【半导体行业】全球芯片半导体工业的比赛态势与我国机会

2022-08-28 16:34:21 来源:bb贝博ballbet

  【摘要】半导体是指常温下导电才干介于导体和绝缘体之间的资料,其产品首要分为集成电路、光电子器材、分立器材和传感器四类。作为数字年代的底层支撑,芯片半导体在世界比赛的布景下越来越具有战略性质。在数字经济、新冠肺炎疫情和地缘政治三重要素叠加效果下,完成芯片半导体工业的安全和弹性成为各方比赛的焦点,全球芯片半导体工业正面对新一轮应战与调整。我国要有认识地对芯片半导体工业加以扶持和引导,树立战略思维,强化顶层规划,提高我国在芯片半导体范畴的战略自主性。

  半导体职业是典型的本钱和技能双密布型工业,出于前史原因,其要害的规划和出产首要散布在少量国家和区域,具有极高的商场会集度。跟着全球经济敏捷走向数字化,各行各业对芯片的需求陡增。一起,因为新冠肺炎疫情的影响,全球芯片半导体工业供应链和物流链遭到损坏,短期内加重了芯片的供求矛盾。不仅如此,作为数字年代的底层支撑,芯片半导体在世界比赛的布景下越来越具有战略性质。在数字经济、新冠肺炎疫情和地缘政治三重要素叠加效果下,完成芯片半导体工业的安全和弹性成为各方比赛的焦点。

  半导体(Semiconductor)是指常温下导电才干介于导体和绝缘体之间的资料,其产品首要分为集成电路、光电子器材、分立器材和传感器四类。在这四类产品中,集成电路具有肯定优势,在半导体产品占比中逾越80%,因而,半导体职业又被业界称为集成电路职业。集成电路(Integrated Circuit,IC)是指经过特定的工艺流程,将晶体管、二极管等元器材依照必定的电路互联,“集成”在半导体晶片上以履行特定功用的电路或系统,因而又被称作芯片/晶片(Chip)。在不考虑技能细节的情况下,半导体、集成电路、芯片根本可视作同一概念。全球半导体工业链首要由半导体支撑工业、制作工业和使用工业组成。其间有些企业专事代工(Foundry),如台积电。与之相对应的是具有完好规划和出产才干的公司(IDM,Independent Development Manufacturer),如英特尔、德州仪器。此外也有独立的规划公司(Fabless),如高通、博通、联发科等。芯片半导体工业链是一个全球工业链,依据比较优势准则,不同国家和区域在许多半导体细分范畴具有不同的优势,且高度会集于少量独占企业。在新冠肺炎疫情冲击以及地缘政治加重的条件下,现有的工业格式开端松动。详细来看,全球芯片半导体工业格式具有以下特色:

  榜首,区域专业化特征凸显。波士顿咨询公司和美国半导体协会联合发布的《强化不确认年代下的全球半导体供应链陈述》①显现,美国凭仗强壮的科研立异才干,在半导体研制密布型范畴处于领先位置,尤其是在电子自动化规划/中心常识产权(EDA/IP,74%)、逻辑器材(67%)、制作设备(41%)等细分范畴。我国大陆的比较优势范畴在于封装测验(38%)、晶圆制作(16%)以及原资料(13%)。欧盟的相对优势范畴在于EDA/IP(20%)、制作设备(18%)。而韩国、日本和我国台湾则在原资料、回忆芯片、晶圆制作等范畴占有肯定优势。现在,按区域区分的全球芯片出产才干,我国台湾占22%,韩国占21%,我国大陆和日本各占15%,美国占12%,欧洲占9%。值得注意的是整个东亚区域的半导体产能占到了全球的73%,与之对应的是东亚区域在制作芯片的半导体设备商场规划到达了全球商场的83.85%。②

