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芯片成大国竞争焦点,中国如何应对机遇挑战
发布日期:2022-08-22 18:44    点击次数:96

  来源:瞭望智库

  随着全球经济迅速走向数字化,各行各业对芯片的需求猛增。同时,由于新冠肺炎疫情的影响,全球芯片半导体产业供应链和物流链遭到破坏,短期内加剧了芯片的供求矛盾。

  作为数字时代的底层支撑,芯片半导体在国际竞争的背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因素叠加作用下,实现芯片半导体产业的安全和弹性成为各方竞争的焦点。

  全球芯片半导体产业正面临新一轮挑战与调整,中国面临哪些挑战与机遇?如何提升在芯片半导体领域的战略自主性?

 新华社记者 黄伟 摄 新华社记者 黄伟 摄

  文 |  蔡翠红 复旦大学美国研究中心教授、博导本文转载自微信公众号“人民论坛网”(ID:rmltwz),原文首发于2022年8月9日,原标题为《芯片成大国竞争焦点!中国如何应对机遇挑战?》,不代表瞭望智库观点。

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  现状和趋势

  半导体(Semiconductor)是指常温下导电能力介于导体和绝缘体之间的材料,其产品主要分为集成电路、光电子器件、分立器件和传感器四类。在这四类产品中,集成电路具有绝对优势,在半导体产品占比中超过80%,因此,半导体行业又被业内称为集成电路行业。

  集成电路(Integrated Circuit,IC)是指通过特定的工艺流程,将晶体管、二极管等元器件按照一定的电路互联,“集成”在半导体晶片上以执行特定功能的电路或系统,因此又被称作芯片/晶片(Chip)。

  在不考虑技术细节的情况下,半导体、集成电路、芯片基本可视作同一概念。全球半导体产业链主要由半导体支撑产业、制造产业和应用产业组成。其中有些企业专事代工(Foundry),如台积电。与之相对应的是拥有完整设计和生产能力的公司(IDM,Independent Development Manufacturer),如英特尔、德州仪器。此外也有独立的设计公司(Fabless),如高通、博通、联发科等。

  芯片半导体产业链是一个全球产业链,根据比较优势原则,不同国家和地区在诸多半导体细分领域具有不同的优势,且高度集中于少数垄断企业。在新冠肺炎疫情冲击以及地缘政治加剧的条件下,现有的产业格局开始松动。具体来看,全球芯片半导体产业格局具有以下特点:

  第一,地区专业化特征凸显。

  波士顿咨询公司和美国半导体协会联合发布的《强化不确定时代下的全球半导体供应链报告》显示,美国凭借强大的科研创新能力,在半导体研发密集型领域处于领先地位,尤其是在电子自动化设计/核心知识产权(EDA/IP,74%)、逻辑器件(67%)、制造设备(41%)等细分领域;中国大陆的比较优势领域在于封装测试(38%)、晶圆制造(16%)以及原材料(13%);欧盟的相对优势领域在于EDA/IP(20%)、制造设备(18%);而韩国、日本和中国台湾则在原材料、记忆芯片、晶圆制造等领域占据绝对优势。

  目前,按地区划分的全球芯片生产能力,中国台湾占22%,韩国占21%,中国大陆和日本各占15%,美国占12%,欧洲占9%。值得注意的是整个东亚地区的半导体产能占到了全球的73%,与之对应的是东亚地区在制造芯片的半导体设备市场规模达到了全球市场的83.85%。

  第二,市场集中程度高。

  半导体产业行业壁垒高,是典型的资本—技术双密集型产业,关键部件和生产原料垄断在少数企业中,市场集中度居高不下。在全球半导体企业中,美国公司占据排名前十中的八家,综合竞争力处于行业领先地位。

  从细分领域来看,关键环节技术往往掌握在少数几家大企业中。以半导体硅片和电子特气技术为例,前者主要被日本信越化学、日本胜高、中国台湾环球晶圆、德国世创和韩国SK五大企业占据,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据,其他企业很难染指。

  在半导体光刻胶供应商中,日本企业占据绝对主导地位,囊括了全球72%的市场份额。全球半导体设备市场则主要集中在美国、荷兰和日本制造商手中,荷兰光刻机巨头ASML则垄断了全球光刻机高端市场的83.3%。

  第三,新冠肺炎疫情冲击全球半导体供应链,导致“缺芯”困境短期加剧。

  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停工停产,全球半导体供应链某些节点无法正常持续运行,以及由于企业员工感染新冠病毒造成的短期产能不济,直接导致芯片供给水平下降。

