芯片产业国际化进程是什么

国内外芯片产业发展态势分析研判

中国科学院科技战略咨询研究院

芯片专题课题组

芯片是指内含集成电路的硅片，是采用半导体工艺把多种元件以及元件之间的连线制作在半导体晶圆上的具有特定功能的电路，是电子产品的基础构件。芯片广泛应用于从手机到超级计算机，从普通家用电器到大型工程机械和设备上，几乎无处不在。因此芯片扮演着现代工业基石的角色，成为信息科技迈上新台阶的关键命门。芯片制造技术是当今世界最高水平微细加工技术，是全球高科技国力竞争的战略必争制高点。

半导体产业及其上下游

芯片产业链包括设计、制造、封装测试等主要环节，也涉及上游的半导体设备和材料产业，以及下游的应用行业。

全球芯片产业技术发展态势

★★★★★

经过多年发展，芯片产业成为高度国际化、高度研发导向的产业。芯片产业发展面临着来自技术和产业的双重挑战。

从技术角度而言，缩小晶体管尺寸越来越难并将最终达到极限，先进制程工艺的推进越来越慢。摩尔定律长期被认为是半导体行业的发展蓝图，而近年来摩尔定律被认为或已趋于发展极限，业界提出了“摩尔定律牵引”（More Moore）、“超越摩尔定律”（More than Moore）、“超越互补金属氧化物半导体（CMOS）”（Beyond CMOS）三大发展方向。《国际元件及系统技术路线图》提出不再以继续提升运算速度与效能为重点，而是关注如何让芯片发展更能符合应用需要。路线图预测非硅CMOS 尺寸微细化将止于2024 年的3 纳米工艺节点，提出通过管芯三维堆叠、层间致密互联、异质异构集成、器件低功率化等方案，变相实现微细化，借以延续芯片性能增长。IC Insights 提出集成电路设计和制造将向以下方向发展：缩小特征尺寸、引入新的材料和晶体管结构、采用更大直径硅晶圆、提高制造设备的生产能力、提高工厂自动化程度、电路和芯片的三维集成，先进的集成电路封装和整体系统驱动的设计方法等。

集成电路产业链及相关主要厂商

过去20年间，美国半导体企业的销售额约占全球的一半，韩国、日本、欧洲和我国的台湾地区也有表现优异的企业。

从产业角度而言，芯片产业创新的重心正在转移和扩张，产业高度集中导致竞争减少、市场垄断等风险不断加大。当前，芯片产业应用从传统的计算扩展到移动设备、汽车、云数据中心等领域，企业涉及的技术领域和目标进一步拓展。领先一步，“赢者通吃”，落后一招，“全盘皆输”，是芯片产业生态的“丛林法则”，因此预先布局、掌握领先的核心技术是芯片企业市场制胜的关键砝码。此外，通过并购来扩展市场规模、占有先进技术、布局未来关键领域是芯片企业强化市场竞争力的重要途径。近年来，国内外集成电路企业兼并重组风起云涌，产业并购呈现聚焦战略整合和布局新兴领域的趋势。一方面，龙头企业为实现规模经济和降低成本，持续开展出于战略整合目的的国际并购，呈现出规模大、交易金额高、强强联合的特征。另一方面，随着产业技术进入后摩尔时代，企业加快布局新兴市场，围绕物联网、汽车电子、数据中心、人工智能等领域的并购日趋活跃。上游企业让下游客户入股，以提升研发能力、分担研发风险也是巩固市场竞争力的一种手段。ASML 公司即采用这一模式。英特尔、三星、台积电是ASML 公司的股东，以购买股票以及投资ASML 公司科研的方式，成为ASML 公司高端设备的优先供货对象。

全球芯片技术创新步伐加快。QUESTEL 公司发布的《芯片行业专利分析及专利组合质量评估》报告显示（2016 年检索数据），全球芯片专利申请数量在1995～2013 年实现了6 倍的惊人增长，特别是2010 年以来专利申请节奏显著加速。