  第二,商场会集程度高。半导体工业职业壁垒高,是典型的本钱-技能双密布型工业,要害部件和出产质料独占在少量企业中,商场会集度居高不下。在全球半导体企业中,美国公司占有排名前十中的八家,归纳比赛力处于职业领先位置。从细分范畴来看,要害环节技能往往掌握在少量几家大企业中。以半导体硅片和电子特气技能为例,前者首要被日本信越化学、日本胜高、我国台湾举世晶圆、德国世创和韩国SK五大企业占有,后者则被美国空气化工、法国液化空气、日本大阳日酸和德国林德四大公司占有,其他企业很难插手。在半导体光刻胶供货商中,日本企业占有肯定主导位置,包含了全球72%的商场比例。全球半导体设备商场则首要会集在美国、荷兰和日本制作商手中,荷兰光刻机巨子ASML则独占了全球光刻机高端商场的83.3%。③

  第三,新冠肺炎疫情冲击全球半导体供应链,导致“缺芯”窘境短期加重。新冠肺炎疫情带来的供应链危机包含两个方面:其一,各国为防控疫情进行了不同程度的罢工停产,全球半导体供应链某些节点无法正常持续运转,以及因为企业职工感染新冠病毒构成的短期产能不济,直接导致芯片供应水平下降。其二,新冠肺炎疫情导致全球物流链断裂,芯片供需结构进一步失衡。全球芯片消费商场广泛世界,首要产能却集合在东亚区域,新冠肺炎疫情导致全球物流链断裂,部分国家封闭航线以及港口办理不善构成拥堵进一步加重了商场上芯片供应的缺少。以车载芯片为例,2021年头,福特、丰田、戴姆勒等一众企业因芯片缺乏相继减产乃至停产部分车型。

  第四,数字化进程加速,芯片需求持续上涨,估计“缺芯”窘境仍将持续,全球半导体工业链调整势在必行。如果说疫情构成了芯片短期供应不畅,那么数字化进程的加速则导致了芯片需求的持续添加。一方面自动驾驶轿车、人工智能、工业互联网等新的芯片需求商场不断被数字化发明出来。另一方面居家作业、智能家居、虚拟现实等作业日子文娱方法也在数字年代不断遍及,由此导致的是全球芯片需求的不断攀升。据IC Insights核算,2021年全球芯片商场价值约为5500亿美元,并猜测到2030年全球芯片商场估计将逾越1万亿美元。芯片需求的巨大缺口,也对全球半导体供应链提出结构性调整要求。

  鉴于芯片半导体在数字化年代出产结构中的重要位置,各首要经济体关于与之相关的、具有重要战略性质职业部分的工业方针体现出了极大的爱好。相关主体开端推动各种办法,不仅仅是在出资方面,还包含税收、交易、监管和反独占等一系列手法,支撑本国战略工业的开展。因为芯片半导体工业的特别性质,技能和本钱密布程度高,使得在新的一轮工业比赛中,参与者的数量远远少于工业年代,现在只要欧盟、美国、韩国、日本、我国大陆和我国台湾等为数不多的参与者,仅上述六个国家和区域就占有了半导体工业价值链的96%(2019年),全球芯片出产才干的93%(2020年)。④为了进一步稳固优势,各首要行为体环绕芯片半导体工业打开新一轮比赛。

  现在欧洲在全球半导体制作业上的产能现已从2000年的24%下降到今日的8%。⑤为了改动这一下风,2021年3月,欧盟委员会发布《2030数字罗盘:欧洲数字十年之路》,提出欧盟出产的顶级半导体要在2030年到达全球总产值的20%,在削减对外部供应链的过度依托的一起重塑欧洲高端制作业比赛力。2022年2月,欧盟委员会发布《芯片法案》,要求欧盟在2030年之前,投入430亿欧元资金,支撑芯片规划与制作,强化欧洲在技能方面的领导力。为呼应此召唤,2022年3月,芯片巨子英特尔宣告将在未来十年内出资800亿欧元,在德法等国制作从规划到制作全掩盖的芯片工业链。

  2022年2月,美国众议院经过了近3000页的《2022年美国比赛法案》,该法案将对美国半导体研讨和制作供应520亿美元的拨款和补助,用以处理轿车和电脑零部件问题,一起供应450亿美元强化科技产品供应链。除此之外,此前美国还相继出台《半导体十年方案》(2020)、《美国芯片法案》(2020)、《美国立异与比赛法案》(2021)等,旨在促进美国半导体制作业的出资,以及半导体模仿硬件、工业电子和核算机相关的研制与出产。在美国的方针推动下,2020年5月全球半导体代工企业台积电(TSMC)宣告在美国亚利桑那州增建5个代工厂,2022年头英特尔也宣告将出资200亿美元在美国俄亥俄州新建两个半导体工厂。与此一起,美国正在活跃游说韩国、日本、我国台湾,企图组成芯片四方联盟,以操控全球半导体工业链。