  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。全球芯片消费市场遍及世界,主要产能却聚集在东亚地区,新冠肺炎疫情导致全球物流链断裂,部分国家关闭航线以及港口管理不善造成拥堵进一步加剧了市场上芯片供应的短缺。以车载芯片为例,2021年初,福特、丰田、戴姆勒等一众企业因芯片不足相继减产甚至停产部分车型。

  第四,数字化进程加速,芯片需求持续上涨,预计“缺芯”困境仍将持续,全球半导体产业链调整势在必行。

  如果说疫情造成了芯片短期供给不畅,那么数字化进程的加速则导致了芯片需求的持续增长。一方面自动驾驶汽车、人工智能、工业互联网等新的芯片需求市场不断被数字化创造出来。另一方面居家办公、智能家居、虚拟现实等工作生活娱乐方式也在数字时代不断普及,由此导致的是全球芯片需求的不断攀升。

  据IC Insights统计,2021年全球芯片市场价值约为5500亿美元,并预测到2030年全球芯片市场预计将超过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。

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  各方展开新一轮竞争

  鉴于芯片半导体在数字化时代生产结构中的重要地位,各主要经济体对于与之相关的、具有重要战略性质行业部门的产业政策表现出了极大的兴趣。相关主体开始推进各种措施,不仅仅是在投资方面,还包括税收、贸易、监管和反垄断等一系列手段,支持本国战略产业的发展。

  因为芯片半导体产业的特殊性质,技术和资本密集程度高,使得在新的一轮产业竞争中,参与者的数量远远少于工业时代,目前只有欧盟、美国、韩国、日本、中国大陆和中国台湾等为数不多的参与者, sicko仅上述国家和地区就占据了半导体产业价值链的96%(2019年),全球芯片生产能力的93%(2020年)。为了进一步巩固优势,各主要行为体围绕芯片半导体产业展开新一轮竞争。

  目前欧洲在全球半导体制造业上的产能已经从2000年的24%下降到今天的8%。为了改变这一劣势,2021年3月,欧盟委员会发布《2030数字罗盘:欧洲数字十年之路》,提出欧盟生产的尖端半导体要在2030年达到全球总产值的20%,在减少对外部供应链的过度依赖的同时重塑欧洲高端制造业竞争力。

  2022年2月,欧盟委员会公布《芯片法案》,要求欧盟在2030年之前,投入430亿欧元资金,支持芯片设计与制造,强化欧洲在技术方面的领导力。为响应此号召,2022年3月,芯片巨头英特尔宣布将在未来十年内投资800亿欧元,在德法等国建设从设计到制造全覆盖的芯片产业链。

  2022年2月,美国众议院通过了近3000页的《2022年美国竞争法案》,该法案将对美国半导体研究和制造提供520亿美元的拨款和补贴,用以解决汽车和电脑零部件问题,同时提供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《半导体十年计划》(2020)、《美国芯片法案》(2020)、《美国创新与竞争法案》(2021)等,旨在促进美国半导体制造业的投资,以及半导体模拟硬件、工业电子和计算机相关的研发与生产。

  在美国的政策推动下,2020年5月全球半导体代工企业台积电(TSMC)宣布在美国亚利桑那州增建5个代工厂,2022年初英特尔也宣布将投资200亿美元在美国俄亥俄州新建两个半导体工厂。与此同时,美国正在积极游说韩国、日本、中国台湾,试图组建芯片四方联盟,以控制全球半导体产业链。

  2021年5月,韩国发布《K—半导体战略》,建设“K—半导体产业带”,力求在2030年将韩国打造成综合性半导体强国,主导全球半导体供应链。

  为此,政府将在税收减免、金融和基础设施等方面对相关企业进行支援,最高税额抵扣幅度将达到50%。另外,韩国政府还将设立1万亿韩元的半导体设备投资特别基金。

  方案出台后,以三星和SK海力士为代表的153家企业积极响应,承诺将在2021-2030年期间共计投入510万亿韩元(约合4510亿美元),力求在原材料、零部件和尖端设备和系统半导体方面取得突破。与此同时,韩国业界加强和全球唯一EVU光刻设备公司ASML的联系,后者将投资2400亿韩元在韩国京畿道建设EVU综合集群。

  日本也不甘落后,2021年6月,日本经济产业省发布《半导体数字产业战略》,将半导体行业视为与食品能源行业同等重要的“国家项目”(national project),借此寻求扩大日本国内半导体生产能力。

  为实现此目标,日本政府将实施“加快建设物联网半导体生产基地”“促进美日半导体技术合作”以及“创新可以改变‘游戏规则’的新技术”的三步走战略规划,从国家层面确保半导体的供给能力。

