中美贸易摩擦下半导体产业发展困境及突破路径研究——以重庆市为例

马 宝,罗惠月

(1.重庆渝富资本运营集团有限公司,重庆 401147;2.电子科技大学 集成电路科学与工程学院,四川 成都 610054;3.重庆渝富控股集团有限公司,重庆 401147)

0 引言

半导体产业是电子信息产业发展的基石,也是我国推进新型工业化,加快建设制造强国、质量强国、数字中国的重要抓手。2014年后,我国大力推进半导体产业高质量发展,在存储器、功率半导体、传感器等领域均有所突破。然而,近几年美国持续打压我国半导体产业,以启动“301调查”、挑起中美贸易摩擦、修订“瓦森纳协议”、实施《芯片与科学法案》、收紧“出口管制”等方式,限制我国半导体产业向高精尖领域升级。目前我国半导体产业在关键材料、高端装备、先进工艺等环节仍较为薄弱,产业面临“卡脖子”困境。党的二十大提出,我国要以国家战略需求为导向,集聚力量进行原创性引领性科技攻关,坚决打赢关键核心技术攻坚战。为此,亟需厘清半导体领域中面临的关键问题,借助相关成功经验,探索有效的突破之路。

1 我国半导体产业发展中的关键问题

1.1 对外依存度高,高端集成电路产品多以进口为主

我国半导体产业的优势在于终端市场空间大,应用场景丰富。然而中高端工控领域、高端通信、新能源汽车等领域的高附加值半导体产品却以进口为主,如集成电路产品。国内半导体产品多聚集在中低端消费领域。《2021年中国半导体产业发展状况报告》显示,2020年我国半导体产品进口额达到3 767.8亿美元,年增长率为13.6%,其中集成电路产品进口额为3 500.4亿美元,占总进口额的92.9%;出口额为1 522.8亿美元,年增长率为11.9%;贸易逆差总额为2 245亿美元,与上年相比,贸易逆差额增长14.64%。近些年,中美贸易摩擦持续升温,美国不断限制高端半导体产品及其配套产品出口中国,如限制英伟达、AMD等向中国出口高性能GPU产品。

1.2 以模仿追赶为主,自主创新能力较弱

半导体产业是典型的技术、知识密集型产业,细分领域多,产品技术迭代十分迅速,产业发展对基础研究、先进工艺积累、自主研发创新等要求极高。全球半导体产业发展初期,我国就已开启推动本地半导体产业发展工作。当时我国半导体产业仅落后国际先进水平一代左右。然而,20世纪80年代前后,我国放缓自主研发步伐,开始大规模引进国外技术和生产线,陷入“引进-落后-再引进-再落后”的怪圈[1]。例如,1982年后全国33个单位不同程度地引进了各种集成电路产线,但其中大部分为国外已淘汰的低端产线和二手产线。这些项目引进建设周期长、产能小,产品产出后已落后于市场需求,不仅缺乏经济效益,还削弱了我国半导体自主创新能力。

1.3 产业链关键环节薄弱,半导体产业集聚及协同效应不明显

半导体产业链较长,不仅有上游材料、设备等支撑产业链,还包括中游制造和下游应用环节,各环节中又存在多个细分环节。其中高纯度硅片、高性能光刻胶、EVU光刻机、等离子刻蚀机、EDA软件等关键原材料、高端装备、核心零部件等都主要依赖于国外。据统计,制备高端芯片所用的12英寸大硅片90%由日韩欧的厂商供应,国内自给率极低,不足10%。2019年,美国修订《瓦森纳协议》,收紧了大硅片技术管制要求,精准地描述了限制出口我国的硅片技术参数,极大阻碍了我国大硅片产业发展。另外,我国虽已布局了四大集成电路产业集聚区,但集聚区间缺乏协同,单个聚集区内也未有效形成产业内循环。如重庆拥有良好的汽车终端市场,也培育和引进了华润微、中电科等功率半导体企业,但企业间还未形成有效的供应关系,各企业发展未考虑地区战略发展需要。

