構建更加安全穩健的半導體供應鏈

□ 孫志燕

在全球數字化革命加速推進的背景下，半導體作為實現數字化轉型不可或缺的物理載體，其應用幾乎遍及各個行業部門，不僅是未來驅動經濟增長的重要引擎，更是與國家安全密切相關的戰略性產品。目前，我國半導體的總消費占全球產量的比重已超過60%①資料來源：IP Closeup，April 21，2020，包括再出口的消費。，隨著經濟社會的數字化轉型，半導體消費需求還將持續增長，但從供給能力來看，我國所消費的半導體中超過90% 的比例是通過進口或者由國外企業在國內制造而獲得②資料來源：CRS，Semiconductors：U.S.Industry，Global Competition，and Federal Policy，2020 年10 月。，整個行業發展與歐美日等發達國家和地區相比存在顯著差距。本文重點從技術復雜性、市場壁壘的類型以及對國家安全的戰略性影響等方面，對我國半導體供應鏈不同環節中存在的瓶頸性問題和關鍵風險點進行了梳理和識別，為進一步細化相關政策，更加有效地推動國內半導體產業的發展提供決策參考。

一、我國半導體供應鏈中關鍵“瓶頸”和風險點識別

半導體是全球技術復雜度最高、專業化分工最為深化的行業之一，其供應鏈主要由芯片設計、制造和裝配包裝測試三類核心環節，以及設計軟件、專業化設備和材料等三類支持性環節構成（見圖1）。根據美國喬治敦大學新興技術中心（CSET）對全球半導體供應鏈中73 個細分領域的評估，我國在43 個領域都處在低或者非常低的水平，僅在原料、裝配包裝等10 個低附加值領域處在相對較高水平，但并未形成市場競爭優勢③本文的評估數據均來自CSET，Securing semiconductor supply chain，2021 年1 月。。如果缺乏必要的應對措施，這些薄弱環節都可能成為未來制約我國半導體產業發展的“瓶頸”。

圖1 半導體供應鏈結構圖

2021 年6 月9 日，世界半導體大會暨南京國際半導體博覽會在南京舉行。此次大會以“創新求變，同‘芯’共贏”為主題，設芯片設計、晶圓制造、封裝測試、設備與材料、人才街區、產業園區等展區，集中展示國內外半導體領域的創新技術與應用成果。圖為集成電路設計展區。圖/中新社

（一）芯片設計是我國半導體供應鏈中最為核心的“瓶頸”，也是多種風險較為集中的環節

從全球半導體價值鏈來看，芯片設計環節所占的增加值比重約為29.8%，僅次于芯片制造環節，是整個供應鏈中附加值最高和研發投入最高的軟件環節，而我國在該領域的全球市場份額僅為5%，尤其是高端邏輯芯片的設計能力尚屬空白（見表1）。從技術層面看，芯片設計一方面需要與下游芯片制造的工藝模式相兼容，否則很難獲得市場需求；另一方面又高度依賴于芯片設計軟件（EDA）和核心IP，前者為芯片設計提供開發環境，后者為芯片設計提供關鍵模塊，都屬于不可或缺的底層技術環節。隨著芯片應用領域的擴大，芯片設計還有可能成為硬件中潛在的“安全后門”，對國家經濟安全、軍事安全具有重要影響。從市場競爭來看，這兩個領域又是半導體供應鏈中最為壟斷的技術環節。芯片設計軟件（EDA）由美國壟斷，其所占市場份額高達95.5%；核心IP 由英、美兩國壟斷，所控制的市場份額也超過了95%，二者均已成為美國對我國出口限制的重點。這意味著即使我國具備后端應用芯片的設計能力，如果缺少EDA 底層設計工具的支撐，也極有可能導致半導體供應鏈出現技術性“中斷”。因此，該環節對于我國半導體供應鏈而言，是集中了技術、市場和國家安全等多重風險、最具戰略意義的節點。

