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陆斐 刘小玲:上海提升集成电路产业链现代化的路径研究

发布时间:2022-05-26 发布来源:亚博体亚博欧冠赞助商

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引言

产业链是指各个产业部门之间基于一定的技术经济联系和时空布局关系而客观形成的链条式关联形态。产业链现代化是在可实现技术突破、供给保障和服务应用基础上的更高层次要求。1其核心要素包括:产业基础能力的提升,产业链控制力的增强,产业链的联动发展。2产业基础是指为产业发展提供基本支撑的一切要素,其起决定性作用的是关键核心技术和从业人员规模。产业链控制力是指主导整个产业的竞争优势和发展态势,对更复杂的市场不确定性的应对能力,产业链控制力越强则产业链韧性越强,其核心要素是该地区的产值规模以及是否拥有产业链某个环节的龙头企业。产业联动发展是指从整个区域层面建立产业生态网络,进而催生技术创新的集群效应、产业链的跨界和区域联动发展,其核心要素是该地区的产业分工体系和创新集群。产业链现代化及其核心要素的关系如图1所示。


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 图1 产业链现代化的核心要素


集成电路产业作为新一轮产业变革的核心驱动力,也是现代经济社会发展的基础性、先导性产业,战略地位愈发凸显。当前全球数字化进程正在加速,2020年全球芯片市场在面临诸多不确定因素下依然保持了正增长,市场销售规模达4404亿美元,同比增长6.8%;展望2021年,全球芯片市场销售规模将进一步增长8.4%,有望再创历史新高。3与此同时,作为集成电路产业领头羊的美国,一方面持续打压我国高科技发展,另一方面也在加紧出台促进芯片发展的法案——2021 年颁布《美国芯片法案》(CHIPS for America Act);美国国会还正在考虑通过《晶圆厂法案》(FABS Act),推动半导体投资税收抵免,预期范围会扩大到包括制造和设计的资本支出,以帮助加强整个半导体生态系统。4在制造设备、材料占据全球优势的日本,也在2021年6月出台了《半导体战略》。该战略认为日本应在先进工艺制造和研发、先进封装领域加大投入,并提出未来 5-10 年发展目标和项目投资计划,计划由经产省牵头,由政府投入 24000 亿日元(约 240 亿美金),撬动日本产业界、教育界以及其他国家和地区优质资源(含 IBM、ASML、台积电、IMEC 等),大力发展日本半导体产业,避免产业空心化。52022年2月,欧盟委员会酝酿已久的《欧洲芯片法案》(A Chips Act for Europe)正式出台。这份从去年筹备至今的法案长达22页,计划投入超过430亿欧元(约3126亿人民币)资金,要提振欧洲芯片产业,降低欧洲对美国和亚洲企业的依赖。


上海是我国最重要的集成电路产业最重要的集聚地之一,了解上海集成电路产业链发展现状及其特点和短板,有助于了解全国集成电路产业图景,并为我国关键核心技术自立自强、产业链现代化提供决策参考。



01


上海集成电路产业链现代化的表现及其短板


1.1 上海集成电路产业链的主要特点


结合上文提到的产业链现代化的核心要素,上海集成电路产业链主要表现出如下特点:


(1)掌握一批产业发展关键核心技术


集成电路产业链一般分为:设计——制造——封测——装备与材料。在设计环节,部分企业研发能力已达5纳米,紫光展锐的手机基带芯片市场份额位居世界第三;在制造环节,中芯国际(上海)已实现14纳米工艺量产,产品良率已达95%,正在争取实现12纳米工艺的规模量产和7纳米工艺关键技术突破,代表了中国大陆自主研发集成电路的最先进水平;在封测环节,上海积极引进世界先进的封装形式和测试技术,逐步在FC-BGA、CSP、Bumping、TSV、RDL、SiP和2.5D/3D等先进封装技术上实现了覆盖;在设备和材料环节,上海微电子装备公司承担着国产光刻机设备发展的使命,可满足集成电路前道制造90纳米、110纳米、280纳米关键层和非关键层的光刻工艺需求。


(2)集聚一批高层次人才


根据上海市半导体行业协会统计的数据显示,2020年上海市集成电路产业从业人员在23万人左右,其中硕士、博士及以上技术人才占比为18%左右,高学历人才数量远高于其他省市。在学历教育方面,有复旦大学、上海交通大学和同济大学的3所示范性微电子学院;在继续教育方面,拥有上海市集成电路行业协会、上海硅知识交易中心等承担着人才实训基地建设,同时大力推动产教融合工作,持续为集成电路产业发展提供保证。


