广州市集成电路产业发展现状及对策★

罗军， 游璐， 孙宇， 王小强， 罗宏伟

（工业和信息化部电子第五研究所, 广东 广州 510610）

0 引言

集成电路（IC） 的发明和应用是现代信息社会的基础, 其重要性与蒸气机的发明一样具有划时代的意义。 作为数字化整机产品与装备的核心部件, IC 广泛地应用于国民经济各个领域, 是信息社会经济发展的基石[1]。 中国作为电子信息技术产品最大生产、 出口和消费国, 拥有全球智能手机、 计算机和电子消费品等细分行业80%以上的产能, 在物联网、 5G 和智能家居等领域也保持着相对领先的地位。 作为全球IC 的最重要市场, 整体销售与进出口贸易将保持稳定增长的态势。

世界半导体贸易统计机构 （WSTS: World Semiconductor Trade Statistics） 数据显示, 2018 年全球半导体行业销售收入再创纪录, 达4 688亿美元, 增幅为13.7%[2]。 受全球半导体行业较高景气度的影响, 中国国家统计局数据显示, 2018年中国IC 累计产量为1 739.5 亿块, 比上年增长9.7%。 中国海关数据显示, 2018 年我国IC 进出口数量分别为4 175.7 亿个和2 171 亿个, 同比增幅分别为10.7%和6.2%, 平均价格增幅分别为7%和19%, 拉动作用明显。 我国IC 进口额和贸易逆差均突破3 000 亿美元和2 000 亿美元关口, 进口额占当年我国机电产品进口总额的32.3%, 占全国商品进口总值的14.6%, 贸易逆差连续第九年扩大,342 亿美元的增加额更是历史最大增幅水平。

随着我国在IC 上贸易逆差的扩大, 以及智能手机、 计算机和消费类电子等对IC 产品的迫切应用需求, 广州市的IC 产业有巨大的发展潜力。 作为IC 重要的消费和生产市场, 近年来广州市通过采取加大资金投入、 加强政策引导及加强人才引进和培育等措施, 积极推进IC 产业发展, 并取得了初步的成效。 在IC 设计领域, 拥有海格、 新岸线、 昂宝和视源等一批拥有自主知识产权的IC 设计企业, 在应用处理器、 LED 驱动芯片和多媒体芯片等领域逐渐地取得了一定的话语权； 在制造领域, 粤芯项目正在加速地推进, 预计2019 年量产； 在封装测试领域, 拥有风华芯电、 新星微电子和工信部电子五所等企业。 虽然广州市的IC 产业取得了初步成效, 但是产业链仍不完善, 产业大而不强, 缺乏龙头企业。 基于上述分析, 通过对广州市IC 产业进行分析, 针对存在的问题, 提出了应对策略及措施, 为广州市IC 产业的发展提供了一定的参考和借鉴。

1 国内外IC 产业发展现状及趋势

1.1 全球IC 产业发展现状及趋势

当前, 全球IC 行业进入调整变革时期, 行业发展呈现新趋势[3]。 2014-2016 年, 受桌面计算机、 智能手机和平板电脑等主要移动智能终端产品市场增长放缓等影响, 全球IC 市场增长有所放缓； 2017 年因存储器芯片（包括DRAM、 闪存等）的市场大幅增长, 带动了全球IC 销售额的快速增长, 全年销售额为4 122 亿美元, 同比增长21.6% 。 根 据 美 国 半 导 体 工 业 协 会 （ SIA:Semiconductor Industry Association） 的最新统计数据, 2018 年全球半导体行业的销售额达到4 688亿美元, 是该行业有史以来最高的年度销售额,比2017 年增长了13.7%。 其中存储器销售额达到了1 580 亿美元, 增长率达到27.4%, 创近年来最大增长率。 此外, 逻辑电路销售额达到1 093 亿美元, 微电路销售额达到672 亿美元, 功率电路销售额达到144 亿美元, 模拟电路销售额达到588亿美元。