  日本政府将提供超越一般产业政策的“特殊待遇”,以吸引海外芯片半导体代工厂尤其是台积电赴日投资。为此日本将在新能源与产业技术综合开发机构(NEDO)中设立数千亿日元的建设基金,以及最高50%的半导体生产工厂的建造费用补贴。

  中国大陆近年来也不断出台相关政策以推动国内半导体产业发展。2016年国务院发布的《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》强调了提升核心基础硬件供给能力。2019年发布的《财政部 税务总局关于集成电路设计和软件产业企业所得税政策的公告》,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产业和软件产业高质量发展的若干政策》,再次从税收和经费支持等角度鼓励芯片和集成电路产业的相关研究与发展。

  《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》也写入集成电路相关内容,将大力攻关集成电路领域,着力解决高端芯片基础元器件等“卡脖子”问题,加快自主创新步伐。

  中国台湾地区拥有世界最强的半导体制造代工能力,几乎在所有制程范围均占据重要地位。目前仅有中国台湾地区和韩国拥有10纳米及以下的晶圆制造代工能力,台湾更是占据了全部代工生产份额的92%。

  在全球芯片短缺的背景下,台湾代工企业加大了相关投入,台积电预估2022年资本支出将达到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。

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  竞争加剧的动因

  芯片半导体产业并非仅仅是一个经济问题或者市场问题,因为行业的特殊性质,越来越多的国家和地区把它当作一个战略问题,因而在国际上越来越具有政治色彩。这主要是由于以下三个因素造成的。

  首先,全球经济数字化。

  全球经济的迅速数字化使得国家愈加重视芯片半导体产业。从生产方式上看,以芯片为核心元器件的移动互联网、物联网、超级计算机等新技术的广泛运用对原先的生产结构造成了颠覆性影响。从生活方式上看,新冠肺炎疫情使得基于芯片的数字技术和产品的应用成为生活的必需。从规模上看,2020年全球47个国家数字经济增加值规模高达32.6万亿美元,占GDP比重为43.7%。另外半导体产业对GDP的增长也具有巨大的推动作用。

  随着全球数字化进程的加速,以人工智能(Artificial Intelligence)、区块链(Blockchain)、云计算(Cloud Computing)和大数据(Big Data)为代表的新兴产业成为数字时代全球竞争的关键,而作为上述产业的核心元器件芯片以及整个半导体产业便成了支撑国家数字化进程的关键。因此,全球主要国家均把目标投向了这些领域,纷纷出台政策,以支持相关产业发展。

  其次,竞争主体的国家化。

  第三次工业革命开始于20世纪50年代,主要以原子能、电子计算机和空间技术为代表,这些技术主要是以美苏争霸为核心目标由国家设项和投资而发展起来的,并非市场自由竞争的结果。

  如今人类社会正处于第四次工业革命初创时代,无论是人工智能、区块链、云计算、大数据等新技术新业态,还是半导体、芯片等更为基础的产品,背后都有国家的支持。各主要经济体都把促进技术创新和数字进程作为政府的核心任务并加以扶持。可以说,在数字时代的全球化竞争中,国家才是竞争的主体。

  以欧盟为例,“欧洲共同利益重要项目”(IPCEI)是《欧盟运作条约》规定的一种国家援助形式,2018年之后,欧盟先后批准了有关微电子和电池的三项IPCEI项目,并建立了IPCEI战略论坛,作为欧洲战略自主的重要工具。对于半导体,欧盟成员国正在积极讨论与此相关的新的欧洲共同利益项目,试图通过国家援助来促进该行业的突破和发展。

  最后,产业链问题的安全化。

  当国家纷纷把促进本国数字经济发展作为政府的主要推动目标时,原先盛行的自由市场理念逐渐让位于政治考量。同时,近年来国际、国内两个层面上的贫富分化造成了全球各地民粹主义和逆全球化势力的崛起。

  其政治后果是特朗普式的人物纷纷走向政治前台,各国政府开始实行经济民族主义政策,经济失衡问题被迅速地政治化,先前建立起来的相互依赖的经济体系转而成为各国危机感的来源。

  在中美经贸摩擦和新冠肺炎疫情的冲击下,这种不安全感被迅速放大,于是各国开始寻求降低关键行业和领域的对外依存度,以寻求供应链安全。

  全球半导体产业链几乎掌握在少数几个参与者手中,因此造成了国家对少数企业以及特定国家和地区的极端依赖,在全球地缘政治的背景下,这种依赖从心理上带来严重的不安。为了促进更为平衡的相互依赖关系,各国纷纷出台政策措施,寻求建立一个安全和弹性的供应链,确保本国在芯片供应上不再简单依靠某一国家或公司。

