【全球供应链视角下我国芯片产业的现状和发展前景分析8900字（论文）】

全球供应链视角下我国芯片产业的现状和发展前景分析摘要芯片产业是知识经济时代国民经济基础性和战略性的产业。近年来美国制裁中兴和打压华为充分暴露了我国芯片供应链存在明显的短板。研究发现，我国芯片产业被“卡脖子”是由于核心技术依赖国际巨头、材料设备依赖进口、应用领域比较狭窄、各类人才缺口非常巨大等原因造成。因此，我国芯片产业发展要通过培育自主品牌提高核心技术、注重优势领域实现弯道超车、完善布局结构打造产业生态，加强基础研究引进和培育芯片人才等对策，促进芯片产业由大到强，实现芯片产业跨越发展。关键词：芯片产业；供应链；发展前景目录TOC\o"1-3"\h\u24644前言 127356一、全球芯片产业发展概况 11257二、我国芯片产业发展现状分析 23503三、我国芯片产业发展存在的问题 38520（一）设计能力有待加强，核心技术依赖国际巨头 41202（二）材料设备依赖进口，高端制造有待提升 418437（三）应用领域比较狭窄，通信芯片仍有差距 47363（四）各类人才缺口非常巨大 419478四、我国芯片产业发展对策 522633（一）培育自主品牌，提高核心技术 515293（二）注重优势领域，实现弯道超车 513133（三）完善布局结构，打造产业生态 630888（四）加强基础研究，引进和培育芯片人才 612901五、全球供应链视角下我国芯片产业发展前景 632240（一）全球芯片产业格局展望 611902（二）我国芯片产业发展前景 811001结语 829702参考文献 10前言在全球供应链深度融合互嵌下，传统的国际分工格局被改变，传统的产业间和产业内国际分工已经逐渐深化为产品内国际分工，各国的分工模式、供应链和供应链生态环境发生巨大的变化[1]。一些国家不仅丧失了本国经济发展所依赖的正常供应链条和产业生态环境，而且还丧失了对关系到国计民生的重点产业和核心技术的自主控制权[2]。中国是全球最大的芯片进口国，年均进口中高端芯片总值超过2000亿美元，芯片消费市场超过万亿美元，是全球芯片企业最重要的销售市场。长期以来，我国装备制造业和消费电子业采用的中高端芯片主要依赖进口，利润集中在上游，产成品附加值低，即便在某些领域已经开发出中低端的芯片产品，但受供给能力的制约，仍然无法创造更高的价值回报。美国制裁中兴和打压华为事件为我国芯片产业供应链安全敲响了警钟。当前，我国正处于一场以芯片为主导的技术危机中，芯片领域产业客观存在的市场短板和价值泡沫，已经成为制造业转型升级和创新发展的瓶颈因素，理性地正视困难、解决危机，科学地采取有效措施推动我国芯片产业的发展，我们需要做更深入的思考。一、全球芯片产业发展概况中国各大厂商的芯片都由台积电代工，但台积电受到美国禁售政策的约束，在2020年9月停止为华为做芯片加工，台积电的大陆版中芯国际也紧跟着宣布相同的决定[3]。美国很早就决定利用芯片产业和软件来进行产业控制。这可以用摩尔定律来理解，芯片设计最初也是符合摩尔定律的，但芯片设计的制程受到物理定律的限制，存在设计极限，因此芯片设计的难度在增加，由于流程极为繁琐，通常芯片设计的成本在持续增加。在芯片设计领域美国公司占据很大优势，目前全球一半以上的市场份额都被美国相关公司占领。芯片设计公司按照生产方式存在两种模式，一种是芯片设计自己完成然后自己加工生产，另一种只做设计然后由别的厂家代工[4]。