文/龍學文 等
加速發展以芯片爲基礎的一系列高新技術産業，減少對進口芯片的依賴，使我國真正成爲科技強國。
芯片是高端電子設備制造業的關鍵，在“中國制造”向“中國智造”的轉型過程中，我國對芯片需求不斷增加。但國內芯片企業大多只涉及中低端設計和制造，不能完全滿足高端科技産業的需求。
在中美貿易摩擦和新冠疫情影響下，中國要想走自主創新之路，成爲科技強國，必須加速發展以芯片爲基礎的一系列高新技術産業，提高國産替代率，減少對進口芯片的依賴。
“十四五”規劃在打造數字經濟新優勢方面強調，要“聚焦高端芯片、操作系統、人工智能關鍵算法、傳感器等關鍵領域”。
近年來，爲推動和支持芯片産業發展，國家陸續發布一系列産業扶持政策，並成立了國家集成電路産業投資基金（簡稱大基金），爲芯片産業注入資金和活力。
但總體來看，我國芯片行業自主可控能力仍然有待加強。雖然我國在封裝測試（以下簡稱封測）等子領域有一定的領先優勢，但在芯片設計及高端制造領域仍存在不小差距。
爲更好促進我國芯片産業的快速健康發展，本文總結分析了一些國家和地區芯片産業發展的經驗，爲我國芯片産業發展提出了相關建議。
中國芯片發展現狀及問題
1.中國芯片發展現狀
芯片産業涉及的環節複雜，産業鏈較長，資本壁壘和技術壁壘都非常高。我國芯片技術在整體上較爲落後，自主可控情況不太樂觀。
在芯片設計環節，國産替代率較低，尤其是高端芯片設計比較薄弱。即便是華爲海思和紫光展銳這些國産芯片企業的佼佼者，其架構授權的核心也沒有做到完全自主可控。
在芯片制造環節，國內領先的中芯國際、廈門聯芯與世界領先的三星、台積電等巨頭制程相差兩到三代。芯片封測是在技術上最接近世界水平的環節。長電科技收購新加坡星科金朋後，市場份額跻身全球第三。
在芯片材料設備領域，材料市場幾乎由日本企業壟斷，高端加工設備供應商則主要爲荷蘭、日本和美國企業。
總體而言，唯有封測環節，中國企業已跻身世界第一梯隊，做到了一定程度上的自主可控。
2.中國芯片發展存在的問題
（1）設計能力有待加強，亟待建設生態系統
國內的芯片設計更多集中于中低端産品，即便是可以設計出高端芯片的企業，也未能構建自己的生態系統。
長期來看，只有建立自己的生態系統，從上遊的設計環節就開始主導産業鏈發展，才能形成集聚效應和規模優勢，實現真正的自主可控，保持長久的生命力。
（2）材料設備依賴進口，高端制造有待提升
芯片材料的技術壁壘比較高，核心技術主要掌握在美國、日本等國家手中，我國大部分材料自給率不到30%，主要依靠進口，成本很高。光刻機是芯片制造的必需設備，目前我國尚未實現光刻機的大規模生産。
從整體上看，中國芯片産業更多集中在後端工藝，上遊基礎原材料、芯片設計等核心技術仍掌握在國外廠商手中。
（3）應用領域比較狹窄，通信芯片仍有差距
目前國産芯片的應用範圍有限，在很多應用領域都沒能有效開拓市場。超級計算機的芯片和手機的通信芯片是國內芯片企業做得比較成功的領域。
中國在美國的遏制之下研制出了自己的神威芯片，並在超級計算機領域形成了“天河、神威、曙光”三足鼎立的格局；華爲海思在手機芯片研發上具備較強的技術實力，助力華爲在通信芯片世界市場上占據一席之地。
但在其他領域，國産芯片很難進入市場。
芯片産業的世界經驗
1.世界市場發展狀況
（1）美國
美國是全球範圍內芯片産業的巨頭，建立了較爲完備的産業鏈，在産業鏈上的各個環節都有一定的技術實力。目前，主流的芯片架構包括X86、MIPS和ARM三種。
在模擬芯片設計方面，美國有德州儀器和ADI兩大巨頭。
其中，德州儀器産品覆蓋範圍最全，搶占了2020年約20%的市場份額。在高端數字芯片領域，美國更是一騎絕塵，英偉達和AMD這兩家美國公司幾乎壟斷了整個GPU設計市場。
此外，美國芯片産業在FPGA設計市場也擁有絕對的領導地位，主要公司包括賽靈思、阿爾特拉（Altera）和萊迪思（Lattice）等。
在芯片制造領域，美國具有全球一流的技術水平。
英特爾的10nm節點芯片規格可與我國台灣地區台積電的7nm節點芯片競爭；以格羅方德（Global Foundries）爲代表的晶圓代工廠具備12nm特征尺寸先進節點；德州儀器、ADI和美光科技等公司則以IDM模式爲主，具備領先的存儲芯片和模擬芯片制造能力。
