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來源：中制智庫 從傳統制造走向現代制造，從產業鏈中低端走向中高端，是中國從制造業大國邁向制造業強國的必由之路，也是中國擺脫中等收入陷阱的不二法門。 現代制造中最為典型和重要的就是芯片，制造業在供應鏈、產業鏈、價值鏈、創新鏈幾個方面從中低端向中高端攀升的過程離不開芯片。智能制造的全過程從設計、生產、供銷、服務、產品，都需要依賴芯片。離開芯片，智能制造就無從談起。可以說，芯片的應用程度是定義高端制造的標準和標志。而中國的芯片是最依賴別人的，也是最容易受制于人的。 - 01 - 中國芯片，“后發”路漫漫 現代芯片的起源在美國。1947年，美國人發明了晶體管，9年之后，美國工程師杰克·基爾比和另一位美國物理學家共同發明了集成電路，把眾多縮小的晶體管集中布置到一個半導體硅片上。硅的導電性介于導體和絕緣體之間，所以叫半導體，硅經過提純成為高性能半導體材料，是芯片的母體。美國硅谷就是因研究生產以硅為半導體母體的芯片而得名的。所以芯片產業被稱為半導體產業，也被稱為大型集成電路產業。發明芯片的基爾比于2000年獲得諾貝爾物理學獎。 作為運算處理中樞，芯片奠定了現代工業文明的基礎，也揭開了20世紀信息革命的序幕。可能當時的人們并沒有意識到這些，因為那時的芯片還比較初級。那時，誰能想到，現在的芯片越做越小，性能越來越強大。芯片二字的中文翻譯真是神來之筆，寓意心臟、引擎。未來，即使進入云時代、量子時代，還是少不了芯片。 繼芯片之后，美國又有進一步的相關發明，如電腦、因特網、移動電話、智能手機等等，這些發明共同推動了信息技術革命。所以，在這一輪信息技術革命中，美國是先驅者、領導者，如今美國處處主動，處處在上游，就因為美國是技術源發地。 1958年，芯片出現。之后的第五年，也就是1963年，日本人從美國引進了集成電路。那時日本處于“二戰”后的恢復時期，美國對日本采取扶持政策，給了技術援助。結果，在精微芯片領域，日本的工匠精神發揮到了極致，青出于藍而勝于藍。由此，日本半導體產業后來居上，而且大規模推向了民用消費領域。所以60、70年代，日本是全球半導體產業的領頭羊。 1965年，日韓實現了邦交正常化，日本開始在韓國設廠，此后，韓國全盤掌握了日本從美國引進的技術，某些方面還優于日本。美日韓三國在60、70年代，像浪潮一樣，你追我趕，形成了國際性的芯片產業鏈。 1965年，中國就意識到發展大型集成電路是一件非常重要的事。在“冷戰”時期，盡管中國以研究“兩彈一星”的體制搞芯片，但直到20世紀80年代初，在高新技術方面，中國與發達國家相比仍有很大差距，芯片產業沒有大的進展。 改革開放以后，國務院于1982年成立了電子計算機和大型集成電路領導小組辦公室。應該說，近40年來，我們對芯片不可謂不重視。但國產芯片仍然在全球處在相對落后的狀態，尤其是高性能芯片，缺口巨大，全世界四分之三的芯片市場在中國，但中國80%左右的芯片還得依賴進口。芯片進口額花費外匯超過了石油的一倍多。石油進口1400億美元，芯片進口3000多億美元。我們也有一些低端芯片供出口，大概1000多億美元，但是逆差還有2000多億美元。 在全球芯片產業鏈上，我們處在中下游。上游的高端技術、核心技術，關鍵零部件，關鍵專利都不在我們手里。全球芯片產業鏈條上的龍頭企業里，目前還沒有一家中國企業。芯片里面最典型的內存芯片，目前美國占全球市場一半，韓國占24%左右，日本占10%，歐洲占8%，中國占3%，我國企業的市場地位非常邊緣化。 回頭看中國芯片多年來的發展，我們錯過了兩次機遇。第一次是在芯片發明和發展的黃金階段，美日韓歐基本同步，形成全球產業鏈，而我們那時候沒有及時跟上；第二次是20世紀90年代后，市場換技術的路線遇到了1996年《瓦森納協定》阻礙，耽誤了我們追趕的步伐。 