2021年世界前沿科技发展态势总结及2022年趋势展望——信息篇

世界信息领域2021年态势总结

数字经济发展迅猛，主要经济体强化顶层设计与市场监管。 在数字经济宏观战略方面，美国与欧盟建立美欧贸易与技术委员会，在数字技术及其供应链的关键政策上达成合作。欧盟以《欧洲数字战略》为基础，发布《2030年数字指南针》，在数字人才培养、数字基础架构构建和数字化升级等方面做出具体部署。日本通过《数字改革关联法》，成立数字厅，促进政府机构的信息化与标准化。在加密货币市场方面，其“野蛮生长”的状态受到抑制。美国采取包括制裁、立法在内的一系列行动，打击将加密货币用于勒索攻击等非法行为。七国集团金融领导人联合发布央行数字货币（CBDC）指南，提出13项公共政策原则，对数字支付、普惠金融及反洗钱等做出具体部署。印度发布《加密资产法案》，拟禁止数字资产交易。新加坡禁止全球最大数字货币交易所币安（Binance）在其境内开展未经许可的支付服务，致使币安关闭其在新的加密货币业务。

网络与数据安全形势愈发严峻，各经济体持续加强规制。 全球黑客攻击向大规模、有组织的趋势发展，如勒索软件LockBit 2.0入侵全球11个国家的50多个组织；BlackMatter黑客组织宣布组建勒索病毒生态联盟，使黑客攻击呈现全链条协作趋势。日益猖獗的网络攻击活动，给各国带来巨大风险挑战，如美国约有4000万人 健康 数据被泄露；以色列约650万选民在线信息被泄露；阿根廷全国人口身份信息被泄露并出售。对此，各经济体不断推出网络安全保护新举措。美国发布《国家安全战略临时指南》，将“网络安全和数字威胁问题”确定为美国和全球安全的重中之重；参议院通过一项国土安全拨款法案，将网络安全与基础设施安全局（CISA）的预算提升30%至26.38亿美元。欧盟理事会宣布成立“欧洲网络安全工业、技术和研究能力中心”，以协调欧盟成员国的网络安全行动、共享威胁情报。俄罗斯修订《个人数据法》，禁止任何企业将数据传输给第三方。英国宣布组建国家网络部队总部，以对抗网络空间潜在对手。中国施行《个人信息保护法》《数据安全法》《 汽车 数据安全管理若干规定（试行）》等法规，强化信息安全法治保障。

元宇宙元年引发热潮，部分国家政府和大型 科技 企业纷纷入局。 美国Facebook公司改名为Meta，宣告以全新面貌迎接元宇宙，率先推出Horizon Worlds元宇宙体验空间；微软重点开辟面向协同办公的元宇宙业务；英伟达发布Omniverse元宇宙平台，为工程与艺术创作者提供协同作业基础设施。韩国首尔市政府发布《元宇宙首尔五年计划》，投资建设数字城市。日本多个加密资产公司成立民间团体性质的元宇宙协会， 探索 虚拟资产与现实的结合。巴巴多斯宣布在元宇宙平台Decentraland设立大使馆，暂定2022年1月启用。

科技 巨头监管成为各国政府要务，平台垄断、违禁内容泛滥等问题受到重点整治。 美国将网络平台监管纳入反恐范畴，认定在线平台在“将暴力思想带入主流 社会 ”方面发挥关键作用。俄罗斯颁布一项联邦法律，要求在俄日活用户超过50万的外国互联网公司必须在俄设立办事处。日本经济产业省将亚马逊、谷歌、苹果3家美资公司以及雅虎日本、乐天2家日本公司指定为《有关提高特定数字平台透明性及公正性的法律》的适用对象。韩国国会通过《电气通信事业法》修正案，禁止苹果和谷歌等应用商店提供商强迫软件开发商使用其支付系统并收取高额佣金。

