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协同合作 化解“芯片断供”风险

文章来源:《国资报告》杂志  发布时间:2020-10-10

6月29日,美国英特尔公司突然宣布因法律原因断供浪潮集团,两天后又宣布恢复供货。根据咨询机构Gartner2020年一季度报告数据,浪潮集团占我国服务器37.6%的市场份额,位居第一,占全球9.6%的市场份额,位居第三,国内多家互联网巨头企业均使用浪潮集团的服务器。如英特尔公司断供浪潮集团,可能会引发连锁反应,影响到国内广大的互联网企业以及其提供的各种云服务。

习近平总书记多次提出,要紧紧牵住核心技术自主创新这个“牛鼻子”,抓紧突破网络发展的前沿技术和具有国际竞争力的关键核心技术。此次英特尔公司宣布断供浪潮集团,是继美国提出“断供华为”后,我国企业第二次面临“芯片断供”风险,亟需有关部门、中央企业联合民营高科技企业共同破解难题,把握科技变革机遇,加快布局专用芯片和量子芯片等关键领域,实现产业链关键环节的自主可控。

芯片产业对外依存度仍处高位

我国是全球最大的电子产品生产基地,芯片产业的对外依存度较高。据海关数据,2019年我国进口芯片3040亿美元,连续第二年成为进口商品的第一大品类,同年我国生产芯片2018.2亿块,2020年一季度生产芯片508亿块,同比增长16%。总体上我国芯片自给率正在提升,但对外依存度仍处高位。

按照产业链划分,芯片产业可以分为设备、材料、集成电路设计、晶圆代工和封装测试五个领域,目前美国在这些领域均有垄断优势或产业控制点。据美国半导体行业协会数据,2019年全球芯片产业营收4123亿美元,美国公司占47%,我国内地公司只占5%。从芯片产业的基础软件和底层架构,到光刻胶及配套试剂等芯片材料,再到高端显示芯片、大容量内存芯片、基础操作系统等核心技术产品,以及集成电路专用装备和高精度加工设备,我国仍基本依赖进口。

设备领域,几乎所有的晶圆代工厂都会用到美国的设备,2019年前5名芯片设备生产商占全球销售额的78%,其中3家来自美国,且应用材料公司已连续多年位列第一。目前,北方华创、中微半导体、上海微电子等地方国有企业在刻蚀设备、清洗设备、光刻机等部分细分领域实现突破,设备领域的国产化率有望在2020年达到20%。

材料领域,按芯片制造过程可分为硅晶圆等基体材料、光刻胶等制造材料、芯片粘结材料等封装材料三部分,其中制造材料占比60%以上。中央企业有研集团已自主研制12英寸硅晶圆,地方国有企业上海硅产业集团已成国内12英寸和SOI硅晶圆领先制造商,但全球5大硅晶圆供应商占据高达92.8%的产能。北京科华、苏州瑞红等民营企业已具备研制关键制造材料光刻胶的能力,但高端光刻胶几乎全部依赖进口,日美韩具有垄断地位。

设计领域,EDA(电子设计自动化)软件被称为芯片之母,是芯片设计最上游产业,同时也是国内芯片产业链最为薄弱环节。据方正证券数据,国际三巨头美国 Synopsys、Cadence和德国西门子的Mentor Graphic占据中国95%、全球60%以上的EDA软件市场。中国电子所属华大九天的部分EDA工具可支持目前最先进的7纳米工艺,达到了国际领先水平,相关软件产品为中芯国际、华为海思等数十家公司采用,但因缺乏制造企业的工艺支持,相关设计软件向中高端设计环节提升存在较大障碍。

2018年,我国以华大九天、广立微、芯禾科技等国有企业或国有资本参股企业为首的10余家EDA公司销售额约3.5亿元,仅占我国市场份额的5%、全球市场份额的0.8%。

制造领域,全球超过80%产能分布在亚洲,这也与过去几十年间美国企业放弃制造、重视设计研发的策略有关。据台积电年报等数据,2019年台积电在芯片制造领域市场占有率达52%,三星占18%左右,我国大陆排名最高的中芯国际和华虹半导体分别约占4.4%和1.5%。