最近十年，中國芯片產業增長迅速，已有超過200家芯片廠商，可以量產14納米的芯片，產業鏈逐步從中下游向中上游移動，國家對芯片產業的政策支持更加密集，力度也在加大。 目前，中國的芯片技術迭代和第一陣營美日韓相比，相差兩到三代，目標是2025年與第一陣營的差距縮小到兩代或者一代半。什么意思呢？從現在的量產14納米，到2025年可以量產7納米、5納米。曾經有報道稱，臺積電在2022年底開始量產3納米。當然，芯片不會無限小下去，按科學家推算，芯片的極限是2納米，這是由硅的分子直徑決定的。 - 02 - 芯片制造為什么這么難 芯片產業有其獨特的內部結構和產業特性。芯片產業鏈分為五個子鏈，或者說芯片產業分為五大行業。 第一，設計。數以億計的線路如何集成在一起，首先需要設計。全球最大的芯片設計公司是英國ARM，而在設計軟件領域，美國EDA居于壟斷地位。最近芯片產業最大的新聞是美國英偉達要從英國收購ARM，屆時美國在芯片產業上將更加強勢。華為旗下的海思公司設計能力可以達到7納米。我曾經問華為的副總，中國為什么不收購ARM？他的回答是：歐美此類公司，中國永遠都不會有收購機會。 第二，制造，包括成品制作和半成品制作。芯片的上游半成品是晶圓，高純度晶圓制造基本由日本企業壟斷。在硅的冶煉方面，日本企業可以將冶煉純度提高到99.99%，確保做成的晶圓是最好的。在晶圓的基礎上制造芯片，這個行業最大的企業是臺積電，大陸的中芯國際目前是全球第五——當然只是產量全球第五，其生產的芯片等級較低，利潤率也不高，因為許多專利技術不在自己手里，還受到美國嚴厲監管。 第三，封裝測試。將芯片壓縮到一個板子上，進行合格測試。因為芯片的線路和觸點太多，即使某處萬分之零點幾的差錯，最終也會造成巨大的差錯，所以必須逐個測試。封裝測試基本屬于勞動密集型產業，在這一行業中國與國際差距不大，甚至處于領先地位。 第四，設備。生產芯片的設備大家都知道，其中最精密的EUV光刻機制造商是荷蘭ASML，生產晶圓的設備制造商在日本，主要是三菱、索尼等企業。7納米工藝光刻機目前只有荷蘭ASML能夠提供，售價1億美元以上，而且有錢還不一定能買到。上海微電子已經能夠生產制作28納米芯片的設備。 第五，輔助材料。包括光刻膠、掩膜版、靶材、封裝基板等等，這些材料目前國內仍無突破。 芯片制造是如此之難，卻又如此重要。它在整個國民經濟中占有基礎性、戰略性地位，不管是民生，還是國防、工業、裝備、航天，等等，芯片出問題，就等于人的心臟出問題。芯片又是一個全球充分競爭的行業，但進入的門檻高，周期長，資金密集、技術密集、人才密集；投資動輒數百億美元，所需的研發人員成千上萬，目前芯片行業基本是全球有限寡頭間的競爭，是跨越國界的國際市場競爭。 由于芯片重要的戰略價值，這場競爭不僅是市場的競爭，還是國家間的競爭，芯片產業甚至成為貿易戰的有力武器，成為競爭對手之間限制和制裁的重點產業。 - 03 - 中美競爭背景下的芯片 “鐵幕”消失，“硅幕”開啟。中美經貿摩擦以來，“芯片”成為熱詞，成為焦點。2020年9月15日，迫于美國技術壟斷壓力，臺積電正式停止為華為麒麟芯片代工。華為花了600萬人民幣從臺灣包機拉回了最后一批芯片，據說這600萬人民幣是全體華為高管們集資的錢。臺積電把能給的貨都給了華為。但華為儲存的芯片也只夠支撐2021年半年的手機出貨量。 曾有消息稱，美國商務部要將中芯國際列入實施制裁實體名單。中芯國際在中國剛剛上市，募資200多億元。如果中芯國際在上游的設備和技術上出問題，高性能芯片生產將再生變數，前景不妙。2023年，美國又對華為芯片全面斷供。 2022年5月，美國總統拜登簽署總額高達2800億美元的《芯片與科學法案》，促進半導體企業回歸和提高在美產量，以幫助美國在生產先進芯片方面領先世界。2022年10月7日，美國商務部經濟安全局再次發起對華芯片限制，包括設備、零部件、技術、人才等多個方面，下手狠、范圍廣，在四個重點領域：超算、人工智能、汽車、手機，幾乎一刀切。