缺是行業(yè)痛點(diǎn)之一?！栋雽?dǎo)體人才白皮書》顯示，中國臺(tái)灣地區(qū)半導(dǎo)體行業(yè)人才需求在2021年二季度創(chuàng)造了6年半以來的新高，其平均每月人才缺口達(dá)到2.7萬人，年增幅44.4%[10]。在全球產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的大趨勢下，現(xiàn)有集成電路人才存在明顯缺口，短期內(nèi)難以滿足產(chǎn)業(yè)持續(xù)擴(kuò)張的需求。

1.4 主要經(jīng)濟(jì)體紛紛布局制定戰(zhàn)略規(guī)劃，把握未來發(fā)展主動(dòng)權(quán)

面對需求擴(kuò)張和競爭加劇的發(fā)展態(tài)勢，全球各主要經(jīng)濟(jì)體都開始主動(dòng)謀劃、積極布局，主要是制定集成電路產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃，以把握發(fā)展主動(dòng)權(quán)，提升產(chǎn)業(yè)話語權(quán)。2019年以來，美國、日本、歐盟、韓國等國家/地區(qū)針對本國/地區(qū)的未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展目標(biāo)制定了一系列國家級半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展計(jì)劃和政策(見表1)，以激勵(lì)本土產(chǎn)業(yè)發(fā)展。例如，在美國國防高級研究計(jì)劃局(DARPA)推出電子復(fù)興計(jì)劃之后，美國于2021年接連推出《基礎(chǔ)設(shè)施計(jì)劃》《美國創(chuàng)新和競爭法案》《美國芯片法案》；日本在2021年發(fā)布了《半導(dǎo)體產(chǎn)略》《半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)緊急強(qiáng)化方案》等。通過梳理這些計(jì)劃和政策的主要內(nèi)容，可以發(fā)現(xiàn)美國、日本在很多方面都有相同或類似的布局方向。未來5～10年，各國都將重點(diǎn)聚焦到加大產(chǎn)業(yè)投資、鼓勵(lì)本土制造業(yè)發(fā)展和先進(jìn)技術(shù)研發(fā)、提高芯片產(chǎn)能上，以打造起更加完善、健壯的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈。在此背景下，SIA預(yù)測，隨著各國集成電路制造產(chǎn)能的擴(kuò)大，2022年半導(dǎo)體銷售額增幅有望達(dá)到8.8%，產(chǎn)業(yè)前景可觀。

表1 全球主要國家/地區(qū)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)相關(guān)政策

2 全球集成電路產(chǎn)業(yè)持續(xù)動(dòng)態(tài)遷移，新興場景成為核心賽道

過去幾十年來，集成電路產(chǎn)業(yè)不斷演化，早期的產(chǎn)業(yè)組織是縱向一體化制造(Integrated Design and Manufacture，IDM)模式，隨著全球化分工深化，產(chǎn)業(yè)組織開始走向縱向分工(Vertical Separation)模式，即設(shè)計(jì)業(yè)、制造業(yè)、封裝測試業(yè)彼此分離，上下游密切協(xié)作的垂直分工體系，同時(shí)也衍生出半導(dǎo)體原材料、設(shè)備、EDA、IP等專業(yè)化從業(yè)者。在此過程中，產(chǎn)業(yè)發(fā)展格局動(dòng)態(tài)演變，發(fā)展重心呈現(xiàn)出從策源地美國為主，轉(zhuǎn)移到追隨者日本，再到東亞地區(qū)(日本、中國臺(tái)灣地區(qū)、韓國和中國大陸地區(qū))的大致脈絡(luò)。而在其應(yīng)用場景方面，消費(fèi)電子、移動(dòng)互聯(lián)、網(wǎng)絡(luò)通信等多元化場景倒逼產(chǎn)品類型創(chuàng)新，不同產(chǎn)品占比跟隨市場需求發(fā)生明顯的調(diào)整。特別是人工智能、5G、物聯(lián)網(wǎng)、無人駕駛等新興技術(shù)的快速發(fā)展與廣泛滲透，智能穿戴、大數(shù)據(jù)、智能網(wǎng)聯(lián)汽車等新興場景開始成為拉動(dòng)產(chǎn)業(yè)增長的主賽道。

