在美國采取非常規(guī)手段對中國集成電路企業(yè)進行圍堵之際，中國加快芯片自主研發(fā)和提高核心技術(shù)和關(guān)鍵裝備的自給率具有重要的戰(zhàn)略意義。總體而言，美國依然在集成電路產(chǎn)業(yè)鏈中居于統(tǒng)治地位，中國與其存在較顯著的差距。芯片設(shè)計及相關(guān)的軟件工具領(lǐng)域，中國已有了點上的突破；芯片的制造、封測環(huán)節(jié)正在加速向中國轉(zhuǎn)移，尤其是封測及相關(guān)設(shè)備制造，是中國最接近世界先進水平的領(lǐng)域；硅晶圓材料方面，中國目前解決了“從無到有”的問題，但國產(chǎn)化率還非常低。從整體來看，中國集成電路的自主產(chǎn)業(yè)鏈正在形成，一些局部的創(chuàng)新已經(jīng)達到世界領(lǐng)先水平，但在一些關(guān)鍵技術(shù)和關(guān)鍵材料及設(shè)備方面仍然受制于人，如高端光刻機、芯片設(shè)計的工具軟件以及高純硅的供應方面，中國存在明顯短板。
一、中國集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況
（一）全球集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展概況
全球半導體貿(mào)易統(tǒng)計組織（WSTS）數(shù)據(jù)顯示，2018年，全球集成電路產(chǎn)業(yè)總銷售額為4688億美元，同比增長13.7%；全球集成電路行業(yè)增速為全球GDP平均增速的三倍以上，成為驅(qū)動全球經(jīng)濟增長的重要力量來源，預計未來依然保持高速增長態(tài)勢。
從區(qū)域市場來看，中國、韓國、美國、歐洲、日本等成為全球半導體行業(yè)的主要市場。根據(jù)WSTS統(tǒng)計，2018年，中國大陸市場銷售額達1584億美元，同比增長6.1%；韓國市場銷售額達到1147億美元，增速達到24.3%；美國半導體市場銷售額為1030億美元，同比增長16.4%；歐洲半導體市場銷售額達430億美元，同比增長12.1%；日本半導體市場銷售額達400億美元，同比增長9.2%，韓國市場銷售額達到1147億元，增速達到24.3%。
從貿(mào)易情況來看，由于技術(shù)優(yōu)勢和各國市場容量的差異，全球半導體行業(yè)市場貿(mào)易分化顯著，而中國的貿(mào)易逆差問題尤甚。據(jù)WTO統(tǒng)計，2017年全球集成電路產(chǎn)品進口總額約為9600億美元，約占全球貨物貿(mào)易進口總額的5.3%；集成電路出口總額約為8088億美元，約占全球貨物貿(mào)易出口總額的4.0%。集成電路產(chǎn)品已成為全球多個國家或地區(qū)的進出口最大宗商品，如中國大陸、中國香港、中國臺灣、韓國等。從凈出口情況來看，中國大陸是全球半導體行業(yè)貿(mào)易逆差最大的地區(qū)，2017年半導體行業(yè)貿(mào)易逆差為2010億美元，美國、歐盟和中國香港地區(qū)為少量的貿(mào)易逆差，而韓國、馬來西亞、中國臺灣、日本、新加坡等為貿(mào)易順差。
圖1 2017年全球半導體行業(yè)主要貿(mào)易國家進出口情況
數(shù)據(jù)來源：世界貿(mào)易組織
設(shè)備對于集成電路行業(yè)發(fā)展極為關(guān)鍵，據(jù)SEMI統(tǒng)計，2018年全球半導體設(shè)備銷售額達621億美元，較2017年的566億美元增長9.7%。美國作為半導體產(chǎn)業(yè)的發(fā)源地，依然是集成電路行業(yè)設(shè)備的全球領(lǐng)導者，其占據(jù)全球約47%的市場份額。且從美國集成電路行業(yè)設(shè)備的供需情況來看，其主要設(shè)備供出口，據(jù)美國商務(wù)部統(tǒng)計數(shù)據(jù)，84%的半導體制造設(shè)備銷往美國以外的地方。
（二）中國集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展概況
據(jù)工信部研究報告顯示，中國已成為全球規(guī)模最大、增速最快的集成電路市場，市場規(guī)模不斷擴大，保持年均20%以上的增長率。另據(jù)中國半導體行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，2018年，中國集成電路產(chǎn)業(yè)銷售額6532億元，同比增長20.7%。從進出口情況來看，盡管增長率短期內(nèi)有所波動，但總體保持增長態(tài)勢，且貿(mào)易逆差不斷擴大。
