我国集成电路产业链的发展现状与对策建议

我国集成电路产业实现较快发展，市场规模不断扩大，技术水平显著提升，在产业链关键环节涌现出一批具有独特竞争优势企业。同时，我国集成电路产业链发展还存在一定的挑战，本文通过分析我国集成电路发展现状和关键薄弱环节，以及与先进水平的差距，提出相应对策建议，助力我国集成电路产业高质量发展。1、引言集成电路产业是促进国家经济社会发展的基础性、先导性产业，是推动新一轮科技革命和产业变革的战略性新兴产业，是当前国际经济和科技竞争的焦点领域。近年来，在国家集成电路相关政策、机制等支持下，我国集成电路产业链实现较快发展，市场规模不断扩大，技术水平显著提升，产业结构日趋优化，初步形成了较完整的产业生态体系。但与国际先进水平相比，我国集成电路产业链发展在一些环节上还存在一定差距，整体实力仍然不强，产业基础仍然较为薄弱，产业链供应链部分关键环节受制于人，与产业高质量发展要求不相适应。2、集成电路产业链分析集成电路产业链包括材料、设备、设计、制造、封装测试和应用等环节，分为上游、中游和下游，如图1所示。上游主要包括芯片设计工具、材料和设备。其中芯片设计工具主要有集成电路设计与制作所需的EDA工具（即电子设计自动化）及设计芯片所需的核心功能模块知识产权核（即IP核）。材料主要有衬底材料、光刻胶、掩膜版、湿化学品、电子特气、抛光材料和靶材等。设备主要有用于晶圆制造的前道设备，以及用于组装、封装及测试的后道设备两类，主要涵盖了光刻设备、刻蚀设备、离子注入设备、镀膜沉积设备、化学机械研磨设备、量测设备和封装测试设备等。中游主要包括集成电路设计、制造、封测等环节，有通过集成电路设计、仿真、验证和物理实现等步骤生成版图的设计厂商，将版图用于制造集成电路的制造厂商，为芯片提供与外部器件连接并提供物理机械保护的封装厂商及对芯片进行功能与性能测试的测试厂商等。下游主要包括集成电路的应用场景，包括各应用领域集成芯片至自身产品的系统厂商或制造商，主要包括消费电子、汽车电子、网络通信和计算机等领域。3、我国集成电路发展现状“十三五”以来，我国集成电路产业市场规模快速扩大，初步形成了较完整的产业生态体系，打造了长三角、粤港澳大湾区、京津冀三大重点区域的集成电路产业发展和配套能力，涌现出一批优势龙头企业。一批关键核心技术取得突破，以中芯国际、华虹为代表的集成电路制造企业成为全球重要一极，以长电科技为代表的芯片封装测试跻身全球前列，设备材料实现局部突破，产业国际影响力逐步提升。3.1集成电路产业市场规模快速增长2022年我国集成电路产业销售额在2021年首次突破万亿元之后继续保持较快增长，规模达到1.20万亿元，较2021年实现同比增长14.8%。其中，研发设计领域实现营业收入0.52万亿元，较2021年实现同比增长14.1%；制造领域实现营业收入0.39万亿元，较2021年实现同比增长21.4%，增速最快；封装测试领域实现营业收入0.30万亿元，较2021年实现同比增长8.4%。3.2在集成电路产业链领域打造了一批行业头部企业我国集成电路产业在研发设计、制造、封装测试等产业链环节打造了一批行业头部企业，带动产业链上下游实现高质量发展。在集成电路设计领域，截至2022年底，我国集成电路设计企业超过3200多家，较2021年实现同比增长15.4%。其中在A股有65家上市公司，总市值超过1.3万亿。其中拥有紫光国微、海光信息、韦尔股份、兆易创新、复旦微电、龙芯中科和寒武纪等。在集成电路制造领域，我国已成为全球重要一极，在国家相关科技专项的布局下，上海微电子、北方华创、中微半导体、上海盛美和电科装备等国内企业基本覆盖了集成电路装备各领域设备的研发、制造。2022年，全球前十大晶圆代工厂我国大陆企业上榜3家，分别为中芯国际、华虹集团、晶合集成，其中中芯国际作为我国实力最强、规模最大的集成电路代工企业，近年来发展迅速，市值超过4000亿元，2022年实现营业收入495.2亿元，同比增长39.0%，实现归母净利润121.3亿元，同比增长13.0%；中国台湾上榜4家，分别为台积电、联电、力积电和世界先进。