2.1 亞太地區(qū)半導(dǎo)體市場占比超過6成，中國是最大單一國家市場

隨著全球電子通信設(shè)備生產(chǎn)基地轉(zhuǎn)移到亞太地區(qū)，集成電路市場和產(chǎn)業(yè)發(fā)展重心正向著東亞地區(qū)顯著轉(zhuǎn)移。市場規(guī)模方面，SIA數(shù)據(jù)顯示[1-7]，亞太地區(qū)半導(dǎo)體市場規(guī)模從2001年的398億美元增長到2020年的2 710億美元，成為全球最大的半導(dǎo)體市場，銷售額占比達(dá)到61.5%，超過其他地區(qū)總和(見圖5)。產(chǎn)業(yè)布局方面，在全球垂直分工生產(chǎn)體系下，亞太地區(qū)的重要性不斷攀升，在半導(dǎo)體原材料、設(shè)備、制造、封測等不同環(huán)節(jié)均掌握了一定的話語權(quán)。例如，日本的半導(dǎo)體原材料在全球處于領(lǐng)先位置；韓國深耕存儲(chǔ)器半導(dǎo)體領(lǐng)域，市場份額位居世界第一；中國臺(tái)灣地區(qū)率先實(shí)現(xiàn)5 nm芯片量產(chǎn)與3 nm先進(jìn)制程工藝；中國大陸地區(qū)則在封裝測試環(huán)節(jié)具有一定優(yōu)勢。

受人口紅利、經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展、產(chǎn)業(yè)利好政策等因素驅(qū)動(dòng)，中國已成長為全球最大的半導(dǎo)體單一國家市場，不僅擁有全球最大的電子終端消費(fèi)群體，也是全球最大的電子信息產(chǎn)品制造國[7,11]。自2018年起，中國集成電路市場的相關(guān)數(shù)據(jù)開始進(jìn)入SIA發(fā)布的年度半導(dǎo)體行業(yè)狀況報(bào)告中，成為其重點(diǎn)分析對象。2020年，中國集成電路市場的銷售額為1 518億美元，同比增長17%，在全球市場銷售額占比中高達(dá)34.4%[7]，大于美洲和歐洲的銷售總和(見圖6)。得益于人工智能、5G等新興技術(shù)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的快速發(fā)展和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級的需求激增，我國集成電路產(chǎn)業(yè)規(guī)模也快速增長，成為全球產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要市場之一。

2.1 3組人群血清HE4、CA125表達(dá)水平及ROMA指數(shù)比較 3組人群血清HE4、CA125水平和ROMA指數(shù)均呈非正態(tài)分布，卵巢癌組人群血清HE4、CA125水平和ROMA指數(shù)的中位數(shù)分別為88.05 pmol/L、51.85 U/mL和31.17%，均高于卵巢良性腫瘤組和健康對照組的血清水平，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。卵巢良性腫瘤組與健康對照組比較，血清CA125水平差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，兩組間HE4水平和ROMA指數(shù)比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。見表1。

2.2 場景需求驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體產(chǎn)品應(yīng)用泛化，汽車等領(lǐng)域放量增長

