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后摩尔时代中国半导体产业创新战略研究——后发经济体典型赶超路径的经验启示

发布时间:2023-03-27 18:30:11 浏览数:

于潇宇

(中国宏观经济研究院产业经济与技术经济研究所,北京 100038)

近年来,我国不断加大对半导体产业发展的重视及扶持力度,产业整体技术创新水平快速提升,但由于产业起步晚和底子薄,高端芯片的核心技术、关键部件和专用装备的对外依赖度仍较高,尖端技术的自主研发能力仍然偏弱,制约了产业发展潜力。目前,随着芯片制造环节晶圆节点不断演进,指导产业发展60余年的 “摩尔定律”面临失效, “深度摩尔定律” “超越摩尔定律”不断演进,半导体产业 “后摩尔时代”已经到来[1]。中央政府对此高度重视,在2021年5月14日国家科技体制改革和创新体系建设领导小组第十八次会议上,特别就面向后摩尔时代的集成电路潜在颠覆性技术进行了专题讨论。进入后摩尔时代,各类突破式、颠覆式技术将不断涌现,不同技术路线将激烈演化竞争[2],为后发国家赶超打开了宝贵的机会窗口。纵观全球半导体产业发展史,日本、韩国、荷兰和中国台湾等后发经济体借助半导体产业转移与升级窗口,成功完成了技术升级与产业赶超,在全球半导体生态链中占据重要一席。面向后摩尔时代,中国应如何设计半导体产业创新战略以实现后发赶超?全球后发经济体的赶超路径可以提供哪些经验借鉴?以上问题的解答具有重要的理论与现实意义。

中国半导体产业的 “卡脖子”问题已引起学界广泛关注,但现有研究着重分析中国半导体产业的发展起源、现状及问题[3],而在后摩尔的时代背景下,有必要厘清造成半导体产业当前局面的深层内在原因,并重新梳理新形势下面临的机遇和优势。现有研究虽然针对主要经济体,如美国[4]、日本[5-7]、韩国[8-9]、中国台湾[10]等介绍了其半导体产业发展经验,但总体来看这部分研究主要基于国家或产业层面的归纳,缺乏从企业等微观层面的对比分析,因而对后摩尔时代中国半导体企业的针对性和适用性不强。有学者围绕当前中国集成电路产业发展问题,从多个层面 (如顶层设计、财税政策、重大专项和人才培养等)提供了建议[11],但已有文献很少从机会窗口和创新情境的匹配性出发去归纳企业创新赶超战略,因而需要结合相关产业赶超理论,对这一问题做进一步探讨。

本文采用历史比较分析方法,选取全球主要后发经济体的四个微观案例,即日本的超大规模集成电路 (VLSI)项目、韩国的三星、中国台湾的台积电和荷兰的阿斯麦为研究对象,探讨其在全球半导体产业转移升级的关键历史时期,克服后发劣势并成功赶超的典型路径;
借助机会窗口理论,从技术、需求和制度机会窗口视角分析其成功赶超的重要外部机遇;
依据 “技术范式”和 “创新模式”两个维度,创新性地区分后发企业创新赶超的四类创新情境,分析主要后发经济体赶超路径的一般规律,并提供相关启示;
面向后摩尔时代中国半导体产业创新战略制定提供了六点政策建议,对于中国半导体产业创新追赶和在国际战略博弈中掌握主动权具有较强的政策启示。

1.1 中国半导体产业的现状和问题

图1 芯片制造产业链

中国是全球集成电路产业增长最快的地区,技术发展水平也取得长足进步。相关数据显示,中国在全球半导体市场中的份额从2000年的7%持续快速增长,到2020年占比接近50%。但从产业链各环节看 (见图1),半导体产业长期呈现出结构失衡和供需失衡局面,与我国集成电路消费大国的地位严重不匹配。归纳来看,主要存在以下三方面问题。