表1 我國半導體供應鏈芯片設計環節的評估

（二）芯片制造設備是對我國半導體供應鏈系統性影響最大的薄弱環節，部分專業設備面臨長期制約

芯片制造需要50 多種專業化設備支撐，是全球半導體價值鏈中經濟增加值最高、技術復雜度最高和資本投入最為密集的關鍵環節，我國除了在包裝設備方面具有一定生產能力之外，其他設備領域的差距都非常大。但從技術層面看，化學機械平面化設備、沉積設備和離子注入機等領域，技術復雜度和市場壁壘相對較低，雖然目前生產能力偏低，通過適當的政策引導和扶持，并不會構成長期的瓶頸制約。而真正可能危及我國半導體供應鏈安全的設備主要集中在光刻機、蝕刻和清洗、測試，以及制程控制等技術更加復雜的專業設備領域（見表2）。這些設備涉及眾多技術領域，復雜度和集成度非常高，如荷蘭ASML 公司生產的光刻機，有10 萬余個關鍵組件，供應商有5000 多家，這些設備供應商之間經過多年的商業合作已形成了一個近乎封閉、壟斷的供應鏈網絡，市場壁壘可謂是全球半導體供應鏈中最高的環節。美國、日本等技術壟斷國家已針對部分芯片制造設備對我國采取了出口限制。因此，我國在這些設備領域不僅面臨著技術層面的挑戰，拓展建立新的供應鏈網絡也將是一個長期而艱巨的任務。

表2 我國半導體供應鏈芯片制造設備環節的評估

（三）芯片制造材料是我國半導體供應鏈中另一個關鍵性的薄弱環節，是制約我國高端芯片生產能力的一個重要風險點

在整個芯片的生產過程中需要用到400 多種化學材料，從經濟增加值來看，制造芯片所需的全部材料（包括硅片和制造環節使用的化學材料、包裝材料等）在整個供應鏈中所占比重約為10%，屬于低附加值環節，但芯片的生產依賴于質量穩定的材料供給，是穩定整個半導體供應鏈的重要節點。對我國半導體供應鏈影響最突出的“瓶頸”主要集中在光刻膠和CMP材料兩個領域（見表3）。其中，光刻膠由日本壟斷著超過90%的市場份額，其余由美國和韓國企業所控制；CMP 材料主要由美國、日本和法國所控制，規模最大的兩家美國企業壟斷了約56%的市場份額。此外，硅片的生產，尤其是300 毫米大硅片，是我國半導體制造材料中的另一個薄弱環節，日本、中國臺灣和韓國企業控制的市場份額超過了80%，是限制我國高端芯片生產的另一個重要材料。

表3 我國半導體供應鏈芯片制造材料環節的評估

二、細化半導體產業發展政策，加快構建更加安全穩健的半導體供應鏈體系

從上文對我國半導體供應鏈不同環節的評估來看，我國半導體產業的差距實際上是分散于各個環節的系統性差距。不同環節的技術特征、市場壟斷程度、經濟性等方面顯著不同，并非單一加大某個領域的資本投入或者沿用傳統“補短板”的政策思路就可以縮小差距。更需要遵循該行業技術進步和市場競爭的內在規律，立足于我國半導體供應鏈的整體，制定一個系統化的應對政策體系，改進國內半導體技術創新生態和產業發展生態，是保障我國半導體供應鏈安全的關鍵，具體建議如下。

第一，優化半導體產業發展政策的著力點，將更多的創新資源集中配置到戰略性環節和研發領域。盡管半導體產業對我國順利推進數字化轉型和維護國家安全具有重要的戰略意義，但該行業涉及眾多復雜技術領域，即使附加值最低的封裝環節也具有一定的技術門檻。因此，在政策資源有限的條件下，更需要平衡好長期戰略與短期應對之間的關系，優先考慮那些對國家安全具有重大影響、技術和市場溢出效應較大的關鍵環節。如芯片設計領域，它是半導體供應鏈中對國家安全影響最大的環節，對國家的戰略性遠超其經濟性，尤其是芯片設計所必需的軟件開發工具（EDA）長期由美國所壟斷，并已形成路徑鎖定機制，可能成為我國半導體供應鏈和其他產業數字化轉型的一個長期障礙。這一環節的突破并非依靠市場機制所能實現，需要從更長遠的戰略角度，利用舉國體制進行技術攻關。此外，需要加強創新政策、產業政策和財稅政策等不同政策工具的協調，引導更多資源配置到研發領域，切實提高我國在半導體行業中基礎科學和工程領域的研發能力，這是推動我國在半導體基礎材料和關鍵設備等領域突破“卡脖子”技術的關鍵。

