中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)現(xiàn)狀:落后卻充滿活力

時(shí)間:2023-01-11

來(lái)源:21ic電子網(wǎng)

導(dǎo)語(yǔ):美國(guó)及美國(guó)公司正在失去其在中國(guó)民營(yíng)技術(shù)公司的影響力和市場(chǎng)份額,這些充滿活力的、先進(jìn)的并且具有創(chuàng)新力的中國(guó)公司更加堅(jiān)定地打造一個(gè)以中國(guó)為中心的新型半導(dǎo)體生態(tài)圈,這種心態(tài)轉(zhuǎn)變帶來(lái)的反響將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)在中美關(guān)系的大背景下,利用半導(dǎo)體作為談判工具帶來(lái)的短期利益。

  隨著先進(jìn)半導(dǎo)體成為推動(dòng)許多變革性技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵,尖端計(jì)算機(jī)芯片成為了21世紀(jì)地緣政治競(jìng)爭(zhēng)的熱門(mén)領(lǐng)域。然而,半導(dǎo)體卻是中國(guó)經(jīng)濟(jì)中較為罕見(jiàn)的對(duì)外依賴型產(chǎn)業(yè),這和很多產(chǎn)業(yè)依賴中國(guó)有很大不同。每年中國(guó)半導(dǎo)體的進(jìn)口額超過(guò)3000億美元,大多數(shù)美國(guó)大型半導(dǎo)體公司至少有25%的銷售額來(lái)自中國(guó)市場(chǎng)。

  這種相互依賴使兩國(guó)的技術(shù)產(chǎn)業(yè)都受益。中國(guó)大型科技公司都依賴美國(guó)芯片,如果騰訊或阿里巴巴在發(fā)展早期采購(gòu)中國(guó)產(chǎn)的微處理器,或自行開(kāi)發(fā)制造,它們永遠(yuǎn)不會(huì)成長(zhǎng)為今天的巨頭。與此同時(shí),許多美國(guó)公司也從中國(guó)客戶、市場(chǎng)和創(chuàng)新中獲益。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)規(guī)模增長(zhǎng)與成本下降,都離不開(kāi)中國(guó)和亞洲的系統(tǒng)和設(shè)備制造業(yè)的擴(kuò)張,從而讓信息技術(shù)變得十分普遍。盡管太平洋兩岸措辭嚴(yán)厲,但美國(guó)半導(dǎo)體公司和中國(guó)同行如今正共同努力在千百種產(chǎn)品設(shè)計(jì)和聯(lián)合技術(shù)開(kāi)發(fā)方面展開(kāi)合作。

  然而,這些合作并沒(méi)能阻止半導(dǎo)體成為中美緊張關(guān)系的風(fēng)暴眼。在后疫情和后特朗普時(shí)期,美國(guó)政府的許多人希望美國(guó)經(jīng)濟(jì)減少對(duì)中國(guó)的依賴,并探尋對(duì)進(jìn)口中國(guó)硬件和出口前沿半導(dǎo)體及其制造設(shè)備的新限制條令。而此時(shí),中國(guó)政府正在按照去年十四五規(guī)劃明確提出的,努力追求“技術(shù)獨(dú)立”的目標(biāo),盡管這個(gè)目標(biāo)的定義尚且模糊。

  但是,如何實(shí)現(xiàn)這種獨(dú)立以及實(shí)現(xiàn)這種獨(dú)立是否有意義,這是個(gè)極具不確定的問(wèn)題。美國(guó)政府官員權(quán)衡政策選擇時(shí),他們首先需要了解中國(guó)及全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè),以及中國(guó)政府如何實(shí)現(xiàn)其發(fā)展國(guó)內(nèi)芯片制造產(chǎn)業(yè)的目標(biāo)。雖然中國(guó)的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步,但是大部分細(xì)分領(lǐng)域仍然落后于國(guó)外競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手,并且在追趕的進(jìn)程中會(huì)面臨經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)阻礙。美國(guó)如何對(duì)待這一行業(yè)的政策,不僅會(huì)對(duì)中美關(guān)系產(chǎn)生重大影響,也會(huì)對(duì)美國(guó)的半導(dǎo)體、系統(tǒng)和互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)產(chǎn)生重大影響,這些行業(yè)的發(fā)展與中國(guó)密切相關(guān)。