(1)产业链关键环节核心技术支撑不足。在上游IP核领域,我国硅知识产权IP核的供应基本上来源于国外ARM、新思科技等供应商;
在晶元加工环节,原料硅晶圆被全球寡头垄断,前五大晶圆制造商占据全球市场超过90%的份额。在软件设计环节,据统计,当前中国EDA市场95%的份额由美国的新思、铿腾和明导三大厂商垄断,其余4%由其他境外企业占据。并且从软件功能上看,我国EDA企业 (如北京华大九天等)大部分以点工具为主,缺乏全面支撑产业发展的能力。在光刻制造环节,我国的光刻技术与国际先进技术相比存在15~20年的差距[12]。

(2)专用设备和关键材料技术差距明显。从专用设备来看,国内对国外设备供应商依赖度较高,国内产品占有率偏低。以光刻机为例,目前在全球市场上阿斯麦占领了高端极紫外 (EUV)光刻机市场,加工制程为7nm;
三星和尼康占领了中端光刻机市场,加工制程为22nm,而国产上海微电子制造的光刻机加工制程为90nm。从关键材料看,虽然国产材料已经在研磨液、电子特气等方面取得不错的成绩,但相较于我国市场的需求和发展,半导体材料的自给能力仍相对偏低,与发达国家存在较大差距。

(3)高素质人才供给难以适应产业发展需求。目前,半导体产业具备十年以上研究背景的人员比例相对偏低。在高端专业人才方面,受国内行业整体收益水平较低的影响,半导体企业对研发的高端人才缺乏吸引力,另外由于国外政策限制,难以通过海外并购、兼并等手段或者直接吸引国际先进企业的领军人才。在人才培养上,我国集成电路产业以追随为主,高校和研究院所的人才缺乏尖端技术前沿的经验,大多集中于应用层面,研究算法、芯片等底层系统的人才相对偏少。

1.2 造成当前局面的深层内在原因

半导体产业当前局面造成的原因,既有产业发展的客观因素,也有战略方面的不足,可以归纳为以下四点原因。

第一,中国半导体产业起步较晚,面临发达国家技术封锁。新中国成立之初,即面临西方国家通过 “巴黎统筹委员会”等对新材料、新设备、新技术的贸易禁运和技术封锁。21世纪以来,面对我国在集成电路领域的快速崛起,以美国为首的西方国家继续通过 《瓦森纳协议》等手段,对相关领域知识产权和贸易加强防范。尤其自中美贸易摩擦以来,美国等国家对我国半导体企业的遏制上升到新的高度,并不惜采用极端手段对我半导体企业进行打击。自2016年以来,美国滥用国家安全限制手段,先后将中兴通讯、华为、海康威视、大华股份、烽火科技、云从科技和中国电子科技等几十家半导体企业列入实体管制清单,一定程度上阻碍了中国半导体企业的技术、产品、资金、人才等要素的自由流动,掣肘了半导体产业高质量发展[13]。

第二,发达国家具有先发优势,产业 “生态链”壁垒难以突破。全球半导体产业具有明显的生态链特点,半导体领先企业基于客观技术优势和策略性的专利、标准布局,形成了极强的市场用户粘性,使得处于追赶阶段、技术成熟度不高的中国芯片企业很难获得早期用户,造成技术追赶的鸿沟。在实践中,设备制造企业需要借助用户的意见来改进设计与工艺等,同时又对其供应零部件和元器件的上游企业起到同样的牵引作用。但由于本土的整机生产企业对本土零部件信任不够,彼此之间缺乏供应和需求上的较强联系,造成本土零部件供应商提高零部件的开发能力弱化,加剧了本土整机生产企业对国外零部件的依赖,导致半导体产业后发劣势加剧。

第三,微观企业研发动力不足,陷入 “没钱研发—产品落后—盈利困难”的恶性循环。半导体产业具有 “大投入,大收益;
中投入,没收益;
小投入,大亏损”的投资规律。长期以来,受规模和盈利能力制约,国内企业研发投入相对较低,另外在过去很长一段时期,在可以获得外来技术的情况下,国内半导体企业创新意识较弱,缺乏开发原始创新的动力。例如,根据中国电子信息产业发展研究院数据,2017年,集成电路的研发总投入不超过45亿美元,仅占行业销售收入的6.7%,甚至未达到英特尔公司研发投入的一半。不过,随着近年来西方个别国家对中国出口管制政策加剧,在很大程度上已成功倒逼中国半导体产业调整创新模式,政府通过国家大基金等加强对集成电路企业技术研发和国外战略性并购支持,加快构建以 “自主创新”为主导的产业创新体系[14],使这一情况得到较大改观。