半导体行业经历“寒冬”，各经济体多措并举应对缺芯挑战。 据美国高盛公司的研究显示，对芯片投入超过产值1%的产业都受到芯片短缺的影响。为此，美日韩等国提出多项激励政策，防范半导体供应链断裂等风险。美国发布《关键产品供应链百日审查报告》，为后续加强半导体领域投资、盟友合作、出口管制等提供政策依据；参议院通过《美国创新与竞争法案》，拟划拨520亿美元补贴美国本土芯片生产；德克萨斯州泰勒市宣布为韩国三星大幅度减免房产税以吸引其建厂。日本发布“半导体数字产业战略”，宣布拨款6000亿日元（约合52亿美元），支持中国台湾台积电、美国美光等企业在日建厂。韩国举行“K-半导体战略报告大会”，公布其半导体战略规划，计划未来10年投入510万亿韩元（约合4287亿美元）建设芯片制造基地。

人工智能技术多面开花，伦理与规范问题持续引发重视。 2021年，人工智能在基础研究、模式识别以及智能信息处理等具体技术领域取得显著进展。美国谷歌公司推出超级语言模型Switch Transformer。该模型拥有1.6万亿个参数，在自然语言处理能力上表现出色。Cerebras宣布研发出全球首个参数总量超人脑突触总数的人工智能集群，极大提高训练神经网络的速度。英伟达推出的GauGAN2人工智能系统，可根据文本描述合成风景图像。德国埃尔朗根-纽伦堡大学实现超高像素3D点云合成成像，有望为虚拟现实等应用拓展边界。同时，人工智能的伦理与规范问题愈发受到政策制定者的重视。美国国防创新委员会发布“负责任人工智能指南”，确保构建公平、负责和透明的人工智能系统。欧盟发布《欧洲适应数字时代：人工智能监管框架》与《2021年人工智能协调计划》政策提案，寻求监管与发展的平衡。俄罗斯签署其首份人工智能道德规范，作为俄罗斯2017-2030年信息 社会 发展战略的一部分。英国发布《国家人工智能战略》，以期“巩固在负责任人工智能方面的领导地位”。

量子技术亮点频出，突破性成果涌现。 美国哈佛大学与麻省理工学院等联合开发出256位量子模拟器，可模拟的量子态数量超太阳系中的原子数量；谷歌成功在“悬铃木”（Sycamore）量子计算机中实现纠错能力的指数级增长；IBM公司推出127位量子计算机Eagle。中国科学技术大学实现500千米量级现场光纤量子通信，刷新世界纪录；开发出“祖冲之二号”与“九章二号”量子计算机，在超导与光量子计算机领域达到世界领先水平。英国萨塞克斯大学通过量子传感器实现对人脑神经元的高精度检测。德国马克斯·普朗克量子光学研究所实现纠缠光子无损检测，成功地两次检测到单个光子在光纤中的运动而不产生破坏。

世界信息领域2022年趋势展望

多国央行和企业推进数字货币测试，法定数字货币实用化进程加速。 韩国央行构建数字货币试验平台，并计划在2022年进入第二阶段试验。俄罗斯央行将于2022年测试“数字卢布”原型，并起草监管规范。日本央行启动数字货币发行试验，将在2022年审查CBDC功能的可用性；三菱日联金融集团、瑞穗金融集团和三井住友金融集团等70余家企业共同成立数字货币联盟，其数字货币DCJPY计划在2022年内流通。印度央行预计于2022财年第一季度启动数字货币试点工作，并检查相关技术是否去中心化、能否绕过中介机构。

半导体行业规模持续扩大，先进制程竞争向精细化方向发展。 市场方面，受消费电子、 汽车 和云计算等多个行业需求膨胀影响，半导体经营活动愈发频繁、产业规模不断扩大。世界半导体统计组织预测，2022年全球半导体市场产值将达到5734亿美元,同比增长8.8%。德勤全球预测，2022年全球创投机构将向半导体初创公司投资超过60亿美元。美国咨询公司IC Insights预测，2022年全球半导体市场规模将同比增长22%。先进技术方面，芯片制程进一步微缩。美国英特尔公司发布的芯片制程工艺节点“20A”，或将在2025年实现全球领先。中国台湾台积电公司已开始3纳米测试晶圆试产工作，预计2022年第四季度进入量产及产能拉升阶段。韩国三星公司成功流片3纳米芯片，并开发出相关设计工具和技术，计划于2022年量产3纳米芯片，2025年量产2纳米芯片。IBM与三星公司合作推出垂直传输场效应晶体管（VTFET），在缩小芯片制程的同时，大幅降低芯片功耗。比利时微电子研究中心联合日本东京电子和荷兰阿斯麦等公司制定路线图，计划在2027年量产1纳米芯片，2029年后量产0.7纳米芯片。