集成電路市場需求很大程度上取決于應(yīng)用場景。從產(chǎn)業(yè)下游應(yīng)用場景來看，傳統(tǒng)的通信行業(yè)、計(jì)算機(jī)領(lǐng)域處于存量時(shí)代，市場需求占比最大。但隨著數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化等應(yīng)用場景日漸多樣化，例如為了滿足智能汽車、智能穿戴、移動(dòng)互聯(lián)、數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域需求，半導(dǎo)體工業(yè)也不斷發(fā)展出更加先進(jìn)的產(chǎn)品和工藝技術(shù)。世界半導(dǎo)體貿(mào)易統(tǒng)計(jì)協(xié)會(huì)(WSTS)統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)顯示[1-7]，通信、PC與計(jì)算機(jī)、汽車電子、消費(fèi)電子、政府采購、工業(yè)電子等場景一直是全球半導(dǎo)體產(chǎn)品的主要應(yīng)用領(lǐng)域，但領(lǐng)域占比發(fā)生了變化(見圖7)。2014年，全球半導(dǎo)體市場需求占比最大的是通信應(yīng)用場景，高達(dá)34.4%；PC與計(jì)算機(jī)應(yīng)用場景次之，占比30.6%；汽車電子領(lǐng)域占比位列第五，為10.4%[1]。到2020年，PC與計(jì)算機(jī)應(yīng)用場景占比成為最大領(lǐng)域，高達(dá)32.3%；通信領(lǐng)域屈居第二，為31.2%，政府采購應(yīng)用場景占比最少，僅1.0%[7]。半導(dǎo)體市場應(yīng)用需求占比的變化顯示了近幾年半導(dǎo)體產(chǎn)品的發(fā)展趨勢。

需要強(qiáng)調(diào)的是，近幾年全球范圍內(nèi)新能源汽車、智能汽車的發(fā)展和普及帶動(dòng)了汽車電子產(chǎn)業(yè)的快速崛起，諸如微控制器、存儲(chǔ)芯片、功率半導(dǎo)體、智能傳感器、無線通信、繼電器等集成電路產(chǎn)品成為市場新寵。一方面，每輛汽車的集成電路產(chǎn)品的平均總含量逐年提升，且網(wǎng)聯(lián)化、智能化程度越高，所需的微控制器、存儲(chǔ)器、傳感器等集成電路芯片的數(shù)量越多；另一方面，新一代純電智能化新能源汽車的需求市場迅速膨脹，成為增速最快的細(xì)分行業(yè)。加之新冠肺炎疫情導(dǎo)致全球汽車芯片產(chǎn)能失衡，各國都在積極導(dǎo)入供應(yīng)鏈，汽車芯片有望成為未來的主要拓展領(lǐng)域。

2.3 AI+5G+IoT生態(tài)促進(jìn)新一輪產(chǎn)業(yè)爆發(fā)，帶動(dòng)市場增長與技術(shù)創(chuàng)新

當(dāng)前，5G通信、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)等新興技術(shù)研究方興未艾。集成電路先進(jìn)工藝技術(shù)在推動(dòng)新興技術(shù)由理論研究落地到工業(yè)應(yīng)用的同時(shí)，AI+5G+IoT的創(chuàng)新生態(tài)應(yīng)用也為集成電路產(chǎn)業(yè)帶來了新一輪的發(fā)展機(jī)遇，成為重要的市場增長點(diǎn)和技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)域。在市場需求方面，全球集成電路產(chǎn)業(yè)驅(qū)動(dòng)力量正逐步由智能手機(jī)、PC等傳統(tǒng)設(shè)備擴(kuò)增到人工智能與5G通信融合應(yīng)用產(chǎn)品、智慧汽車和新能源汽車、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)以及數(shù)據(jù)中心等行業(yè)，在AI芯片、自動(dòng)駕駛、機(jī)器視覺、智能家居等領(lǐng)域催生了一批獨(dú)角獸企業(yè)。在技術(shù)創(chuàng)新方面，AI+5G+IoT的創(chuàng)新生態(tài)應(yīng)用對集成電路的算力、功耗和成本提出了更高的要求，推動(dòng)集成電路在高性能計(jì)算、移動(dòng)計(jì)算、自主感知、邊緣計(jì)算等方面加速技術(shù)革新，系統(tǒng)級多端互聯(lián)異構(gòu)芯片、單片/集成MCU、定制化芯片成為具有競爭力的產(chǎn)業(yè)新貴。根據(jù)全球市場洞察公司(Global Market Insights)的報(bào)告，2019年全球AI芯片組的市場規(guī)模超過80億美元，預(yù)計(jì)到2026年該市場規(guī)模可達(dá)700億美元，年均復(fù)合增長率在35%左右[12]；又據(jù)Statista的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2019年全球5G芯片的市場規(guī)模為10.3億美元，預(yù)計(jì)到2025年該市場規(guī)?？蛇_(dá)145.3億美元，年均復(fù)合增長率將在55%左右[13]，成為產(chǎn)業(yè)新的市場增長點(diǎn)與技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)。