2023年1月28日，美國、荷蘭和日本就限制向中國出口先進芯片制造設備達成協議，涉及ASML、尼康、東京電子等企業的設備產品。 在芯片領域，中國基本上沒法反制美方制裁，供求和技術水平極端不對稱，對于英特爾、高通、蘋果、微軟等外國企業，我們都是強依賴，而其對中國則是弱依賴。正如美國要遏制抖音、微信，我們也沒法反制，因為谷歌早已離開中國，臉書壓根兒就沒到過中國。 美國國家安全戰略和美國對華戰略都將中國作為頭號競爭對手，全面遏制中國已是既定政策。把芯片作為非對稱精準打擊的施力點，對美國而言是機會成本最低的做法，并且它對中國的傷害是最大的。以關稅為標的的經貿摩擦，轉化為以芯片為武器的科技摩擦、產業摩擦。華為就是其犧牲品，接班人一度被羈押、芯片斷供、操作程序到期，美國商務部對華出口管制實體清單上有1000多家企業，華為及其相關企業占了100余家。當然，美國對華為感到恐懼也是有原因的。歷史上的信息技術革命，主要是由美國的通信企業發起。華為是有通信產業基因的公司，不光有移動終端產品，還掌握著領先世界的5G技術。在即將到來的數字時代、智能時代，如何能爭奪到主導權？芯片成為關鍵產業的關鍵環節。 美國鷹派政客鼓動與中國全面脫鉤雖是癡人說夢，但科技脫鉤已經開始實施。怎么辦？第一個想到的辦法就是搶人，以提高數倍的工資挖人。 任正非曾到東南沿海地區的高校去招募人才，因為華為需要增加3萬名工程師來充實研發隊伍。因為當下企業最缺的就是人才，芯片之戰已經成為人才之戰。高端制造業的一個特性就是與科學和教育水平密切相關，其競爭也是國家間教育和科學力量的角逐。目前，中國教育系統還沒有獨立培養出理工學科領域的諾獎得主，這意味著我們缺乏從0到1的顛覆式創新能力。華為的5G是哪兒來的？其技術原理最初是一位土耳其科學家提出的假設，最后被華為發現并變成了產品。先進技術先由科學家提出假設、實驗室發明，最后由企業家和科學家共同將其產業化。中國工業化快速追趕西方，中間很多環節還有所欠缺。由于基礎研究差，導致了底層的硬件、軟件都要依賴別人，這是根本差距。 制造業占GDP比重達峰并開始逐漸下降時，為保持工業發展的勢頭，必須加大研發投入，使創新能力成為工業制造業的第一動力。就一個國家和地區來說，保持研發投入超過制造業產值的3%～4%、保持從0到1的基礎研究創新投入占總研發投入的20%以上、保持制造業創新領先的獨角獸企業占資本市場市值的30%以上，是制造強國的標志。 應該說，我們還在追趕當中。提出發展新格局，并不意味著問題已經解決，而是為了應對復雜嚴峻的國際環境，做出必要的思想準備和工作準備。 有經濟專家一直強調發揮比較優勢，但現在我們的比較優勢越來越弱了。如果繼續堅持比較優勢，我國將永遠處于產業鏈的中下游，高端的東西永遠掌握在別人手里。芯片等高端制造業在國內有巨大市場，自己不發展卻受制于人，不是長久之計。 新冠疫情導致全球產業鏈重構，原來的產業鏈是跟著成本走，哪里成本低往哪里布置，現在則變為哪里安全往哪里布置。當然，效率和利潤原則仍然在起作用。雖然美國政府提出脫鉤，在企業巨大的經濟利益面前，也可能妥協。所謂的“實體清單”就是要美國企業報批，經過審批之后仍然可以做生意。此后，美國大批企業已經開始向美國商務部申請。但反復博弈、逐步脫鉤將是大趨勢。中國科技界、企業界對此應做出最壞打算。 - 04 - 中國芯片自強之路 中國在1982年即成立電子計算機和大規模集成電路領導小組辦公室，簡稱“大辦”。在國家層面設立一個產業的領導組織，政策力度之大可想而知。在推進芯片產業發展方面，1990年有908工程，1999年又有909工程，2000年國務院專門發布了關于芯片發展的18號文件。 從國家高技術研究發展計劃（863 計劃）開始，許多政策和資源向芯片領域重點傾斜。十大專項基金設立之后，01號、02號項目都給了芯片產業。2014 年，國開金融、中國煙草等企業成立了專門扶持半導體產業的“大基金”，即國家集成電路產業投資基金。