我国芯片产业和技术发展分析

★★★★★

从产业链视角分析，我国集成电路封测业与国际先进水平技术差距最小，接近“并跑”。集成电路设计企业已经涌现若干在细分领域具有相当国际竞争力的企业，但是无论从基础技术平台、市场体量还是到战略产品领域等方面与国际领先企业仍然有不小的差距。集成电路制造业在技术研发上取得系列重大进步的同时，在核心量产工艺上与国际领先制造企业有1.5 代以上的差距。国内芯片制造设备和关键材料，除了已经取得的若干装备和产品研发及生产线应用的突破以外，与国际先进水平的整体差距是最大的。

▌（一）我国半导体芯片市场需求和供给能力总体评价

我国是世界第一大信息电子生产大国和消费大国，我国的家电、手机、台式机、笔记本电脑、信息通信设备、服务器乃至各类交通工具和医疗设备等产业需要大量芯片产品。根据中国海关统计数据，2017 年中国进口集成电路金额2601.4 亿美元，同比增长14.6%。

我国进口最大宗的是“处理器及控制器”类（占全部芯片进口总值接近一半），其次是存储器，再次是逻辑芯片。随着中国产业的升级转型，在工业应用、汽车应用、移动互联网、数字电视、数字娱乐、人工智能和医疗应用等新兴行业，形成集成电路产品多元化的增长态势。

Gartner 公司数据显示，近年来全球接近80%的手机是中国生产的，95%的电脑在中国组装生产（近两年部分开始向越南等国转移），但是需要注意中国的芯片进口额其中大部分是以苹果、三星和惠普等为代表的跨国IT 公司在华装配企业的进口额。可以说中国对芯片的巨额消费很大部分是由跨国公司在中国组装电子设备和产品造成的。

2017 年中国出口集成电路2043.5 亿块，同比增长13.1%，出口金额668.8亿美元，同比增长9.8%。这里面也有大量跨国公司在华企业的贡献。

我国国内芯片供给能力较强的为移动处理和基带芯片、逻辑芯片和分立器件等，在移动智能终端和网络通信领域应用较广，已经形成有效供应。但在国内市场和全球市场需求量很大的存储器、中央处理器（CPU）、图形处理器（GPU）、微处理器单元（MPU）、传感器、模拟射频芯片和现场可编程逻辑门阵列（FPGA）等芯片产品方面，尚处于攻关、试产、小批量开发阶段，基本没有形成规模供应能力，整体上看所需的关键集成电路产品大量依赖美国等进口，难以对经济发展和信息安全等形成全面有力支撑。

▌（二）我国芯片产业技术现状分析

2008 年以来，在重大科技专项（01）—核心电子器件、高端通用芯片及基础软件产品（核高基）和重大科技专项（02）—极大规模集成电路制造装备与成套工艺的支持下，在芯片、软件和电子器件领域，以及集成电路制程和成套工艺上取得了较大突破。2014 年6 月，国务院印发《国家集成电路产业发展推进纲要》，设立集成电路产业基金，以大力度部署带动产业链协同持续发展，加快追赶和超越的步伐，努力实现集成电路产业跨越式发展。

1. 集成电路设计业

中国集成电路设计业增速为26.1%，销售额为2073.5 亿元。根据工业和信息化部的数据，境内设计业规模从2014 年的1047 亿元增长到2017 年的1980 亿元，位居全球第二。代表性企业为进入全球前10 名的华为海思和紫光展锐。例如华为海思半导体、紫光展锐等开发的移动处理芯片全球市场占有率超过20%。而兆芯和龙芯等公司在CPU、GPU、芯片组（Chipset）等核心技术方面取得了突破。同时国内在金融集成电路卡芯片、北斗导航芯片上取得了突破。但是国内芯片设计企业对第三方IP 核的依赖程度非常高；对设计方法学的重视程度不够，需要设计企业提供更完善的方案方可完成制造流程。我国在需求量很大的数字信号处理（DSP）芯片、FPGA、模拟芯片等方面尚未形成强有力的设计能力。