  理解半導(dǎo)體行業(yè)

  美國(guó)也依賴于國(guó)外關(guān)鍵的上游輸入資源和制造能力。任何一條半導(dǎo)體制造鏈都十分復(fù)雜,需要300種不同的輸入資源,包括原材料晶圓、大量生產(chǎn)型化學(xué)品、專用化學(xué)品和大量的專用化學(xué)氣體,這些上游會(huì)通過(guò)50多種不同形式的處理和測(cè)試工具進(jìn)行處理分析。半導(dǎo)體設(shè)備、工具和材料來(lái)自全球各地,通常高度專業(yè)化。另外,半導(dǎo)體制造中的大部分設(shè)備(如光刻和測(cè)量設(shè)備),依靠經(jīng)過(guò)高度優(yōu)化的復(fù)雜供應(yīng)鏈,這些設(shè)備中包含了數(shù)百家不同公司提供的模塊、激光、機(jī)電模塊、控制芯片、光學(xué)、電源等。如今半導(dǎo)體工廠的產(chǎn)線代表了數(shù)十萬(wàn)人多年研發(fā)的積累,將他們集成到一個(gè)單一的制造鏈中的過(guò)程可能匯集了成千上萬(wàn)的產(chǎn)品。

  設(shè)計(jì)這些制造過(guò)程的產(chǎn)品類型幾乎與制造投入的資源一樣多種多樣。至少有20個(gè)主要的半導(dǎo)體產(chǎn)品類別(從光學(xué)傳感器、電池管理模塊到CPU),每個(gè)類別通常為專門(mén)應(yīng)用開(kāi)發(fā)的數(shù)百個(gè)不同的庫(kù)存料號(hào)(用于銷售的不同產(chǎn)品)。這種復(fù)雜性創(chuàng)造了一個(gè)由無(wú)數(shù)細(xì)分專業(yè)方向組成的巨大市場(chǎng),在半導(dǎo)體市場(chǎng)中,專業(yè)的世界級(jí)公司通過(guò)幾十年有針對(duì)性的研發(fā),在自己擅長(zhǎng)的領(lǐng)域建立了牢固的市場(chǎng)地位。

  復(fù)雜性也使半導(dǎo)體成為贏家通吃的行業(yè)。在任何特定的細(xì)分市場(chǎng)中,受規(guī)模、學(xué)習(xí)效率和客戶高轉(zhuǎn)換成本的影響,最頂尖的前一兩家公司會(huì)賺得該細(xì)分市場(chǎng)的所有經(jīng)濟(jì)利潤(rùn),不管是小市場(chǎng)(如熔爐),還是大市場(chǎng)(如服務(wù)器CPU),都很少看見(jiàn)新進(jìn)入的企業(yè)打破這種壟斷寡頭地位。例如,圖形處理器(GPU)市場(chǎng)的引領(lǐng)者英偉達(dá)(Nvidia),從1999年開(kāi)發(fā)出該細(xì)分市場(chǎng)后就沒(méi)有丟失過(guò)其領(lǐng)先地位,盡管中國(guó)在GPU市場(chǎng)有還處于早期的初創(chuàng)公司,但其市場(chǎng)份額基本為零。總部設(shè)在臺(tái)灣的臺(tái)積電(TSMC)是第一家專注晶圓代工領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)者,在它33年的歷史中一直沒(méi)有失去其領(lǐng)先地位,而中國(guó)大陸晶圓代工領(lǐng)域的代表中芯國(guó)際,盡管投資發(fā)展了近20年,但在技術(shù)上仍落后臺(tái)積電四五年。

  中國(guó)的半導(dǎo)體戰(zhàn)略

  在2015年之前,中國(guó)花費(fèi)30多年的時(shí)間和數(shù)百億美元來(lái)打造國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè),向國(guó)內(nèi)領(lǐng)先企業(yè)注入大量資源來(lái)與西方企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)。然而,盡管投入了這么多,中國(guó)的半導(dǎo)體公司仍占據(jù)全球市場(chǎng)的較小一部分。IHS iSuppli的數(shù)據(jù)顯示,中國(guó)公司在半導(dǎo)體價(jià)值鏈中的全球份額處于以下水平:

  芯片設(shè)計(jì)業(yè)約占20%

  晶圓代工產(chǎn)能約占10%

  整合元件制造(IDM)不到1%

  EDA、半導(dǎo)體工具和材料不到1%

  最重要的終端產(chǎn)品類別中市場(chǎng)份額不足1%,比如互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心用到的邏輯芯片,或者主要云供應(yīng)商用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的高級(jí)存儲(chǔ)芯片。

  為了降低對(duì)國(guó)外半導(dǎo)體供應(yīng)商的依賴,2014年中國(guó)宣布了一項(xiàng)重要的半導(dǎo)體新政策,第二年推出的“中國(guó)制造”政策也重點(diǎn)支持半導(dǎo)體核心技術(shù)。中國(guó)新的半導(dǎo)體政策與先前半導(dǎo)體政策相比,有兩大創(chuàng)新:第一是通過(guò)并購(gòu)的方式,從海外獲取技術(shù);第二是通過(guò)私人投資者帶頭投資(如私募股權(quán)基金),從而帶來(lái)真正懂市場(chǎng)的資本。后來(lái),隨著時(shí)間的推移,這一政策轉(zhuǎn)向了更加傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)政策模式,即給予指定的國(guó)家龍頭企業(yè)大量的制造和研發(fā)補(bǔ)貼。然而,超過(guò)五萬(wàn)家中國(guó)實(shí)體公司注冊(cè)為“半導(dǎo)體公司”,使得中國(guó)半導(dǎo)體投資正面臨分散的風(fēng)險(xiǎn)。

  盡管中國(guó)努力發(fā)展半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè),但2020年中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的區(qū)域結(jié)構(gòu)與2014年相比基本保持不變,并且從公司總部所在地的全球市場(chǎng)份額分布來(lái)看,中國(guó)本土半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)生沒(méi)有重大轉(zhuǎn)變。在一些重要的制造技術(shù)領(lǐng)域,如光刻和最先進(jìn)的軟件設(shè)計(jì)工具,中國(guó)仍然落后幾十年。中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)估計(jì),要實(shí)現(xiàn)這個(gè)政策目標(biāo),中國(guó)需要補(bǔ)上大約30萬(wàn)工程師的人才缺口。近幾個(gè)月,武漢政府介入接管了一家資金緊張的制造商——武漢弘芯,該公司曾夸口在邏輯制造領(lǐng)域投入200億美元,這正是中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)面臨困境的一個(gè)例子。

  中國(guó)遇到了不少挫折,但也取得了一些進(jìn)步。自2015年以來(lái),由于收購(gòu),中國(guó)的后端制造業(yè)(封裝測(cè)試)市場(chǎng)份額幾乎翻了一番,達(dá)到40%。在芯片設(shè)計(jì)方面,中國(guó)的市場(chǎng)份額也幾乎翻番,華為海思貢獻(xiàn)很大。這些細(xì)分領(lǐng)域更符合中國(guó)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì):后端制造過(guò)程技術(shù)難度較低,依靠地勞動(dòng)成本和運(yùn)營(yíng)效率;無(wú)晶圓設(shè)計(jì)公司得益于與終端客戶應(yīng)用緊密相連(中國(guó)的整機(jī)廠商在應(yīng)用市場(chǎng)有較大優(yōu)勢(shì)),且由于現(xiàn)成可用的設(shè)計(jì)工具多,進(jìn)入壁壘較低。當(dāng)前,幾乎在價(jià)值鏈的每一階段都有中國(guó)競(jìng)爭(zhēng)者,包括化學(xué)品、材料、工具和制造,盡管他們中的部分技術(shù)落后于市場(chǎng)領(lǐng)先者。中國(guó)正將其大量的風(fēng)險(xiǎn)投資和工程人才轉(zhuǎn)到這個(gè)行業(yè)。在類似的技術(shù)壁壘較低的市場(chǎng),如用于制造LED的MOCVD工具,中國(guó)公司已經(jīng)研發(fā)出具有競(jìng)爭(zhēng)力的制造設(shè)備。雖然中國(guó)半導(dǎo)體政策的的效果取決于中國(guó)工程師的戰(zhàn)術(shù)和執(zhí)行質(zhì)量,但毫無(wú)疑問(wèn),中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)在未來(lái)十年將變得更具競(jìng)爭(zhēng)力。