3 全球集成電路產(chǎn)業(yè)競合態(tài)勢重塑，戰(zhàn)略和技術(shù)博弈日趨激烈

一直以來，集成電路產(chǎn)業(yè)是高度國際化的產(chǎn)業(yè)，沒有哪個(gè)國家能夠獨(dú)立發(fā)展集成電路產(chǎn)業(yè)。但是，受全球新冠肺炎疫情防控、逆全球化思潮發(fā)酵等因素影響，全球集成電路產(chǎn)業(yè)正常的經(jīng)貿(mào)秩序遭到?jīng)_擊，周期性波動(dòng)規(guī)律被打破，市場供需矛盾更加突出，協(xié)作分工生產(chǎn)和國際化合作受阻。同時(shí)，新興技術(shù)突破及其巨大的應(yīng)用前景，正吸引各國加強(qiáng)布局和投入，全球集成電路產(chǎn)業(yè)鏈和價(jià)值鏈重組趨勢已變得越發(fā)明朗。

3.1 全球性芯片供需失衡凸顯產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈風(fēng)險(xiǎn)，本地化制造開始興起

集成電路產(chǎn)業(yè)周期性波動(dòng)特點(diǎn)突出。為防范供過于求帶來的巨額虧損，全球芯片制造企業(yè)通常根據(jù)需求前瞻預(yù)測和行業(yè)產(chǎn)能利用情況，穩(wěn)步推進(jìn)制程和工藝升級，穩(wěn)健擴(kuò)大制造封測產(chǎn)能。意料之外的是，2020年年初新冠肺炎疫情席卷全球，各經(jīng)濟(jì)體為防控疫情推出了不同力度、不同方式的管控舉措，這不可避免打亂了全球供應(yīng)鏈，原材料、設(shè)備、設(shè)計(jì)、制造、封裝等上下游環(huán)節(jié)的國際合作隨之處于不穩(wěn)定狀態(tài)，產(chǎn)能無法有效釋放，供需失衡，直接引發(fā)全球性芯片短缺。特別是在汽車電子芯片領(lǐng)域，一方面由于汽車芯片主要分布在歐美和東南亞地區(qū)，受新冠肺炎疫情嚴(yán)重影響，汽車芯片企業(yè)大幅減產(chǎn)，短期內(nèi)難以補(bǔ)上；另一方面，智能手機(jī)、智能穿戴、工業(yè)互聯(lián)、大數(shù)據(jù)、智能網(wǎng)聯(lián)汽車等需求激增，加劇了斷鏈風(fēng)險(xiǎn)，供需失衡一直延宕至今。

在垂直分工模式下，美國聚焦設(shè)計(jì)、裝備等環(huán)節(jié)，長期把制造和封測環(huán)節(jié)外包給亞太區(qū)域，時(shí)至今日，其產(chǎn)能尤其是先進(jìn)產(chǎn)能已不再占據(jù)領(lǐng)先地位。SIA的數(shù)據(jù)顯示，2014—2020年美國的制造產(chǎn)能占全球芯片制造的份額下降到12%[14]，對總部位于美國的半導(dǎo)體企業(yè)來講，其晶圓產(chǎn)能占比也從52.2%下降到43.2%[1-7](見圖8)。為了緩解芯片短缺、確保本國供應(yīng)鏈充足，各國都在積極部署，瞄準(zhǔn)先進(jìn)制程技術(shù)，加大研發(fā)力度，并通過配置重資產(chǎn)，利用境外收購、入股、投資建廠等合作手段擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，提高本土芯片制造產(chǎn)能。未來5～10年，本地化制造風(fēng)潮帶來的產(chǎn)業(yè)格局變化將對國際化合作產(chǎn)生深刻影響。