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  中国面临的挑战与机遇

  新冠肺炎疫情加速了全球数字化进程,同时加剧了供应链领域的安全化倾向,使得全球主要大国在芯片半导体领域展开了一场安全竞赛。经济与政治交互影响,世界百年未有之大变局加速演进,对于中国来说,既是机遇也是挑战。

  挑战主要是两个方面。

  其一,技术挑战。目前我国半导体产品主要集中在半导体材料、晶圆制造和封装测试等中低端领域,半导体产能也主要集中在28纳米以上的成熟制程。

  技术水平差异导致我国需要大量进口中高端半导体产品,其中CPU、GPU、存储器等领域几乎全部依赖进口。据海关总署统计,我国半导体设备国产化率不足20%,仅2021年的进口额度就高达4325亿美元。本土技术水平成为制约我国半导体产业发展的最大瓶颈。

  其二,国际政治挑战。美国政府力图将美国半导体企业迁至美国本土、日本以及韩国等控制力所及的地区,即使在新冠肺炎疫情冲击之下,全球芯片短缺之时,拜登政府仍然拒绝了英特尔公司在中国扩大生产的计划,以避免中国大陆获得先进制程的能力。不仅如此,美国还加大了对华为等中资企业的制裁力度,打压中国高科技企业发展,以防止中国对美国主导的互联网架构形成威胁。

  在疫情和地缘政治的双重冲击下,全球芯片半导体产业必然会迎来一个结构性调整的时期,这是中国优化产业结构、提升价值链的重要机遇。

  第一,美国对中国的打压使自由市场的神话破灭,打破了国人心中“造不如买、买不如租”的幻想,进一步坚定了中国自主掌握尖端科技的决心和步伐。

  第二,美国的“芯片禁令”,客观上为中国企业提供了极为宝贵的国内市场资源。以化学机械抛光设备为例,2017年美国应用材料、日本荏原占据了98.1%的国内市场,而今中电科电子装备集团制造的8英寸抛光设备已经夺回了70%的国内市场。

  第三,政府投入的增加保障我国芯片半导体产业高速发展。2014年国家集成电路产业投资基金成立,首期募集资金就超过1387亿元人民币,其中集成电路制造占比67%。根据中国半导体行业协会数据,我国集成电路制造行业规模逐年增长,2020年为2560亿元人民币,同比增长19.11%,产量为2614.70亿块,同比增长19.55%。

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  提升战略自主性的探索路径

  为确保芯片供应链安全、提升本国高端制造业竞争力,同时强化自身在国际竞争中战略自主能力,政府更要有所作为,有意识地对芯片半导体产业加以扶持和引导。

  首先,充分认识到芯片半导体产业的战略性质,并把它当作战略工程来做。

  新中国核工业和航空航天事业在他国封锁下仍然取得巨大突破,除了其自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。鉴于数字时代半导体产业对于国民经济发展和国家安全的重要作用,以及我国半导体产业落后以至于在关键领域被别人“卡脖子”的现实情况,我国应把促进芯片半导体产业发展作为一项国家战略工程加以系统推进。

  其次,加强政府的引导和规划,强化顶层设计。

  从操作层面上讲,创新的主体还是各类企业和科研机构。在产业发展初期,技术创新所需要的各种配套措施往往需要大量资本投入,市场主体往往难以承担如此巨大的成本和风险,因此需要政府这只看得见的手加以支持。

  一方面政府确定半导体产业发展的长期路线图,在不同的发展阶段因地制宜地采取相应的投资、税收、财政以及知识产权等相关配套措施;另一方面也要以宏观调控为手段,在半导体产业链的各个环节进行全国性的资源调配,建立完整的产学研创新体系,为本土技术创新和企业发展提供良好的发展环境。

  再次,加快人才培养和引进力度。

  半导体行业的竞争,很大程度上是全球顶尖科技人才的竞争,各国都面临着人才缺口,我国更是如此。我国的芯片半导体产业起步于20世纪90年代,相关从业人员主要集中在制造领域,且数量和质量均难以满足行业需求。据中国电子信息产业发展研究院预测,2022年我国集成电路人才缺口将达到25万。

  因此,要加大相关人才培养。一方面,加强通用型基础理论研究、技能培训和教育投入,培育本土知识和技术精英。另一方面,建设国际人才引用和归化制度,从国际国内两个面向进行人才建设。倡导各大高校、企业和科研机构联合培养各类专业人才,强化人才供给。只有聚天下英才而用之,才能从根本上提升自身在芯片半导体产业上的战略自主性。

责任编辑:张迪



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