作者：肖汉平（中国人民大学长江经济带研究院高级研究员）
在全球新一轮科技和产业革命中，先进半导体关键核心技术正在成为全球主要经济体竞争的焦点。面对全球半导体芯片产业链分工模式大变局，在新发展阶段，我国需要全力突破关键技术“卡脖子”瓶颈，构建强有力的半导体芯片产业创新生态系统，建立自主可控的半导体芯片产业链和供应链体系，夯实“未来产业”发展基础。
半导体芯片是目前和未来诸多重要产业升级和发展的基础，在经济长期发展中处于至关重要的位置。半导体，即支持现代技术的微型芯片，又称集成电路。半导体芯片是新一代信息技术的核心，也是现代数字经济时代的基石，更是抓住新一轮科技和产业革命机遇的关键基础构件，对经济长期增长、新就业机会创造和国家安全至关重要。上世纪50年代以来，半导体芯片产业就始终处于全球科技创新的前沿，是全球主要经济体展开竞争和争夺的主要目标之一。过去二十多年来，全球半导体销售额从1999年的1494亿美元增加到2019年的4123亿美元，年均复合增长率为5.21%。半导体产业不仅本身是经济中的一个重要部门，而且通过对下游相关产业的支持，推动经济效应成倍扩大。随着新兴产业对芯片性能要求的提升和应用范围的拓展，半导体芯片对国民经济增长的贡献率还将进一步提高。半导体芯片产业不仅广泛运用于民用领域，而且在国防领域中也被广泛运用。
当前，半导体芯片技术进步正在推动全球经济进入数字转型时代，是人工智能和5G通信发展的基础。半导体行业对国家技术领导地位和国家安全的战略重要性正促使许多国家审视它们在整个半导体产业链中的地位。目前全球芯片主要应用于包括通信、计算机、消费电子、汽车、工业和政府机构等六大领域。新兴技术的出现要求专门为新应用而设计新的先进芯片。未来云计算、5G、人工智能以及工业互联网等新需求、新应用的不断涌现将进一步扩大对半导体芯片的应用需求。根据美国半导体协会（SIA）统计，2020年全球芯片销售总额达到4,390亿美元。SIA预测，未来十年芯片制造市场还将增长56%。半导体技术是未来“必赢”技术的关键共性技术，这些“必赢”技术涉及人工智能、物联网、现代通信、量子计算、先进医疗等部门。在一个数字化转型时代，半导体产业对经济竞争力和国家安全至关重要。
半导体芯片产业不仅自身存在巨大的增长前景，更为重要的是芯片是人工智能、量子计算、5G、物联网、大数据、云计算、区块链核心等新兴产业发展的基础构件，对这些未来产业的发展有重要支撑作用，可以预期半导体芯片产业将在未来全球经济增长中发挥巨大推动作用，并成为一国经济增长的核心驱动力。目前全球主要经济体纷纷将半导体芯片产业列为国家发展战略核心领域。
然而，现存的半导体芯片产业链全球性分工格局存在巨大的不确定性和不稳定性，预期未来将发生重大改变。半导体是经过设计、制造和封测多环节的高度复杂的产品。芯片制造通常需要多达300种不同的投入，包括原始圆晶片、商品化学品、特种化学品和散装气体。这些投入由50多类高工程精密设备处理。大多数这些设备，如平刻机技术和计量工具，包含了数百个技术子系统，如模块、激光器、机电一体化、控制芯片和光学系统。而参与半导体设计和制造的高度专业的供应商通常总部设在不同的国家，经过几十年的发展，目前半导体工业已经成为建立在产业链、供应链和价值链全球分工基础上的全球性竞争行业，受多重因素影响，全球化分工正面临重大变局。