3.2 后摩爾時(shí)代帶來創(chuàng)新突破機(jī)遇，顛覆性技術(shù)成為力爭之地

自1958年誕生以來，集成電路產(chǎn)業(yè)一直按“摩爾定律”的經(jīng)驗(yàn)軌跡向前推進(jìn)。隨著先進(jìn)制程工藝逐漸逼近物理極限，在現(xiàn)有技術(shù)框架下，集成度提升帶來的功耗、算力、成本的優(yōu)化空間越來越小，工藝提升難度不斷加大，研發(fā)效費(fèi)比開始成為新挑戰(zhàn)，集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)入后摩爾時(shí)代，這給追趕者帶來了機(jī)會(huì)。面對人工智能、大數(shù)據(jù)、自主感知、移動(dòng)互聯(lián)等應(yīng)用領(lǐng)域?qū)τ?jì)算性能和存儲(chǔ)能力的指數(shù)式增長需求，探索原理性、顛覆性創(chuàng)新，以推動(dòng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)的持續(xù)高速發(fā)展，開始成為主要經(jīng)濟(jì)體在新一輪科技和產(chǎn)業(yè)變革中謀求產(chǎn)業(yè)話語權(quán)的難逢機(jī)遇。

根據(jù)IRDS發(fā)布的國際半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展路線圖[15](見圖9)，后摩爾時(shí)代集成電路技術(shù)將朝著More Moore、More than Moore和Beyond CMOS 3個(gè)方向，圍繞新材料、新架構(gòu)、新封裝進(jìn)行重大技術(shù)創(chuàng)新，持續(xù)提升集成電路芯片性能，使其具有更高的速度和密度、更低的功耗和更多的功能。例如[16]，在新材料方面，高k柵極電介質(zhì)、應(yīng)變增強(qiáng)材料、高遷移率溝道材料是重要研究方向，以GaAs、GaN、SiC為代表的化合物半導(dǎo)體材料能夠滿足新能源汽車、5G通信等新興產(chǎn)業(yè)對半導(dǎo)體芯片的高頻率、高功率、高壓強(qiáng)要求；在新架構(gòu)方面，橫向環(huán)繞柵極結(jié)構(gòu)LGAA以及橫向GAA與垂直GAA相結(jié)合的3D架構(gòu)為進(jìn)一步提高芯片性能、降低功耗提供了解決途徑，存內(nèi)計(jì)算架構(gòu)、量子、類腦新領(lǐng)域也有望取得突破；在新封裝方面，異質(zhì)異構(gòu)3D集成與疊加的應(yīng)用前景十分廣闊，以SiP先進(jìn)封裝技術(shù)為基礎(chǔ)的Chiplet模式能夠滿足靈活集成、功能多樣化的產(chǎn)業(yè)需求。

3.3 貿(mào)易爭端與技術(shù)壟斷拉高國際合作壁壘，各國競相追求產(chǎn)業(yè)安全

垂直分工模式下，集成電路產(chǎn)業(yè)的高效運(yùn)轉(zhuǎn)有賴于位于世界各地的產(chǎn)業(yè)鏈上下游市場主體緊密協(xié)作，但也放大了斷鏈斷供風(fēng)險(xiǎn)。特別是隨著集成電路對信息技術(shù)、經(jīng)濟(jì)社會(huì)和國家綜合實(shí)力的影響更加深刻，集成電路產(chǎn)業(yè)開始成為國家間貿(mào)易爭端的主要領(lǐng)域，競相追求產(chǎn)業(yè)安全已納入諸多國家的政策視野。