芯片設備更是美國芯片産業的傳統優勢。
以科天（KLA-Tencor）爲代表的芯片量測和檢測設備廠商處于行業領導地位；泛林（Lam Research）在刻蝕和薄膜沉積領域具備領先優勢；應用材料（Applied Materials）公司則在薄膜沉積、刻蝕和離子注入方面處于領先地位。
綜觀美國芯片産業的發家史，其之所以保持全面領先的地位，主要是采取了具有遠見的國家發展戰略。
20世紀80年代之前，美國政府就制定了扶持芯片産業發展的國家政策法規（見表1），高度重視研發創新和高科技研發人才的培養，主要依靠國防采購創造大量芯片需求，確立先發優勢，迅速崛起成爲全球芯片霸主。
因此，美國芯片産業的繁榮一定程度上也可以歸爲“國家意志和軍方扶植的産物”。美國的芯片産業曾一度被日本超越，發生了芯片産業“第一次産業轉移”（見圖1）。
但在《國家研究法案（NCRA）》框架下的SEMATECH計劃等一系列産業政策的大力支持下，美國芯片産業通過調整戰略發展方向、深耕Logic和微組件等高附加值的産品，又重新回到了世界霸主的地位。
國家政策對芯片産業發展的重要性在美日芯片産業激烈競爭的過程中體現得淋漓盡致。
值得指出的是，美國芯片産業國家政策能夠成功的關鍵不僅在于産業發展方向的戰略性把握，還在于與時俱進、持續不斷的R&D（研發）投入支持。
1999―2019年複合年均增速爲6.3%的R&D投入確保了美國芯片産業的長期活力與生命力（見圖2）。
特別地，2019年美國芯片産業R&D投入占全球芯片産業R&D投入的一半以上，而這些R&D投入至少有40%來自國家層面的支持。
相較于美國，中國芯片産業目前的R&D投入尚處于起步階段，2019年芯片産業R&D投入僅占GDP的0.01%，投入水平遠低于美國，可謂任重道遠。
（2）荷蘭
ASML（阿斯麥）是荷蘭的光刻機制造公司，也是全球唯一的高端光刻機生産商。
在複雜的芯片産業中，荷蘭憑借著在光刻機領域的領先地位，成爲芯片産業鏈上不可缺少的一環。
ASML的成功，與其說是荷蘭的成功，不如說是各國合作的結果。ASML像一家“沒有國界”的企業，資金、技術來自四面八方，其生産的光刻機超過90%的零件是從外部采購的，如鏡頭配件來自德國，光源技術來自美國等。
這樣的模式使ASML可以在整個設備的不同部位同時獲得世界上最先進的技術，從而可以集中精力在部件整合和客戶需求上做文章，在日新月異的芯片行業中取得相對競爭優勢。
此外，ASML每年人均研發經費名列歐洲第二，吸引了全球大量的優秀人才，這也是ASML能夠“獨步全球”的重要原因。
（3）德國
德國是傳統工業強國，在部分芯片領域也有可圈可點的表現。
薩克森州的德累斯頓被譽爲“德國硅谷”，是德國最大的半導體産業基地，也是歐洲最大的半導體、電子技術和微電子技術的行業聯合會所在地，德國政府通過微電子與納米電子研究工廠、半導體企業設備和能力升級等項目爲該區域持續撥發資金。
德國政府對芯片産業的政策支持不僅打造出遠近聞名的德累斯頓微電子産業集群，也培養出英飛淩、Dialog等著名芯片企業。德國的英飛淩曾經是西門子的半導體部門，于1999年拆分出來，在2020年已成爲全球十大半導體制造商之一。
英飛淩在模擬和混合信號、射頻、功率及嵌入式控制裝置等領域掌握尖端科技，其生産的手機芯片、汽車功率芯片在世界範圍內都是佼佼者。
（4）日本
日本芯片産業的發展總體上經曆了技術引進、自主發展、趕超美國和衰退四個階段。
日本政府早在1957年就頒布了《電子工業振興臨時措施法》，支持本土企業積極引進學習美國的先進技術，隨後又于1971年和1978年分別頒布了《特定電子工業及特定機械工業振興臨時措施法》和《特定機械情報産業振興臨時措施法》，進一步鞏固了以半導體爲核心的信息産業發展。
自2001年起，日本政府先後又實施了19個産業集群計劃，爲芯片産業提供支持。日本政府早期制定實施的産業政策爲其本土半導體企業提供了大量R&D經費支持。