就前者而言，美国的英特尔公司和德州仪器公司就是典型，它们拥有自己的芯片制造工厂，全球市场份额有46%。后一种模式的公司就更多了，比如著名的苹果公司、英伟达等占有全球68%的市场份额。亚洲的韩国利用大产量的存储芯片生产占有27%的份额，但芯片设计方面只占1%的份额。日本的情况类似，占据7%的份额[5]。欧洲的法国与意大利合起来占有6%。台湾有台积电主营芯片制造，联发科主营设计，代工与设计完全分开，在设计领域占有16%份额，在芯片生产方面占据6%份额。目前中国大陆在芯片制造领域占3%，排名全球第六，在纯设计领域占13%，排名第三[6]。鉴于当前国际形势，这已经是非常不俗的成绩了。由于芯片设计的难度在增加，对设计工程师的要求也越来越高，好在发明了仿真软件以及能提供架构服务的技术，大大降低了开发难度。在这种背景下，中国的芯片设计公司这几年开始极速发展，从前景上说，有望在近几年弯道超车，追上并赶超世界先进水平。中国目前的芯片产业最主要的瓶颈集中在芯片制造领域。随着芯片的小型化，研发中会不断出现未曾出现过的困难，有时候甚至需要推翻原有技术路线，找到新的技术原理，这样就会加大芯片制造投入资金，为了降低成本，就需要通过加大晶圆量产数量。芯片设计与制造面临不同的问题，芯片设计可以是开源的，但芯片制造不是，随着制程的减小，逐渐变成了相对狭窄的产业，全球只有极少数公司能够参与，技术和资金壁垒阻止大多数新手加入该领域。美国的IBM公司在2013年就把自己的芯片工厂卖给格罗方德公司，格罗方德公司是家美国代工厂，曾经全球排名第二，于2018年放弃进军7纳米制程的芯片制造，在此之前台湾的商联电就已经放弃了这个目标。二、我国芯片产业发展现状分析中国的芯片产业发展、起步很早，历经波折，经过“初创期”“波折期”“追赶期”“突破期”等阶段，终于在21世纪走上了持续追赶的快车道。2000年以来，在《十一个五年规划纲要》和《国家信息化发展战略》的推动下，中国芯片产业加强政府引导，发展芯片产业，突破产业瓶颈，提高在全球供应链中的地位。在国家政策的支持下，中国的芯片技术不断实现突破[7]。同时，国产芯片的商用化、市场化也取得突破。2013年，华为海思推出麒麟910并运用在华为旗舰手机上，标志着中国自主研发的手机芯片正式被市场认可。在技术、市场齐头并进的同时，中国芯片供应链逐步形成。经过多年发展，我国芯片产业呈现以下特点：一是市场规模扩大，但芯片产品自给能力偏低。统计显示，过去五年，我国的芯片产业年复合增值率达到21%，是同期全球增速的五倍。据世界半导体行业协会统计，2000－2014年，中国市场规模实现跨越式增长，市场份额位居全球第一，高达50.7%。这表明，中国的芯片市场已逐渐成为全球芯片不可或缺的力量。目前，在全球的笔记本、平板电脑、智能手机等设备中，高达60%芯片产自中国[8]。尽管市场规模持续扩大，国产芯片产值增加，但我国芯片自给能力较差，核心产品严重依赖进口，中国企业产品权重仅占10%，90%以上的份额为国外产品所圈占。二是产业体系完备，企业数量庞大，但低端产品缺少竞争优势。芯片产业包括设计、制造、封装测试及装备制造。新形势下，我国芯片产业已经形成包括设计、制造以及封装测试及相关配套完备产业体系。目前，三大产业比例约为3.5∶2.5∶4，接近于全球芯片产业的3∶4∶3。从芯片装备业看，刻蚀、薄膜、氧化、光刻等一般芯片设备已替代了国外同类产品，成功进入中芯国际等企业的生产线[9]。从芯片设计业看，2015年以来八个大型芯片制造项目设计行业整体实力的增强，特别是在海思、展讯、中兴等龙头带动下，芯片设计门槛提高，前十大设计企业门槛已经提高到了21亿元。