(3)拥有影响供需平衡的产业规模


产业链现代化水平要求相关地区的产业必须具有一定的经济规:蜕芰。产业规:蜕芰Σ唤鍪侵圃煲档牡匚缓褪盗Φ奶逑,更能保障产业链的安全可控,增强产业韧性和抗风险能力。6根据中国半导体行业协会的数据,从2015年起我国集成电路市场规模每年上升1000亿元,2020年产业销售规模为8848亿元。上海集成电路产业销售收入为2071.3亿元,占全国比例21%,且持续多年保持在20%以上。


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图2 上海集成电路产业销售规模

资料来源:课题组根据中国半导体行业协会、上海市集成电路行业协会相关数据整理


2020年,设计业、制造业、封测业和设备材料业占上海集成电路产业总销售额比重分别为46%、22%、21%和11%。相比于2015年,设计业占比从32%提升到46%,强化了引领作用;封测业从36%下降到21%,制造业和设备材料业占比保持相对稳定,整体产业结构更加优化。



设计环节

制造环节

封装测试环节

设备材料环节

销售收入(亿元)


954.2

467.2

430.9

219.1

占上海集成电路产业链比重(%)


46.10

22.6

20.8

10.6

占中国大陆产业链产业比重(%)

25.30

18.2

17.2

19.8

表1 上海2020年集成电路产业链各环节收入及其占比

数据来源:课题组根据中国半导体行业协会、上海市集成电路行业协会相关数据整理


(4)拥有产业链环节的龙头企业和拳头产品


产业链现代化水平要求相关地区集聚一批掌握本领域主导话语权的大型企业,以及有一批细分领域的“专精特新”隐形冠军企业。在集成电路设计环节,上海有321家企业(占全国比例14.5%),其中18家销售额超过10亿元(占全国比例6.2%)。即使在长期被国外公司所垄断、门槛较高的汽车电子芯片领域,上海也有一批企业耕耘多年,如:黑芝麻、地平线、华大半导体、博通。在制造环节,华虹宏力拥有8英寸晶圆生产线共3条,合计产能17.8万片,是目前国内产能规模最大的8英寸晶圆制造企业。在封测环节,聚集了包括日月光、安靠、晟碟半导体(SanDisk)、捷敏电子等国际国内重点封测企业。在设备材料环节,共有企业约43家,规模较大的内资或内资控股半导体设备制造和材料企业共有19家,占比接近50%,上微、中微和盛美等龙头企业的产品已经有逐步替代国际产品的能力。


(5)形成协同有效的产业分工体系


上海的集成电路产业链的中外资企业充分参与了全球价值链的分配,在多轮资源优化后,形成了产业链内各企业分工明确的生产要素整合,在设计、制造、设备等环节都出现了国内领先的头部企业,对上海及国内制造业数字化转型中产生的芯片需求形成了有效协同。同时,上海的自贸区模式,促进了生产环节间流转效率、降低了流转资金成本,支持了晶圆从简易封装到成品等多元销售模式。


(6)在上海本土以及长三角形成了创新集群


波特(Michael Porter)认为,在一个区域的经济体系中,有竞争力的产业通常不是均衡分布的,国家的产业竞争优势趋向集群式分布。7由此形成了具有一定地理范围特征的创新集群。集成电路产业在上海乃至长三角也具有明显的集群效应。


从1996年承载着“国芯梦”的“909”工程在上海浦东立项开始,浦东已经成为我国集成电路产业链最完备、综合技术水平最先进、自主创新能力最强的地区之一。比如,在芯片设计环节,上海市集成电路设计企业超过50%来自张江,已经形成了100多项领先的产品;在晶圆制造领域,张江科学城拥有19条生产线,在全国首屈一指。2020年,浦东集成电路产业规模1471亿元,增长20.5%,占全市71%。


长三角地区集聚了全国50%的设计企业、55%的制造企业、80%的封装测试企业。2020年集成电路设计业销售额前十强城市中,长三角城市(分别为上海、杭州、无锡、南京、苏州)占50%。总体而言,上海拥有全国最完备的产业链,形成芯片设计、IC 制造、封装测试等全产业链布局;南京设计业优势明显,制造和封测相对较弱;杭州集中了浙江全省 85%以上的设计企业和 95%以上的设计业务;合肥集成电路企业起步较晚,但长鑫存储在国内的地位非同一般,承载着中国闪存芯片唯一的希望,且与世界先进水平相差无几;苏州和无锡基本上都以封测业为主。因此,长三角地区具备产业协同和创新集群高质量发展的基础。