全球IC 产业发展现状如图1 所示。 从图1 中可以看出, 2017 年及2018 年全球IC 产业获得了较大的增长率。 2018 年不同领域对IC 总产值的贡献情况如图2 所示, 其中自动汽车领域受益于电动汽车的发展增长率最高, 达到了18%以上； 计算机和通信领域的销售额都达到了1 400 亿美元以上, 并且增长率都达到了15%以上。 传统消费电子领域的销售额增长最低, 仅为2.8%。 2018 年不同行业领域IC 产值占比情况如图3 所示。 在总产值占比上, 通信领域的占比最高, 达到了32.4%；自动汽车领域的IC 销售额与工业领域及消费电子领域的IC 销售额逐步靠近, 表明近两年自动汽车的IC 产品需求逐渐地增大。 2018 年不同地区IC产业增长情况如图4 所示。 在区域分布上, 2018年中国IC 产业增长率最高, 达到了20.5%； 其次,美国、 欧洲和日本的IC 产业的增长率依次降低,其他地区的IC 增长率仅为6.1%。

1.1.1 美国的IC 产业

美国是半导体技术的发源地[4]。 美国半导体产业依靠军工起家, 并以科技为先导, 是世界半导体产业第一强国。 20 世纪80 年代中期以前, 美国一直居世界领先地位, 美国厂商在世界半导体市场中的份额保持在60%以上, 80 年代中期, 市场份额逐年下降并开始落后于日本。 通过几年的努力, 于90 年代初又夺回了在半导体领域的霸主地位, 其世界市场份额也回升至41%。 90 年代初期和中期, 美国再次制定发展微电子的规划, 进一步地确保了其领先地位。 到20 世纪90 年代末期, 美国以家用电脑和光纤通信为核心的信息技术产业快速发展, 带动了计算机中央处理器、 模拟器件和存储器产品市场的快速发展, IC 产品在民用市场开始大规模应用, 2003 年美国重新确立了在全球半导体市场的绝对主导地位。 此后, 随着美国汽车工业医疗电子产业、 先进制造业的不断发展, 美国半导体市场需求不断地扩大, 产业综合实力不断地增强。

美国之所以始终如一地重视以IC 为核心的半导体产业, 正是看到了其在信息产业、 国家安全,乃至整体国民经济中基础性、 战略性和引领性的重要地位。 目前, 美国半导体产业依然拥有着48%左右的市场份额。 在全球大多数国家的半导体市场当中, 美国半导体公司所占有的市场份额一般都超过50%。

1.1.2 欧洲的IC 产业

欧洲曾经是全球半导体产业的重要区域之一,市场份额曾占到全球的20%以上。 而随着全球经济格局的变化及半导体产业的转移, 欧洲半导体产业已经失去了往日的辉煌, 逐步地趋向没落与保守。 近年来, 欧洲半导体产业规模占到全球的10%左右, 产业发展相对平缓, 竞争力有所减弱。欧洲半导体厂商纷纷成为被收购整合的对象, 最为典型的比如日本软银收购ARM, 美国高通收购恩智浦。 目前欧洲半导体技术的重点已经不再是CMOS 技术, 而是更关注衍生性技术和超越摩尔定律（more than Moore） 的解决方案。 目前欧洲半导体产业拥有英飞凌、 意法半导体和博世等老牌企业, 在欧洲大陆也散落着一些独具特色的半导体厂商, 比如奥利地微电子（ams）、 德国Dialog 等。在半导体设备领域, 欧洲拥有最先进的光刻机提供商ASML。 在欧洲的比利时、 法国和德国, 还拥有IMEC、 CEA-Leti 和Fraunhofer Group 等全球知名微电子研发机构。

1.2 我国IC 产业发展现状及趋势

据中国半导体行业协会统计, 2018 年中国IC产业的销售额为6 532 亿元, 同比增长20.7%。 其中, 设计业同比增长21.5%, 销售额为2 519.3 亿元； 制造业继续保持快速增长, 同比增长25.6%,销售额为1 818.2 亿元； 封装测试业的销售额为2 193.9 亿元, 同比增长16.1%[5]。 根据海关统计,2018 年中国进口IC 4 175.7 亿块, 同比增长10.8%； 进口金额为3 120.6 美元, 同比增长19.8%。 出口IC 2 171 亿块, 同比增长6.2%； 出口金额为846.4 亿美元, 同比增长26.6%。 我国近5年来的IC 产业发展及其进出口情况如图5-7 所示。