从封装测试业看，上游晶圆厂扩建带来了发展空间和下游物联网、智能终端、汽车电子等产品市场的旺盛需求，实现了快速平稳增长。三是科研投入较大，技术发展迅速，但核心技术仍然需要进口。进入21世纪以来，我国加快了芯片核心技术的研发力度。但是，总体而言，我国芯片技术实力不强，研发投入不够，在设计、制造及封测等各环节均与国际先进水平存在较大差距。从芯片设计看，我国企业仅能设计开发出28nm的芯片，而同期三星推出了10nm产品，正在研发的7nm和5nm芯片技术也有突破[10]。从芯片制造看，台积电、三星、英特尔等主流芯片制造商，开始向7nm线宽工艺突破，7nm工艺成为全球一线芯片制造商发力的焦点。而在我国，实力最强的中芯国际与华力微电子的工艺水平仍处于28nm与14nm，与国际一流芯片企业相比，技术上至少落后1－2代。三、我国芯片产业发展存在的问题（一）设计能力有待加强，核心技术依赖国际巨头国内的芯片设计更多集中于中低端产品，即便是可以设计出高端芯片的企业，也未能构建自己的生态系统。长期来看，只有建立自己的生态系统，从上游的设计环节就开始主导供应链发展，才能形成集聚效应和规模优势，实现真正的自主可控，保持长久的生命力。另外，从中兴事件可以看出，我国芯片供应链存在多个空白环节，一些关键核心技术依赖国际巨头，如中兴通讯基站芯片中，除了少数数字基带芯片是国产的，通信链路上射频、ADC多通道模数转换器、数模转换器等关键芯片都来自美国高通等供应商。除此之外，一些辅助性的芯片软件，也基本被外国公司掌握。更为重要的是，尽管芯片供应链是全球分工的，核心技术也被不同企业所掌握，但是国际巨头之间通常持有交叉专利许可，可以对等威慑，而我国缺少这样的杀手锏。（二）材料设备依赖进口，高端制造有待提升芯片材料的技术壁垒比较高，核心技术主要掌握在美国、日本等国家手中，我国大部分材料自给率不到30%，主要依靠进口，成本很高[11]。光刻机是芯片制造的必需设备，目前我国尚未实现光刻机的大规模生产。从整体上看，中国芯片产业更多集中在后端工艺，上游基础原材料、芯片设计等核心技术仍掌握在国外厂商手中。（三）应用领域比较狭窄，通信芯片仍有差距目前国产芯片的应用范围有限，在很多应用领域都没能有效开拓市场。超级计算机的芯片和手机的通信芯片是国内芯片企业做得比较成功的领域。中国在美国的遏制之下研制出了自己的神威芯片，并在超级计算机领域形成了“天河、神威、曙光”三足鼎立的格局；华为海思在手机芯片研发上具备较强的技术实力，助力华为在通信芯片世界市场上占据一席之地。但在其他领域，国产芯片很难进入市场。（四）各类人才缺口非常巨大随着芯片企业的并购整合成为发展趋势，我国迫切需要一批具备国际视野的行业领军者，但限于各种因素，特别是来自国外政府和国际企业的限制，海外高层次领军人才来华较少。同时，我国芯片产业发展时间较短，高端人才积累较少，在技术研发、产品开发、生产管理等方面的人才比较匮乏。另一方面，由于芯片专业人才培养需要一定的学术基础，国内有能力开设相关专业的高校数量有限，无法有效满足迅速扩张的芯片制造企业的庞大人才需求。据统计，我国芯片从业人员总数不到30万，但按照目前总产值要求，从业人员数量至少翻倍，人才培养严重不足。四、我国芯片产业发展对策（一）培育自主品牌，提高核心技术20世纪70年代，美国停止向日本出口芯片产品，导致日本电子计算机在美国的市场份额从80%迅速跌至不足30%，产业受到毁灭性打击。