第二，加快推動我國在半導體細分領域的技術深化，構筑具有國際競爭力的專業分工優勢，增強我國在全球半導體供應鏈中的平衡能力。由于半導體產業高度的技術復雜性和資本密集性，全球半導體供應鏈的分工極為復雜，多個細分領域都形成了自然壟斷。從美國、日本、韓國等國家半導體產業發展的經驗來看，都是集中資源聚焦某些細分領域形成顯著的專業化優勢，在國際分工中彼此依賴，以此來保障本國半導體供應鏈的安全可控。我國作為半導體產業的后發國家，在復雜的國際分工競爭格局中，培育專業化優勢相比建立完整獨立的供應鏈具有更加現實的可操作性和戰略意義。建議在半導體制造的關鍵材料和專業設備等溢出效應相對顯著的領域，分階段選擇一定數量的細分技術領域，如制造半導體的化學材料、測試設備、沉積設備等，集中優勢資源組織開展任務導向型創新，加快細分領域的技術深化和前沿化，培育更有國際競爭力的專業分工優勢，提高我國在全球半導體供應鏈中的平衡能力。這是我國半導體產業突破困境的關鍵。

第三，細化產業發展政策，為半導體供應鏈不同的薄弱環節提供更有效的政策支持。半導體是一個復雜的技術集成體，供應鏈每一個環節所具有的技術特性和戰略意義都不同，差距所帶來的影響和風險也不在同一層面，應對之策理應有所不同。但目前我國出臺的有關政策，如針對半導體產業的稅收減免、設備支出的稅前扣除、研發投入抵扣等，更適合芯片的生產環節，并未充分考慮半導體供應鏈不同環節技術創新的差異化政策需求，導致政策效果不盡理想，甚至在某種層面上對產業資本投資造成了誤導性作用。亟須進一步細化產業發展政策，提高政策工具與不同環節政策需求的適配度。如半導體供應鏈中的核心IP，是一個有形資產投入較少，但人工和無形資產投入較高的技能密集型環節，增加勞動力成本的稅前抵扣政策更有利于降低該環節的創新成本；再如半導體測試設備，該領域需要測量設備、技術、標準和材料表征化技術等方面的支撐，這些雖不屬于半導體行業，但相當于半導體行業的基礎設施，協同創新對該領域的技術突破至關重要，這就需要擴大政策支持范圍，加大基礎領域的資本投入。對于半導體制造中的關鍵化學材料，由于市場規模較小，資本的回報率相對較低，則需要更好地利用政府采購提高其規模經濟性。

第四，更加積極地推動與技術領先國家的雙邊或多邊合作，為我國半導體產業發展創造更加有利的國際環境。在數字革命的背景下，半導體已非一般的制造業產品，其戰略性愈加突出。從全球競爭的趨勢來看，我國半導體產業的發展仍將面臨諸多制約，不可能在所有供應鏈環節實現突破，需要以更加開放的思維構建更加穩定的發展環境。一是加強與技術領先國家的貿易談判，降低與半導體相關的設備、材料和技術服務等領域的貿易壁壘。我國是技術先進國家的重要市場，如美國AMD 公司和英偉達（Nvidia）公司芯片設計收入中大約26%和24%來自中國市場；美國應用材料公司作為全球最大的半導體設備公司，占全球18%的市場份額，但其29%的收入來自中國市場；日本尼康公司作為全球僅有的兩家光刻機設備商之一，28%的收入來自中國市場①資料來源：CSET，Securing semiconductor supply chain，2021 年1 月。。過度的出口管制也會給這些公司帶來重大損失，從長期來看也存在較大的不確定性。因此，我國應通過改善國內數字化生態，創造更大規模的市場需求來推動國際合作。

二是充分發揮資本、高技能勞動力等方面的規模和成本優勢，建立更廣泛的技術研發網絡。半導體制造成本和技術創新成本快速攀升，2019年全球半導體研發成本和資本支出占全行業銷售收入的比重已接近50%②資料來源：BCG&SIA，Strength the global semiconductor supply chain in an uncertain era，2021 年4 月。，技術領先國家研發“赤字”的壓力不斷加大，而我國作為發展中大國，無論是市場規模還是金融資本都具有顯著優勢，應持續加大重大科研基礎設施的投入，優化投資和創新的政策環境，構建更加先進、開放的國際化半導體創新生態，為我國半導體產業的發展聚集更多高層次人才和創新資源。