在IC 设计业, 全国共有1 698 家设计企业,比去年的1 380 家多了318 家, 数量增长了23%。这是2016 年设计企业数量大增600 多家后, 再次出现企业数量大幅增加的情况。 从统计数量上看,除了北京、 上海和深圳等传统设计企业聚集地外,无锡、 成都、 苏州和合肥等城市的设计企业数量都超过100 家, 西安、 南京和厦门等城市的设计企业数量接近100 家, 天津、 杭州、 武汉和长沙等地的设计企业数量也有较大幅度的增加[6]。 在2018 年中国前十大IC 设计厂商当中, 有3 家的收入超过了10 亿美元。 具体排名方面, 华为海思以503 亿排名第一, 紫光展锐以110.5 亿排名第二,豪威科技以100 亿排名第三, 之后的4～8 名分别是中兴微电子、 华大半导体、 汇顶科技、 北京芯成半导体、 格科微电子、 紫光国芯微电子和兆易创新。 我国的IC 设计业在2018 年取得了不错的进步, 在5G 基带芯片和AI 芯片领域中也处于领先地位。 但是, 目前我国IC 芯片的自给率仅为15%。 未来我国将继续进行芯片的自给自足, 并进一步地推进国内IC 设计业的增长。

在IC 制造业, 2017 年全球Foundry 总产值为573 亿美元, 较2016 年产值535 亿美元成长了7.1%； 全球晶圆代工产值的成长率将连续5 年高于5%。 2018H1 全球晶圆代工总产值年增率为7.7%, 预估产值达290.6 亿美元。 根据国际半导体设备与材料产业协会（SEMI） 发布的报告, 在全球处于规划或建设阶段、 预计于2017—2020 年间投产的62 座半导体晶圆厂中, 有26 座设于中国,占全球总数的42%。 在国内IC 市场需求中, 28 nm 及以下IC 产品已经占据55%的份额。 而中国大陆IC 制造的总体产能虽占全球的14.6%, 但28 nm 以下的IC 产品的产能仅占全球的1.4%。 在存储器、 CPU 和MPU 等高端芯片领域, 在28 nm 及以下的先进工艺, 在制造材料、 设计核心IP 和EDA 辅助设计方面, 我国的全球市占率不足1%,可以说是微乎其微, 在高端设备上几乎空白[6]。

在IC 封测业, 我国的封测从业企业多, 企业分布较广, 产业结构也比较复杂, 以长电科技、天水华天和通富微电等为代表的中国企业在全球封装市场的占有率达到25%。 近年来智能手机、平板电脑和移动电视等智能消费电子产品对芯片设计制造及封装都提出了更高的要求。 IC 技术已由0.13 μm、 40 nm 发展到28 nm 甚至14 nm 及以下, 先进封装技术成为发展趋势。 长电科技通过收购星科金朋获取了SiP、 FoWLP 等一系列的先进封装技术。 通富微电收购AMD 苏州、 槟城两厂股权后, 两厂先进的倒装芯片封测技术和通富微电原有技术互补, 将提升先进封装销售收入占比。华天科技在昆山、 西安和天水3 个地方布局, 其中, 昆山厂主攻高端技术, 在并购FCI 后, 将主营晶圆级高端封装, 营收能力也可实现较大幅度的提升。

2 广州市IC 产业现状及趋势

全球近60%的芯片市场在中国, 中国近60%的芯片市场在珠三角。 广东历来是信息产业大省,珠三角地区又是国内消费性电子、 通信产品最大的生产基地, 依靠得天独厚的优势, 广州已经形成了国内IC 最大的集散地和消耗地。 近年来, 广州依托珠三角电子信息制造和信息消费市场的优势, 组织实施“强芯” 工程, 大力推进IC 制造项目建设, 促进设计、 封装和测试等行业加速发展,初步形成了产业合力[7]。

在IC 产业链上, 广州在IC 的设计、 制造和封测3 个主要环节的实力并不平均。 目前, 广州在IC 的设计和封测两个主要环节, 已经聚集了大批企业。 不过, 广州IC 产业长期存在设计企业偏小、制造环节空白和封测行业不强的问题, 整体附加值较低, 主要以外资企业和品牌的加工贸易为主,特别是高端制造仍然空白, IC 制造线仍未量产。

2.1 广州市IC 产业政策

近年来, 广州先后出台了《广州市鼓励发展集成电路产业若干规定》 《广州市加快IAB 产业发展五年行动计划》 和《广州市加快发展集成电路产业的若干措施》, 明确将IC 作为产业发展的领域重点和方向, IC 产业发展取得了不错的效果。