1976―1979年，總計737億日元的R&D經費中有39.5%來自日本政府補助金（291億日元），這爲日本突破16K的DRAM存儲器技術並逐步在20世紀80年代初（1982年）實現趕超美國創造了良好的資金條件。
然而好景不長，在20世紀80年代末至90年代，因爲日美“半導體戰爭”，長期以來在産業結構上以“垂直整合”模式爲主、在産品結構上以DRAM存儲器取勝的日本企業，面臨著産業結構變化與産品市場調整的雙重壓力，實力遭到嚴重削弱，在手機芯片、電腦芯片等通用芯片市場的國際競爭力逐漸減弱，由此慢慢進入衰退期。
但以東京電子、東京應化和日本合成橡膠（JSR）等爲代表的日本企業仍牢牢扼守世界芯片産業供應鏈上遊，在材料與設備環節保持了長期的相對優勢。
（5）韓國
韓國的芯片産業在政府主導下已經發展出許多知名品牌，進入世界第一梯隊。
韓國的芯片企業通過自主研發、外包代工的方式，構建起龐大的産業鏈，催生出以三星和SK海力士爲龍頭的芯片公司。
三星擁有比較完整的芯片産業鏈，在技術含量較高的設計和制造領域也具有國際一流水平。
在DRAM存儲器領域，三星、SK海力士和美國的美光科技共同瓜分了全球DRAM份額，形成了寡頭競爭的格局。此外，三星與SK海力士在NAND Flash領域的産業地位也十分突出，共同占據了全球四成以上的市場份額。
韓國芯片産業生機勃勃的現狀離不開韓國政府的大力支持。1975年，韓國政府公布了扶持芯片産業的六年計劃；1982年，又出台了《半導體工業扶持計劃》；1994年，韓國政府進一步推出了《半導體芯片保護法》。
此外，韓國政府還積極鼓勵企業與高校合作，通過“半導體設計人才培育項目”爲芯片産業培養輸送高端人才。
這些“自上而下”的産業政策及配套人才項目爲韓國吸引全球芯片産業“第二次産業轉移”創造了良好的條件。
但是韓國的芯片産業並未完全擺脫國外的影響，日本經濟産業省曾在2019年限制對韓國出口日本半導體核心上遊原材料、智能手機及電視等顯示屏的核心原材料，這些關鍵材料的限制對三星、SK海力士等公司的相關業務産生了重大影響，對韓國經濟也造成了一定的打擊。
（6）俄羅斯
俄羅斯的工業基礎雄厚，但是較爲發達的科技都是與軍工密切相關的，民用工業發展落後。
雖然俄羅斯政府大力支持芯片産業發展，但是受蘇聯解體造成的經濟困難和人才斷檔的影響，其芯片産業仍處于落後水平，電子元器件進口依賴程度超過90%。
俄羅斯在軍用芯片領域保持領先地位，自主研發的武器全部使用國産芯片。
從2014年烏克蘭危機以來，俄羅斯受到西方一輪又一輪的制裁，但仍能一批又一批地推出世界一流的新武器，主要是因爲軍事武器更加注重芯片的穩定性和安全性，對芯片的微型化要求不高。
我國在軍用電子元件上的自主化程度甚至比俄羅斯還要高很多，軍用的CPU、DSP、T/R組件等關鍵電子元件全部國産化。
但同俄羅斯一樣，在民用芯片方面，如手機芯片、電腦芯片等，還是嚴重依賴于美國。
（7）中國台灣
中國台灣的芯片産業在兩個領域處于全球領先地位：芯片的生産制造和封測。
芯片制造企業台積電掌握了全球約60%的晶圓代工訂單，其領先全球的芯片制造技術甚至引發了美國的觊觎。日月光則在芯片封測領域取得了豐碩的成果，占據全球20%的封測市場份額，在封測企業中排名世界第一。
此外，在芯片設計環節，以CD-ROM芯片組起家的聯發科也很有實力，目前已經位列全球前十大IC設計廠商。
中國台灣能培育出台積電、日月光、聯發科等知名芯片企業，在一定程度上可以歸爲曆史原因。在20世紀冷戰時期，中國台灣沒有受到美國的技術封鎖，芯片産業具有先發優勢。
但是，現在中國台灣缺乏産業扶持力度，缺乏産業主導能力， DRAM存儲器産品在性能、價格、品牌等方面都處于劣勢。
2.世界經驗總結
根據美國、日本等國家和地區的芯片産業發展經驗，若想在芯片産業取得成功，必須堅持以下五點。
一是需要政府強有力的政策支持。
美國、日本等國家在芯片産業方面領先全球，離不開20世紀80年代前政府制定的扶持芯片産業國家戰略。
芯片産業是資金壁壘、技術壁壘都比較高的産業，政府投入大量資源，可以幫助本國企業迅速成長，由政府核心部門、産業鏈上下遊的主導企業、技術實力強大的科研機構組成官産學組織，對芯片核心技術的突破起到關鍵作用。