多经济体促进6G技术研发与合作，6G愿景和技术路线愈发明晰。 美国和韩国通过“美韩峰会”决定在6G领域达成研发合作，共同投资35亿美元，以形成专利与产业优势。欧盟在“地平线2020”框架下启动为期两年半的Hexa-X项目，以开发6G生态系统。日本总务省发布“超越5G”综合战略，期望提高6G市场份额；情报通信研究机构将投资200亿日元（约合1.77亿美元），拟在2022年推进官民共同研究；NTT公司计划通过IOWN技术平台与全球100家企业进行合作， 探索 光电融合等6G核心技术。韩国科学和信息通信技术部公布“6G研发实行计划”，拟在未来5年投入2200亿韩元（约合1.87亿美元），推动六大重点领域的十大战略技术研发。

各国加快布局量子技术，相关政策形成重要支撑。 美国国会提出《量子用户扩展法案》《量子网络基础设施法案》等多项量子信息科学法案，以提升美国在量子领域的领导力。法国宣布一项价值18亿欧元的量子技术5年投资计划，欲跻身“世界前三”。德国将斥资约20亿欧元在未来5年内开发量子计算机及相关应用技术，并大力建设慕尼黑“量子谷”。英国政府与IBM公司宣布一项为期5年、价值2.1亿英镑的人工智能和量子计算合作研究计划，以促进生命科学及制造业等多个领域的研究。俄罗斯表示其量子通信线路将在10-15年后投入商业运营，其原型已投入使用。澳大利亚宣布将量子信息技术列为对国家利益至关重要的9个技术领域之一，并划拨1亿澳元（约合7300万美元）的研发预算。

作者简介

唐乾琛 国务院发展研究中心国际技术经济研究所研究四室，三级分析员

研究方向：信息领域战略、技术和产业前沿

联系方式：tangqc@drciite.org

翟丽影 国务院发展研究中心国际技术经济研究所研究四室，研究助理

研究方向：信息领域战略、技术和产业前沿

联系方式：zhaily@drciite.org

半导体是指一种导电性可受控制，范围可从绝缘体至导体之间的材料。无论从科技或是经济发展的角度来看，半导体的重要性都是非常巨大的。现在大部分电子产品中的核心单元都和半导体有着极为密切的关联。

一、2019年全球半导体材料市场销售额达521.2亿美元

SEMI报告指出，2019年全球半导体材料市场销售额为521.2亿美元，小幅下降-1.1%。分区域来看，中国台湾、韩国、中国大陆、日本、北美、欧洲半导体销售额分别为113.4亿美元、88.3亿美元、86.9亿美元、77.0亿美元、56.2亿美元、38.9亿美元，分别占全球半导体材料市场份额的22%、17%、17%、15%、11%、17%。中国大陆是2019年各地区中唯一增长的半导体材料市场，销售规模位居第三。

二、2019年封装材料销售额下滑增速超过晶圆制造材料

分产品来看，2019年全球晶圆制造材料销售额328亿美元，略微下降0.4%其中工艺化学品、溅射靶材和CMP同比下降超过2%。2019年封装材料销售额192亿美元，同比下滑2.3%。

三、2019年一半以上半导体上市公司净利增长

国内上市公司中，也有不少半导体行业上市公司，不过从规模来看比较小，但是在新一轮产能扩展期，将带来新的发展机会。截至2020年1月21日，共有22家半导体企业公布2019年业绩预告，有15家企业净利润出现增长的情况，其中上海新阳、闻泰科技、北京君正、安泰科技、天龙光电、硅宝科技6家企业净利润同比增长超过100%(数据对比以下线为止，下同)，占比27.27%净利同比下降的企业有7家，分别为强力新材、航锦科技、三安光电、士兰微、鼎龙股份、台基股份、大唐电信，占比为31.82%。

