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我國集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究
來源：高新院 achie.org 日期：2022-02-17 點擊：次
近年來，中國集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展十分坎坷，國內(nèi)集成電路行業(yè)的企業(yè)在疫情和外部環(huán)境的影響下艱難發(fā)展。新冠疫情的全球“大流行”導致許多企業(yè)停工，集成電路行業(yè)受上游供應(yīng)不足和下游需求下降的雙重影響，增長速度放緩；中美貿(mào)易戰(zhàn)過程中，中國集成電路企業(yè)接二連三受到制裁，給中國集成電路行業(yè)帶來沉重打擊。疫情和外部政治因素使我國發(fā)展集成電路國產(chǎn)化替代的需求更加迫切，目標也更加堅定。
1、集成電路定義
集成電路為通過氧化、光刻、擴散、外延、蒸鋁等半導體制造工藝，將電路中所需的晶體管、電阻、電容等元件及其布線連接并集成在一塊或幾塊微小的介質(zhì)基片上（通常為硅片），并封裝在一個管殼內(nèi)，以實現(xiàn)所需電路功能的微型電子器件或部件。
集成電路具有體積小，重量輕，引出線和焊接點少，壽命長，可靠性高，性能好等優(yōu)點，同時成本低，便于大規(guī)模生產(chǎn)。它不僅在工、民用電子設(shè)備如收錄機、電視機、計算機等方面得到廣泛的應(yīng)用，同時在軍事、通訊、遙控等方面也得到廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)在，集成電路已經(jīng)在各行各業(yè)中發(fā)揮著非常重要的作用，是現(xiàn)代信息社會的基石。
我們經(jīng)常把集成電路和芯片混淆在一起，但嚴格意義上，集成電路不能完全等于芯片，更恰當?shù)卣f，芯片是集成電路的載體。半導體、集成電路和芯片三者之間的區(qū)別和聯(lián)系參照下圖，一句話總結(jié)就是半導體是組成集成電路和芯片的基本組成材料，而芯片是集成電路的最終載體，是集成電路經(jīng)過設(shè)計、制造、封裝、測試等后的獨立成熟產(chǎn)品。
2、集成電路分類
集成電路主要分為數(shù)字集成電路和模擬集成電路，其中數(shù)字集成電路主要包括邏輯器件、儲存器和微處理器。邏輯器件是進行邏輯計算的集成電路；存儲器是用來存儲程序和各種數(shù)據(jù)信息的記憶部件；微處理器可完成收取指令、執(zhí)行指令以及與外界存儲器和邏輯部件交換信息等操作。模擬器件是模擬電路集成在一起用來處理模擬信號的芯片，如運算放大器、模擬乘法器、鎖相環(huán)、電源管理芯片等。
集成電路產(chǎn)業(yè)是國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性、先導性產(chǎn)業(yè)，是電子信息產(chǎn)業(yè)的核心。早在2014年，國務(wù)院就發(fā)布了《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進綱要》，明確了集成電路產(chǎn)業(yè)未來幾年的發(fā)展目標。到2020年，集成電路產(chǎn)業(yè)與國際先進水平的差距逐步縮小，全行業(yè)銷售收入年均增速超過20%，企業(yè)可持續(xù)發(fā)展能力大幅增強；到2030年，集成電路產(chǎn)業(yè)鏈主要環(huán)節(jié)達到國際先進水平，一批企業(yè)進入國際第一梯隊，實現(xiàn)跨越發(fā)展。
為了實現(xiàn)這一目標，我國政府將集成電路產(chǎn)業(yè)確定為戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一，并頒布了一系列政策法規(guī)，以高度支持集成電路行業(yè)的發(fā)展。
1、半導體產(chǎn)業(yè)鏈
集成電路處于半導體產(chǎn)業(yè)鏈的中游，上游主要是半導體材料和設(shè)備，半導體材料包括硅晶圓、光刻膠、濺射靶材、封裝材料等；半導體設(shè)備包括單晶爐、PVD、光刻機、檢測設(shè)備等，其中光刻機是生產(chǎn)大規(guī)模集成電路的核心設(shè)備，其制造難度之大，世界上只有少數(shù)廠家能夠制造，以荷蘭ASML、日本Nikon和日本Canon三大品牌為主。
半導體產(chǎn)業(yè)鏈的下游主要是芯片產(chǎn)品的各個應(yīng)用領(lǐng)域，包括5G通信、汽車、家電、手機、可穿戴設(shè)備、航空航天等領(lǐng)域。
2、集成電路產(chǎn)業(yè)鏈
集成電路的產(chǎn)業(yè)鏈可以分為設(shè)計、制造和封裝測試三大環(huán)節(jié)。這三個環(huán)節(jié)分工十分明確，各司其職，但是市場上也存在IDM廠商：整合組件制造商（IntegratedDeviceManufacturer），從IC設(shè)計、制造、封裝、測試到銷售都一手包辦。芯片制造最早期大部分是IDM廠商，但是隨著半導體芯片的設(shè)計和制作越來越復雜、花費越來越高，單獨一家公司往往無法負擔從上游到下游的高額研發(fā)與制作費用。因此到了1980年代末期，半導體產(chǎn)業(yè)逐漸走向?qū)I(yè)分工的模式——有些公司生產(chǎn)硅片，有些公司專門設(shè)計，還有些公司專門做晶圓代工和封裝測試。