在认识到芯片的关键作用后，日本发动举国之力进行研发，主动应对技术垄断，芯片产业逐步发展。因此，我国芯片产业的发展必须勇于创新，培育自主品牌，提高产业核心竞争力。单纯依靠技术引进不是实现芯片产业高质量快速发展的捷径，只会陷入尴尬的被动局面。中国应继续坚定不移地站在国家战略的高度，制定更加清晰的长远规划和强有力的产业政策，加大政策支持和R&D投入的资金支持力度，鼓励芯片企业提高技术实力，加强企业创新，提高产业核心竞争力。与此同时，在提高国产替代率的过程中大力培育自主品牌，积极促进自主品牌“走出去”，在国际市场抢占份额，参与国际标准的制定。（二）注重优势领域，实现弯道超车要想实现弯道超车，必须抓住新一代信息技术革命的机遇，注重优势领域的发展，继续扩大优势。一方面，以华为为代表的国内企业在通信芯片上有一定的领先优势，国内企业要加快自主创新步伐，冲破技术垄断；另一方面，面对以ABCD（人工智能、区块链、云计算、大数据）为代表的科技兴起，要抓住随之而来的机遇。具体来看，云计算属于分布式计算，对芯片单核计算能力的要求下降；大数据改变了传统计算模式，对数据中心的依赖程度显著下降；人工智能则几乎重新分配了计算任务，计算任务开始从传统的CPU转到GPU、FPGA、IPU等芯片，相比CPU，后者的技术壁垒还没有完全建立，我国在这些芯片领域有所突破的可能性更大；而物联网则带来了泛在计算，中国在嵌入式芯片领域已经具有一定的技术积累。（三）完善布局结构，打造产业生态美国在芯片行业建立起了全球领先的产业体系，日本形成了自己的产业集群，韩国三星拥有比较完整的芯片供应链。美国芯片产业之所以能够一直保持领先，而日本、韩国还会或多或少受到其他国家的制约，是因为美国拥有完备的产业生态，先发优势支撑其技术稳步前进。我国芯片产业要想弯道超车，必须完善芯片供应链的布局结构，多方位构建起完备的生态体系。第一，完善科研创新落地程序，促进科技成果转化和产业化；第二，打造以芯片研发与制造为核心、关联产业为支撑的全供应链，将发展的重点放在核心产品上，不断完善整个产业生态圈；第三，完善公共服务支持体系，营造良好的营商环境和培育创新文化，鼓励企业使用国产芯片；第四，加快金融市场建设，鼓励民间资本投入芯片产业，为技术创新和技术扩散提供有力的资金支持，从而实现芯片全供应链发展，打造我国芯片产业新生态。（四）加强基础研究，引进和培育芯片人才加强产学研结合，培养和引进芯片专业人才。人才是技术提高的源泉和动力，中国必须加快培育和引进高端芯片技术人才，以高效的激励机制吸引人才，以良好的研发环境留住人才。积极学习美国、日本和韩国等国家的企业在芯片领域的人才引进和激励方法。一方面实施国内外高端人才引进战略，大力引进优秀专业人才。同时为人才的安居乐业提供良好的政策环境，比如在住房供给、中小学教育和医疗资源等方面为引进的人才提供良好的工作和生活保障。另一方面加强人才自主培养，不仅要重点培养芯片领军人才、高端人才，还要培养大量技能合格的工程师。高校要在课程体系、专业设置等方面建立、健全芯片产业人才培养体系，满足芯片产业发展的人才需求。我国深圳南山打造人才基地建设，制定“领航2020人才发展计划”，重点培养和扶持一批高新技术孵化、人才资源开发等方面于一体的人才产业基地，这对我国其它地区芯片人才引进和培养具有一定的借鉴意义。五、全球供应链视角下我国芯片产业发展前景（一）全球芯片产业格局展望与美国、亚洲国家相比，欧洲国家对芯片产业的重视程度相对不高，目前主要是恩智浦（NXP）、英飞凌和意法半导体（ST）三家企业，它们与美国公司之间还有较大的差距，不会让美国感到威胁。