2018年，中國大陸進口金額達到3120.6億美元，同比增長19.8%；出口額達到846.46億美元，增長26.6%，集成電路貿(mào)易逆差進一步擴大到2274億美元，比2017年增長了17.7%。
圖2 2013-2018年中國集成電路市場增長情況及進出口情況
數(shù)據(jù)來源：中國半導體行業(yè)協(xié)會。
從中國集成電路行業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)來看，設(shè)計業(yè)、制造業(yè)和封裝業(yè)均保持較高的增速，其中設(shè)計業(yè)和制造業(yè)增速超過封裝業(yè)。2018年，設(shè)計業(yè)銷售額為2519.3億元，較2013年的808.8億元增長211.49%；制造業(yè)銷售額從600.86億元增長到1818.2億元，增長了202.60%；封裝業(yè)從1098.85億元增長到2093.9億元，增長了99.65%。然而，這種情況并不能表明中國集成電路產(chǎn)業(yè)在設(shè)計和制造環(huán)節(jié)競爭力的提升，這兩個環(huán)節(jié)外資企業(yè)比重較高，2017年，中國大陸芯片設(shè)計制造企業(yè)中TOP10中有四家為外資企業(yè)，這四家企業(yè)市場份額達到40%。
圖3 2013-2018年中國集成電路細分行業(yè)的銷售額變化情況
數(shù)據(jù)來源：中國半導體行業(yè)協(xié)會。
從中國集成電路產(chǎn)品的總體競爭力來看，中國產(chǎn)品的市場份額持續(xù)增長，但價值鏈增值能力有待進一步提升。2013—2018年，集成電路行業(yè)進口量從2663.1億塊增長到4175.7億塊，均價從0.869美元/塊降至0.747美元/塊，降幅為14%；出口量從1426.7億塊增長至2171億塊，均價從0.651美元/塊降至0.390美元/塊，降幅為36.6%；進出口單價差（出口單價減去進口單價）從0.254美元/塊增加至0.357美元/塊。盡管進口量和出口量都保持較快增長，但在芯片持續(xù)降價的背景下，進出口價差不斷擴大，反映了中國集成電路產(chǎn)業(yè)總體競爭力的現(xiàn)實困境。
圖4 2013-2018年中國集成電路產(chǎn)品進出口單價比較
數(shù)據(jù)來源：中國半導體行業(yè)協(xié)會。
二、中國在集成電路產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的競爭地位
集成電路產(chǎn)業(yè)鏈包括縱向的設(shè)計技術(shù)授權(quán)、芯片設(shè)計、芯片制造和封裝測試以及作為重要支撐的材料和設(shè)備供應。美國在產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵環(huán)節(jié)占據(jù)主導權(quán)，即使有些技術(shù)轉(zhuǎn)移、擴散到日韓和中國臺灣，美國也仍然具有技術(shù)話語權(quán)和控制力，預計今后相當長的一段時期內(nèi)美國講依然保持芯片產(chǎn)業(yè)鏈的霸主地位。
但也應該看到，在國家科技重大專項和國家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金的支持下，中國芯片產(chǎn)業(yè)取得了一些重大成就，集成電路產(chǎn)業(yè)正在加速向中國轉(zhuǎn)移。然而，由于集成電路產(chǎn)業(yè)高技術(shù)密集性和高資本密集性特征，決定了中國在該領(lǐng)域的技術(shù)追趕不可能一蹴而就，除了踏踏實實推動自主技術(shù)研發(fā)之外，沒有捷徑可走。
由于技術(shù)壁壘和投資壁壘的存在，集成電路產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的市場集中度都比較高，各國關(guān)鍵企業(yè)之間的規(guī)模和技術(shù)水平差距直接反映各國在集成電路產(chǎn)業(yè)特定環(huán)節(jié)的競爭態(tài)勢。通過分析集成電路產(chǎn)業(yè)鏈上中國企業(yè)與世界先進水平的差距，我們可以了解中國在集成電路產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的競爭地位（如圖5所示）。
圖5世界高端芯片產(chǎn)業(yè)鏈主要廠商
