中國半導(dǎo)體裝備制造業(yè)的創(chuàng)新崛起

范福全 科天國際貿(mào)易（上海）有限公司

一、半導(dǎo)體

眾所周知，物質(zhì)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(dǎo)電性偏弱的材料稱之為絕緣體，比如煤、陶瓷等；將導(dǎo)電性較好的材料稱之為導(dǎo)體，比如金、鐵和銀等金屬。介于兩者之間的材料便是半導(dǎo)體。換言之，半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性是可控的。如今，半導(dǎo)體已應(yīng)用于多領(lǐng)域多行業(yè)，比如照明設(shè)備、光伏發(fā)電、通信系統(tǒng)、消費電子和集成電路等[1]。

二、半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展歷程

（一）全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程

集成電路產(chǎn)業(yè)從全能型企業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷向產(chǎn)業(yè)集群、專業(yè)垂直分工模式轉(zhuǎn)變，主要分為以下幾個階段。

第一階段，設(shè)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(shù)被極少數(shù)企業(yè)運用的，不管是生產(chǎn)必需的設(shè)備、材料還是工藝技術(shù)，專業(yè)性都非常強，這些設(shè)備或技術(shù)都無法從市場中直接獲取。企業(yè)必須掌握這些技術(shù)、設(shè)備才能發(fā)展，因此，這一階段可以說是全能型發(fā)展模式。

第二階段，材料、設(shè)備的分離。隨著技術(shù)和市場的發(fā)展與改變，專業(yè)分工的優(yōu)勢越發(fā)凸顯，因此，設(shè)備業(yè)、材料業(yè)逐漸從全能模式中剝離，產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)被分為三大分支，即集成電路業(yè)、材料業(yè)和設(shè)備業(yè)。

第三階段，封裝和測試的分離。20 世紀70 年代，集成電路產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)再次變革，即封裝、測試程序分離，并作為獨立產(chǎn)業(yè)開始發(fā)展。這一時期，后道封裝、測試技術(shù)已經(jīng)物化到設(shè)備儀器技術(shù)、原材料技術(shù)中。簡單來講，就是集成電路的后道封裝、測試生產(chǎn)工序等從技術(shù)型逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閯趧用芗?。發(fā)展中國家勞動力資源豐富，因此，封裝測試也逐漸從發(fā)達國家向發(fā)展中國家轉(zhuǎn)移[2]。

第四階段，設(shè)計的分離。20 世紀70 年代，集成電路設(shè)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(shè)計。隨著PCB、IC 設(shè)計等的出現(xiàn)，集成電路設(shè)計也能作為獨立化生產(chǎn)工藝存在，從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中剝離，引發(fā)了產(chǎn)業(yè)內(nèi)的垂直分工、產(chǎn)業(yè)集聚現(xiàn)象?？偟膩碚f，全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是從大而全逐漸過渡到專而精的。

（二）美日半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展案例

為實現(xiàn)利潤的最大化，美國半導(dǎo)體制造企業(yè)在早期設(shè)備開發(fā)階段只進行產(chǎn)品輸出，因為市場中沒有替代產(chǎn)品，因此其能穩(wěn)居壟斷地位。后來逐漸出現(xiàn)了模仿者，打破了這種壟斷局面，美國企業(yè)開始通過投資提升競爭力。隨著技術(shù)的日漸成熟，美國企業(yè)開始直接輸出技術(shù)，以技術(shù)入股的形式參與國外相關(guān)企業(yè)的發(fā)展，不斷加強技術(shù)創(chuàng)新能力，確保高利潤。得益于技術(shù)上的優(yōu)勢，美國能夠大量出口技術(shù)領(lǐng)先產(chǎn)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(dǎo)體設(shè)備獲得發(fā)展，也在模仿和學(xué)習(xí)美國的半導(dǎo)體設(shè)備制造技術(shù)。這在一定程度上促進了日本半導(dǎo)體裝備制造業(yè)的發(fā)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(qū)的市場份額。

三、中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)化發(fā)展

（一）中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程

我國集成電路產(chǎn)業(yè)是從1965 年開始發(fā)展的。1965年，河北半導(dǎo)體研究所驗證首批半導(dǎo)體管。次年年底，上海元件五廠對TTL 電路產(chǎn)品作出了驗證，這意味著我國研發(fā)出了屬于自己的小規(guī)模集成電路。自1968 年，我國出現(xiàn)諸多集成電路相關(guān)企業(yè)并投產(chǎn)應(yīng)用。改革開放后，我國IC 產(chǎn)業(yè)得到快速發(fā)展。為了推動大規(guī)模集成電路的發(fā)展，1982 年，我國創(chuàng)建了電子計算機和大規(guī)模集成電路領(lǐng)導(dǎo)小組，并制定了產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃策略，強調(diào)要對半導(dǎo)體工業(yè)進行技術(shù)改造，建立了南北兩大基地。全國范圍內(nèi)各大企業(yè)都掀起了IC 產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)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(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點工程，大大加速了上下游產(chǎn)業(yè)鏈拓展，為半導(dǎo)體發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