集成電路設(shè)計是集成電路產(chǎn)業(yè)鏈中最重要的部分之一，在這一領(lǐng)域利潤較高，目前國內(nèi)僅有少數(shù)公司在集成電路設(shè)計領(lǐng)域取得的了突破。其實中國目前有大量的芯片設(shè)計公司，像大家知道的華為海思、紫光展銳、寒武紀、地平線等等，集成電路設(shè)計層面中國其實目前和世界領(lǐng)先的技術(shù)差異不是很大，這也是集成電路生產(chǎn)制造三大環(huán)節(jié)中，中國目前和世界領(lǐng)先水平能夠差不多保持一致的環(huán)節(jié)。但進行深入研究，在設(shè)計環(huán)節(jié)，中國仍處于被動狀態(tài)，因為芯片設(shè)計里面涉及到的芯片架構(gòu)和EDA軟件（芯片設(shè)計軟件）都是受制于人的。
集成電路制造環(huán)節(jié)離不開材料和集成電路設(shè)備，在材料領(lǐng)域，由于技術(shù)壁壘較高，目前在此領(lǐng)域基本以日美等企業(yè)占主導地位。集成電路生產(chǎn)設(shè)備是集成電路大規(guī)模制造的基礎(chǔ)，集成電路加工工藝繁雜，需要各種不同的設(shè)備，等離子刻蝕設(shè)備、離子注入機、薄膜沉積設(shè)備、熱處理成膜設(shè)備、涂膠機、晶圓測試設(shè)備等。中國由于在集成電路制造行業(yè)起步較晚，技術(shù)工藝水平與國外先進企業(yè)有一定差距，目前我國晶圓廠以中國臺灣的臺積電一家獨大，但中國大陸本土企業(yè)中芯國際已完成14nm集成電路的研發(fā)，n+1nm(與7nm芯片極其接近)的芯片正在研發(fā)中。芯片制造是目前中國受美國禁令影響最大的環(huán)節(jié)，也是中國目前和世界領(lǐng)先技術(shù)水平差異最大的環(huán)節(jié)。
集成電路封測是我國最早切入集成電路的領(lǐng)域，目前我國封測企業(yè)已獲得了基本的技術(shù)和良好的產(chǎn)業(yè)競爭力，技術(shù)和銷售規(guī)模已進入世界第一梯隊。
我國大陸集成電路產(chǎn)業(yè)的雖起步較晚，但經(jīng)過近20年的飛速發(fā)展，我國集成電路產(chǎn)業(yè)從無到有，從弱到強，已經(jīng)在全球集成電路市場占據(jù)舉足輕重的地位。根據(jù)中國半導體行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2010-2020年中國集成電路產(chǎn)業(yè)銷售額整體呈增長趨勢，從2010年的1424億元增加至2020年的8848億元，這主要受物聯(lián)網(wǎng)、智能汽車高新能源汽車、智能終端制造、新一代移動通信等下游市場需求驅(qū)動。在集成電路產(chǎn)業(yè)的設(shè)計、制造和封測等環(huán)節(jié)中，設(shè)計業(yè)的市場增長速度最快，2010-2020年復合增長率25.72%，我國芯片設(shè)計能力有大幅提升。
2021年前三季度，中國集成電路產(chǎn)業(yè)繼續(xù)平穩(wěn)增長。據(jù)中國半導體行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，2021年1-9月中國集成電路產(chǎn)業(yè)銷售額為6858.6億元，同比增長16.1%。其中，設(shè)計業(yè)同比增長18.1%，銷售額3111億元；制造業(yè)同比增長21.5%，銷售額為1898.1億元；封裝測試業(yè)同比增長8.1%，銷售額1849.5億元。
1、全球半導體向中國大陸轉(zhuǎn)移
從全球范圍來看，集成電路制造產(chǎn)業(yè)正在發(fā)生著第三次大轉(zhuǎn)移，即從美國、日本及歐洲等發(fā)達國家向中國大陸、東南亞等發(fā)展中國家和地區(qū)轉(zhuǎn)移。近幾年，在下游通訊、消費電子、汽車電子等電子產(chǎn)品需求拉動下，以中國為首的發(fā)展中國家集成電路市場需求持續(xù)快速增加，已經(jīng)成為全球最具影響力的市場之一。
2、新一代技術(shù)推動集成電路發(fā)展
近年來，集成電路應(yīng)用領(lǐng)域隨著科技進步不斷延展，5G、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、智能駕駛、云計算和大數(shù)據(jù)、機器人和無人機等新興領(lǐng)域蓬勃發(fā)展，驅(qū)動集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
根據(jù)中國信通院《5G經(jīng)濟社會影響白皮書》預(yù)測，5G商用預(yù)計在2030年帶動中國市場約6.3萬億元的直接產(chǎn)出。5G的正式商用化將為新型芯片的上市帶來更多機遇和挑戰(zhàn)。人工智能對數(shù)據(jù)運算、存儲和傳輸?shù)男枨笤絹碓礁撸苿有酒O(shè)計和制造水平的不斷升級。云計算和大數(shù)據(jù)為人工智能和機器學習發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，云計算和大數(shù)據(jù)的持續(xù)發(fā)展對于高性能計算芯片和大容量存儲芯片提出了新的要求。
基于上述分析，未來集成電路制造行業(yè)仍將保持較快增長。
