01中國集成電路產(chǎn)業(yè)規(guī)模與分布

市場:中國集成電路行業(yè)從2000 年左右起步,在經(jīng)歷金融危機(jī)的行業(yè)低谷后,自2010 年起逐步開始復(fù)蘇。2010-2019 年中國集成電路市場年均增速達(dá)到21．63%?,市場增長率均遠(yuǎn)超全球、美國和其他國家地區(qū);2020年中國集成電路銷售收入達(dá)8848億元,平均增長率達(dá)20%,為同期全球產(chǎn)業(yè)增速的3倍。

技術(shù):我國集成電路在技術(shù)創(chuàng)新上也不斷取得突破,目前制造工藝、封裝技術(shù)、關(guān)鍵設(shè)備材料都有大幅提升,在設(shè)計(jì)、制造、封測等產(chǎn)業(yè)鏈上也涌現(xiàn)出一批新的龍頭企業(yè)。

產(chǎn)業(yè)布局:全國集成電路產(chǎn)值分布有顯著的聚集性,長三角地區(qū)產(chǎn)值占全國集成電路總值的52%,具體分布如下圖所示。

圖1:國內(nèi)集成電路產(chǎn)值區(qū)域分布

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同時(shí),企業(yè)的分布也呈現(xiàn)聚集特征,近50%的企業(yè)位于長三角地區(qū)。

表1:按環(huán)節(jié)分類的企業(yè)分布區(qū)域情況

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02全球集成電路市場格局

集成電路產(chǎn)業(yè)在推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)進(jìn)步、保障國家安全等方面發(fā)揮著廣泛且重要的作用,已成為國際競爭的焦點(diǎn)和衡量一個(gè)國家綜合實(shí)力的重要標(biāo)志。2019 年中國進(jìn)口集成電路金額達(dá)?3055．50 億美元,在總進(jìn)口額中占比為14．70%?,其中美國占據(jù)中國市場的48．80%份額,這反映了中國對(duì)美國集成電路產(chǎn)業(yè)的依賴程度較高。

過去的七十年里,除了在20世紀(jì)80年代被日本短暫超越以外,美國在全球集成電路市場中一直居于主導(dǎo)地位。2019年世界十大半導(dǎo)體廠商占全球半導(dǎo)體市場54．78%,美國占據(jù)5席,市場份額達(dá)30．58%。美國集成電路產(chǎn)業(yè)的強(qiáng)大不僅體現(xiàn)在總量上,更重要的是在各細(xì)分領(lǐng)域,幾乎沒有短板。

在芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域,美國獨(dú)占鰲頭。2018年全球前十大Fabless公司中美國占有6家,前三大均為美國企業(yè)。在個(gè)人計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)中心市場,Intel、AMD和英偉達(dá)占據(jù)絕對(duì)統(tǒng)治地位;而在通信領(lǐng)域,高通是全球最大的移動(dòng)處理芯片供應(yīng)商,除了華為,安卓系列旗艦機(jī)型均被高通的驍龍芯片壟斷;而射頻前端芯片市場,Skyworks、Avago和Qorvo占據(jù)全球90%以上市場,這三家公司均為美國企業(yè)。

全球前五的集成電路設(shè)備廠商,三家來自美國:應(yīng)用材料、泛林科技和科天半導(dǎo)體。這三家都是綜合性設(shè)備供應(yīng)商,能夠提供集成電路制造過程幾乎所有環(huán)節(jié)的設(shè)備,包括沉積、刻蝕、離子注入、退火、拋光、檢測設(shè)備等。而光刻機(jī)之王(ASML)雖然是荷蘭公司,但是它在美國納斯達(dá)克上市,前兩大股東都是美國公司,并且其眾多零部件供應(yīng)商來自美國。

集成電路材料領(lǐng)域,整體被日本壟斷,但美國的陶氏化學(xué)作為材料巨頭,產(chǎn)品涉及光刻膠、CMP研磨液等多類電子化學(xué)品。

表2:集成電路生產(chǎn)商營收及市場份額

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同時(shí),美國也在積極制定游戲規(guī)則,十分重視自身在集成電路產(chǎn)業(yè)中的領(lǐng)導(dǎo)地位,主動(dòng)從資金注入、技術(shù)推動(dòng)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整等多個(gè)角度進(jìn)行市場干預(yù)。

03我國集成電路制造環(huán)節(jié)瓶頸

繼2018年中興通訊事件后,2019 年5 月16 日美國商務(wù)部將華為及其關(guān)聯(lián)公司列入“實(shí)體清單”。美國的打壓可能對(duì)華為產(chǎn)業(yè)鏈和國內(nèi)集成電路發(fā)展帶來一定程度的負(fù)面影響。在全球供應(yīng)鏈視角下,準(zhǔn)確把握我國集成電路發(fā)展現(xiàn)狀,探尋提高集成電路創(chuàng)新能力政策路徑,對(duì)保障國家經(jīng)濟(jì)安全有著重要意義。