第四,科研体系基础偏弱,科研成果转化效率较低。从基础研究看,半导体产品制程涉及光学、物理、化学、数学、电子类等多基础学科技术积累,但长期以来中国基础研究投入总量不足、结构不够合理,同时基础创新研究具有周期长、变现能力差、投资风险大的特点,导致很多学者和企业 “敬而远之”——最终导致中国半导体产业基础工艺能力不足,重大原创性技术缺乏。在应用研究方面,受限于原有科研体制机制因素,部分科研项目成果与实际需求不匹配,无法实现产业落地。这一方面是科研机构研发出的新技术和新产品不够成熟稳定,另一方面是科研机构本身缺乏持续投入研发,将科研成果推向市场的动力。由于半导体产业的基础研究、应用研究、开发试验研究等尚未与产业链、供应链及其高中低各段价值链有效对接,造成原创性成果的市场转化效率较低。

1.3 后摩尔时代中国的机遇和优势

进入后摩尔时代,随着诸多新兴技术不断涌现,集成电路技术范式也将面临根本性改变,为中国半导体产业后发赶超带来重要机遇。同时,中国半导体产业经过多年发展和积累,也已具备诸多独特发展优势。

(1)行业技术轨道转变为后发赶超带来天然机遇。目前后摩尔时代主导技术路线方向尚未确定,同时存在 “新兴范式” “类脑模式” “硅-冯范式”和 “类硅模式”等多个富有前景的发展方向。从历史经验看,新兴技术变革会在一定程度上削弱先行者优势,引发产业格局的重新洗牌。如在个人电脑时代,微软和英特尔的 “Wintel体系”唱主角,但在智能手机时代,ARM与Andriod系统的 “AA体系”大行其道。在新兴技术积累方面,中国在AI创新等若干细分基础研究领域已具有较强竞争潜力。近五年来,中国在AI领域论文产出量较美国多出43.1%,而AI领域高被引前1%的4130篇论文中,中国以1166篇暂居第二,仅略少于美国 (1345篇)[15]。

(2)中国占据全球最大的半导体终端应用市场,需求前景广阔。下游终端市场需求决定了半导体产业的发展潜力,在过去的60年里,半导体产业发展的主要驱动力最早为军事、工业应用,后来转移到20世纪80和90年代的个人计算机,最后是近年来的手机、平板电脑等移动通信产品。目前中国拥有全球最大的电子终端产品消费群体,市场需求占全球市场的三分之一以上。随着量子计算、5G、人工智能、元宇宙等新一代信息技术产业逐步成熟,中国将成为全球半导体市场规模增速最快的经济体之一。据最新预测,2020—2023年,中国集成电路产业的年均复合增长率将达15%。巨大的市场需求为后摩尔时代半导体产业的快速发展提供了广阔空间,也能够提供海量反馈知识,助力产业技术进步。

(3)中国在相关特色工艺等领域具备制造封测优势。改革开放40年来,中国建立了门类齐全的现代工业体系,是世界上唯一拥有完整的制造业体系、产品和产业链的制造大国。后摩尔时代,中国在先进封装、测试等环节的产业链优势将会凸显。据统计,随着异构计算的发展,先进封装测试规模在封测业中的占比达到约30%。通过先进系统结构、特色工艺和先进封装在芯片制造方面的结合运用,国产替代空间巨大,有望在先进芯片制造领域首先取得突破。但是,也要清醒地看到,中国半导体产业在后摩尔时代仍面临诸多挑战。例如在诸多新技术上,与国外大厂仍存在很大差距,如异构集成领域的中高端技术仍掌握在几家国际巨头手中。同时,在尚未实现产业化的技术上仍存在很大的不确定性。在政策方面,受 《瓦森纳协议》等西方国家不合理困锁和限制,国外相关精密零部件如光栅、镜头、轴承等对中国仍然禁运,因此产业链、供应链和创新链风险仍需引起足够重视。

