王阳元院士:高端芯片、材料、设备自给率低依然是中国集成电路产业短板

作者: 王阳元

来源: 科技导报

发布日期: 2021-04-29

王阳元院士指出,中国集成电路产业在高端芯片、材料、设备等方面的自给率低,是当前的主要短板。自20世纪60年代集成电路产业萌芽以来,中国经历了初始创业、探索前进、规范发展和高速发展四个阶段。尽管近年来取得了显著进展,但仍面临国际环境的打压和国内高端人才不足等问题。

王阳元院士在《科技导报》第3期发表的《掌握规律,创新驱动,扎实推进中国集成电路产业发展》一文中指出:首先要清晰地认识集成电路科学、技术和产业的发展规律,才能有效地利用和配置人、财、物等各种资源,使其产生最大价值,在满足市场需求和国际竞争的博弈中沿着正确的道路高速发展。

20世纪60年代中期,首块集成电路诞生,中国集成电路产业开始萌芽。20世纪60年代中期至70年代中期是国外集成电路产业迅速发展的时期,囿于国外禁运环境和国内文化大革命的环境所限,我们对集成电路技术及产业的发展规律认识不足,导致了中国集成电路产业总体规模小、技术水平低。

20世纪70年代后期,开始以不同方式对引进国外的设备和技术进行初步尝试。

为了加强对集成电路产业的领导,1982年,国务院“电子计算机和大规模集成电路领导小组”成立;1987年,电子工业部微电子器件局成立。在各有关部门的指导下,陆续实施了“无锡微电子工程”、“908”工程和“909”工程,集成电路生产技术从5 µm逐步提升到0.35 µm。

但由于企业体制、投资、市场以及人才等诸多因素的影响,集成电路销售额增长有限,从1981年到1999年,全国集成电路产业销售总额仅由1.1亿元增长到79.5亿元,不足世界市场的1%。

自2000年起,在改革开放的大环境中,中国集成电路产业开始步入规范发展的轨道。其标志性事件一是2000年6月24日《国务院关于印发鼓励软件产业和集成电路发展若干政策的通知(国发〔2000〕18号)》发布,二是“中芯国际”以及一批符合集成电路产业发展规律的企业陆续建立。2003年,《半导体国际》杂志载文评价:“中芯国际把中国与全球权威者的差距由原来的4至5代缩小到仅剩1至2代。”

从2009年起,中国集成电路产业步入高速发展阶段。2011年1月28日《国务院关于印发进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展若干政策的通知(国发〔2011〕4号)》的发布和2014年“国家集成电路产业投资基金股份有限公司”的成立是最重要的驱动力。2009—2019年,中国集成电路产业平均每年销售额增长645.3亿元,是上一个10年平均增长额的6.3倍。

2019年,中芯国际的14 nm加工技术已经投入批量生产。这10年间,中国集成电路产业销售额的年平均增长率为21.04%,是同期世界半导体市场年平均增长率6.18%的3.4倍。

中国集成电路产业销售额的统计是设计业、制造业和封装业三业销售额的叠加,其中对集成电路产品销售额存在重复统计的部分;而WSTS统计的半导体市场仅对集成电路产品销售额进行统计,且仅限于对总部所在地企业销售的集成电路产品进行统计。因此,中国集成电路产业销售额不是在世界集成电路市场中真正的“占比”,只是一个相对比值。

如果真正按照WSTS的统计标准和统计渠道进行统计,即仅对企业总部所在地(国家或地区)的企业及其产品销售额进行统计,2019年中国大陆企业集成电路产业销售额仅占世界市场的5%,是真实的、与国际接轨的“占比”。

鉴于中国消费和中国制造对集成电路的巨大需求,2009年起,中国半导体市场规模超过美洲、欧洲、日本而成为世界第一大市场。

2019年,中国半导体市场规模为1446亿美元(实际消费部分),占世界市场的35%。如此巨大的集成电路市场,使得中国进口集成电路总额逐年增长,成为进口额第一的产品。

2019年,中国集成电路进口额为3055.5亿美元,而中国实际“消费”的集成电路市场额为1446亿美元,两者的差额正是中国作为第一制造大国的需求,即1609.5亿美元的进口集成电路随着各种整机电子信息产品又出口到世界各地,并未成为中国实际消费集成电路市场的组成部分。

自2016年美国政府换届开始,美国对中国的和平崛起采取了全面的打压和围剿政策。

包括在贸易中高筑关税壁垒,在系统层面阻挠中国5G产品进入美国和其盟友的市场,在应用层面要求下架抖音(TikTok)和微信(WeChat),在制造层面不允许台积电等代工企业为华为麒麟芯片加工并将中芯国际列入黑名单,在产品层面断供高端集成电路(处理器、存储器),在设备方面利用“瓦森纳协议”禁止ASML公司向中国出口EUV设备等。

在共产党的坚强领导下,中国具有举国之力办大事的政治优势,这一点在抗击新冠病毒流行的“战疫”中得到充分体现。国内有着良好的发展集成电路的政治环境。党的第十九届五中全会提出,“坚定不移建设制造强国、质量强国、网络强国、数字中国”,“发展战略性新兴产业”,“加快数字化发展”。

2020年8月4日,国务院印发的《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》中强调,集成电路产业和软件产业是信息产业的核心,是引领新一轮科技革命和产业变革的关键力量。

中国内陆的集成电路设计业已经超越中国台湾地区,成为全球第二大设计业聚集地,其销售额占全球集成电路设计业的比重由2004年的3.56%提升到2019年的42.99%。但是,由于所设计产品多为中低档芯片,因此中国设计业的产品在2019年全球芯片市场的占比(按价值计算)仅为10.3%。

2019年,中国拥有4英寸以上晶片集成电路生产线199条,其中12英寸生产线有28条(全球121条),8英寸生产线有35条。2019年,中芯国际作为中国最大的代工模式企业,在世界半导体代工市场的占有率为5.1%,营收为31.16亿美元,在全球排名第5,其营收额不足排名第一台积电357.74亿美元的1/10。营收额中,90 nm工艺以下的占50.7%,65 nm工艺的占27.3%。

中芯国际14 nm工艺已经进入量产阶段,2020年年底,7 nm工艺已完成开发。

中国封测企业的代表是长电科技、通富微电和天水华天,三者在世界排名中分别为第3、第6和第7。2019年,长电科技营收额为235.3亿元,在世界封测市场中的占有率为15%。

部分刻蚀机、大部分离子注入机、扩散氧化和清洗设备可以由国产设备供给。高端芯片对外依存度高。

进口微处理器/控制器(占世界半导体产品市场11%)的金额从2014年的1052.2亿美元增长到2019年的1437.7亿美元,增加了385.5亿美元,增长比例为36.6%。进口半导体存储器(占世界半导体产品市场26%)的金额从2014年的542.8亿美元增长到2019年的947.0亿美元,增加了404.2亿美元,增长比例为74.5%。

高端材料与设备自给率较低,在40~45 nm节点接近50%,在28 nm节点为30%,在7~14 nm节点仅为5%。电子气体及金属有机物源(MO)对外依存度超过80%,化学机械抛光(CMP)的抛光液国产化率小于10%,溅射靶材大部分需要进口,用于大生产的300mm的硅片至今主要依靠进口。EDA软件尚难以与“三巨头”抗衡,成系统的国产EDA软件市场份额不足5%。

缺少能够在世界市场中独树一帜的IDM型大企业。人才,尤其是高端的、具有综合管理能力的人才严重不足。

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