據媒體報道，該基金第一期募集了1300億元。2023年開始第二期募集，資金規模達2100億元，并采取股份制管理，擁有包括財政部、中國煙草總公司在內的二十幾個股東。此外，許多地方政府也把芯片列為重點發展產業。 產業政策很重要，但政策不是萬能的，問題有三。其一，政策自上而下，全面撒網，沒有專注于細分領域突破。而細分領域由誰來突破？只能是離市場最近的企業。所謂細分領域，實際上是由企業來定義的——企業做大了，一個細分領域就成立了，但做規劃的人并不知道哪一個細分領域可以做大。其二，基金到了企業，尤其是大型國企、央企，很可能被用于基建。因為企業領導人任期只有一屆到兩屆，如果搞基礎研發，搞人才投入，任期內很難看到效果，他們寧愿買技術賺快錢。其三，所有相關政策和項目的制定者以及評審專家，大多是從央企、大學抽調，委員專家不可能完全中立，既是裁判員，又是運動員，無人為項目負最終責任。 1982年，“大辦”計劃確定了“兩基一點”的芯片產業選址布局。“兩基”指的是江浙滬、京津沈，而“一點”則是指西安。然而，當時的人們很難想象深圳和成都會異軍突起。雖然全國統一的體制具備一定的優勢，但技術創新的主體永遠是企業。舉國體制和市場主體之間存在著一對難以協調的矛盾。 事實上，中國政府在芯片產業上的投資金額是全世界最多的，超過了美日韓和歐洲國家，然而，其效果卻一言難盡。各地紛紛引進投資，芯片項目成為搶手貨，根據相關統計數據，截至2020年8月，中國有近萬家企業轉向芯片行業。 在資本市場上，風險投資和私募股權投資公司都在尋找芯片項目，芯片投資咨詢機構也如雨后春筍般涌現。專家、企業家、投資者和中介相互鼓舞，也相互誤導。這些投資公司投入資金、講故事、套現、退出，令中小投資者見芯片猶如韭菜之見鐮刀，被割得狼狽不堪。 然而，市場上募資的公司都是新公司，它們只有漂亮的演示文稿，卻沒有真正的產品。有些公司甚至只是搞了個樣品就宣稱開始量產。大多數企業缺乏上下游產業鏈，銷售額低，沒有利潤，甚至沒有真正從事芯片研究的團隊。 幾年前，某大學微電子學院的院長從美國購買了芯片，然后讓臨時工將商標去掉，換上漢芯的標志，以此騙取了11億元研發資金，更糟糕的是，這一行為耽誤了許多國家項目的開展，破壞了產業生態。2020年，投資153億元的武漢弘芯項目停工，隨即宣布破產，其所擁有的國內唯一的7納米光刻機被銀行抵押。地方政府和企業急于追求成就，無視芯片企業的研究基礎和團隊實力，導致了慘痛的失敗，令人唏噓不已。 - 05 - 打通內循環的卡點 中國必須發展自己的芯片產業，這一點毋庸置疑。未來全球可能存在兩條芯片供應鏈，一個是中國的獨立鏈條，另一個則是美國等西方國家的鏈條。至于中國芯片產業能不能成功，在多大程度上成功，現在還言之過早。 早在2010年，中國就成為世界第一制造大國，但10年后，小小芯片仍是第一制造大國不可承受之重。如果將世界制造業比作巨人，美國是頭腦，日本、德國是心臟，中國則是四肢，扮演著承擔基礎工作和勞動密集型工作的角色。 中美經貿摩擦和新冠疫情使我們意識到，我們在全球價值鏈中處于中低端的位置。中國制造業有品種優勢，但缺乏品質優勢；有成本優勢，但缺乏技術優勢；有速度優勢，但缺乏質量優勢；有產品優勢，但缺乏品牌優勢。“十四五”開局之前，全國開始排查各行業的技術瓶頸，制造業是技術瓶頸最多的領域。 中國芯片制造業中操作系統、新材料系統、精密設備系統，三大系統均受制于人。類似關鍵技術和核心零部件受制于人的情形，還存在于其他領域，如航空發動機、傳感器、離子隔膜、高壓柱塞泵、環氧樹脂等。 所以，如果真的要斷開外循環，中國的內循環可能也將是一句空話。內循環為主體，外循環仍然必不可少。而且，即使內循環為主體，也要防止因外循環不暢，而再次形成新的差距。特別是一旦在美國主導下形成全球聯盟，中國高新技術制造、先進制造、高端制造面臨的挑戰和限制將會越來越多。 