1.2 上海集成电路产业链的主要短板


当前,上海要打好产业链现代化的攻坚战,还面临着诸多挑战。


(1)从产业链的创新引领来看


2020年我国集成电路进口额为3504亿美元,同比增长14.6%;出口额为1166亿美元,同比增长14.8%。贸易逆差反映了两个层面的问题:一方面彰显了我国拥有全球增速最快、最庞大的芯片消费市。得鳌敖谔娲贝嬖诰薮蟮目占浜头⒄够。另一方面也暴露了我国信息产业的结构性缺陷,高端产品如高速光通信器件、高端CPU\GPU、大规模FPGA、高速高精度ADC/DAC等通用芯片领域几乎是空白,只能进口。上海的集成电路产业能级代表了国内的最高水平,但高端半导体装备、EDA工具、14纳米以下制造及其硅知识产权(SIP)的技术严重受制于人的局面未有根本性改变,先进制造工艺落后国际领先水平1-2代。一旦被“卡脖子”,国内的集成电路产业将受到致命影响。


(2)从产业链的基础支撑来看


早在1999年,时任科技部部长徐冠华曾说“中国信息产业缺芯少魂”。其中的“芯”指的是芯片,而“魂”则是指操作系统。20多年过去了,虽然我国信息技术取得了巨大进步,但以基础零部件(元器件)、基础材料、基础工艺、基础技术、基础软件为核心的“五基”受制约程度仍较高。基础的夯实程度直接决定了产业链现代化的质量、稳定度和可持续性,同时直接影响整个产业结构的合理性和长远性。


作为芯片生产关键装备的光刻机,目前是典型的三分天下格局,ASML、尼康、佳能市场占有率超过90%,主流在90纳米以下,最先进的5纳米极紫外光刻机只有ASML能做。上海微电子装备承担着我国国产光刻机设备发展的使命,但目前也只能满足IC前道制造90纳米、110纳米、280纳米关键层和非关键层的光刻工艺需求。


另一方面,上海集成电路产业还面临比较大的人才缺口。在2019-2020年我国集成电路产业人才需求量排名前十的城市中,上海市以11.68%位居第二位。另外,集成电路行业对人才的实践经验和综合能力要求较高。据智联招聘全站大数据分析,企业对于实践经验在 3-5 年的相关技术人才的需求量最大,占比超 30%。说明我国集成电路相关行业快速发展之时,人才需求的格局已经发生转变,知识和技能储备量已是关键考核要素。


(3)从产业链的组织协同来看


产业链现代化所形成的创新集群,不仅仅从事创新活动的参与者是多元的,而且创新集群的内部结构主要是创新活动参与者之间的战略联盟和合作关系。


上海聚集了张江园区、漕河泾开发区、松江开发区、紫竹开发区等多个集成电路产业园区,它们是产业发展的主要载体。但实际中各园区“互挖墙脚”屡见不鲜,产业规模、企业数量总体增量不明显,激励政策大同小异,产业布局都想争取高端,一体两翼的互补效应远未显现。


长三角的集成电路产业集群在全国首屈一指。但调研发现,长三角地区创新合作受制行政壁垒,人才、技术、资本等要素流动不畅,缺乏系统设计。在条块分割的背景下,大型科学装置利用率不高,技术转移效率不高,各地政府不断更新引进高端人才和优质企业政策和措施,“内卷”持续上演,极大浪费了创新资源。



02


上海集成电路产业链升级的路径与建议


进入高质量发展时代的上海制造业,要以提升产业链现代化为主线,在创新能力和国际竞争力上有更高的提升。8进入2022年,特别是上海受新一轮疫情影响,尽管有多种不确定因素,但我国经济长期向好的基本面没有变。上海要提升集成电路产业链现代化水平,仍然需要围绕“产业基础能力”、“产业链控制力”和“产业联动发展”这三个关键要素发力,围绕产业链供应链补链、强链、护链,不断提升产业链现代化水平。具体而言:


2.1 做好前瞻布局,提升产业基础能力


(1)基于上海基础优势,对标国际领先技术,支持国内处于“空白”的高端芯片和具备条件的可替代芯片的研发及其产业化,包括产业链支撑环节的材料、装备等关键技术研发。联合国家实验室,以大规模超导集成电路工艺为突破点,以能体现超导处理器优势的应用为牵引,发展超导处理器芯片与系统技术,实现技术推动和应用牵引双轮驱动。基于碳原子晶体和其他二维晶体的器件及集成技术,包括材料生长、原型器件和核心逻辑电路构建等。研究CMOS技术的集成生物光电子芯片、以及颠覆性传感技术,建立良好的产学研生态,推动其在汽车电子、生物医学、国防等领域的实际应用。形成一批原创成果,为上海集成电路技术参与国际竞争提供技术路径。