2. 集成电路制造业

根据中国半导体行业协会提供的数据，我国集成电路制造业2017 年同比增长28.5%，销售额达到1448.1 亿元，领军企业为中芯国际、华力、华虹等，整体上12 英寸生产线的产能只有15 万片左右（2016 年），亟待加强；国内代工制造企业完整的设计服务和支持体系仍然有待加强，大多数企业尚未建成有竞争力的设计服务和支持体系，独立工艺研发能力有待加强。

中国芯片制造业现有先进工艺产能与市场需求方面存在的差距仍然较大。例如，中芯国际2016 年的营收为29.21 亿美元，位列全球代工企业第4名，并宣布实现28 纳米成套工艺量产，在02 专项的支持下，22 纳米和14纳米先导技术研发取得突破，当前在国家集成电路大基金的全力支持下，正在推进14 纳米工艺研究和量产开发。国际上领先的代工制造企业为中国台湾的台积电、美国的格罗方德、韩国的三星和中国台湾的台联电。全球领先的台积电目前的主流工艺正在试图从10 纳米向7 纳米转换，采用极紫外光刻（EUV）前沿技术，同时在南京部署16 纳米生产线。

3. 集成电路封测业

根据中国半导体行业协会数据，集成电路封测业继续保持快速增长，增速为20.8%，2017 年达到1889.7 亿元。目前国内集成电路封装已经形成了四大领军企业，即长电科技、通富微电、华天科技和晶方科技；其中长电科技名列全球第三，位列全球第一是中国台湾的日月光。在02 专项支持下，中国大陆封装企业围绕三维高密度集成技术研发，接近国际先进水平。中国大陆和中国台湾企业在技术上已经不存在代差。

4. 芯片制造设备和关键材料

在国家02 专项的支持下，研制成功靶材、抛光液等多种关键材料产品，性能达到国际先进水平。国产刻蚀机、离子注入机等多种关键设备研制成功并通过了大生产线考核，实现了海内外批量销售，总体技术水平达到28 纳米，部分14 纳米设备开始进入客户生产线验证。

国内代表性企业为中微（刻蚀机）和北方华创（等离子刻蚀、气相沉积设备和清洗设备）等。值得注意的是，我国优势企业主要集中在后道工艺设备部分。在前端工艺方面，如核心光刻工艺方面，国内目前推出了90 纳米光刻机装备，这与国际顶尖装备企业[如得到国际集成电路制造巨头全力支持的荷兰ASML 公司（正在研发推出10 纳米及以下节点工艺装备）]的差距较大，而国内企业在提供尖端生产工艺、高效服务和先进软件产品方面的差距较大。

光刻胶是半导体工艺中最核心的材料，直接决定芯片制程。现阶段，日、美企业垄断国内半导体光刻胶市场，我国光刻胶产业和国外先进产品相差三四代，极易被国外企业“卡脖子”。但国内企业在资金和技术上奋起直追，如苏州瑞红、北京科华等，它们有望持续引领半导体光刻胶国产化进程，逐渐降低我国对半导体光刻胶的进口依赖程度。

▌（三）我国芯片产业和技术发展趋势

我国集成电路领域近几年取得了长足发展。国产手机芯片大量进入市场，芯片制造和封装技术快速进步，芯片制造装备和材料实现了从无到有的突破。紫光展锐、华为等企业研发的芯片的设计能力快速提升。“龙芯”CPU已形成3 个产品系列，部分国产芯片开始大力推广。

2017 年，美国总统科技顾问委员会发布的报告评估了中国半导体产业的发展优势和短板，包括：中国在先进逻辑芯片制造技术方面明显落后于世界先进水平，虽然制造企业数量很多，但比当前先进的量产工艺至少落后1.5代，缺少可商业量产的本土存储器企业，缺少半导体设备厂商等。中国半导体产业中表现最突出的是设计企业，并且发展势头良好，但与国外先进企业之间还存在技术差距，而且大部分设计企业主要瞄准低端和中端市场。此外，中国企业在国际上的收并购活动日益活跃。