還須提防，如果經濟長時段下行、財政越來越困難，舉國體制的政策效應會逐步遞減，也會受到國際市場質疑。尤其要提防類似芯片競爭這樣的競爭陷阱。 什么是競爭陷阱？當我們利用舉國之力不惜代價將產業水平追趕上西方的時候，西方突然放開市場，那么所有不惜代價的投資等于打了水漂。芯片是這樣，上文列舉的所有被“卡脖子”的行業亦是如此，假如各個行業都遭遇競爭陷阱，這對整個中國的國力將是巨大的消耗。競爭陷阱，不可不防。 芯片產業千萬不能脫離全球創新鏈。外循環仍然至關重要。習總書記2020年9月11日在科學家座談會上講了六條加快科技創新的意見，其中一條就是“加強國際科技合作”。當前，需要的仍然是“加強”，而不是“減弱”。加入，而不是脫離全球分工協作系統，仍然非常重要。 - 06 - 離不開基礎研究的支撐 半導體是當前中美科技戰的“主戰場”。全球年產值6000億美元的半導體產品涵蓋了上千款芯片和近10萬種分立器件，支撐了下游年產值幾萬億美元的各類電子產品，以及年產值幾十萬億美元的數字經濟。據估算，每1美元的半導體產品可拉動全球100美元的GDP。 2022年8月11日，美國宣布對中國禁運下一代GAA晶體管的EDA軟件，而全球半導體物理和微電子領域的基礎研究成果都被整合在EDA工具的工藝設計套件（PDK）中。由于以往中國各芯片企業通過購買EDA公司的PDK包共享全球半導體基礎研究成果，中國決策者、政府人員，甚至產業界都認為，沒有半導體基礎研究也可以發展半導體產業。如今，用李樹深院士的說法，美國已經擰熄了半導體物理學術交流的“燈塔”，我們進入了“黑暗森林”。 芯片的上游是半導體物理學，半導體物理學是一切半導體技術的源頭。第一次量子革命誕生了激光器和晶體管等器件，產生了包括集成電路、光電子器件、傳感器、分立器件在內的半導體信息技術，半導體領域的11項成果獲得了9個諾貝爾物理學獎。當前晶體管已接近物理極限，“摩爾定律”即將失效，亟需突破新材料、新結構、新理論、新器件和新電路的瓶頸。相當大一部分核心專利來自半導體物理基礎研究成果，而且這些成果不依賴EUV光刻機等最先進的半導體制造設備。通過大力加強半導體基礎研究，圍繞下一代晶體管的材料、器件、工藝等在歐洲和美國布局大量專利，就可以在芯片制造這個全球半導體產業鏈的“咽喉”部位設置“關卡”，形成反制手段，有望解決半導體關鍵核心技術“卡脖子”難題。 半導體產業鏈長且廣。半導體產業鏈上游的任何一種材料、一種設備，甚至一個配件都可能成為制約競爭者的部位。即使半導體的發源地美國也不可能獨立建構整個半導體產業鏈。為此，美國急于拉攏日本、韓國和中國臺灣地區組建半導體四方聯盟（Chip4），提升其半導體供應鏈安全性，同時遏制中國其他地區發展高端芯片產業。在中美科技戰和產業鏈“脫鉤”的背景下，我們即使設計或制造出先進芯片也難以打入國際供應鏈。通過大量投資進行國產化替代，只能實現內循環或拉近與美國的差距，仍然無法改變我中有你，你中無我的“卡脖子”困境。 長期以來，美國每年的半導體研發投入超過全球其他國家總和的2 倍。2018年，美國聯邦政府投入半導體的研發經費是60億美元，而半導體企業投入則高達400億美元，這接近中國中央財政3738億元人民幣的科技研發總支出。在“美國的未來取決于半導體”的口號下，美國在2022年通過了投資額達到2800億美元的《芯片與科學法案》，其中包括在2022年—2026年向芯片產業提供約527億美元的資金支持，為企業提供價值240億美元的投資稅抵免，鼓勵企業在美國研發和制造芯片，并在2023年—2027年提供約2000億美元的科研經費支持等。 中國科技投入的絕對量很大，2021 年是 2.78 萬億元人民幣，排名世界第二，占GDP的比重是2.44%，很有潛力。但其中的基礎研發只占總投入的6.2%，這一比例到2025年要力爭達到8%。發達國家是15%～20%。而且，在各種不同的統計口徑下，中國成果轉化率最高是30%，不及發達國家的一半。 |