下面從集成電路設(shè)計(jì)、材料、設(shè)備三個(gè)核心環(huán)節(jié)來分析我國集成電路行業(yè)面臨的瓶頸。

表3:集成電路各產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)國產(chǎn)替代情況

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1． 芯片設(shè)計(jì)EDA工具——嚴(yán)重進(jìn)口依賴、短期難以實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)替代

EDA(Electronics Design Automation)軟件是一種在計(jì)算機(jī)的輔助下,完成集成電路的功能設(shè)計(jì)、綜合、驗(yàn)證、物理設(shè)計(jì)等流程的軟件工具集群。在集成電路產(chǎn)業(yè)鏈中,EDA是芯片設(shè)計(jì)的“基石”,也是制造和設(shè)計(jì)的紐帶。

2020年中國EDA工具市值66．2億元,前四大供應(yīng)商占82%市場份額,其中Top3為新思科技、楷登電子、西門子EDA,均為海外企業(yè);而華大九天為本土唯一一家能在部分領(lǐng)域提供全流程EDA工具的企業(yè),雖在部分設(shè)計(jì)技術(shù)上已達(dá)到國際主流水平,但與國際巨頭能提供整套EDA工具不同,國內(nèi)EDA企業(yè)產(chǎn)品不全,只在局部形成一定突破,形成完整可用的全流程工具鏈還需要長期的技術(shù)積累。

2． 材料——國產(chǎn)替代主要集中在低中端環(huán)節(jié)

集成電路制造材料存在很多細(xì)分行業(yè),且不同細(xì)分行業(yè)存在明顯的技術(shù)差異,使得不同細(xì)分行業(yè)存在不同的行業(yè)龍頭企業(yè)。整體而言,日本、歐盟和美國廠商占據(jù)優(yōu)勢(shì)。國內(nèi)在低中端環(huán)節(jié)可以實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)替代,但是對(duì)工藝要求高的材料則替代率較低。

此處以光刻膠為例簡單說明。如下圖所示,光刻膠可分為半導(dǎo)體用光刻膠、LCD用光刻膠、PCB用光刻膠等,其技術(shù)壁壘依次降低。國內(nèi)光刻膠企業(yè)產(chǎn)品94%用于PCB,遠(yuǎn)高于全球25%的平均值。

圖2:全球外光刻膠市場結(jié)構(gòu)

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圖3:中國本土企業(yè)光刻膠生產(chǎn)結(jié)構(gòu)

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目前國內(nèi)半導(dǎo)體光刻膠生產(chǎn)研發(fā)企業(yè)少于10家,其中g(shù)/i線光刻膠國產(chǎn)化率15%,KrF/ArF國產(chǎn)化率1%,EUV光刻膠尚處于早期研究階段。

表4:光刻膠國產(chǎn)化情況

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3． 設(shè)備——產(chǎn)業(yè)鏈相對(duì)完備,未來提升空間大

集成電路設(shè)備制造是一個(gè)巨大的市場,年規(guī)模可達(dá)500億～600億美元,美國、歐盟、日本營收占有率分別為35．86%、26．13%、12．16%,中國大陸僅占3．46%,自給率不足12%。

設(shè)備前十強(qiáng)被美國、日本、荷蘭三國瓜分,其中前五大廠商(美國應(yīng)用材料、荷蘭ASML、美國泛林科技、日本東京電子和美國科天)市場占有率超過90%。

我國芯片制造設(shè)備產(chǎn)業(yè)鏈相對(duì)完備,不同環(huán)節(jié)均有企業(yè)進(jìn)行技術(shù)開發(fā)和產(chǎn)品研制。但畢竟發(fā)展時(shí)間優(yōu)先,雖各個(gè)領(lǐng)域都有可用產(chǎn)品,但在12英寸大硅片制造中離實(shí)現(xiàn)替代還有不小距離。

04中國集成電路產(chǎn)業(yè)突破點(diǎn)

1、材料:大硅片初現(xiàn)曙光、跨境合作為突破所在

芯片的加工是以硅片為單位進(jìn)行的,硅片尺寸越大,能夠切出來的芯片數(shù)量越多,單個(gè)芯片的成本也就越低。

2015年以來,Intel、三星和臺(tái)積電開始進(jìn)入18英寸領(lǐng)域。但目前8/12英寸硅片已成為主流產(chǎn)品,占據(jù)90%以上硅片市場份額,4/6硅片則為化合物半導(dǎo)體主流配置。我國大陸地區(qū)硅片生產(chǎn)多集中在8英寸以下:4/5/6英寸為主,少量8英寸,極少量12英寸,重?fù)綖橹鳌６p摻8/12英寸本地化率低于5%。

但隨著晶合集成的投產(chǎn),紫光南京、長鑫合肥、晉華集成的存儲(chǔ)芯片工廠建成,我國本土12英寸硅片需求將在2021年年底達(dá)到293萬片/月,而目前上海硅產(chǎn)業(yè)集團(tuán)實(shí)現(xiàn)了部分批量供應(yīng);超硅半導(dǎo)體則已向客戶提供12英寸樣品,初步得到了論證。

從技術(shù)差距和發(fā)展可行性看,我國本土企業(yè)在未來5～10年的主要競爭對(duì)手應(yīng)該是中國臺(tái)灣地區(qū)環(huán)球晶圓、德國世創(chuàng)和韓國硅德容。