从工艺水平看,台积电今年开始量产5纳米产品,在7纳米和10纳米领域还有两家头部企业英特尔和三星电子,紧随其后的14/16纳米制程主要由中芯国际、美国格芯、台湾联华电子把控,中芯国际是中国大陆唯一量产14纳米的晶圆制造商,落后台积电2-4年时间。

封测领域,在芯片产业链中技术门槛最低,市场主要被中国大陆和中国台湾厂商所占据,2019年六家中国台湾企业占50%以上,长电科技、通富微电、华天科技三家国有资本参股企业占28%,美国仅有安靠一家排名前十,市场份额18%。

在5G、物联网、人工智能等新技术推动下,产业对先进封装的需要增加,我国封装业虽然起步很早、发展速度很快,但主要以传统封装产品为主,在高密度集成电路封装技术上与国际领先厂商还存在较大差距。

加快布局人工智能等芯片

虽然我国拥有庞大的市场,但芯片产业起步晚、产业链条长,且每个环节都有较高的技术难度,一般情况下行业后进入者难以撼动已有巨头的领先优势,导致我国芯片产业整体的自给能力不足、竞争优势不强、赶超难度较大。

科技变革是打破垄断的最佳契机,当前正是我国破解芯片产业受制于人的重要战略机遇期。物联网、大数据、人工智能等新技术带来了芯片计算领域的剧烈变化,从之前的通用计算芯片解决所有问题,已日渐发展为通用芯片和专用芯片组成异构计算,由专用芯片去处理图像处理、九五至尊vi官网处理等人工智能相关的高难度任务。

在人工智能专用芯片的新领域,美国并没有明显的先发优势,我们完全可以充分利用我国超大规模的市场优势和关键核心技术攻关的新型举国体制优势,在科技变革初期加快布局人工智能专用芯片以及超前布局下一代的量子计算、光子计算等芯片领域,待产业成熟后获得主动权。

在人工智能芯片的新赛道,全球芯片公司基本处于同一起跑线,速度决定领先优势。芯片研发领域,英伟达和高通等在车联网芯片展开激烈竞争,AMD利用CPU+GPU整合优势追赶,谷歌的TPU(张量处理器)已大量部署在云计算平台,为谷歌搜索、街景、照片、翻译等应用场景背后的神经网络计算提供加速。

从国内看,华为2019年推出4款人工智能芯片,同年阿里巴巴首款智能芯片发布;国有企业上海微电子于今年7月发布两款人工智能芯片,其中“青龙筋斗云”是国际首款自定义全新架构的可重构人工智能芯片;国投、中国国新、阿里巴巴等参股的寒武纪2014年在全球首次提出人工智能芯片架构,但2018年在终止和华为的合作后被迫投资布局自身不擅长的芯片制造领域,发展速度和效率受到一定影响。

从产业发展情况看,ARM专注芯片底层架构,英伟达聚焦芯片设计,英特尔不自己制造光刻机,各方相互促进、共建生态,我国芯片产业各领域企业却多在单打独斗、各自为战。擅长工程的华为做芯片设计,擅长设计的寒武纪做芯片制造,更懂应用的阿里巴巴做芯片设计,更懂制造的中芯国际被迫只能代工。同时,在芯片应用领域,企业都更愿意部署技术相对成熟的芯片,不愿为未来技术提前买单,导致国产化芯片可能一步落后、步步落后。

芯片需要不断试错迭代,大规模应用场景和海量数据是生成人工智能芯片的关键。在这方面,中央企业和BAT等大型互联网企业均有发展优势,应加强合作、优势互补,联合华为、寒武纪等高科技企业,找好各自位置,共建产业生态。