注：為產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)，上端綠色框為除中國大陸之外世界主要廠商，下端藍色框為中國大陸主要廠商。
資料來源：作者整理
（一）源頭技術(shù)和基礎(chǔ)
架構(gòu)短期內(nèi)難以打破固有生態(tài)系統(tǒng)
主導的技術(shù)范式會對產(chǎn)業(yè)發(fā)展形成強有力的技術(shù)鎖定和技術(shù)路徑依賴（Soh，2010）效應，這也是制約產(chǎn)業(yè)后進入者的有效壁壘。
集成電路產(chǎn)業(yè)的源頭技術(shù)目前掌握在英特爾、AMD和ARM手中，其中英特爾和AMD在個人電腦領(lǐng)域居于統(tǒng)治地位，ARM則幾乎壟斷了移動端芯片的底層技術(shù)。源頭技術(shù)架構(gòu)決定了芯片產(chǎn)業(yè)的通用技術(shù)標準，既有標準已經(jīng)與芯片相關(guān)的硬件、軟件和操作系統(tǒng)形成穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，單一企業(yè)想通過技術(shù)創(chuàng)新打破這一生態(tài)系統(tǒng)幾乎不可能。
華為已經(jīng)獲得了ARM8的永久架構(gòu)授權(quán)，并基于該架構(gòu)研發(fā)了Taishan核，完全有能力獨立開發(fā)高性能處理器，確保整體芯片開發(fā)能力。各芯片開發(fā)廠商為了避免受制于人，都積極推動源頭技術(shù)開源和新架構(gòu)。
（二）移動端芯片設(shè)計自主技術(shù)能力逐步形成，但開發(fā)平臺仍受制于人
在基層架構(gòu)和底層技術(shù)的基礎(chǔ)上，芯片產(chǎn)業(yè)“掐脖子”的技術(shù)環(huán)節(jié)在于芯片設(shè)計階段。隨著臺積電這樣專業(yè)晶圓代工廠商的出現(xiàn)，芯片設(shè)計和制造得以分開。
目前，國際上知名的芯片設(shè)計廠商如高通、英特爾、博通和AMD，除了英特爾有自主制造之外，其他基本都是專攻芯片設(shè)計。在個人電腦端，由于技術(shù)授權(quán)的封鎖，我國大陸芯片企業(yè)雖也取得了不俗的進步，但與美國巨頭之間仍然存在較大的差距。在移動端，中國臺灣地區(qū)的聯(lián)發(fā)科在中低端芯片方面具有一定的市場地位，大陸的華為海思、展訊等企業(yè)在手機芯片設(shè)計領(lǐng)域已具備相當實力。人工智能芯片是中國最容易實現(xiàn)彎道超車的領(lǐng)域，目前已經(jīng)有大量產(chǎn)業(yè)資本投入研發(fā)，已經(jīng)取得一些具有自主知識產(chǎn)權(quán)的世界領(lǐng)先技術(shù)。
大規(guī)模集成電路設(shè)計離不開軟件開發(fā)平臺，也就是電子設(shè)計自動化（EDA）工具軟件。應該說，國產(chǎn)軟件與美國巨頭之間還有10年左右的差距。在工具軟件方面，我國芯片設(shè)計企業(yè)仍然處于受制于人的境地，在中興事件中，美國廠商就曾停止向中興進行軟件授權(quán)。但也應該看到，國產(chǎn)軟件如華大九天等在局部領(lǐng)域已經(jīng)達到世界領(lǐng)先水平。
（三）全球芯片制造一家獨大，關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備依賴于國際采購
在芯片制造環(huán)節(jié)，臺積電包攬了全球晶圓代工業(yè)務(wù)的一半以上，是芯片制造業(yè)首屈一指的巨鱷。我國大陸晶圓代工廠有中芯國際、華虹宏力等，但規(guī)模和技術(shù)遠不及臺灣同行。之前受先進設(shè)備和人才短缺限制，在12nm以下高精度晶圓加工技術(shù)方面，大陸企業(yè)仍然處于空白。當前，中芯國際如能突破設(shè)備限制，有望將與世界先進制程的差距縮小到兩代以內(nèi)。
芯片生產(chǎn)設(shè)備是芯片大規(guī)模制造的基礎(chǔ)，設(shè)備制造在芯片產(chǎn)業(yè)中處于舉足輕重的地位。芯片加工工藝繁雜，需要各種不同的設(shè)備。等離子刻蝕設(shè)備、離子注入機、薄膜沉積設(shè)備、熱處理成膜設(shè)備、涂膠機、晶圓測試設(shè)備等不同環(huán)節(jié)的關(guān)鍵設(shè)備由美國應用材料公司和日本東京電子等企業(yè)壟斷。而核心設(shè)備光刻機被譽為半導體產(chǎn)業(yè)皇冠上的明珠。世界上目前能生產(chǎn)高端光刻機的廠商只有一家——荷蘭的ASML，這是技術(shù)路線演化的自然選擇結(jié)果。