美国、以色列、韩国分别上榜1家，分别为格芯、高塔半导体和东部高科。具体见表1。在集成电路封装测试领域，封装测试行业是我国发展最为完善的环节，技术能力与国际先进水平比较接近，进入世界第一梯队，已形成内资企业为主的竞争格局，主要企业有长电科技、通富微电等，其中长电科技能够提供全方位的芯片成品制造一站式服务，包括系统集成、设计仿真、晶圆中测、晶圆级中道封装测试和系统级封装测试等业务，2022年营业收入达到337.6亿元，同比增长10.69%；归母净利润达到32.3亿元，同比增长9.2%。通富微电2022年实现营业收入214.3亿元，同比增长35.5%；实现归母净利润5.0亿元。3.3集成电路应用场景不断深化我国具有超大规模的市场优势和内需潜力，集成电路应用场景不断深入，带动我国集成电路产业发展。目前，集成电路芯片和系统已广泛应用于消费电子、汽车电子、新一代网络通信、智能制造和新型数字基础设施等领域，目前正在快速向人工智能、机器学习、物联网、智能驾驶和生物医疗等领域拓展，推动我国数字经济与实体经济快速融合发展，为推动产业基础高级化、产业链现代化注入强大动力。4、我国集成电路产业链发展面临的挑战当前，我国集成电路产业面临的国际形势日趋复杂严峻，国际经贸摩擦强化了各国内顾倾向，各国政府强化芯片研发与制造投资，纷纷采取加强投资、减免税收、建立产业链盟友等方式，扶持半导体产业链布局，增加自身产业链韧性和抗风险能力，对集成电路产业全球分工协作格局造成较大冲击。目前，我国集成电路产业链薄弱环节主要集中在基础材料、关键制造装备和设计工具等环节。在基础材料方面，大尺寸高端硅材料基本被日本信越化学等企业垄断。在设计方面，芯片设计的核心EDA工具目前主要被国外Cadence（楷登电子）、Synopsys（新思科技）等企业垄断。在制造方面，国内领先的中芯国际已具备14nm量产水平，市场规模保持了较快发展，但整体市场规模与台积电存在较大差距，收入不及台积电的十分之一，在制程方面距离台积电世界最先进的3nm制程还存在不小的差距。4.1基础材料芯片制造依赖的核心基础材料是晶圆，高端芯片尤其是14nm及以下的芯片依赖高纯度硅片生产的晶圆，芯片制程越小，晶圆的尺寸就越大，成本越低，市场竞争力越强。目前国际主流是12英寸的晶圆，国际市场14nm及以下的芯片都是采用12英寸的晶圆生产。根据国际半导体产业协会统计，日本信越化学、日本SUMCO公司等五家公司12英寸晶圆全球市场份额占比合计超过90%。我国集成电路制造企业对高端硅材料的依赖度较高，另外，在光刻胶、掩膜版、湿化学品和电子气体等基础材料方面也较多依赖于国外进口。4.2关键制造装备按照摩尔定律，芯片上容纳的结构数量越多，芯片运行速度就越快，功能越强大，光刻系统的不断升级能够推动芯片制造商持续生产体积更小、速度更快、功能更强的芯片，同时能有效地控制成本。光刻机全球主要供应商有荷兰ASML、佳能和尼康三家，其中ASML在顶端光刻机中处于绝对垄断地位，特别是其最顶尖的极紫外光刻机（EUV）能够规模生产7nm以下高端芯片。台积电、英特尔、三星电子、中芯国际和格罗方德等晶圆制造龙头企业，都依赖ASML公司的高端光刻机设备，特别是最高水平的EUV光刻机。美国联合“盟友”在光刻机等制造装备进行围堵，2023年3月，荷兰政府在与美国政府达成协议后，宣布对包括深紫外光刻机（DUV）在内的特定制造设备实施新的出口管制；2023年5月，日本政府宣布限制6类23项半导体制造设备的出口。4.3设计工具EDA软件是集成电路设计的核心基础性工具，融合了电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术，极大地提高了集成电路设计的效率和可操作性。集成电路芯片设计者凭借EDA软件通过计算机完成芯片的功能、物理设计，包括逻辑编译、布局、布线和仿真等方面，极大提高了芯片设计的效率。