這些跨國企業(yè)考慮工藝的保密性,迄今未在中國大陸設(shè)廠,大陸專業(yè)人才缺乏。但由于這些企業(yè)重視良率和盈利標(biāo)準(zhǔn),如果不達(dá)標(biāo)會(huì)通過關(guān)閉業(yè)務(wù)、整體出售等方式進(jìn)行切割。考慮到個(gè)別企業(yè)經(jīng)營確實(shí)不太理想?yún)s掌握了成熟了12英寸硅片工藝,我國本土企業(yè)可以抓住這個(gè)重要機(jī)會(huì),借助外界力量,實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。

2、制造設(shè)備:局部突破

目前我國集成電路制造設(shè)備產(chǎn)業(yè)鏈相對(duì)完備,不同的環(huán)節(jié)均有企業(yè)進(jìn)行技術(shù)開發(fā)和產(chǎn)品研制,但是它們大部分只解決了“有無問題”,少部分解決了“可用問題”,極少部分做到了進(jìn)口替代。

考慮到我國的資源有限,按照行業(yè)特點(diǎn)進(jìn)行單點(diǎn)突破的策略比全面推進(jìn)其實(shí)更為有效。建議地區(qū)政府和產(chǎn)業(yè)規(guī)劃者線集中力量把單個(gè)種類設(shè)備做到先進(jìn)水平,再逐一突破,連點(diǎn)成面,最終逐步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)的整體提升。在刻蝕設(shè)備、清洗設(shè)備、沉積設(shè)備三個(gè)方向,本土企業(yè)技術(shù)儲(chǔ)備最為充分,且單體產(chǎn)業(yè)規(guī)模山也僅次于光刻機(jī),累加近150億美元,可作為設(shè)備環(huán)節(jié)的集中突破點(diǎn)。

3、封裝測試:超越摩爾,提高封裝技術(shù)

封裝測試是我國集成電路產(chǎn)業(yè)鏈中全球份額占比最高的環(huán)節(jié),我國臺(tái)灣地區(qū)占全球份額52%,大陸地區(qū)占21%。從2011年大陸封裝占比4．5%發(fā)展至今,勢(shì)頭非常迅猛,技術(shù)水平雖與國際有一定差距,但整體來看我國已是全球封測的重要力量。但是,目前我國大陸地區(qū)封測范圍比較單一,多為電源管理芯片等比較成熟的領(lǐng)域,在汽車電子這種具有廣闊未來的領(lǐng)域布局極少。未來高性能SoC和SiP芯片將成為人工智能、汽車電子的主流芯片,我國可以通過提高封裝技術(shù),切入這些藍(lán)海領(lǐng)域,在后摩爾時(shí)代抓住先機(jī)。

過去的半個(gè)多世紀(jì),半導(dǎo)體行業(yè)一直遵循著摩爾定律的軌跡高速發(fā)展,如今全球芯片制程節(jié)點(diǎn)已經(jīng)來到了5nm;借助EUV光刻等先進(jìn)技術(shù),目前正在向2nm甚至更小的節(jié)點(diǎn)演進(jìn),已接近市場化的工藝極限。從投入產(chǎn)出角度來看,未來的芯片性能的提升不能再靠單純的堆疊晶體管,而更多地需要靠電路設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)算法優(yōu)化。中國集成電路產(chǎn)業(yè),可以依托目前優(yōu)勢(shì),借助先進(jìn)封裝技術(shù),在實(shí)現(xiàn)異質(zhì)集成(把依靠先進(jìn)工藝實(shí)現(xiàn)的數(shù)字芯片模塊和依靠成熟工藝實(shí)現(xiàn)的模擬/射頻等集成到一起以提升芯片性能)領(lǐng)域做到領(lǐng)先。

05小結(jié)

我國是全球?qū)Π雽?dǎo)體巨頭最友好的國家之一,沒有要求任何一家企業(yè)必須合資和轉(zhuǎn)移技術(shù),但也導(dǎo)致了我國在核心設(shè)計(jì)工具、設(shè)備與材料三個(gè)領(lǐng)域存在明顯缺失。

產(chǎn)業(yè)鏈的任何一個(gè)環(huán)節(jié)都不是孤島,我國集成電路的突圍方式也暗藏其中——單點(diǎn)突破,確保在集成電路強(qiáng)國威脅面前有與之“同生共死”的能力:中國可以學(xué)習(xí)日本(日本因牢牢全球掌控核心材料供應(yīng),如今美國無法對(duì)其實(shí)施過激的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)制裁),與其全面追趕,不如在某2～3個(gè)領(lǐng)域重點(diǎn)突破,5～10年內(nèi)在產(chǎn)業(yè)鏈的某個(gè)環(huán)節(jié)或者某個(gè)具體產(chǎn)品上成為全球95%以上產(chǎn)能的供應(yīng)者。因此,建議集成電路產(chǎn)業(yè)政策有所聚焦,重點(diǎn)培育核心技術(shù)和能力,如此才能真正實(shí)現(xiàn)集成電路的自主可控發(fā)展。