一是半导体芯片供应链是全球性的且不同环节地理高度集中。半导体芯片供应链是真正全球性的。在世界各地，半导体芯片设计师使用知识产权（IP）许可为芯片制造商提供设计，晶圆制造商使用原始硅、光透镜和设备制造和封装芯片，组装印刷电路板(PCB)基板交付给最终客户。21世纪以来不断加深的全球经济一体化使得半导体集成电路产业链条不断细分和延伸，形成包括美国、韩国、日本、中国大陆、台湾和欧洲的六大片区。在六大片区中，由于拥有世界一流的大学、大量工程人才和市场驱动的创新生态系统，美国在整个价值链中的强势地位使美国一直是半导体领域的全球领导者。日经新闻的一项详尽分析指出，约80%的设计、软件和加工设备，包括蚀刻、离子植入、晶圆检测等，都在美国公司手中。台湾拥有世界逻辑芯片生产量的40%，并在10纳米或以下的最先进节点上为智能手机、PC、数据中心服务器和自动驾驶车辆制造应用处理器、CPU、GPU和FPGA所需的芯片。其中，台积电目前生产80%以上的世界最先进的3纳米芯片。此外，在半导体材料方面，东亚占57%，而7纳米以下先进制程的光刻机（EUV）则是由荷兰的ASML独家生产。而ASML开发的EUV平版印刷设备包含了由全球5000多家供应商提供的约10万个部件。
二是半导体芯片供应链全球化分工模式意味着相互合作至关重要。半导体芯片行业的快速创新步伐是巨大投资和全球各地的高度专业化公司和机构整合复杂全球价值链和研究基础设施的结果。在集成电路产业，存在垂直分工和一体化（IMD）两种发展模式。其中，在垂直分工模式中，集成电路产业链主要由设计、制造、封装测试构成；而在一体化发展模式中，集成器件制造商在企业内部完成其芯片的设计、制造、封装、测试和销售等业务。在持续高强度的投资已成为先进集成电路产品制造能力的“代名词”的背景下，一体化的集成器件制造商将会面临更大的产能投资压力。垂直分工模式在一段时期内展现出更强的竞争力。在集成电路的技术范式不发生根本性改变的条件下，受益于分工带来的效率提升，垂直分工模式占据更加重要的地位。
半导体芯片供应链的全球结构意味着公司跨国界进行相互分工和合作。半导体芯片供应链的全球结构使该行业在实现成本节约和性能增强方面不断飞跃，最终使信息技术和数字服务的爆炸成为可能。在过去的三十年里，基于比较优势的地理专业化优势导致一个更加集中和相互依赖的全球半导体供应链的出现。全球半导体供应链分布在全球50多处，其中一个区域占全球供应总量的65%或更多。地理上高度集中的供应也存在于某些材料中，如硅片、光刻胶、一些化学品，如封装基板和特殊气体。在5个主要制造工艺设备类别（沉积工具、干/湿蚀刻和清洗、掺杂设备、工艺控制和测试仪）中，美国公司合计占全球市场50%以上的份额。日本在光刻胶加工市场占有90%以上的份额，ASM的EUV光刻机占全球100%的市场份额，这些光刻机对于在7纳米以下的先进节点上制造至关重要。三家总部位于美国的公司在设计半导体所必需的EDA软件工具中合计占有85%的份额。在核心IP层，ARM公司许可了目前几乎所有智能手机以及越来越多的嵌入式计算系统的架构和用于消费电子、工业和汽车的物联网应用的处理器核心设计。
三是大国科技竞争和地缘政治冲突将改变半导体芯片产业链全球化分工格局。当前的半导体全球产业链、供应链和价值链分工格局是在经济全球化、贸易和投资自由化的环境中逐渐形成的，但目前全球芯片产业关键节点的高度集中，全球地缘政治风险上升，贸易紧张局势和日益加剧的保护主义使得全球半导体芯片产业分工面临巨大的不确定性，从而可能会使全球分工与合作模式面临巨大的风险。当前逆全球化的贸易环境以及全球芯片危机给全球半导体行业带来了重大挑战，迫使世界各国重新审视半导体行业全球供应链。确保国内半导体产业韧性已经成为世界各国关注重点，全球主要经济体纷纷开始补齐国内供应链短板，以增强国内半导体产业抗风险能力。