1990 年之前，我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是依靠投資建立起來的，但隨著對外開放的深入和國內(nèi)的需求增長，國外半導(dǎo)體企業(yè)紛紛來華發(fā)展，國內(nèi)集成電路行業(yè)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(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展。比如芯片制造方面有臺積電、中芯國際等多個大規(guī)模投資項目，封裝測試方面也有諸多國際企業(yè)在我國開廠研發(fā)。這帶動了我國IC 產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，在2000 年至2003 年，相關(guān)企業(yè)數(shù)量激增到460 家，甚至出現(xiàn)了一大批海外上市企業(yè)，比如珠海炬力、展訊通信等。這一階段，我國集成電路產(chǎn)業(yè)建立了IC 設(shè)計、芯片制造和封裝測試三大核心業(yè)務(wù)以及相關(guān)配套業(yè)務(wù)，發(fā)展成較為完整的產(chǎn)業(yè)鏈格局[3]。

我國集成電路產(chǎn)業(yè)的競爭格局一直是國有企業(yè)、外資企業(yè)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(chǎn)業(yè)格局有所改變。在芯片制造、封裝測試方面，外資企業(yè)占比較大。在IC 設(shè)計方面，我國企業(yè)占比居多。但外貿(mào)形勢及產(chǎn)業(yè)競爭的激烈使我國企業(yè)面臨著較大的挑戰(zhàn)。

（二）中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀

一方面，不論是發(fā)展時間、規(guī)模、技術(shù)、專利還是市場份額，我國半導(dǎo)體裝備制造業(yè)的水平都明顯比不上發(fā)達國家。盡管半導(dǎo)體裝備在國內(nèi)需求量非常大，但相應(yīng)的設(shè)備供應(yīng)嚴重不足。

另一方面，因為產(chǎn)品生命周期、技術(shù)生命周期的影響，發(fā)達國家半導(dǎo)體設(shè)備企業(yè)對我國實行了產(chǎn)品、技術(shù)轉(zhuǎn)移，這無疑為我國半導(dǎo)體設(shè)備的突破提供了契機。例如太陽能、半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，我國和發(fā)達國家的起始時間是一致的，這無疑大大增強了我國發(fā)展相關(guān)產(chǎn)業(yè)的信心。從當前形勢看，我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展有三大特點，依次是增長幅度全球第一、市場規(guī)模全球第一和貿(mào)易逆差全球第一。

四、中國半導(dǎo)體裝備制造業(yè)的國際競爭

（一）中國半導(dǎo)體裝備制造業(yè)的國際競爭

一個國家的半導(dǎo)體芯片制造水平取決于高精尖的半導(dǎo)體設(shè)備的數(shù)量和質(zhì)量，而目前，全球半導(dǎo)體裝備制造業(yè)基本集中在美日等國家。CINNO Research 產(chǎn)業(yè)咨詢結(jié)果顯示，半導(dǎo)體市場同比規(guī)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(yè)是ASM Pacific Technology，排在第14 位。可見，半導(dǎo)體裝備依舊主要被美國和日本壟斷，中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的國際競爭是非常大的。隨著國家對半導(dǎo)體行業(yè)的支持，相信我國半導(dǎo)體行業(yè)、企業(yè)的發(fā)展會獲得更多的動力。

（二）中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的全球競爭力

1.增長速度領(lǐng)跑市場

一方面，我國產(chǎn)業(yè)規(guī)模增長速度加快，無論是結(jié)構(gòu)還是質(zhì)量都得到顯著優(yōu)化；另一方面，我國在全球的參與程度加深，競爭力明顯提升?！笆濉逼陂g，我國集成電路產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴大，行業(yè)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(xiàn)了“2020 年集成電路產(chǎn)業(yè)銷售收入年均增速突破20%”的目標，而且實現(xiàn)了行業(yè)內(nèi)的調(diào)整和升級。從結(jié)構(gòu)上看，集成電路產(chǎn)業(yè)不管是制造還是設(shè)計和封測都有了明顯變化，設(shè)計、制造比重穩(wěn)定增長。從2015 年到2020 年上半年，這兩大環(huán)節(jié)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(yīng)用端產(chǎn)品的制造優(yōu)勢和消費市場龐大，我國在集成電路產(chǎn)業(yè)鏈下游存在非常明顯的優(yōu)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(mào)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(qū)及外國企業(yè)在內(nèi)地的業(yè)務(wù)，只算大陸企業(yè)的話，我國在全球半導(dǎo)體銷售制造中份額占比低于4%，呈現(xiàn)出一種需求非常大但供給能力偏低的局面。從近幾年的發(fā)展情況看，因為美國技術(shù)脫鉤的影響，我國在“十三五”規(guī)劃末集成電路產(chǎn)業(yè)化國產(chǎn)替代速度加快，國產(chǎn)化率明顯提高[4]。