台湾地区主要是台积电、联发科和联华电子等企业，在芯片供应链上的定位是第三方服务，主要在专业晶圆代工制造领域谋求更长期独占鳌头[12]。40多年前，台湾当局与工研院共同推动“集成电路计划”，从美国引进集成电路技术，并实施RCA技转计划，培训半导体人才。20世纪90年代开始，台湾地区的半导体供应链逐渐完备，跻身世界半导体技术的领先群体。由于台湾地区并未处于整个产业的最上游，也不会让美国列为心腹大患。从市场角度来看，韩国是目前最有可能挑战美国在芯片产业领先地位的国家。与日本相比，韩国芯片产业起步又晚十年，但是凭借政府保护、企业发力，如今韩国的市场份额已与美国最接近。韩国通过政府投入推动科技发展，实施“国家重点研究和发展计划”，重点发展集成电路技术和产业。凭借三星电子、SK海力士等大型企业，韩国在全球芯片市场份额逐步攀升，已稳步达到17%。韩国《中央日报》2017年披露的数据显示，半导体占韩国整体出口比重已远超钢铁、造船、汽车等传统优势产业。韩国尤其重视中国市场，中国是韩国半导体的最大出口市场，其次是中国香港、越南和美国。按照这一趋势预判，如果韩国芯片继续保持良好的发展态势，市场份额继续提升10%或者更多，就极有可能遭到来自美国的打击，从而会出现历史重演。可以预见，围绕芯片展开韩美贸易摩擦将成为大概率事件，贸易条款、汇率政策等措施也将轮番上阵。尽管中美在芯片产业领域的差距显而易见，美国仍将遏制中国芯片产业发展作为重中之重。近年来，以英特尔为首的芯片厂商放慢了工艺制程升级迭代的频率，业界不时发出摩尔定律即将失效或终结的声音。技术前进的步伐放缓，在这个时间窗口内，美国的先发优势不再持续，追随者只要持续加大研发投入，就具有一定的可能性突破代际差距。这也就是美国之所以故技重施，全力堵截中国的大国崛起之路，掀起以“中兴事件”为特征的中美贸易摩擦，阻碍中国芯片产业发展的原因所在。面对美国“卡脖子”的做法，自主创新是中国的必由之路。中国必然要追求芯片产业的自主可控，与美国在芯片领域展开博弈将不可避免。习近平总书记强调，要“推动高性能计算、移动通信、量子通信、核心芯片、操作系统等研发和应用取得重大突破”[13]。多年来，为推动和支持芯片产业发展，国家已发布相关产业政策，如《进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展若干政策》、《国家集成电路产业发展推进纲要》《关于集成电路生产企业有关企业所得税政策》等，并成立了国家集成电路产业投资基金，为产业发展注入动力。（二）我国芯片产业发展前景由于物理定律本身的限制，二维芯片存在技术上限，提高芯片光刻精度越来越难，业界通过多年研究探索，逐渐把芯片由平面向三维化发展，以期突破技术瓶颈，满足市场对高精度芯片的需求[14]。这一技术突破发生在加工工艺从28nm向22nm的转变过程中，这就是英特尔于2011年推出的FinFET技术。该技术使业界的技术发展重新纳入摩尔定律所规定的轨道中，延续了摩尔定律起作用的时间长度，该技术可以被用于7纳米芯片的生产制造。芯片3D化促使封装技术也向3D化发展。英特尔于2019年公布了自己的3D封装技术，具体方法是把逻辑模块像千层饼一样一层层叠加起来成为一个整体，实际使用过程中表现出完美的3D功能，并且还能保持低功耗[15]。