如何化解“芯片断供”风险

党的十八大以来,习近平总书记多次强调,核心技术受制于人是我们最大的隐患,核心技术靠化缘是要不来的。

在芯片全产业链布局上,我国已经成长为全球极少数形成竞争力的国家之一,在超级计算机和手机芯片等领域全球并跑,但整体上与世界先进水平仍有较大差距,芯片产业缺“芯”少“魂”的问题仍未根除,在设备、材料、设计、制造等领域仍然面临关键核心技术“卡脖子”问题。

当前正值大国博弈和科技变革的关键节点,建议充分借鉴上世纪九十年代美国芯片业反超日本的历史经验,从有关部门加强政策引导和协调企业协作、国有企业加强协同合作和应用牵引等方面发力,共同化解我国面临的“芯片断供”风险,掌握未来产业发展的主动权。

加大协调力度,引导企业构建产业生态。美国芯片业反超日本的一大关键原因是1987年由美国政府牵头,集合14家美国最大的电子公司成立了芯片研发联盟Sematech。我国近年来大力支持芯片产业发展,集成电路大基金等政府主导投资大幅增加,财政部等相关部门也出台了各种优惠政策加以扶持,但客观上普惠式投资和政策优惠也抬高了竞争门槛,甚至催生出一些专门钻空子、骗补贴的企业。下一步,建议有关部门在继续扶植芯片产业的基础上,把战术执行从简单给优惠转变为更多引导和扶植产业内的深度协作,引导有能力的企业组建我国芯片产业的研发联盟,帮助企业找好各自定位、更好开展合作,共建良性循环的产业生态。

创新人才政策,吸引并发挥好高层次人才的创造性作用。从中芯国际近年来的赶超历程看,从28纳米直接跨越到了14纳米,不到300天将14纳米芯片的良率从3%提高到了95%,一大关键原因是引入了台积电前研发处长梁孟松作为技术和管理负责人,从管理思维和模式等方面对公司进行了更新迭代。下一步,建议有关部门大力推动更有利于创新激励的政策,给予前沿领域的创新型国有企业更多发展自主权,在科技成果作价入股、收益分享等方式上取得更多突破,在芯片领域的“抢人”大战中取得主动权,最大限度调动科研人员积极性。

国有企业特别是中央企业应加大人工智能芯片等前沿领域的研发投入,在协同合作中实现重点突破。2020年第一季度,华为海思首次超越高通,成为我国手机芯片市场第一名,主要原因在于华为研发上的持续高投入,从2008年2018年,华为研发总计投入超4800亿元,2019年当年达1317亿元,2004年华为海思创立时,任正非就要求每年投入4亿美元。

国有企业是维护我国产业链供应链安全的关键保障力量,是我国产业链供应链价值链向中高端迈进的引领带动力量,中国电子、中国信科、有研集团等中央企业是我国芯片产业设计、材料、制造等领域的领军企业,国投等参股的寒武纪和中国国新收购的英国想象力公司分别在人工智能和图形处理等芯片设计细分领域具有自主核心技术,中国信科参股的中芯国际是我国内地最大、全球第五的芯片制造企业,它们和北方华创、中微半导体、上海微电子、上海硅产业集团等地方国有企业以及长电科技、广立微、芯禾国际等国有资本参股企业共同支撑了我国芯片产业链条的齐全和竞争力的初步形成。

国有企业特别是中央企业应继续加大科研投入力度,既要加快切入尚未形成竞争壁垒的人工智能芯片领域,用好我国超大规模市场优势,实现核心技术的自主可控,打破美国封锁,也要以“板凳要坐十年冷”的战略定力,抓好摩尔定律逐渐失效的历史机遇,提前布局量子芯片和光子芯片等领域,下好未来竞争的先手棋。

应推动中央企业聚集优势资源,打造国家级研发平台建设,强化行业内、央地间联合攻关,加大和民营高科技企业的协同合作,避免低水平重复投入,形成创新链合理分工、产业链优势互补、价值链共建共享的良好格局。要完善科技成果转化机制,推动攻关成果在央企内部先试先用,形成有利于国产化替代的产业生态环境,以产业链后端的应用推动前端技术装备的更新迭代。(作者单位:国资委规划发展局 邢相烨,本文仅代表个人观点。)

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