1.4 本土高端人才缺乏,关键要职人员更为稀缺

半导体产业的高质量发展离不开研发能力强、工艺技术精湛、经验丰富的高端人才。而我国集成电路专业人才十分紧缺。《中国集成电路产业人才发展报告(2020-2021年版)》数据显示,2020我国集成电路从业人员约为54.1万人,人才需求约76.65万人,存在20余万人的人才缺口。行业骨干专家及领军人物更为稀缺。近些年,多数美籍华人回流国内创业,部分外籍专家也在我国半导体龙头企业担任研发、管理、市场等要职。去年10月初,美国出台最严《出口管制》条例,限制美籍人员参与我国半导体开发等相关活动。截至目前,已有部分美籍人士撤离我国,还有部分身居要职人士面临两难抉择,我国半导体产业再受重创,产业发展速度被迫放缓。

2 美日贸易摩擦下的日本半导体产业

2.1 日本半导体产业崛起历程

20世纪60年代日本开始从美国引进半导体技术。此时,与美国在军事领域发展半导体的策略不同,日本将半导体产业的应用终端聚焦在民用市场[2]。为促进产业发展,日本迅速建立了一套有效的官产学研一体化体系。一方面以政府主导,统筹规划产业发展路径,实施产业政策,为企业提供融资便利与税收优惠,并严格限制外国企业投资本国半导体企业;另一方面政府牵头,组织超大规模集成电路研发(Very Large Scale Integration,VLSI)等产学研合作项目,化解了企业无力承担巨额研发费用和产业化的难题,加快了相关技术、高端设备和核心材料的国产化进程。此时期,日本半导体产业高速发展,产品市场份额迅速提升,甚至超越美国,成为全球最大的半导体生产国。1987年后,日本半导体销售额的全球占比从28%迅速提升至46%;而同一时期美国的半导体销售市场份额从55%下降至40%[3]。在存储器市场,日本表现最优,不仅成功抢占美国已有的市场份额,还迫使美国最大半导体企业英特尔放弃存储器业务。

2.2 美日贸易摩擦的具体体现

美国为稳固其在半导体领域的霸主地位,开始采取多项措施强势限制日本半导体产业发展。一是打压龙头企业。1982年,美国以涉嫌盗取美国IBM公司技术为由,逮捕了日立公司的员工和日本三菱的工程师。1987年,美国又以违反《国家安全机密法》和《出口管理法》为由,指控日本东芝非法向苏联销售高技术国防产品,从而终止东芝在美国的所有合作,并针对性出台了最严出口管制条例[4]。二是迫使日元升值。1985年,美国与日本、联邦德国、法国、英国签订《广场协议》,下调了美元对主要货币的汇率。此后,日本汇率持续上升,从1美元兑250日元上下波动,最高上升至1美元兑120日元。日本半导体产品海外市场份额急速萎缩,日本经济陷入长达10年的停滞期。三是实施贸易限制。1986年美日签署《日美半导体协议》,要求日本在电器、通信设备、电子计算机等领域放宽市场准入标准,扩大对美进口,美国半导体产品占日本半导体市场的比重不得低于20%[4]。四是扶持竞争对手。在美国连续打压下,日本半导体产业已受重创。在此期间,美国还大力扶持韩国在存储器领域发力,并大力推动美国本地存储器企业再次崛起,以瓜分日本存储器产品现有的市场份额。

2.3 日本半导体产业的破局之路

日本半导体产业虽然在存储器市场落下帷幕,但在半导体其他领域仍占有重要地位,特别是关键原材料、高端装备领域。材料方面,根据SEMI统计,日本在芯片制造所需的14种主要材料供应中稳居全球第一,日本企业在全球半导体材料市场上所占的份额也已超过50%。设备方面,美日共同占有全球半导体设备市场80%以上份额,其中日本约占30%。

2.4 日本半导体产业破局的经验

之所以日本在半导体产业中还能取得显著成绩,主要源于:一是具有坚实的产业基础。日本政府在半导体产业发展初期发挥了举足轻重的作用,政产学研一体化制度激发了企业自主创新活力,激活了本地半导体市场需求,为本国半导体产业发展奠定了扎实的基础。二是找准了战略发展方向。受美国打压后,日本被迫放弃其具有优势的存储器产业,而后将重心投入到半导体产品的支撑领域和基础领域中,即半导体核心材料和关键装备,这使日本成为全球半导体产业发展不可或缺的一部分。三是发挥产业集聚效应。日本九州岛被称为日本的“硅岛”,岛上汇集了索尼、东芝、日立等龙头企业,还云集了200多家配套的半导体设备制造及零部件制造企业[5]。另外,九州地区共设有31所工科专业的大学,强化半导体产业研究,也为本地提供人才保障。同时,各大学先后设立6家技术许可办公室,助推大学研究成果的转化。