其實(shí)，這方面的例子不斷復(fù)現(xiàn)。早在20世紀(jì)80年代，美國就從經(jīng)貿(mào)政策、進(jìn)出口管制、匯率等多個(gè)方面發(fā)力圍堵日本集成電路產(chǎn)業(yè)，削弱其產(chǎn)業(yè)競爭力。近年來，逆全球化和單邊主義抬頭，全球化合作前景更加撲朔迷離，因歷史爭端，2019年日本限制向韓國出口氟化氫、氟聚酰亞胺、光刻膠等半導(dǎo)體原材料，一定程度上造成韓國集成電路產(chǎn)業(yè)“無米之炊”的困境。根據(jù)路透社報(bào)道，2022年3月，由于俄羅斯和烏克蘭沖突，占全球半導(dǎo)體氖氣供應(yīng)量45%～54%的兩家烏克蘭供應(yīng)商停止運(yùn)營，引起各大企業(yè)對半導(dǎo)體短缺危機(jī)的擔(dān)憂。在外來投資監(jiān)管方面，合作障礙也明顯增多。例如，美國外國投資委員會(huì)(CFIUS)加強(qiáng)對外國投資者交易的國家安全審查，特別是在能源、半導(dǎo)體、高科技等領(lǐng)域更是“嚴(yán)加防范”；歐盟也于2019年通過外商直接投資審查機(jī)制，加大國際投資壁壘。

在目前復(fù)雜多變的國際政治、經(jīng)濟(jì)關(guān)系影響下，全球集成電路產(chǎn)業(yè)合作的內(nèi)在動(dòng)力弱化，產(chǎn)業(yè)發(fā)展不確定性增加，結(jié)合自身情況，加快構(gòu)建本土產(chǎn)業(yè)鏈，增強(qiáng)產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈韌性，開始變得日益迫切。

4 結(jié)束語

縱觀全球集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程，過去30年里，在全球化大潮推動(dòng)下，產(chǎn)業(yè)逐步由縱向一體化走向縱向分工，這極大地釋放了專業(yè)化分工紅利，帶動(dòng)了工藝技術(shù)的持續(xù)突破，市場規(guī)模的不斷擴(kuò)大，也大大加快了全球數(shù)字化進(jìn)程。但是，逆全球化思潮抬頭，疊加新冠肺炎疫情暴發(fā)以及經(jīng)貿(mào)爭端頻發(fā)，直接放大了國際化分工下隱藏的斷供斷鏈風(fēng)險(xiǎn)，以往高效運(yùn)轉(zhuǎn)、密切合作的正常經(jīng)貿(mào)秩序遭到破壞，信任機(jī)制開始遭到侵蝕。放眼未來，數(shù)字化轉(zhuǎn)型大潮正撲面而來，集成電路產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性、先導(dǎo)性地位空前提高，全球產(chǎn)業(yè)格局快速成長、動(dòng)態(tài)遷移、逐漸重塑的特征更加明晰。同時(shí)，進(jìn)入后摩爾時(shí)代后，圍繞新材料、新架構(gòu)、新封裝的技術(shù)創(chuàng)新迭起，“5G+AI+IoT”在新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大應(yīng)用前景，這給世界各國帶來了同一起跑線發(fā)展的難得機(jī)遇，正因?yàn)槿绱?，主要?jīng)濟(jì)體不約而同，加強(qiáng)謀劃、加快部署、加大支持，力求謀得主導(dǎo)權(quán)，抓住發(fā)展先機(jī)。為此，我國要在把握產(chǎn)業(yè)大勢、尊重產(chǎn)業(yè)規(guī)律的基礎(chǔ)上，借鑒國際經(jīng)驗(yàn)、加強(qiáng)統(tǒng)籌謀劃、加快前瞻布局、注重技術(shù)創(chuàng)新、拓展應(yīng)用空間、壯大產(chǎn)業(yè)生態(tài)、統(tǒng)籌競爭合作等，來提升我國集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水平。