而全球EDA技术市场已基本形成巨头垄断，全球市场的大多数份额高度集中Cadence（楷登电子）、Synopsys（新思科技）和Mentor（明导公司）三家公司。我国目前拥有华大九天、苏州芯禾、杭州广立微等EDA企业，但与西方国家先进水平相比还有差距。以华大九天为例，其在模拟电路设计与仿真、数模混合设计、平板显示设计等方面颇具特色，但尚未形成全流程支持的工具矩阵，尤其在一些关键环节上目前无法全面替代国际巨头的工具软件。5、对策建议集成电路产业作为电子信息领域的核心构成，是当前研发投入最集中、创新应用最活跃、辐射带动范围最广的技术创新领域，涉及国家战略核心利益，具有资金密集、技术密集、人才密集、回报周期长等“三密一长”等特点，必须从顶层加强设计，坚持企业市场主体地位作用，强化政策引导和支持，在市场失调的领域发挥好引导作用，加大长期资本、战略资本等投资。积极发挥我国的组织优势和超大市场优势，带动产业健康可持续发展。同时，帮助企业引进和培育人才，加快培育打造行业头部企业，建立以企业为主体、产学研用协同的攻关机制，弘扬企业家精神，发挥企业家作用，保持战略定力，为我国集成电路产业的快速崛起提供坚实保障。5.1强化顶层设计，加强政策引导支持从世界集成电路产业发展历程来看，美国、日本、韩国等国家等都是从国家层面持续加大资金、市场应用等政策支持，打造具有核心竞争优势的龙头企业，带动产业发展。以韩国为例，推行“政府＋大财团”的模式，选择三星、金星社（LG前身）、现代公司（其半导体业务后拆分为海力士半导体，并被SK集团收购）和大宇公司等四家财团，参与到超大规模集成电路计划中，提供一系列“特惠”措施，培育出了以三星和SK海力士为代表的寡头企业，形成龙头牵引，驱动创新发展。因此，我国可积极借鉴相关国家推动产业发展经验，发挥新型举国体制优势，制定符合发展实际的产业发展政策，设定务实的发展目标和发展思路，围绕关键环节集中资源加大投资力度，带动其他资本形成集聚效益，加快培育龙头企业，牵引集成电路产业发展。5.2弘扬企业家精神，大力培育战略科学家企业家作为生产要素的组织者、重大市场的开拓者、企业发展的领军者，是打造一流企业的直接动力。要充分弘扬企业家精神发挥企业家作用，积极培育一批既懂技术又懂管理的，激发企业家创新活力和创造潜能，建立以企业为主体的攻关机制，集聚优势创新、市场资源，打造科技和经济紧密融合的创新型领军企业，带动产业链上下游企业共同发展，形成产业发展良好生态。同时，坚持面向科研生产一线，培养一批对产业发展前瞻性判断力、跨学科理解能力、组织能力强的科学家，加强前瞻性、引领性技术攻关，营造良好创新环境，推动以集成电路为代表的新一代信息技术关键核心技术加快突破，掌控前沿技术主导权。5.3强化基础研究，为产业发展提供基础支撑新一轮科技革命和产业变革突飞猛进，学科交叉融合不断发展，科学研究范式发生深刻变革，基础研究转化周期明显缩短，国际科技竞争向基础前沿前移。面向集成电路产业发展未来趋势，要进一步加大基础研究体制机制改革，增加基础研究投入，加大基础研究人员培养力度，推进战略导向的体系化基础研究、前沿导向的探索新基础研究、市场导向的应用基础研究，推动基础研究实现跨越发展，努力在核心技术领域有持续的突破，加快形成一系列显著成果。要积极发挥高等院校人才培养核心关键作用，优化完善微电子等专业学科设置，健全人才培养体系，通过高等院校与企业联合等方式加快人才培养成长，加快集成电路领域高层次、急需紧缺和骨干专业技术人才培养。同时，加大紧缺人才引进力度，支持集成电路企业加强与境内外研发机构的合作，帮助企业加快引进和培育人才。5.4发挥超大规模市场独特优势，激发产业发展动力广阔的市场需求是产业实现快速发展的重要驱动力量，我国拥有巨大的经济规模，经济总量稳居世界第二位，拥有庞大的市场空间和完整的产业门类，这是推动我国集成电路产业快速发展的独特性优势。特别在应用场景创新方面，除电子消费产品等