3 日本经验启示下我国半导体产业应对中美贸易的策略

3.1 加强基础研究,增强自主创新能力

一是促进高校、研究机构在物理、材料等基础学科的研究,努力探索前沿科技。目前我国半导体研究多集中在应用领域,关注基础研究的却不多。如目前半导体产品主要以硅为衬底,但在特殊领域,砷化镓、碳化硅等也为重要的基础材料。未来,随着半导体应用场景的不断丰富,现有的材料面临物理极限,亟需探索更高效、更节能的新材料应对未来材料技术的迭代。二是加强基础结构研究,引领技术迭代。如英飞凌的IGBT产品已发展至第7代,而我国仍在沿用其原有结构研发产品,未有突破性的新工艺结构。三是为研究人员创造舒适的研究环境,增强自主创新内生动力。基础研究的经济效益不明显,研究人员内生动力弱,需要政府、研究机构及社会提供足够的物质和精神保障。

3.2 建立政产学研一体化机制,推动成果转化

一是建立新型举国体制,集中攻克我国半导体领域被“卡脖子”的关键领域,研究并掌握一批存储器、高性能逻辑芯片和高端特色工艺领域的核心技术,最终实现全产业整体突围的战略目标。如联合一批实力强的科研院所与国内具有影响力的企业共同攻克“高性能、高算力芯片”难题。二是助推政产学研深度融合。如地方政府出台半导体相关政策前,应充分调研企业和科研院所,正视本地产业发展的薄弱之处,准确掌握产业主体的真实需求。三是建立有效的成果转化机制。高校及科研院所自主研发的成果落地需要较长时间的商业化过程,政府可结合本地产业需要设立一些投入不大、规模不大的商业化平台,引进一批产业链上下游企业进驻平台,验证研究成果。对已具有一定商业价值的项目,转入孵化园区,注入资源,培育扶持。

3.3 加强内循环,打造半导体特色产业集群

一是以本地资源和产业基础为核心,统筹规划我国半导体产业集群区,促进各集群区差异化发展。目前我国已汇集了珠三角、长三角、京津冀和中西部四大产业集群,但各产业集群间存在交叉,同质化竞争明显。如长三角、珠三角和中西部都在同步大力发展功率半导体产业。二是构建内循环机制,促进集群区间产业协同,推动集群区间建立稳定的供应链关系,以实现部分领域国产化替代。我国主要的专业化代工平台聚集在长三角地区,其他集群区内的设计类企业的产品也需要代工平台流片和制造产品,再供应给终端运营商验证。三是推动集群区内产业生态构建,实现细分领域小循环。如重庆具有广阔的新能源汽车市场,是本地功率半导体厂商的最佳试验田。

3.4 促进外循环,探索对外合作路径

一是在不受限领域深化国际合作。目前新能源汽车、新能源、数字经济、物联网等都是社会发展中出现的新产业、新业态,该领域所需半导体为特色工艺产品,不追求先进制程,不在中美贸易摩擦的限制范围内。对此,我国应把握机会,积极与国际领先企业、研究机构合作,共同研发新产品。二是加强与非美国地区产业实体合作。半导体产业是全球化程度高的产业,我国在全球半导体产业具有重要影响地位。美国单方面的限制,也会直接影响到其他参与国的经济利益,因此我国与非美国家合作仍有空间。对此,我国应营造稳定的半导体产业生态环境,实施合纵连横的外交策略,充分发挥《亚太贸易协定》、RCEP等国际和区域贸易协议的作用,进一步加强与日本、韩国、欧洲供应商的供需往来、技术合作、资本对接,引导海外先进技术补齐我国缺失环节。

3.5 加强人才培养,输出多层次专业化人才

一是加强高端人才培养。目前我国已有28所示范性微电子学院的高校,可增加此类院校集成电路科学与工程学科的硕士、博士招生人数,并创造条件让这批高端人才参与到国家及地方重要前沿项目的研究中。对工艺类学科人才,创造条件与国内龙头企业联合培养、定向培养,让高端人才参与到实践中,真正解决工艺上的现实问题。二是加强技能型人才培养。半导体领域除了对高端研发人才需求旺盛外,操作熟练、技术精湛、经验丰富的技能型人才也十分紧缺,如半导体制造领域。对此,国内职业院校、社会类培训学校以及企业都应积极发挥作用。