四、核心芯片国产自主化迫在眉睫

未来，中国半导体的发展趋势主要表现在：第一，政策引导推动集成电路成为战略性产业。第二，新兴技术将成为集成电路产业的未来核心产品。第三，核心技术及人才资源成为集成电路产业的可持续发展力。特别需要注意，中国国内的半导体自给率水平非常低，特别是核心芯片极度缺乏，国产占有率都几乎为零，国产产品的自主化迫在眉睫。

——以上数据来源及分析请参考于前瞻产业研究院《半导体硅片、外延片行业市场前景预测与投资战略规划分析报告》。

半导体设备，即在芯片制造和封测流程中应用到的设备，广义上也包括生产半导体原材料所需的机器设备。在整个芯片制造和封测过程中，会经过上千道加工工序，涉及到的设备种类大体有九大类，细分又可以划出百种不同的机台，占比较大市场份额的主要有：光刻机、刻蚀机、薄膜沉积设备、离子注入机、测试机、分选机等。

半导体行业周期性带来新动能

从全球半导体发展情况来看，受宏观经济变化及技术革新影响，半导体行业存在周期性。2017-2019年，全球半导体行业来到了下滑周期。2019年，全球固态存储及智能手机、PC需求增长放缓，全球贸易摩擦升温，导致全球半导体需求市场下滑，全年销售额为4121亿美元，同比下降12.1%。进入2020年，有5G商用化、数据中心、物联网、智慧城市、汽车电子等一系列新技术及市场需求做驱动，将给予半导体行业新的动能。

全球半导体设备市场规模约600亿美元

根据国际半导体产业协会SEMI统计数据显示，近年来全球半导体设备销售额呈波动态势，2019年为597.5亿美元，比2018年的645.3亿美元的历史高点下降了7.4%。2020年一季度，全球半导体设备销售额为155.7亿美元，比2019年第四季度减少13%，但与2019年一季度相比，增长了13%。半导体设备总市值虽仅几百亿美元，但其是半导体制造的基石，支撑着全球上万亿的电子软硬件大生态，设备对整个半导体行业有着放大和支撑作用，确立了整个半导体产业可达到的硬性尺寸标准边际值。

前道设备占据主要市场份额

从半导体的制造流程来看，前道流程较多，涉及的设备种类也较多。在一个新晶圆投资建设中，设备投资一般占70-80%。而按工艺流程分类，在新晶圆的设备投资中，晶圆加工的前道设备占据主要的市场份额，约80%封测设备占据约18%的比重。

市场主要集中在中国台湾及大陆地区

近些年，在全球半导体设备消费市场中，中国大陆，中国台湾，韩国这三大市场一直排在前三位。其中，中国大陆最具发展潜力，从前些年的第三，到最近一年的第二，一直处于上升态势。

具体来看，2019年，中国台湾是半导体设备的最大市场，销售额增长了68%，达到171.2亿美元，占全球市场的比重为28.65%。中国大陆则以134.5亿美元的销售额保持其第二大设备市场的地位，占比为22.51%。排名第三的是韩国，销售额为99.7亿美元，同比下降44%，占比为16.69%。

2020年一季度，排名前三的仍是中国台湾、中国大陆以及韩国，销售额占比分别为25.82%、22.48%、21.58%。

日美荷品牌占领前位

目前全球半导体设备市场集中度较高，以美国、荷兰、日本为代表的TOP10企业垄断了全球半导体设备市场90%以上的份额。美国著名设备公司应用材料、泛林半导体、泰瑞达、科天半导体合计占据整个设备市场40%以上份额，而且均处于薄膜、刻蚀、前后道检测三大细分领域的绝对龙头地位。技术领先和近半的市场占有率，任何半导体制造企业都很难完全脱离美国半导体设备供应体系。

未来规模预计超千亿

从整体来看，尽管受疫情的影响，半导体行业及半导体设备行业依然逆势增长。存储器支出回升、先进制程投资及中国大陆积极推动半导体投资的背景下，预计2020年全球半导体设备市场将持续保持增长，市场规模预计达到632亿美元，同比增长6%2021年预计达到700亿美元2025年将超千亿美元。

以上数据来源于前瞻产业研究院《中国半导体产业战略规划和企业战略咨询报告》。

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