  盡管還沒(méi)有明確規(guī)定獨(dú)立的定義,但十四五計(jì)劃已經(jīng)將“技術(shù)獨(dú)立”列為國(guó)家戰(zhàn)略。如果我們將技術(shù)獨(dú)立定義為“自給自足”,一個(gè)完全受國(guó)內(nèi)控制的半導(dǎo)體供應(yīng)鏈,它服務(wù)于中國(guó)所有客戶的需求,不侵犯全球任何公司的知識(shí)產(chǎn)權(quán),這在中期顯然是不可能的,長(zhǎng)期來(lái)看也不太可能實(shí)現(xiàn)。首先,“只在中國(guó)、只為中國(guó)”的供應(yīng)鏈模式在經(jīng)濟(jì)學(xué)上是行不通,即使在價(jià)值鏈的每個(gè)階段中國(guó)企業(yè)贏得每個(gè)潛在中國(guó)客戶80%的業(yè)務(wù),中國(guó)企業(yè)的總體研發(fā)能力也不到行業(yè)總體研發(fā)能力的15%,甚至更少,因?yàn)橹袊?guó)的價(jià)格偏低,能夠留存下來(lái)再投入到研發(fā)中去的利潤(rùn)更少。這種本土化戰(zhàn)略將使中國(guó)仍落后于世界其他國(guó)家:只具備世界研發(fā)能力15%的公司研發(fā)出的產(chǎn)品如何與那些技術(shù)領(lǐng)先且總投入更多的企業(yè)的產(chǎn)品相競(jìng)爭(zhēng)?當(dāng)然,中國(guó)政府補(bǔ)貼能夠縮小資金缺口。但是要在幾十年里保持如此大規(guī)模的補(bǔ)貼,會(huì)使得許多半導(dǎo)體公司過(guò)于依賴政府資源,這在商業(yè)上行不通。

  在手機(jī)和PC行業(yè),中國(guó)半導(dǎo)體公司最好能以市場(chǎng)化方式取勝,而不是靠政府支持,并通過(guò)與國(guó)外公司合作,共同開(kāi)發(fā)技術(shù),建立生態(tài)系統(tǒng),尋求全球客戶。這就是中國(guó)幾家主要消費(fèi)電子公司,如Vivo,小米,聯(lián)想和大型通訊設(shè)備制造商做的。多年來(lái),這些領(lǐng)先的設(shè)備系統(tǒng)公司的銷售額中,一半以上來(lái)自國(guó)外。

  然而半導(dǎo)體技術(shù)已經(jīng)成為與美國(guó)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn),這種合作會(huì)變得更加困難。自2016年以來(lái),美國(guó)政府以中國(guó)科技公司涉嫌侵犯人權(quán)以及與中國(guó)軍方合作為由,將中國(guó)主要的半導(dǎo)體用戶和供應(yīng)商列入實(shí)體清單。這些公司包括大疆、中興、??低暤劝雽?dǎo)體用戶,以及華為和中芯國(guó)際在內(nèi)的半導(dǎo)體供應(yīng)商。名單上的企業(yè)如果沒(méi)有美國(guó)商務(wù)部工業(yè)安全局(BIS)提供的許可證,一般就沒(méi)有資格獲得任何受出口管理?xiàng)l例限制的產(chǎn)品與服務(wù)。美國(guó)政府還加強(qiáng)了對(duì)半導(dǎo)體等敏感技術(shù)領(lǐng)域收購(gòu)或投資的監(jiān)管,限制中國(guó)與美國(guó)公司、實(shí)驗(yàn)室和教育機(jī)構(gòu)之間的聯(lián)合研發(fā)和學(xué)術(shù)交流。綜上所述,美國(guó)政府的這些舉措,使得中國(guó)建設(shè)具有競(jìng)爭(zhēng)力的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的任務(wù)變得更加艱巨。