4 中美贸易视角下重庆半导体产业发展建议

4.1 以优势产业为基础,发力特色工艺类半导体产业

重庆作为老工业生产基地,承载着产业变革,成为国内先进制造业重镇的使命。智能产业和汽摩产业作为市内两大重点支柱产业,也是未来重点发力方向。而这两大产业离不开高可靠性、低耗能的车规级和工业级的特色工艺类半导体,如功率半导体、传感器等。一是支持本土龙头企业转型升级。目前华润微、万国半导体的功率半导体产品还多以消费类为主,产品性能低、生命周期短。应尽快推动此类产业加速向车规级、工业级产品升级。二是培育本地有潜力的初创型企业。初创型企业投入成本不大,但活力强,产品更贴近市场需求。可以筛选扶持1～2家潜力大、前景好的企业,培育壮大,从而打造本地品牌。三是引进1～2家成熟的厂商。目前国内的斯达半导体、士兰微、比亚迪半导体等都已拥有成熟的车规级产品生产线,可引进1～2家龙头企业,带动重庆功率半导体向高端领域快速转型。

4.2 以产业协同为抓手,构建完善的半导体产业生态圈

虽然重庆已初步形成一条完整的半导体产业链,但上游的材料、设备、IC设计较为薄弱,中游制造企业多为IDM模式,无法带动中小型配套类企业发展,下游终端厂商的半导体类产品主要依赖进口,与本地半导体厂商协同不够。整体而言,重庆市内半导体产业暂未形成良好的产业生态圈,产业发展缺乏协同性。建议从以下三方面改善:一是强化半导体基础类行业。半导体材料为半导体产业发展的基础,重庆虽有所布局,但产业分布零散,企业数量不多,还未形成集群。因此,需结合重庆实际,加大在化合物半导体材料和封装材料的布局。二是建立1～2条特色工艺类的专业代工线。设计类企业是半导体产业中最优活力、附加值最高的环节,但该类企业的价值需要通过专业代工厂实现。重庆虽已有半导体制造产线,但皆为IDM模式,不对外代工,且产线均为功率半导体产线,产能也较小,无法驱动设计类企业落户重庆,本地半导体产业市场活力受限。三是推动产业链上下游企业协同合作。重庆致力于建立世界级智能网联新能源汽车产业集群,这与车规级功率半导体密不可分。车规级功率半导体对可靠性、安全性要求较高,产品需要经过长达2年以上的市场验证期。因此,可以推动本土车厂与功率半导体生产厂商组建技术联盟,为打通车规功率半导体本地供应提供机会。

4.3 以产学研一体化为支撑,培养适应本地产业需求的专业化人才

人才为半导体产业发展的核心要素,然而重庆半导体人才培养规模较小,培养能力不强。目前仅重庆大学和重庆邮电大学有微电子相关专业,学科排名靠后。对此,可从三方面改善:一是强化学科教育。强化重庆大学、重庆邮电大学在半导体领域的学科建设,鼓励专业教师外派学习培训,引进一批科研能力强、专业素养高的高层次专业教师。二是联动科研院校。吸引清华大学、复旦大学、上海交通大学等一批拥有国家示范性微电子学院的高校来渝设立联合培养基地,扎实做好已引进的联合培养机构的人才培养工作,支持科研院所与本地企业合作培养实操型人才。三是强化人才服务平台功能,打造人才培训基地,建立人才存蓄池。重庆人社机构、半导体服务类平台及科研院所应建立联动机制,通过企业调研,了解企业人才需求,聘请名师、行业领军人才、企业骨干,开展针对性社会类半导体人才技能培训课程。此外,对半导体产业人才独立设档,建立人才存蓄池,跟踪人才动向,帮助人才高效匹配本地岗位,消除因信息不对称带来的人才流失。

5 结语

近年来,随着中美贸易摩擦持续升温,我国半导体产业发展被迫放缓。对此,借鉴日本的经验,我国可以从加强基础研究、强化内循环、促进外循环、增强人才培养4个方面着手,寻找破局之路。以重庆市为例,结合地区特点,本文提出3点建议:一是以优势产业为基础,发力特色工艺类半导体产业;二是以产业协同为抓手,构建完善的半导体产业生态圈;三是以产学研一体化为支撑,培养满足本地产业需求的专业化人才。