AMD公司也于2020年公布了新的封装技术，就是将传统的2.5D技术与3D技术结合在一起，据称此举使带宽密度提升10倍以上。众所周知，CPU的主要功能集中在通用机算，数据处理效率有时难以满足数据中心要求，而GPU这种善于并行计算的处理器就应运而生了。两者各有优点，如果集成在一起就会产生强大的数据处理器。目前广为人知的Chiplet模式就是这一思路的产物。为了发展这种模式，需要研制相对应的封装技术，而英特尔与AMD的封装技术则为Chiplet提供了坚实基础。集成CPU与GPU将为百亿级别超级计算机的发展奠定基础。鉴于上文的分析，中国芯片产业要想在传统技术路线上靠近发达国家还存在很大困难，好在技术的发展并非一成不变，条条大路通罗马，芯片产业也不是铁板一块，中国企业完全可以在传统研发的基础上，适当考虑另辟蹊径，或许存在弯道超车的可能性。结语芯片是具有高度战略意义的产业，是大国博弈的焦点。习近平总书记多次强调，要掌握核心技术，并指出核心技术受制于人是最大的隐患。而核心技术靠化缘是要不来的，只有自力更生。因此，芯片产业的自主可控是中国必须要攻克的重大课题。要实现这一目标，中国政府必须将其置于战略地位，并进行顶层设计。统览各国芯片发展历史，决定产业发展水平的首要因素是政府对芯片产业的战略定位和支持力度。芯片产业的发展决不应局限于企业行为，更多地应表现为国家战略。要实现这一目标，中国需要围绕芯片产业建立高水平的官产学体制和机制。从美国、日本发展芯片产业的经验中可以看出，由核心政府部门、供应链上下游的主导企业、技术实力强大的科研机构组成的官产学组织对芯片核心技术的突破起到关键作用。比如美国的半导体制造技术产业联盟（SEMATECH）、日本的VLSI共同研究所在美国、日本芯片发展史上均起到了不容忽视的作用，通过强强联手和资源整合，既解决了共性技术的共同开发，也培养了大批专业技术人才；既做到了互利共赢、保护了专利和知识产权，也促进了相关技术在联盟内部企业间的溢出。要实现这一目标，中国还必须建立完善、多方兼容的产业生态体系。良好的产业生态对芯片产业的发展至关重要。通过大额的资金投入、集中的人才投入，一国或地区未必不可以开发出一款完全自主可控的芯片，但如果得不到供应链上下游主流产品的认可、兼容和适配，就得不到进一步发展的空间，无法持续推动技术演进。一方面要努力实现与国外主流产品的兼容适配，另一方面也要与国内供应商加强合作，开发基于国产芯片的产品，才能获得生命力。要实现这一目标，中国必须加快引进和培育高端的芯片技术人才，制定高效的激励机制，并为其技术研发创造良好的工作环境。一方面要加强国外的高端人才引入，比如美国从中国、印度引进了大量技术型移民，应对集成电路技术人才不足问题；韩国、台湾地区在发展初期也大批引入来自美国、日本的高端技术人才；中国要努力推动出国留学人才回国，进军芯片行业，为他们创新创业提供支持和帮助。另一方面也要重视本土优秀人才培养，比如韩国派遣半导体专业人才去日本或美国深造，同时也加强本土优秀人才培养，将他们打造成行业领袖。要提高行业在社会中的地位，设计合理的商业机制，通过高回报引导最顶尖的优秀人才进入芯片行业。最后，要实现这一目标，中国还必须抓住新一代信息技术革命的机遇，争取弯道超车。云计算、大数据、边缘计算、泛在计算、人工智能新技术的涌现为当前中国芯片产业提供了良好发展机遇。具体来看，云计算属于分布式计算，对芯片的单核计算能力的要求下降；大数据也逐步改变了传统计算模式，边缘计算对传统PC或者数据中心的依赖程度显著下降；人工智能则几乎重新分