自20世纪以来,全球芯片制造业主要经历了两次转移与升级[16],许多后发国家和地区通过抓住世界科技革命和产业革命的历史机遇,成功实现了产业创新能力的跨越式提升。第一次是从美国向日本的产业转移,日本通过承接美国的芯片装配产业转移,成功培育了索尼、东芝等系统厂商。第二次是从美国、日本向韩国、中国台湾的产业转移,20世纪80年代韩国在存储芯片领域成功赶超日本,并培育了三星等厂商;
中国台湾从美国承接了晶圆代工环节,成功培育了台积电等代工厂商。此外,在芯片专用设备领域,荷兰的阿斯麦仅用30余年时间在光刻机领域建立起极高的技术壁垒,成为该领域的王者。因此,本文以日本VLSI项目、韩国三星、中国台积电和荷兰阿斯麦四个代表性的微观企业案例作为研究对象,对其典型赶超路径做分析总结

2.1 日本VLSI:企业联合攻关式赶超路径

20世纪70年代中期,日本半导体产业相比美国存在不小的差距,整体水平落后10年以上。1976—1979年,日本通产省组织实施了超大规模集成电路项目,以日立、三菱、富士通、东芝、日本电气五家企业为主体,日本通产省的电气技术实验室等作为支持,就集成电路、计算机、激光制造、电子元件等技术进行联合攻关。四年间,政府平均每年拨付的175亿日元的研发费用相当于五大计算机公司每年研发投入总和的两到三倍。在研究领域上,设定了六个研究室,分别针对VLSI所必需的通用和基础技术 (如VLSI的制造设备等)展开研发工作。总体来看,日本VLSI项目 “企业联合攻关”式赶超路径效果明显:1985年,日本NEC登上全球半导体厂商年销售收入榜首,并在之后连续7年稳坐头把交椅。1986年,日本的半导体产品在全球市场份额超过美国 (44%),达到45.5%,成为全球最大的半导体生产国。

2.2 韩国三星:聚焦细分市场式赶超路径

20世纪90年代,日本半导体产业在日美 “半导体贸易战”后陷入颓势,韩国充分利用这一外部契机,从存储芯片市场入手,迅速提升技术水平。1992年后,韩国半导体产业成功赶超日本,成为世界新的半导体产业中心。其中,最具代表性的是其产业龙头三星集团。三星主要采用 “聚焦细分市场”路径,即首先集中力量攻克次先进技术,进而形成低成本的量产优势成功赢得市场。1984年,在全球半导体产业的低潮期,英特尔退出存储芯片领域,日本电气等日企大幅削减资本开支,三星却选择逆周期投资继续扩大产能,并开发更大容量的存储芯片 (Dynamic Random Access Memory,DRAM)。三星扩大的产能立即填补了日本主动限产 “自废武功”的市场空缺,供给全球半导体市场的刚性需求,并最终以低成本优势迫使DARM领域多数对手走向负债破产。同时,韩国政府形成的 “政府+财阀”的产业支持模式,使三星集团始终保证战略性研发投入,技术水平不断提升。1984年三星在存储芯片市场的份额几乎为零,但到1986年已经增长到1.4%,到1993年达到10.2%,1994年三星成为MOS存储芯片及DRAM市场的全球市场领导者。

2.3 中国台积电:重构分工体系式赶超路径

中国台湾地区在发展半导体产业的过程中走出了一条独特的 “品牌代工”发展道路,其中最具代表性的是台湾积体电路制造股份有限公司 (简称 “台积电”)。台积电采用 “重构分工体系”式赶超路径,通过对半导体产业原有价值链进行拆分,以晶圆代工嵌入全球分工体系,成功地在芯片制造环节积累起深厚壁垒。台积电成立时,全球的半导体巨头 (如日本厂商NEC、东芝、日立等)均采取单一的IDM模式,主业是设计和销售自己的产品,缺乏专业的晶元代工服务。台积电看准晶元代工细分市场的机会,以此嵌入全球产业链。1992—2017年,台积电的每年研究费用从500万美元快速增长至27亿美元。台积电不断扩大的研发规模能持续提供给客户领先的制程技术及解决方案,逐渐缩小了与领先企业英特尔的技术差距。21世纪初,台积电快速追赶,在技术工艺上逐步领先;
2005年,台积电领先业界成功试产65纳米芯片,在晶圆代工行业内占据了绝对领先地位。

