來(lái)源：EET電子工程專(zhuān)輯作者：顧正書(shū)
 
 
美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)(SIA)最新發(fā)布的《2020年美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)現(xiàn)狀》報(bào)告列舉出幾組數(shù)據(jù)，揭示出美國(guó)半導(dǎo)體技術(shù)的先進(jìn)和產(chǎn)業(yè)的強(qiáng)大。2019年全球半導(dǎo)體營(yíng)收中美國(guó)占47%，中國(guó)大陸占5%；美國(guó)企業(yè)平均研發(fā)投入為16.4%，中國(guó)大陸只有8.3%；美國(guó)半導(dǎo)體出口460億美元，中國(guó)大陸進(jìn)口3056億美元。我們的差距的確還很大，但仍有技術(shù)創(chuàng)新和趕超的機(jī)會(huì)，這些機(jī)會(huì)在哪里呢？
 
在最新發(fā)布的《2020年美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)現(xiàn)狀》報(bào)告中，美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)(SIA)從全球半導(dǎo)體市場(chǎng)份額、研發(fā)投入、制造產(chǎn)能，以及就業(yè)等方面描述出美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)的現(xiàn)狀，進(jìn)一步用數(shù)據(jù)驗(yàn)證了美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)在全球的領(lǐng)導(dǎo)地位，同時(shí)也指出了潛在的威脅與挑戰(zhàn)。
《電子工程專(zhuān)輯》主分析師顧正書(shū)根據(jù)相關(guān)調(diào)研機(jī)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和預(yù)測(cè)，對(duì)中國(guó)半導(dǎo)體的現(xiàn)狀與美國(guó)半導(dǎo)體進(jìn)行了對(duì)比，通過(guò)一些數(shù)據(jù)揭示出我們目前的差距有多大。只有對(duì)自己有了清楚的認(rèn)識(shí)后，我們才能理性客觀地做出正確的決策，將有限的資源投入到最需要補(bǔ)缺的地方。同時(shí)，我們也可以看到未來(lái)的發(fā)展機(jī)會(huì)，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新和強(qiáng)大的市場(chǎng)需求來(lái)加速中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展步伐，早日在全球市場(chǎng)占據(jù)領(lǐng)導(dǎo)地位。

全球半導(dǎo)體營(yíng)收對(duì)比：美國(guó)47%，中國(guó)大陸5%
 
據(jù)世界半導(dǎo)體貿(mào)易統(tǒng)計(jì)(WSTS)的統(tǒng)計(jì)，全球半導(dǎo)體營(yíng)收在2018年創(chuàng)下破紀(jì)錄的4680億美元，2019年則因?yàn)榇鎯?chǔ)器市場(chǎng)的周期性調(diào)整而下滑12.1%，降至4123億美元。WSTS預(yù)測(cè)，由于新冠病毒疫情對(duì)全球經(jīng)濟(jì)和供應(yīng)鏈的影響，2020年相比2019年僅有微小增幅，預(yù)計(jì)達(dá)到4260億美元，2021年將回升至4520億美元。（編者注：以下圖表若無(wú)特別注明，均來(lái)自SIA報(bào)告，其中國(guó)家/地區(qū)分類(lèi)將中國(guó)臺(tái)灣和中國(guó)大陸分開(kāi)統(tǒng)計(jì)）



從最終用戶(hù)需求來(lái)看，全球半導(dǎo)體的主要應(yīng)用市場(chǎng)包括通信、計(jì)算機(jī)、消費(fèi)電子、汽車(chē)、工業(yè)和政府機(jī)構(gòu)等六大領(lǐng)域，占比分別為33.0%、28.5%、13.3%、12.2%、11.9%和1.3%。AI、量子計(jì)算、5G、物聯(lián)網(wǎng)和智慧城市等新興應(yīng)用將是全球半導(dǎo)體未來(lái)增長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)力。


在4123億美元的全球營(yíng)收中，美國(guó)半導(dǎo)體公司占據(jù)47%，而中國(guó)大陸的公司只占5%。



若進(jìn)一步細(xì)分到半導(dǎo)體器件類(lèi)型，微處理器/數(shù)字/邏輯器件的美國(guó)占比為61%，中國(guó)大陸為9%；模擬器件美國(guó)占63%，中國(guó)大陸低于5%；存儲(chǔ)器方面，美國(guó)占23%，中國(guó)大陸幾乎為零；分離器件美國(guó)占23%，中國(guó)大陸占5%。



若按產(chǎn)業(yè)鏈上下游分工和商業(yè)模式劃分，美國(guó)在全球IDM市場(chǎng)的占比為51%，F(xiàn)abless市場(chǎng)為65%，半導(dǎo)體設(shè)備占比40%，而在晶圓代工和封裝測(cè)試方面則相對(duì)較弱，分別占比10%和15%。
2019年中國(guó)大陸的晶圓代工行業(yè)整體營(yíng)收為391億元，全球占比約10%。目前中國(guó)大陸只有華潤(rùn)微和士蘭微這兩家IDM廠(chǎng)商，而且規(guī)模相比美國(guó)IDM公司仍然很小。據(jù)中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，2019年中國(guó)IC設(shè)計(jì)銷(xiāo)售額為3,064億元，全球占比約10%。封裝測(cè)試產(chǎn)業(yè)營(yíng)收為2350億元，全球占比約20%。