面对当前挑战，我国可以以长江经济带为中心突破半导体芯片关键技术短板，建立自主可控产业链和供应链体系，增强产业抗冲击能力。经过几十年的产业发展，目前我国虽已建立了相对完整的半导体芯片产业链，但在全球性产业链分工中，中国半导体芯片产业仍处于全球产业链和价值链的中低端，在一些关键环节同国际先进水平相比存在明显的数代差距。从地区布局看，我国半导体芯片产业主要集中在以上海为中心的长三角、以北京为中心的环渤海、以深圳为中心的珠三角和中西部的武汉和长沙、成渝和西安等四大集中地。在四大集中地中，长三角半导体芯片产业基础雄厚，技术水平相对较高，产业规模占据全国半壁江山，长江经济带占比超过70%，长江经济带在构建国内高水平自主可控产业链和供应链体系中可发挥关键性作用。
但需要注意的是，目前我国在半导体芯片产业链上游的材料、设备、软件环节和中游的芯片设计、制造和封测环节均有企业布局其中，但在发展水平上，各环节存在差别，在设计和封测环节发展程度较好，而在材料、设备和软件与高端光刻机(EUV)、高端光刻胶、电子设计自动化工具(EDA)等配套上存在明显差距，导致高端芯片，如CPU、存储器、PPGA等严重依赖进口。总体上看，国内集成电路产业仍以“单打独斗”为主，缺乏国家级共性技术创新平台。国产芯片产业生态系统不健全和高效技术创新生态系统缺乏，特别是在上游的设备、材料和软件领域更是存在明显差距，导致中游的产品环节不能满足下游产业高端化需求。
面对半导体行业的全球变局以及我们的发展短板，应在国内建立自主可控的半导体芯片产业链和供应链体系，补齐产业链关键短板，增强产业链韧性以应对全球供应链风险。在推进半导体高端芯片国产化的道路上，前路漫漫，道阻且长，唯有坚持不懈地探索和持续不断地创新，方可未雨绸缪、有备无患。在新发展阶段，为了摆脱半导体芯片产业发展受制于人的被动局面，我国半导体芯片产业需要建立以国内供应链为主体，国际供应链为补充的产业链分工新模式，以增强国内半导体芯片产业链韧性和抗冲击能力。为此，首先要要依托长三角科技创新共同体，加强基础研究、技术性科学探索和工程技术研发，建立跨学科、跨地区半导体科学研究中心，加快推进以关键设备、软件和材料为核心的半导体芯片创新生态系统建设，打造面向全球的芯片产业共性和关键技术创新平台，加强跨地区的“产学研”联合攻关和协同创新，实现必要的基础技术突破，以维护和超越摩尔定律，突破关键核心技术“卡脖子”瓶颈，锻造“杀手锏”技术。其次，要以 “双一流”研究型大学的集成电路院系和南京集成电路大学为依托，加强基础研究，培养半导体芯片产业高端研究和技术人才，培训推动未来创新所需的科学家和工程师，满足半导体芯片产业高端化的人力资本需求，同时，加快集成电路专业技工人才的培养。第三，要充分运用新一轮全球科技革命形成的新技术成果，稳步推进半导体芯片产业上游重点的关键核心设备、软件和材料等的国产化，构建自主可控的芯片产业链和供应链体系，稳步提高国内芯片供给的自给率，降低对非友好国家、地区和实体的芯片技术的依赖，实现国家半导体芯片产业科技自立自强。最后，以重大需求为导向，开启大科学工程探索计划，推进国产半导体芯片制造高端化进程，全面提升半导体芯片各环节技术水平。
来源： 光明网-学术频道