  盡管經(jīng)濟(jì)發(fā)展的趨勢(shì)推動(dòng)著中國(guó)企業(yè)走向全球化,但半導(dǎo)體價(jià)值鏈中的許多中國(guó)企業(yè),從初創(chuàng)企業(yè)到老牌企業(yè),都在悄悄地追求供應(yīng)鏈“本土化”戰(zhàn)略。他們借助這個(gè)時(shí)機(jī)專注于進(jìn)口替代,并尋找方法將美國(guó)供應(yīng)商從他們批準(zhǔn)的采購(gòu)清單中移除,或?qū)⑺麄冏鳛樘娲?yīng)商。他們鼓勵(lì)中國(guó)媒體、政府官員和投資者將他們視為“中國(guó)龍頭企業(yè)”。這些公司高管不是出于“愛(ài)國(guó)精神”或迎合“國(guó)家政策”做出這些決定,相反,他們是為了實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)連續(xù)性的目標(biāo),減少未來(lái)出口管制和實(shí)體清單的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)然,很多時(shí)候這些企業(yè)家這么做,也是希望獲得市場(chǎng)關(guān)注與政府支持,讓企業(yè)上市套現(xiàn)。由于這些高管中許多曾在大型跨國(guó)公司工作,一些甚至持有美國(guó)護(hù)照,本土化戰(zhàn)略通常不是他們希望的,但是新的貿(mào)易限制和更廣泛的貿(mào)易限制前景,使他們開(kāi)始更多地采用“在中國(guó),為中國(guó)”的模式。

  中國(guó)政府鼓勵(lì)企業(yè)走本土化道路。例如,政府主動(dòng)提出為中國(guó)企業(yè)提供保險(xiǎn),以防中國(guó)供應(yīng)商的設(shè)備或材料出現(xiàn)問(wèn)題,并且會(huì)根據(jù)是否承諾使用本土供應(yīng)商來(lái)確定制造業(yè)補(bǔ)貼。但請(qǐng)別搞錯(cuò),本土化的主要驅(qū)動(dòng)力是當(dāng)?shù)厣倘说纳虡I(yè)決策,而不是國(guó)家政策。

  中國(guó)和全球半導(dǎo)體行業(yè)將如何發(fā)展,很大程度上取決于中國(guó)企業(yè)的戰(zhàn)略舉措和工程化能力,也取決于即將到來(lái)的拜登(Biden)政府的政策。中國(guó)的本土化舉措,加上美國(guó)依賴于中國(guó)的硬件和制造業(yè)的普遍擔(dān)憂,將對(duì)拜登團(tuán)隊(duì)的外交政策構(gòu)成獨(dú)特的挑戰(zhàn)。拜登政府和國(guó)會(huì)的各方需要仔細(xì)權(quán)衡:美國(guó)半導(dǎo)體公司在世界上最大的市場(chǎng)中競(jìng)爭(zhēng)帶來(lái)的好處,與源自美國(guó)的技術(shù)危及到美國(guó)安全的弊端相比,孰重孰輕;厘清中國(guó)廠商在“國(guó)家驅(qū)動(dòng)為主”和“市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)為主”之間的界限;讓中國(guó)最優(yōu)秀的學(xué)者在頂級(jí)工程學(xué)校學(xué)習(xí)并與國(guó)家實(shí)驗(yàn)室合作的好處和防備工業(yè)間諜侵犯知識(shí)產(chǎn)權(quán)的風(fēng)險(xiǎn)中,如何取得平衡;并且出臺(tái)合適的半導(dǎo)體政策,讓市場(chǎng)決定輸贏。

  盡管中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的未來(lái)仍不清晰,但目前無(wú)可爭(zhēng)議的是美國(guó)及美國(guó)公司正在失去它在中國(guó)民營(yíng)技術(shù)公司的影響力和市場(chǎng)份額。這些充滿活力的、先進(jìn)的并且具有創(chuàng)新力的中國(guó)公司更加堅(jiān)定地打造一個(gè)以中國(guó)為中心的新型半導(dǎo)體生態(tài)圈。這種心態(tài)轉(zhuǎn)變帶來(lái)的反響將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)在中美關(guān)系的大背景下,利用半導(dǎo)體作為談判工具帶來(lái)的短期利益。

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