研發(fā)投入：美國(guó)16.4%，中國(guó)大陸8.3%

自上世紀(jì)90年代以來(lái)，美國(guó)半導(dǎo)體在全球一直處于領(lǐng)導(dǎo)地位，市場(chǎng)份額接近50%。美國(guó)半導(dǎo)體公司始終保持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的秘訣在于持續(xù)在R&D、設(shè)計(jì)和制造工藝技術(shù)方面的巨額投入。巨大的技術(shù)研發(fā)投入讓美國(guó)公司贏得技術(shù)優(yōu)勢(shì)，獲得高額利潤(rùn)，從而可以拿出更多的資金用于新技術(shù)的研發(fā)，這一創(chuàng)新模式讓美國(guó)半導(dǎo)體處于一種良性循環(huán)的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，得以保持領(lǐng)先地位。



從1999到2019年，美國(guó)半導(dǎo)體的研發(fā)投入年復(fù)合增長(zhǎng)率為6.6%，2019年達(dá)到398億美元。從研發(fā)占銷(xiāo)售收入的比例來(lái)看，美國(guó)平均為16.4%，而中國(guó)大陸只有8.3%。



半導(dǎo)體設(shè)計(jì)和制造是一個(gè)資本密集型產(chǎn)業(yè)，隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)的演進(jìn)，資本投入的要求越來(lái)越高。以數(shù)字和邏輯器件的晶圓代工為例，晶圓產(chǎn)能達(dá)到10萬(wàn)片/月的資本投入正隨著工藝的進(jìn)步逐代飆升，從14nm/16nm的120億美元，攀升至5nm的200億美元。能夠支付起這么高額開(kāi)支的公司也越來(lái)越少，2001年全球有30家公司可以制造當(dāng)時(shí)最先進(jìn)工藝的芯片，而到了今天只有3家公司在追逐最先進(jìn)的7nm/5nm工藝。

在2019年全球半導(dǎo)體資本開(kāi)支中，美國(guó)占28%，而中國(guó)大陸只占10%，韓國(guó)和臺(tái)灣則分別占比31%和17%。同樣以數(shù)字/邏輯器件的制造技術(shù)先進(jìn)性為例，2010年臺(tái)灣和韓國(guó)落后美國(guó)2.5年，中國(guó)大陸落后4年。到了2019年，臺(tái)灣和韓國(guó)已經(jīng)趕上甚至超過(guò)美國(guó)，而中國(guó)大陸仍然有4年的差距。


雖然美國(guó)在半導(dǎo)體制造技術(shù)和晶圓廠(chǎng)方面有持續(xù)穩(wěn)定的投入，但亞洲國(guó)家和地區(qū)卻在以更快的速度擴(kuò)張產(chǎn)能。現(xiàn)在，美國(guó)的產(chǎn)能僅占全球的12.5%，超過(guò)80%的產(chǎn)能分布在亞洲。2019年，全球新建六座晶圓廠(chǎng)，全部在美國(guó)之外，其中有四座是在中國(guó)。
據(jù)預(yù)測(cè)，到2030年，美國(guó)的晶圓產(chǎn)能將下降到10%，而亞洲國(guó)家和地區(qū)則占據(jù)83%，屆時(shí)中國(guó)大陸將成為產(chǎn)能最大的國(guó)家。



半導(dǎo)體進(jìn)出口：美國(guó)出口460億美元，中國(guó)大陸進(jìn)口3056億美元

2019年美國(guó)半導(dǎo)體的出口額為460億美元，僅次于飛機(jī)、石油和汽車(chē)。這一方面是因?yàn)榘雽?dǎo)體需求的80%來(lái)自美國(guó)以外的市場(chǎng)（中國(guó)大陸是最大的需求市場(chǎng)），另外一個(gè)原因是美國(guó)半導(dǎo)體公司有44%的產(chǎn)品都是在美國(guó)本土的晶圓廠(chǎng)生產(chǎn)的。
2019年中國(guó)大陸集成電路累計(jì)進(jìn)口額為3055.5億美元，累計(jì)出口金額為1015.78億美元，貿(mào)易逆差達(dá)到2039.71億美元。
此外，美國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造的直接就業(yè)機(jī)會(huì)為24.1萬(wàn)人，間接支持的工作機(jī)會(huì)超過(guò)100萬(wàn)。中國(guó)大陸的半導(dǎo)體從業(yè)人員約有19萬(wàn)人。

中國(guó)半導(dǎo)體追趕美國(guó)的機(jī)會(huì)