根据《广州市加快发展集成电路产业的若干措施》, 广州将组织实施七大工程, 涵盖芯片制造提升、 芯片设计跃升、 封装测试强链、 配套产业补链、 创新能力突破、 产业协同发展和人才引进培育等。 同时, 提出打造“一核、 一基、 多园区”的产业格局, 即以黄埔区广州开发区为核心, 大力引进IC 制造项目, 建设IC 产业园, 成为全国重要的产业集聚区。 推进广州国家现代服务业IC 设计产业化基地建设。 发挥天河、 海珠、 越秀、 白云和荔湾等中心区域产业优势, 推动IC 设计产业集聚发展。 鼓励番禺、 南沙、 花都、 增城和从化等区结合自身产业发展基础和特色, 加快IC 相关产品的研发与产业化。

2.2 广州市IC 设计业

广州的IC 设计企业众多, 典型的IC 设计企业如表1 所示。 广州拥有泰斗微电子、 海格通信、广芯微、 新岸线、 昂宝和安凯等一批IC 设计企业；此外, 广州人才资源丰富, 2017 年大专以上学历人才资源总量达351 万人、 专业技术人才达167.5万人。 由此可以看出, 广州市具备发展IC 的良好基础。

表1 广州市的IC 设计企业

广州市IC 设计业发展迅速, 在2019 年中国电子信息博览会（CITE） 上, 安凯微电子展示了高清物联网芯片、 蓝牙芯片和应用处理器； 昂宝电子展示了电源管理芯片、 人工智能芯片、 物联网芯片、 LED 照明驱动芯片和LCD-TV 芯片； 周立功单片机除了展示自主芯片外, 还有ARM 工控核心板、 高端测试仪器等； 广芯微电子展示了无线广域物联网传感标贴ZETag； 晶科电子的参展产品包括LED 光源、 LED 车灯模组和LED 背光高色域模组； 高云半导体展示了小蜜蜂家族/晨曦家族FPGA 及开发板和基于RISC-V 的Demo 方案； 泰斗微电子集中展示了几款高性能多模基带射频一体化GNSS 芯片和双模/三频导航定位模块。 整体上看, 广州市IC 设计企业偏小, 缺乏大型企业,在高端芯片领域缺乏布局, 附加值少, 整体实力偏弱。

2.3 广州市IC 制造业

广州市的IC 制造业相对缺乏, 目前正在推进的粤芯项目将填补芯片制造空白。 2017 年底, 粤芯落户黄埔区、 广州开发区, 该区IC 价值创新园同日启动建设, 一批上下游企业随之先后落户,“芯片设计-晶圆制造-封装测试-终端应用” 为一体的作业模式已构建, 产业项目集聚集群集约的全产业链生态圈已形成。

粤芯半导体技术有限公司作为广州首个芯片项目, 总投资达70 亿元。 粤芯项目已于2019 年建成投产, 将带动上下游企业形成1 000 亿元产值。 粤芯半导体技术有限公司的量产能力突出:可以在0.3 m （12 英寸） 的晶圆上“切割” 出90～180 nm 级的芯片, 其产能将是目前市场上常见的6.2 m （8 英寸） 晶圆芯片的2.25 倍, 建成后预计能月产30 000 片0.3 m （12 英寸） 晶圆芯片。 随着粤芯项目的破土动工, 广州长期以来“缺芯”的困境将得以破局。

放眼全国, 国产芯片的自给率不到30%, 而且目前已有的0.3 m （12 英寸） 芯片厂多面向“高精尖” 产品, 而消费型电子产品、 智能家电制造等领域所需的多功能、 高节能和高耐压的90～180 nm级芯片却几乎“无人问津”。 粤芯项目将针对这一市场缺口, 满足中国物联网、 车联网、 人工智能和5G 等创新应用的模拟、 混合制程芯片需求。

除粤芯项目外, 2018 年9 月, 黄埔区政府、广州开发区管委会与中芯国际创始人张汝京签署协同式芯片（CIDM） 项目合作备忘录, 共同投资68 亿元建设CIDM 项目。