  2021年5月,韩国发布《K-半导体战略》,制作“K-半导体工业带”,力求在2030年将韩国打构成归纳性半导体强国,主导全球半导体供应链。为此,政府将在税收减免、金融和根底设施等方面对相关企业进行帮助,最高税额抵扣起伏将到达50%。别的,韩国政府还将树立1万亿韩元的半导体设备出资特别基金。方案出台后,以三星和SK海力士为代表的153家企业活跃呼应,许诺将在2021-2030年期间合计投入510万亿韩元(约合4510亿美元),力求在原资料、零部件和顶级设备和系统半导体方面获得打破。与此一起,韩国业界加强和全球仅有EVU光刻设备公司ASML的联络,后者将出资2400亿韩元在韩国京畿道制作EVU归纳集群。

  日本也不甘落后,2021年6月,日本经济工业省发布《半导体数字工业战略》,将半导体职业视为与食物能源职业平等重要的“国家项目”(national project),借此寻求扩展日本国内半导体出产才干。为完成此方针,日本政府将施行“加速制作物联网半导体出产基地”“促进美日半导体技能合作”以及“立异能够改动游戏规则的新技能”的三步走战略规划,从国家层面保证半导体的供应才干。日本政府将供应逾越一般工业方针的“特别待遇”,以招引海外芯片半导体代工厂尤其是台积电赴日出资。为此日本将在新能源与工业技能归纳开发组织(NEDO)中树立数千亿日元的制作基金,以及最高50%的半导体出产工厂的制作费用补助。

  我国大陆近年来也不断出台相关方针以推动国内半导体工业开展。2016年国务院发布的《“十三五”国家战略性新兴工业开展规划》着重了提高中心根底硬件供应才干。2019年发布的《财务部 税务总局关于集成电路规划和软件工业企业所得税方针的公告》,对半导体相关企业进行所得税减免。2020年国务院印发《新时期促进集成电路工业和软件工业高质量开展的若干方针》,再次从税收和经费支撑等视点鼓舞芯片和集成电路工业的相关研讨与开展。《中华人民共和国国民经济和社会开展第十四个五年规划和2035年前景方针大纲》也写入集成电路相关内容,将大力攻关集成电路范畴,着力处理高端芯片根底元器材等“卡脖子”问题,加速自主立异脚步。

  我国台湾区域具有世界最强的半导体制作代工才干,简直在一切制程规划均占有重要位置。现在仅有我国台湾区域和韩国具有10纳米及以下的晶圆制作代工才干,台湾更是占有了悉数代工出产比例的92%。⑥在全球芯片缺少的布景下,台湾代工企业加大了相关投入,台积电预估2022年本钱开销将到达400至440亿美元,并优先布局2纳米、3纳米、5纳米、7纳米等先进制程。2021年4月,台湾当局发布《美中科技战下台湾半导体前瞻科研及人才布局》,力求在2030年导入1纳米制程芯片出产,并制作南部半导体资料S型走廊。别的台湾当局正在推动树立专门的“芯片校园”,着力培育下一代半导体工程师,以稳固本身在芯片制作范畴的主导位置。

  芯片半导体工业并非仅仅是一个经济问题或许商场问题,因为职业的特别性质,越来越多的国家把它当作一个战略问题,直接与国家的开展联络在一起,因而在世界上越来越具有政治颜色。这首要是因为以下三个要素构成的。

  首要,全球经济数字化。全球经济的敏捷数字化使得国家更加注重芯片半导体工业。从出产方法上看,以芯片为中心元器材的移动互联网、物联网、超级核算机等新技能的广泛运用对原先的出产结构构成了颠覆性影响。从日子方法上看,新冠肺炎疫情使得依据芯片的数字技能和产品的使用成为日子的必需。从规划上看,2020年全球47个国家数字经济添加值规划高达32.6万亿美元,占GDP比重为43.7%。⑦别的半导体工业对GDP的添加也具有巨大的推动效果。跟着全球数字化进程的加速,以人工智能(Artificial Intelligence)、区块链(Blockchain)、云核算(Cloud Computing)和大数据(Big Data)为代表的新兴工业成为数字年代全球比赛的要害,而作为上述工业的中心元器材芯片以及整个半导体工业便成了支撑国家数字化进程的要害。因而,全球首要国家均把方针投向了这些范畴,纷繁出台方针,以支撑相关工业开展。