（四）芯片材料實現(xiàn)了“從無到有”的跨越，亟需推進大規(guī)模量產(chǎn)
設(shè)計和制造雖然關(guān)鍵，但巧婦難為無米之炊，缺少芯片材料，芯片設(shè)計和制造都無法實現(xiàn)。芯片材料中最主要的是高純硅，我國企業(yè)雖然在太陽級高純硅中占據(jù)絕對優(yōu)勢，但芯片級高純硅則幾乎完全依賴進口，德國、美國和日本在該領(lǐng)域處于技術(shù)領(lǐng)先地位。2018年江蘇鑫華公司實現(xiàn)量產(chǎn)，并開始出口韓國，有望逐步提高我國高純硅的自給率。芯片級高純硅還要經(jīng)過一系列加工，才能生成集成電路所需的基本材料硅晶圓片，加工硅晶圓片的企業(yè)就是芯片代工廠的直接供應商。隨著美國技術(shù)轉(zhuǎn)移和企業(yè)之間的兼并收購，目前，硅片生產(chǎn)被日本信越、日本勝高SUMCO和臺灣的環(huán)球晶圓等巨頭壟斷，前五大供應商囊括了全球90%以上的市場份額。我國大陸新興的硅片企業(yè)上海新昇、浙江金瑞泓通過吸引全球優(yōu)秀人才、引進國際先進技術(shù)，形成了一定產(chǎn)能，完善了國內(nèi)芯片產(chǎn)業(yè)的自主供應鏈。
（五）封裝測試環(huán)節(jié)已具備國際競爭力
在集成電路的三大產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)，封裝測試階段是我國企業(yè)最容易突破、也是目前發(fā)展最迅速的一個領(lǐng)域。
當前，芯片封測產(chǎn)業(yè)正在從人力驅(qū)動轉(zhuǎn)向資本和技術(shù)驅(qū)動，行業(yè)門檻將越來越高。我國相關(guān)龍頭企業(yè)在前期技術(shù)積累和產(chǎn)業(yè)政策推動下，加速了全球趕超的步伐。隨著長電科技(18.480, 0.20, 1.09%)收購新加坡封測巨頭星科金鵬，清華紫光入股臺資企業(yè)南茂、力成和全球行業(yè)龍頭日月光，加之臺資和美資封測企業(yè)也都已在中國大陸投資建廠，中國大陸成為芯片封測廠商最主要的集聚地。
從技術(shù)和市場地位來看，中國芯片封測產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為與美資和臺資企業(yè)相抗衡的重要一極，形成了一批具有國際競爭力的企業(yè)。在國家科技重大專項“極大規(guī)模集成電路制造裝備及成套工藝”的支持下，封裝測試設(shè)備國產(chǎn)化也獲得快速推進。北方華創(chuàng)(68.540, 0.56, 0.82%)、長川科技(23.600,-0.20, -0.84%)等企業(yè)已經(jīng)對國內(nèi)封測企業(yè)形成了強力支撐。在芯片后道封裝設(shè)備方面，上海微電子公司的500系列步進投影光刻機已經(jīng)占到了國內(nèi)80%以上的市場份額。
總體而言，通過對集成電路產(chǎn)業(yè)鏈進行梳理可以發(fā)現(xiàn)，美國仍然在產(chǎn)業(yè)鏈中居于統(tǒng)治地位。芯片設(shè)計及相關(guān)的軟件工具領(lǐng)域，中國已經(jīng)形成了一些點上的突破，但面上追趕尚待時日。芯片的制造、封測環(huán)節(jié)正在加速向中國轉(zhuǎn)移，尤其是封測及相關(guān)設(shè)備制造，是中國最接近世界先進水平的領(lǐng)域。在硅晶圓材料方面，中國目前解決了從無到有的問題，但國產(chǎn)化率還非常低。從整體來看，中國集成電路的自主產(chǎn)業(yè)鏈正在形成，一些局部的創(chuàng)新已經(jīng)達到世界領(lǐng)先，但在一些關(guān)鍵技術(shù)和關(guān)鍵材料及設(shè)備方面仍然受制于人，如高端光刻機、芯片設(shè)計的工具軟件以及高純硅的供應方面，中國存在明顯短板。
受瓦森納協(xié)議的影響，中國集成電路產(chǎn)業(yè)在追趕世界先進水平的過程中遭遇不小的困難。從現(xiàn)實情況來看，短期內(nèi)任何一個國家要形成完全獨立、完整的集成電路產(chǎn)業(yè)鏈是不可能的，但美國的技術(shù)封鎖和技術(shù)打壓又讓我們不得不重新審視全球價值鏈的風險，在自由貿(mào)易和自主創(chuàng)新之間尋求新的平衡點。在此背景下，研究集成電路產(chǎn)業(yè)的技術(shù)突圍路徑具有重大的現(xiàn)實意義。