2.4 广州市IC 封测业

封装业一直是国内实力较强的领域, 近年来我国积极推进先进封装的发展, 封装业已逐渐地从中低端进入高端领域, 竞争力大幅提升。 国内封测企业长电科技实现了高集成度和高精度SiP 模组的大规模量产, 通富微电率先实现7 nm FC 产品量产, 华天科技开发了0.25 mm 超薄指纹封装工艺, 实现了射频产品4G PA 的量产。 相比而言,广州市的IC 封测业较为薄弱, 主要以兴森快捷、安捷利、 风华芯电和新星微电子等一批封装测试企业为主。 广东风华芯电科技股份有限公司拥有20 余条国际先进水平的IC 封装测试自动化生产线, 可生产22 个封装系列、 800 余个品种和50 亿只以上的IC 分立器件和超过6 亿块IC。 整体而言, 广州市IC 封测企业主要以传统封装形式为主,缺乏先进的封装工艺技术。

2.5 存在的问题及差距

广州市IC 产业存在大而不强、 高端芯片研发能力薄弱和缺乏大型龙头IC 企业等问题。 广州市现有IC 产业主要面向低端领域, 容易出现低端供给过剩, 高端供给不足的情况。 IC 产品主要应用于消费类产品等技术要求相对不高的领域, 处于产品价值链的中低端, 以模仿学习国外先进技术为主, 同质化竞争比较严重, 未能形成自己的技术标准和细分市场。 产品档次偏低, 中高端芯片都依赖进口, 并且需向国外公司支付巨额专利费用, 不仅大幅增加了生产成本, 而且对IC 产业安全也造成了隐患。

广州虽然建立了国家级IC 设计产业化基地[14],但IC 产业发展的核心竞争力仍有待进一步地提升。主要体现在: 1） 关键核心芯片设计能力弱； 2） 人才吸引力减弱； 3） 产业生态不完善。 总的来看,广州IC 产业链发展较为不平衡。 在设计领域, 缺乏大型的IC 设计企业。 在制造领域, 仅有粤芯一个0.3 m （12 英寸） 晶圆厂尚未量产。 在封装测试领域, 传统封装仍占据主导, 先进封装技术不足。

3 广州市IC 产业发展对策

为了推动广州市IC 产业的发展, 建议广州市制定IC 产业振兴发展规划, 出台推动产业加快发展的一揽子政策。

a） 依托广州市半导体协会、 高端芯片联盟和工信部电子五所等单位, 加大对IC 的设计、 生产、质量检测和可靠性评价等全产业链技术研发及服务的支持。 加快重视IC 标准建设, 支持鼓励企业参与国际标准、 国家标准和行业标准的制修订,抢占标准话语权。

b） 要落实税收优惠与财政扶持政策, 降低企业运营成本, 鼓励制造、 封测企业将更多的资金投入到产业生产和研发设计中, 加强对IC 重大建设项目的补助和提供研发奖励。

c） 要加快产业整合重组。 随着全球IC 产业步入成熟期, 国际IC 企业间的整合重组成为主要趋势。 广州市IC 企业布局要集中力量扶优扶强, 避免形成“小而散” 的格局。

d） 要加强公共服务平台建设, 整合省内IC 产业资源, 按照IC 研发的技术特点, 从制造、 设计、材料、 设备、 封装和测试等六大类功能建立“以储备技术为基础、 从先导技术重投入到生产制造技术后转移” 完整产业链的公共技术支撑平台和服务体系, 加快孵化器、 加速器的建设, 促进IC与系统应用领域产学研结合, 提升全省产业技术水平和服务能力, 推动整个产业链协同创新发展。

e） 引进与培养国际高端人才。 以全球视野引进符合“高精尖缺” 和市场需求的科学家、 科技领军人才、 专门人才和高技能人才落户。 充分地利用本省教育资源培养专业人才, 根据跨学科、跨专业特点、 紧扣产业需求调整优化专业设置和办学模式, 重点培养一批产业领军人物、 科研带头人才和技术骨干。

f） 加强知识产权保护。 加大知识产权监管和执法力度, 完善重点企业知识产权保护直通车制度, 保护中外企业合法权益。 促进专利技术转化应用, 加大引导资源配置和支持产学研结合的力度, 促进产业中面临的高难度技术的攻克。

4 结束语

随着全球IC 产业的快速发展, 广州市IC 产业在5G 通信、 物联网、 消费电子和汽车电子等领域仍然面临着巨大的发展机遇。 为了解决广州市IC产业大而不强、 高端芯片研发能力薄弱和缺乏大型龙头IC 企业等问题, 迫切需要从政策、 资金、人才和技术等方面进行保障, 依托广州市IAB 优势电子信息产业进一步地推动广州市IC 设计、 制造和封测等产业发展。