2.4 荷兰阿斯麦:整合利益网络式赶超路径

光刻环节是集成电路制造中最复杂、最为关键的工艺步骤,而光刻机作为芯片制造的核心设备,被誉为半导体产业皇冠上的明珠。荷兰阿斯麦公司 (ASML)作为1984年成立的 “后起之秀”,通过积极展开上下游战略合作,不断整合利益网络 (见图2),一举完成对行业龙头尼康、佳能的赶超。自成立之初,阿斯麦便持续进行高强度的研发投入,在光刻机领域成功建立起深厚的技术壁垒,有效地掌握合作主动权[17]。在产业上游,阿斯麦通过投资、入股等方式与重要厂商开展战略合作[18],攫取了光源、镜头等光刻机零件领先的技术。在产业下游,阿斯麦以接受股东注资的方式引入英特尔、三星、台积电三家重要客户作为战略合作方,不仅获得了大量研发资金注入,而且有效共享股东的先进科技。在2002年的光刻机 “干湿”技术路线之争中,阿斯麦同台积电共同合作研发,成功推出全球首台193nm浸润式光刻机,使阿斯麦的全球市场占有率从2001年的25%一路攀升到2009年80%。此外,阿斯麦通过参与打造囊括外部技术合作伙伴、研究机构、高等院校的巨大开放式研究网络,积累了深厚的知识产权和研究成果。1995年,经过阿斯麦多方斡旋,成功获准加入美国EUV LLC联盟,共享其研究成果,大大推进了极紫外光刻机 (EUV)的研发进程,最终于2010年研制成功,成为全球EUV超高端市场的独家垄断者。

图2 阿斯麦整合的公司利益网络

3.1 基于机会窗口理论的纵向比较

在后发经济体的赶超过程中,企业外部机会窗口是渗透主流市场和掌握主流标准的重要机遇,如果错失机会窗口则会继续处于落后状态[19]。根据相关学者对产业创新系统的知识与技术体制、需求条件、制度和参与者的分析[20],机会窗口主要包括技术、需求和制度三类[21]。技术机会窗口是指后发者可以先于先发者采取新技术,在新的技术领域取得优势;
需求机会窗口是指后发者利用市场需求的改变给新技术提供反馈信息,改善新技术;
制度机会窗口是指后发者利用新的公共政策保证企业进行技术创新,以取得产业优势。从机会窗口理论的视角,可以对本文四个代表性案例做纵向比较分析,如表1所示。

表1 基于三类机会窗口的纵向比较

日本VLSI项目成功抓住了技术、需求和制度机会窗口。日本通过技术协同攻关,进行几代DRAM技术的同步研发,以及超前使用5英寸晶圆制造装备等,成功抓住了第一类窗口。20世纪80年代,日本的本土电子消费品领域如随身听、录像机等消费电子市场的繁荣发展为其半导体芯片产业提供了终端应用,日本庞大的国内需求提供了需求机会窗口。日本官产学合作技术联盟为产业研发提供了稳定和连续的资本保证,体现了与政策、体制相关的第三类机会窗口。

韩国三星的后发赶超与需求和制度两类机会窗口紧密相关。三星等企业正是积极抓住日美半导体贸易冲突这一外部需求机遇,在市场需求处于低谷时继续扩大产能,方能成功挤占日本厂商的原有份额,即综合利用了第二类和第三类机会窗口。此外,韩国特有的 “政府+财阀”支持模式,将资源集中于少数财团,使企业迅速进入资本密集型的存储芯片生产领域,帮助其克服生产初期巨大的财务损失,即利用了第三类机会窗口。

中国台积电的后发崛起,主要利用了需求和制度机会窗口。台积电抓住行业需求积极参与全球化分工,通过专注晶圆代工,迅速完成技术积累并打开市场,体现了需求机会窗口的重要。另外,在产业国际转移的潮流中,台湾积极主动承接封装、测试技术环节,重视技术引进与招商引资、整体规划与政策支持 (如提出 “积体电路计划草案” “两兆双星”的发展目标),为台积电等企业提供了第三类机会窗口。