  其次,比赛主体的国家化。第三次工业革命开端于20世纪50年代,首要以原子能、电子核算机和空间技能为代表,这些技能首要是以美苏争霸为中心方针由国家设项和出资而开展起来的,并非商场自由比赛的效果。现在人类社会正处于第四次工业革命草创年代,无论是人工智能、区块链、云核算、大数据等新技能新业态,仍是半导体、芯片等更为根底的产品,背面都有国家的支撑。各首要经济体都把促进技能立异和数字进程作为政府的中心使命并加以扶持。能够说,在数字年代的全球化比赛中,国家才是比赛的主体。以欧盟为例,“欧洲共同利益重要项目”(IPCEI)是《欧盟运作公约》规则的一种国家帮助方式,2018年之后,欧盟先后同意了有关微电子和电池的三项IPCEI项目,并树立了IPCEI战略论坛,作为欧洲战略自主的重要东西。关于半导体,欧盟成员国正在活跃评论与此相关的新的欧洲共同利益项目,企图经过国家帮助来促进该职业的打破和开展。

  最终,工业链问题的安全化。当国家纷繁把促进本国数字经济开展作为政府的首要推动方针时,原先盛行的自由商场理念逐步让坐落政治考量。一起,近年来世界、国内两个层面上的贫富分解构成了全球各地民粹主义和逆全球化实力的鼓起。⑧其政治结果是特朗普式的人物纷繁走向政治前台,各国政府开端实行经济民族主义方针,经济失衡问题被敏捷地政治化,从前树立起来的相互依托的经济系统转而成为各国危机感的来历。在中美交易战和新冠肺炎疫情的冲击下,这种不安全感被敏捷扩大,所以各国开端寻求下降要害职业和范畴的对外依存度,以寻求供应链安全。⑨全球半导体工业链简直掌握在少量几个参与者手中,因而构成了国家对少量企业以及特定国家和区域的极点依托,在全球地缘政治的布景下,这种依托从心理上带来严峻的不安。为了促进更为平衡的相互依托联系,各国纷繁出台方针办法,寻求树立一个安全和弹性的供应链,保证本国在芯片供应上不再简略依托某一国家或公司。

  新冠肺炎疫情加速了全球数字化进程,一起加重了供应链范畴的安全化倾向,使得全球首要大国在芯片半导体范畴打开了一场安全比赛。经济与政治交互影响,世界百年未有之大变局加速演进,关于我国来说,既是机会也是应战。

  应战首要是两个方面。其一,技能应战。现在我国半导体产品首要会集在半导体资料、晶圆制作和封装测验等中低端范畴,半导体产能也首要会集在28纳米以上的老练制程。技能水平差异导致我国需求很多进口中高端半导体产品,其间CPU、GPU、存储器等范畴简直悉数依托进口。据海关总署核算,我国半导体设备国产化率缺乏20%,仅2021年的进口额度就高达4325亿美元。本乡技能水平成为限制我国半导体工业开展的最大瓶颈。其二,世界政治应战。自美国将我国树立为首要的比赛对手之后,先是与我国大打交易战,后是与我国进行“精准脱钩”,发起科技暗斗,全球半导体供应链面对霸权国家以认识形态划线、人为分裂的或许。美国政府力求将美国半导体企业迁至美国本乡、我国台湾、日本以及韩国等操控力所及的区域,即便在新冠肺炎疫情冲击之下,全球芯片缺少之时,拜登政府依然拒绝了英特尔公司在我国扩展出产的方案,以避免我国大陆获得先进制程的才干。不仅如此,美国还加大了对华为等中资企业的制裁力度,镇压我国高科技企业开展,以避免我国对美国主导的互联网架构构成要挟。