(2)加大对集成电路高端人才的培养,制定引人、留人的有竞争力的政策。目前,美国政府放缓集成电路公司聘用中国员工职位审批的节奏,这恰恰是中国吸引人才回流国内的绝佳机会。为此,建议设立集成电路专项人才基金,将专项基金与用人单位待遇相配套,形成立体化人才吸引体系。做好继续教育,加强集成电路行业协会、上海集成电路技术与产业促进中心等人才实训基地建设。


2.2 聚焦比较优势领域,提升产业链控制力


(1)瞄准成熟制程,发挥国内市场规模优势,增强集成电路产业的话语权。“打得一拳开,免得百拳来”的战略在科技争霸的当下,同样适用。28纳米是最后一代平面工艺,国外的限制比较少,且2017年以后,28纳米工艺的产品市场需求量呈现爆发式增长态势。建议发挥中国超大规模的市场优势和内需潜力,以28纳米成熟制程为突破口, 扩大华虹和中芯国际等企业的产能,做大规模。并以新基建、数字经济等需求为牵引,面向工业互联网、新能源汽车、智能电网、高铁、超高清视频等重点场景,以系统级行业龙头企业为主体,联动国内集成电路企业,加快建立适应国内最终需求的集成电路供给体系,打造基于国产芯片供应链体系的“内循环”生态。


(2)加强对集成电路企业的精准支持。


一是降低集成电路企业的设备折旧压力。设备折旧在集成电路制造企业成本中占有相当比重。按照既行的财务制度,承接政府项目利用财政资金购买的设备必须转化为固定资产,对企业经营的盈利指标有影响,给企业造成经营压力。建议成立国资控股的集成电路设备租赁中心,以租赁方式出借给企业使用,以减轻企业的设备折旧负担。

二是加大对国产首台套重大技术装备、首批次新材料、首版次软件规模化使用的支持力度。建议对国产设备、软件、材料使用达到一定比例的企业提供补贴,可以考虑在税收、研发投入补贴、项目上给予鼓励支持。


2.3 顶层设计与市场引导相结合,加强产业联动发展


(1)加强规划引导,形成集成电路产业突破合力。针对投资泡沫和同质化竞争,建议加强产业容量分析和产业安全预警研究,对重点项目和重点产品在资本投入和产能扩充前进行宏观指导和规划研究,在项目审批、银行贷款、土地征用等方面加强对企业投资行为的监督和检查,防止新的盲目投资。


(2)加强总体协调,推动长三角集成电路科技创新共同体发展。一是顶层设计政策引导长三角集成电路产业科技创新共同体发展。进一步发挥上海市集成电路行业协会牵头承担的国家工信部委托的集成电路集群建设作用,加强长三角三省一市地方性创新政策出台前的协调沟通工作,避免各地无序竞争、过度竞争。一方面做好“增量”工作,积极争取中央部委在长三角地区先行先试区域一体化的创新政策和集成电路重大项目布局等;另一方面做好“减量工作”,列出不适合长三角区域整体的地方性、恶性竞争的创新政策、法规清单,逐步清减。二是发挥市场在长三角创新共同体建设中的主导作用。在长三角地区,发挥市场对技术研发方向、路线选择、要素价格、各类创新要素配置的导向作用,建立以企业为主体、竞合有序、符合国际规范的创新经济发展机制。



03


结语


当前,受新一轮疫情影响,世界经济分工协作体系呈现方向性改变趋势更加明显,全球产业链体系布局重构。国际产业链不在持续远距离拓展网络体系,而是转向近岸化区域性内向收缩。9长期来看,全球制造业布局可能呈现高端制造回流、中低端向成本更低的发展中国家转移的趋势。也就是说,全球集成电路供应链调整带来产业链融合问题,中兴等事件一再表明,我国提升产业链现代化水平,是维护产业链和供应链安全、实现科技自立自强的必要前提。


我们需要建立产业链现代化的思维框架,从关键要素和长期角度思考如何平衡产业链的安全和效率,增强产业链的黏性和韧性,培育安全、稳定、高效、有弹性、可持续的产业链,推动中国产业向全球价值链中高端跃升。


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参考文献:
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专家介绍:陆斐,上海集成电路技术与产业促进中心项目管理部部长,高级工程师;刘小玲,博士,副研究员,上海科学院发展战略部部长。

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