荷兰阿斯麦的后来居上,主要利用了技术和制度机会窗口。阿斯麦公司在193nm光刻技术的技术路线变轨期成功利用技术机会窗口,通过押注 “浸润式”光刻技术完成对日本尼康等竞争对手的技术赶超。另外,在阿斯麦的发展初期,不仅荷兰与欧洲共同体为公司提供了大量研发补贴和技术贷款,而且美国政府也在其背后暗中扶持。阿斯麦正是利用美国政府对日本半导体厂商的忌惮,成功加入美国光刻研发联盟 (EUV LLC),而其对手日本尼康则被拒之门外,造成双方技术差距,巧妙利用了制度机会窗口。

3.2 基于创新情境的匹配分析

在企业后发赶超过程中,一方面在技术范式上,半导体企业的创新活动存在基于旧技术范式和新技术范式的区别,另一方面从创新类型上,后发企业不但可以通过技术创新成功完成赶超,也能通过商业模式创新达到同样目的[22]。因此,本文从技术范式和创新类型两个维度,区分四类不同的创新情境,对本文所述案例做进一步归纳分析,如表2所示。

表2 基于四类创新情境的纵向比较

第一类创新情境是 “旧技术范式+技术创新”,此时日本VLSI “企业联合攻关”式赶超路径值得借鉴。面对半导体产业的旧技术范式,产业技术路线基本确定,企业赶超路径属于渐进式创新,VLSI项目 “联合攻关、成员共享”的模式具有一定借鉴意义。虽然在后摩尔时代技术范式面临变化,但在既有技术范式和成熟工艺条件下,后发经济体仍有较大创新空间,因而可以通过官产学研合作实现技术水平提升。但这一赶超路径对政府和企业的要求较高,一方面,芯片属于相对短周期、技术前沿不断推进,需要参与企业本身具备较高程度的技术储备和积累 (20世纪日本在半导体领域技术积累雄厚,70年代索尼公司正是凭借在隧道二极管领域的贡献获得诺贝尔物理学奖);
另一方面,创新主体需要对技术和市场变化做出快速反应,因而政府要适时协调好各方参与主体的利益,处理好参与企业间的 “竞争”和 “合作”关系,方能最大程度发挥企业联合技术攻关的优势。

第二类创新情境是 “旧技术范式+商业模式创新”,此时三星的 “聚焦细分市场”和台积电的 “重构分工体系”式赶超路径有较强启示。在旧技术范式下技术创新存在较大困难时,后发者可采用商业模式创新的方式优先占领细分市场。后发企业可以借鉴三星 “聚焦细分市场”路径,对消费者市场进行重新细分和定位,利用低成本优势等使新产品首先占据某一细分市场,而后在积累技术能力的基础上以颠覆式创新谋取主流市场。另外,也可以借鉴台积电 “重构分工体系”模式,针对新出现的产业链分工需求 (如设计、测试、组装和代工等),对产业链原有分工体系进行细分重构,成为全球半导体产业链不可或缺的一环。

第三类创新情境是 “新技术范式+技术创新”,阿斯麦的 “整合利益网络”式赶超路径具有较强借鉴意义。在新技术范式下,技术创新方向难以预料,技术路线仍不确定,因而属于风险极大的突破性创新或颠覆式创新。在后摩尔时代,中国半导体产业可重点把握新技术范式下的创新机遇,借鉴阿斯麦的 “整合利益网络”方式,发挥国内超大规模市场和制造业优势,通过加强集成电路产业上下游战略合作等方式,提高半导体产品和技术在国际市场的综合竞争力。