為繼續(xù)保持美國(guó)在全球半導(dǎo)體領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，SIA建議美國(guó)政府在基礎(chǔ)研究、國(guó)內(nèi)生產(chǎn)、人才培養(yǎng)，以及貿(mào)易和知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)方面加強(qiáng)投入。具體如下：
●通過(guò)聯(lián)邦政府科研機(jī)構(gòu)、能源部和國(guó)防部等機(jī)構(gòu)，將用于新型半導(dǎo)體材料、芯片設(shè)計(jì)和架構(gòu)的科研預(yù)算從15億美元擴(kuò)增到50億美元；
●加大美國(guó)在半導(dǎo)體相關(guān)領(lǐng)域的研究投入，比如材料科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、工程和應(yīng)用數(shù)學(xué)等領(lǐng)域；
●建立新的半導(dǎo)體制造投資撥款項(xiàng)目以刺激更多先進(jìn)半導(dǎo)體制造工廠(chǎng)在美國(guó)本土啟動(dòng)和擴(kuò)產(chǎn)，特別是在先進(jìn)數(shù)字/邏輯工藝、存儲(chǔ)器和模擬器件晶圓廠(chǎng)方面，以滿(mǎn)足國(guó)防、關(guān)鍵基礎(chǔ)建設(shè)和工業(yè)應(yīng)用需求；
●改革美國(guó)高層次技術(shù)移民系統(tǒng)和相關(guān)法規(guī)，以鼓勵(lì)從美國(guó)大學(xué)畢業(yè)的STEM學(xué)生留在美國(guó)，為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新提供足夠的人才儲(chǔ)備；
●加強(qiáng)半導(dǎo)體領(lǐng)域知識(shí)產(chǎn)權(quán)偷竊和侵權(quán)的法律執(zhí)行，以保護(hù)美國(guó)國(guó)家和企業(yè)的利益。
中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)IC設(shè)計(jì)分會(huì)理事長(zhǎng)魏少軍教授在最近舉行的中國(guó)IC領(lǐng)袖峰會(huì)上呼吁，中國(guó)應(yīng)成立由政府主導(dǎo)的“集成電路研發(fā)基金”，用于半導(dǎo)體基礎(chǔ)研究和芯片設(shè)計(jì)的前沿技術(shù)開(kāi)發(fā)。
據(jù)IBS統(tǒng)計(jì)，2019年中國(guó)市場(chǎng)的半導(dǎo)體供應(yīng)量約有15.81％來(lái)自中國(guó)本土企業(yè)，而84.19％依賴(lài)外國(guó)公司。預(yù)計(jì)到2030年，中國(guó)市場(chǎng)的半導(dǎo)體供應(yīng)量將有39.78％來(lái)自中國(guó)公司，60.22％仍將來(lái)自外國(guó)公司。這一預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)也許有點(diǎn)保守，但我們計(jì)劃2025年半導(dǎo)體自給率提升至70%的目標(biāo)確實(shí)很難實(shí)現(xiàn)。


中國(guó)的半導(dǎo)體供應(yīng)（來(lái)源：IBS，2020年6月）
 
然而，中國(guó)企業(yè)的半導(dǎo)體需求量在穩(wěn)步增長(zhǎng)。2019年，中國(guó)市場(chǎng)半導(dǎo)體消費(fèi)量45％來(lái)自中國(guó)企業(yè)，2020年中國(guó)和外國(guó)企業(yè)在中國(guó)市場(chǎng)的半導(dǎo)體消費(fèi)量將持平。隨著新基建投資的逐漸展開(kāi)，來(lái)自中國(guó)本土市場(chǎng)的需求將保持高速增長(zhǎng)。預(yù)計(jì)到2030年，69％的消費(fèi)量將來(lái)自中國(guó)本土公司，需求主要來(lái)自數(shù)據(jù)中心、消費(fèi)電子、汽車(chē)、醫(yī)療等應(yīng)用領(lǐng)域。



中國(guó)的半導(dǎo)體需求（來(lái)源：IBS，2020年6月）
 
中美貿(mào)易摩擦和科技冷戰(zhàn)將對(duì)美國(guó)半導(dǎo)體企業(yè)帶來(lái)負(fù)面影響，而對(duì)中國(guó)本土半導(dǎo)體企業(yè)則有著極大的推動(dòng)作用。“國(guó)產(chǎn)替代”將給中國(guó)中小IC設(shè)計(jì)公司帶來(lái)前所未有的的機(jī)遇，同時(shí)中國(guó)本土的半導(dǎo)體設(shè)備和晶圓制造能力也將得到大力發(fā)展。
雖然高端芯片、先進(jìn)半導(dǎo)體設(shè)備和晶圓制造工藝的技術(shù)提高需要時(shí)間積累，但中國(guó)正在對(duì)5G、AI、IoT和量子計(jì)算等下一代技術(shù)進(jìn)行大量投資。以高鐵、新能源、5G網(wǎng)絡(luò)，電動(dòng)車(chē)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等為代表的“新基建”將帶動(dòng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的高速增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到2030年中國(guó)將在許多關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域取得世界領(lǐng)先地位。