二是要建立完備的産業生態。
美國在芯片行業建立起了全球領先的産業體系，日本形成了自己的産業集群，韓國三星擁有比較完整的芯片産業鏈。
美國芯片産業之所以能夠一直保持領先，而日本、韓國還會或多或少受到其他國家的制約，是因爲美國擁有完備的産業生態，先發優勢支撐其技術穩步前進。
三是在領先領域繼續保持優勢。
多數國家和地區很難做到像美國的芯片産業那樣全面開花，但是如果能把握好自身的優勢並使之不斷擴大，也可以在世界市場上占有一席之地。
例如，日本的半導體材料和設備企業就牢牢扼住了全球芯片産業的上遊環節；中國台灣在芯片封測領域占有全球一半以上的市場；荷蘭的ASML公司則把握住光刻機的核心技術；德國的英飛淩在手機芯片、汽車功率芯片領域表現出衆。
在已經有領先優勢的領域繼續擴大優勢，目的是形成核心競爭力，擴大競爭優勢，逐步實現自主可控。
四是要大力培養和引進芯片行業人才。
政府站在國家戰略高度培養和引進人才，爲芯片行業的發展從源頭上提供了動力。企業和高校之間進行合作，也爲産業培養出兼具高端技術與實踐經驗的複合人才。
五是培育自主品牌，打破技術壟斷。
20世紀70年代，美國停止向日本出口芯片産品，導致日本電子計算機在美國的市場份額從80%迅速跌至不足30%，産業受到毀滅性打擊。在認識到芯片的關鍵作用後，日本發動舉國之力進行研發，主動應對技術壟斷，芯片産業逐步發展。
如今，我國華爲等企業以自己的技術實力打破壟斷，打造自主品牌，只有這樣才能在遭遇技術壟斷時自立自強。
對我國芯片産業發展的啓示
1. 培育自主品牌，提高核心技術
加強芯片産業創新，培育自主品牌，提高産業核心競爭力。單純依靠技術引進不是實現芯片産業高質量快速發展的捷徑，只會陷入尴尬的被動局面。
中國應繼續堅定不移地站在國家戰略的高度，制定更加清晰的長遠規劃和強有力的産業政策，加大政策支持和R&D投入的資金支持力度，鼓勵芯片企業提高技術實力，加強企業創新，提高産業核心競爭力。
與此同時，在提高國産替代率的過程中大力培育自主品牌，積極促進自主品牌“走出去”，在國際市場搶占份額，參與國際標准的制定。
2. 注重優勢領域，實現彎道超車
要想實現彎道超車，必須抓住新一代信息技術革命的機遇，注重優勢領域的發展，繼續擴大優勢。
一方面，以華爲爲代表的國內企業在通信芯片上有一定的領先優勢，國內企業要加快自主創新步伐，沖破技術壟斷；另一方面，面對以ABCD（人工智能、區塊鏈、雲計算、大數據）爲代表的科技興起，要抓住隨之而來的機遇。
具體來看，雲計算屬于分布式計算，對芯片單核計算能力的要求下降；大數據改變了傳統計算模式，對數據中心的依賴程度顯著下降；人工智能則幾乎重新分配了計算任務，計算任務開始從傳統的CPU轉到GPU、FPGA、IPU等芯片，相比CPU，後者的技術壁壘還沒有完全建立，我國在這些芯片領域有所突破的可能性更大；而物聯網則帶來了泛在計算，中國在嵌入式芯片領域已經具有一定的技術積累。
3. 加強基礎研究，培育芯片人才
加強産學研結合，培養和引進芯片專業人才。
人才是技術提高的源泉和動力，中國必須加快培育和引進高端芯片技術人才，以高效的激勵機制吸引人才，以良好的研發環境留住人才。
培養人才與引進人才兩手抓，一方面重視本土人才培養，提供更多的資金和政策支持，打造良好的基礎研究氛圍，派遣專業人才去深造，再回國爲祖國效力；另一方面加強高端人才引入，助力國內的研究與創新。
4. 完善布局結構，打造産業生態
完善芯片産業鏈的布局結構，多方位構建起完備的生態體系。
◎ 第一，完善科研創新落地程序，促進科技成果轉化和産業化。
◎ 第二，打造以芯片研發與制造爲核心、關聯産業爲支撐的全産業鏈，將發展的重點放在核心産品上，不斷完善整個産業生態圈。
◎ 第三，完善公共服務支持體系，營造良好的營商環境和培育創新文化，鼓勵企業使用國産芯片。
◎ 第四，加快金融市場建設，鼓勵民間資本投入芯片産業，爲技術創新和技術擴散提供有力的資金支持，從而實現芯片全産業鏈發展，打造我國芯片産業新生態。■
作者單位
龍學文 任禹凡 中國人民大學財政金融學院
屈博 中國互聯網金融協會
本文發表于《企業管理》雜志2021年第12期