第四类创新情境是 “新技术范式+商业模式创新”,这是中国等后发国家半导体企业在后摩尔时代具有潜力的发展方向。在新兴技术范式下的商业模式创新,意味着主动发现新兴技术对应的新市场需求。虽然在本文分析的案例中尚未出现成熟的赶超路径,但进入后摩尔时代,可以重点考虑通过需求侧创新的方式,利用商业模式创新匹配新技术,成为行业新技术范式的开拓者和领导者。从需求侧看,当前新能源、电动汽车、5G 网络、大数据中心和工业互联网等新基建项目为半导体产业提供了丰富的应用场景,政府可以针对早期用户提供补贴等需求侧政策支持,为企业创造通过 “用中学”不断提升技术能力的机会[23]。半导体后发企业可以结合5G、AI、IoT 和量子计算等下一代信息技术,加速芯片技术研发及标准的研究制定、系统应用开发以及大规模产业化。芯片企业可采用 “蛙跳式路径”,由 “通用计算”变为 “异构计算”提升算力,即通过 “云计算”背景下的 “芯片开源”解决先进芯片制程技术难题。目前阿里巴巴、华为、百度等企业已提前布局云计算和AI芯片,是对这一新赛道的有益尝试。

3.3 小结与启示

在后摩尔时代,中国半导体企业在后发追赶中需要重视技术、需求和制度机会窗口带来的发展机遇。目前,前两类 “机会窗口”已经自然打开。从技术机会窗口看,后摩尔时代集成电路产业的技术范式面临转变,新兴技术创新机会的不断涌现为后发企业自然打开了技术窗口。从需求机会窗口看,5G、人工智能、大数据、量子计算等新一代信息技术的加速普及应用带来全新的商业生态和生活方式,成为中国半导体产业创新发展的驱动力,因此第二类机会窗口也已开启。制度机会窗口则需要政府主动开启,应根据当前的技术范式特征结合企业创新类型,制定适宜的创新战略,以适应产业发展。半导体企业要注意从动态视角分析企业创新环境,应根据创新情境与所掌握的资源和能力选择合适的创新战略,通过企业创新战略与创新情境的动态性匹配实现成功赶超。

半导体产业已成为全球市场竞争的重点和大国战略博弈的焦点,纵观全球半导体产业发展兴衰,后发经济体的成功赶超离不开制度优势与 “技术窗口”和 “需求窗口”的有效配合。面向后摩尔时代,中国应合理运用体制机制优势,优化政策支持工具,实现半导体产业高质量发展。针对中国半导体产业的创新战略,本文提供以下几方面思路建议。

4.1 坚定自主开发意志,打造产业完整生态

后摩尔时代,世界上将同时存在一个以中国为主导的产业和创新体系,以及一个以美国为主导的体系,两者本质上是相互竞争的体系[24]。中国要解决半导体产业科技自立自强问题,必须下决心建立 “以我为主”的产业体系[25],在本土的整机企业和零部件企业之间形成相互依赖、相互支持的良性互动关系。一是以自主产品开发打通产业链循环,从基础的指令系统做起,到底层的芯片、系统软件和中间件,打造自主产品开发平台,打通 “芯片—软件—整机—系统—信息服务”的产业链循环。二是推进产业上下游协同演化进步,以产业链布局为抓手,加强EDA工具与设计制造的协同、材料与制造的协同、设备与制造的协同,使 “设计—制造—封装测试—装备与材料”彼此之间形成协同演化效应。三是以技术开发带动基础研究突破,尤其重视产业技术开发实践中提出的重大问题、 “卡脖子”问题,并以此为抓手带动基础研究突破,提高科研成果转化率。

4.2 完善新型举国体制,强化企业技术水平

作为中国独特的科技体制优势,新型举国体制有利于组织战略科技力量,协同市场资源,实现产业链核心技术突破。一是对于相对成熟的关键技术,可立足于集成电路产业发展关键领域和国家重大战略发展需求,加强产业核心技术攻关。实践中,可优先选择一两个具有突出代表性、各项条件相对成熟的关键共性技术攻关项目,结合 “揭榜挂帅” “赛马制”等新型体制机制,确定承接单位和企业展开相关体制机制建设探索。二是借鉴日本VLSI项目研究经验,可遴选一批在集成电路产业链上有能力承担 “数十亿美元”投资的具备综合技术知识经验的龙头企业,支持组建共性技术创新攻关联盟[26],引导其在通用芯片的共性技术领域进行持续研发投入,鼓励其沿不同技术路线独立研发后摩尔时代有前景的专用技术。三是充分发挥公共创新平台优势,积极打造产业内合作开放平台,建立产学研协同创新生态,推进半导体产业创新基础性、支持性服务,保障最终成果转移、落地、扩散和商业化进程。