2.創(chuàng)新能力穩(wěn)步提升

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

在芯片制造方面，華虹半導(dǎo)體也取得了重大突破，長江存儲在2020 年也成功研發(fā)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(yè)中都獲得了較為靠前的排名，我國的封裝測試產(chǎn)業(yè)在全球市場份額中的占比達到28.3%。在設(shè)備制造方面，中微公司為臺積電供應(yīng)了7 納米刻蝕機設(shè)備。可見，新一輪技術(shù)革命的發(fā)展，使我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新能力獲得穩(wěn)步提升。

五、中國半導(dǎo)體裝備制造業(yè)的發(fā)展展望

（一）瞄準細分市場，精準打開技術(shù)突破口

不論哪個國家，在發(fā)展半導(dǎo)體設(shè)備工業(yè)時都會有所選擇，使設(shè)備和基礎(chǔ)部件都能實現(xiàn)混合式發(fā)展。因為每個國家的實力和環(huán)境不同，策略也會有差異。以我國目前的工業(yè)化基礎(chǔ)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(shù)突破口。

未來，必須針對行業(yè)發(fā)展訴求，加大科研領(lǐng)域的投入，夯實底層技術(shù)支持，并加大對共性技術(shù)平臺的研究支持力度，借鑒美國、日本的發(fā)展經(jīng)驗，建立共同研發(fā)實驗室及聯(lián)合研發(fā)機制，加大資金投入，促使技術(shù)上實現(xiàn)重大突破[5]。

（二）加強企業(yè)基礎(chǔ)研究，構(gòu)建產(chǎn)業(yè)生態(tài)支撐體系

大規(guī)模投資等會使集成電路產(chǎn)業(yè)后發(fā)者面臨極大的壓力和考驗，但同時超長產(chǎn)業(yè)鏈及技術(shù)的更迭也提供了全新的發(fā)展契機。我國要在產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)及領(lǐng)域繼續(xù)追趕發(fā)達國家，集中能量解決“卡脖子”的問題；同時，引導(dǎo)市場投資，實現(xiàn)多點布局，尤其是在一些細分領(lǐng)域要擁有競爭力，在基礎(chǔ)領(lǐng)域要夯實創(chuàng)新力，確保我國集成電路產(chǎn)業(yè)獲得持續(xù)化發(fā)展。

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

其次，精密材料制造行業(yè)要攻克大尺寸硅片等難題，更要推動工藝創(chuàng)新，形成成本和質(zhì)量的優(yōu)勢，預(yù)先布局第二代、第三代先進半導(dǎo)體材料的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

最后，還要加大培育專業(yè)化生產(chǎn)者服務(wù)產(chǎn)業(yè)的力度，比如超高潔凈室設(shè)計、運維企業(yè)等，形成全新的產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢能，支持我國集成電路產(chǎn)業(yè)的持續(xù)化發(fā)展。借助于專業(yè)化的分工和市場協(xié)作，完成特定領(lǐng)域的突破和發(fā)展。在細分領(lǐng)域方面建立差異化優(yōu)勢，比如芯片、高速軌道交通和智能電網(wǎng)等。借助于多點布局，規(guī)避大規(guī)模投資聚焦特定環(huán)節(jié)的產(chǎn)能過剩問題，也能更好地把控產(chǎn)業(yè)最新發(fā)展動向。

六、結(jié)語

我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)從2000 年起進入高速發(fā)展期，平均年增速保持在20%以上，目前已具備設(shè)計、封裝測試和制造等完整的供應(yīng)鏈，在每一個環(huán)節(jié)都累積了較多的企業(yè)群。半導(dǎo)體設(shè)備制造產(chǎn)業(yè)的量變成效已非常突出，正處于邁向質(zhì)變的階段，面臨的挑戰(zhàn)和考驗依舊較為嚴峻，外商和內(nèi)資的競爭步伐越來越快。在這一背景下，要繼續(xù)夯實基礎(chǔ)創(chuàng)新力，從細分市場中尋找技術(shù)突破口，創(chuàng)建產(chǎn)業(yè)生態(tài)支撐體系，提高集成電路產(chǎn)業(yè)的活力，促進集成電路產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。