  在疫情和地缘政治的两层冲击下,全球芯片半导体工业必然会迎来一个结构性调整的时期,这是我国优化工业结构、提高价值链的重要机会。榜首,美国对我国的镇压使自由商场的神话幻灭,打破了国人心中“造不如买、买不如租”的梦想,进一步坚决了我国自主掌握顶级科技的决计和脚步。第二,美国的“芯片禁令”,客观上为我国企业供应了极为名贵的国内商场资源。以化学机械抛光设备为例,2017年美国使用资料、日本荏原占有了98.1%的国内商场,当今中电科电子配备集团制作的8英寸抛光设备现已夺回了70%的国内商场。第三,政府投入的添加保证我国芯片半导体工业高速开展。2014年国家集成电路工业出资基金树立,首期征集资金就逾越1387亿元人民币,其间集成电路制作占比67%。依据我国半导体职业协会数据,我国集成电路制作职业规划逐年添加,2020年为2560亿元人民币,同比添加19.11%,产值为2614.70亿块,同比添加19.55%。

  为保证芯片供应链安全、提高本国高端制作业比赛力,一起强化本身在世界比赛中战略自主才干,政府更要有所作为,有认识地对芯片半导体工业加以扶持和引导。

  首要,充沛认识到芯片半导体工业的战略性质,并把它当作战略工程来做。新我国核工业和航空航天事业在美苏两国的封闭下依然获得巨大打破,除了其本身带有的国家安全性质之外,还有国家一以贯之地将其视为战略工程。鉴于数字年代半导体工业关于国民经济开展和国家安全的重要效果,以及我国半导体工业落后以至于在要害范畴被他人“卡脖子”的现实情况,我国应把促进芯片半导体工业开展作为一项国家战略工程加以系统推动。

  其次,加强政府的引导和规划,强化顶层规划。从操作层面上讲,立异的主体仍是各类企业和科研组织。在工业开展初期,技能立异所需求的各种配套办法往往需求很多本钱投入,商场主体往往难以承当如此巨大的本钱和危险,因而需求政府这只看得见的手加以支撑。一方面政府确认半导体工业开展的长时间路线图,在不同的开展阶段量体裁衣地采纳相应的出资、税收、财务以及常识产权等相关配套办法;另一方面也要以宏观调控为手法,在半导体工业链的各个环节进行全国性的资源分配,树立完好的产学研立异系统,为本乡技能立异和企业开展供应杰出的开展环境。

  再次,加速人才培育和引入力度。半导体职业的比赛,很大程度上是全球顶尖科技人才的比赛,各国都面对着人才缺口,我国更是如此。我国的芯片半导体工业起步于20世纪90年代,相关从业人员首要会集在制作范畴,且数量和质量均难以满意职业需求。据我国电子信息工业开展研讨院猜测,2022年我国集成电路人才缺口将到达25万。因而,要加大相关人才培育。一方面,加强通用型根底理论研讨、技能训练和教育投入,培育本乡常识和技能精英。另一方面,制作世界人才引证和归化准则,从世界国内两个面向进行人才制作。倡议各大高校、企业和科研组织联合培育各类专业人才,强化人才供应。只要聚全国英才而用之,才干从根本上提高本身在芯片半导体工业上的战略自主性。

  最终,安身久远,规划半导体工业开展方向。中美半导体范畴实力距离是客观现实且将持续存在,美国采纳科技脱钩方针,我国若过于着重半导体工业自主开展,研制平行技能,出产平行产品,由此导致“自动”与美及西方脱钩,则正落入其圈套。我国应持续推动高水平对外开放,掌握半导体工业开展和商场比赛规则,学习世界半导体工业规划推动的成功经验,构建国内半导体工业自主开展和世界合作并进新格式。

  (作者为复旦大学美国研讨中心教授、博导;复旦大学世界联系与公共事务学院硕士研讨生郭威对本文亦有奉献)

  【注:本文系国家社科基金重大项目“大数据主权安全保证系统制作研讨”(项目编号:21&ZD168)阶段性效果】

  ⑧[美]谢里伯曼、李月军:《西方民粹主义鼓起的原因》,《国外理论动态》,2021年第6期。

  ⑨管传靖:《安全化操作与美国全球供应链方针的战略性调适》,《世界安全研讨》,2022年第1期。