4.3 发挥制造市场优势,做优产业细分领域

应充分利用自身完整的制造体系优势和超大市场规模优势,集中主要力量发展优势环节,培育若干项优势核心技术。一是利用制造体系优势,先集中力量把单个种类专门设备做到 “独门绝技”,再逐一突破、连点成面,最终实现产业的整体跃进。例如,在刻蚀、清洗、沉积三个方向上,本土企业技术储备较充分且产业规模较大,可以作为半导体设备产业的集中突破点。二是立足国内超大规模市场需求,鼓励智能手机和平板、智能家电、新能源汽车等终端产品厂商和芯片厂商联合研制整机所需芯片,并进行联合测试、试用,形成产品升级和芯片研发的双向促进局面,打造终端产品与芯片市场互动发展的产业链格局。三是在技术的先导期,应积极探索符合世界贸易和投资准则的政府采购政策,从军用、航空、民用等多方面共同支持本土半导体企业发展,提高拥有自主知识产权的半导体产品在各级政府采购中的比例。

4.4 提升企业创新动力,紧抓新兴技术机遇

应坚定鼓励企业家精神,以财税手段为抓手,提升企业创新动力,通过市场竞争机制的 “试金石”来筛选出优胜者。一是坚持企业家在企业创新中的核心作用,保障企业家合法权益。同时,应加强资本市场管理,加强对房地产、金融、互联网等快速造富行业的垄断问题治理,减少寻租和套利空间,以倒逼产生更多的 “创新型”企业家[27]。二是以财税手段鼓励企业保持战略性研发投入。例如,可考虑国家大基金中增设专项业务投资基金,重点增加支持设备和材料企业、存储器企业以及EDA和IP核企业等。推进落实半导体产业的税收支持政策,针对性地制定政府补助方案,为较强发展潜力的企业提供税收减免服务。三是鼓励国内企业力争在国际垄断巨头尚未形成时,以原创性、颠覆式创新打破国际技术垄断。例如,在人工智能芯片等新兴领域,应鼓励产生更多寒武纪、地平线等智能芯片独角兽企业,支持阿里巴巴、小米等互联网公司开展针对自身垂直业务的平台和芯片等核心技术研发。

4.5 优化人才引育机制,保持产业发展潜力

应建立人才引入和培养的长效机制,从根本上提升半导体产业的发展潜力。一是重视半导体领域人才培养,加快世界一流大学和一流学科建设,加强关键领域博士培养;
同时加强企业联合培养模式,支持相关企业与高校共研共建,精准对接市场需求。二是加大集成电路高端人才的引进力度,可依托国家、省、市各级双创计划等支持政策,吸引一批掌握关键技术、能够突破产业发展瓶颈、引领产业发展方向的国际人才及研发团队;
积极营造有利于海外高端人才在华工作条件,打造具有国际水平的战略人才梯队。三是深化现行的人才评价机制改革,积极优化多元人才福利制度,提升个人贡献在福利补助中所占比重。坚持以创新能力、工作质量、已有贡献为导向,实施动态人才评估机制,将科技工作者的重心引导到创新跑道,使其潜心科研、扎实创新。

4.6 扩大国际开放合作,积极参与国际竞争

面向后摩尔时代,中国秉持开放性和包容性原则,加强企业在国际开放市场中竞争和合作的勇气,在参与国际竞争的过程中提升话语权和反制能力。一是进一步加强与日本、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的缺失环节,建立更广大的产业技术战略同盟,做大科技合作 “朋友圈”。二是在自主可控前提下,在材料和设备等领域加大政策支持 “引进来”力度,鼓励更多优秀企业来中国落地生产。充分发挥RCEP、CAI 等国际和区域贸易协议的作用,积极争取尽快加入 CPTPP,为半导体产业发展国际合作创造有利条件[28]。三是积极获取全球半导体技术与投资对接机会,瞄准能够显著提升自身技术能力的标的,重点关注集成电路设备和材料、设计架构和设计工具等领域,以产业链上下游并购提升国际竞争力。

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