我国未来集成电路发展趋势应按照“摩尔定律牵引”和“超越摩尔定律”抓住技术变革的有利时机，以“摩尔定律牵引”战略，持续推动国际先进12 寸前沿工艺研发，下决心突破处理器、存储器等全球产业技术制高点，迅速形成国际前沿水平的规模生产能力，争夺全球主流应用市场。同时要按照“超越摩尔定律”战略，基于我国巨大的市场潜力和战略需求，大力发展模拟及数模混合电路、微机电系统（MEMS）、高压电路、射频电路等特色8 寸专用工艺生产线。以制造工艺能力的提升带动国内芯片设计水平提升，以国际高水平生产线建设战略性带动我国关键装备和材料配套突破发展。

文章来源：企鹅号 - 科学出版社

原文链接：https://kuaibao.qq.com/s/20190817A02KRS00?refer=cp_1026

发表于： 2019-08-17

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半导体的发现实际上可以追溯到很久以前。

1833年，英国科学家电子学之父法拉第最先发现硫化银的电阻随着温度的变化情况不同于一般金属，一般情况下，金属的电阻随温度升高而增加，但巴拉迪发现硫化银材料的电阻是随着温度的上升而降低。这是半导体现象的首次发现。

不久，1839年法国的贝克莱尔发现半导体和电解质接触形成的结，在光照下会产生一个电压，这就是后来人们熟知的光生伏特效应，这是被发现的半导体的第二个特征。

1873年，英国的史密斯发现硒晶体材料在光照下电导增加的光电导效应，这是半导体又一个特有的性质。

半导体的这四个效应，(jianxia霍尔效应的余绩──四个伴生效应的发现)虽在1880年以前就先后被发现了，但半导体这个名词大概到1911年才被考尼白格和维斯首次使用。而总结出半导体的这四个特性一直到1947年12月才由贝尔实验室完成。

在1874年，德国的布劳恩观察到某些硫化物的电导与所加电场的方向有关，即它的导电有方向性，在它两端加一个正向电压，它是导通的；如果把电压极性反过来，它就不导电，这就是半导体的整流效应，也是半导体所特有的第三种特性。同年，舒斯特又发现了铜与氧化铜的整流效应。

扩展资料：

人物贡献:

1、英国科学家法拉第(MIChael Faraday，1791~1867)

在电磁学方面拥有许多贡献，但较不为人所知的，则是他在1833年发现的其中一种半导体材料。

硫化银，因为它的电阻随着温度上升而降低，当时只觉得这件事有些奇特，并没有激起太大的火花；

然而，今天我们已经知道，随着温度的提升，晶格震动越厉害，使得电阻增加，但对半导体而言，温度上升使自由载子的浓度增加，反而有助于导电，这也是半导体一个非常重要的物理性质。

2、德国的布劳恩(Ferdinand Braun，1850~1918)。

注意到硫化物的电导率与所加电压的方向有关，这就是半导体的整流作用。

但直到1906年，美国电机发明家匹卡(G. W. PICkard，1877~1956)，才发明了第一个固态电子元件：无线电波侦测器(cat’s whisker)，它使用金属与硅或硫化铅相接触所产生的整流功能，来侦测无线电波。

在整流理论方面，德国的萧特基(Walter Schottky，1886~1976)在1939年，于「德国物理学报」发表了一篇有关整流理论的重要论文，做了许多推论，他认为金属与半导体间有能障(potential barrier)的存在，其主要贡献就在于精确计算出这个能障的形状与宽度。

3、布洛赫(Felix BLOCh，1905~1983)

在这方面做出了重要的贡献，其定理是将电子波函数加上了周期性的项，首开能带理论的先河。

另一方面，德国人佩尔斯(Rudolf Peierls， 1907~ ) 于1929年，则指出一个几乎完全填满的能带，其电特性可以用一些带正电的电荷来解释，这就是电洞概念的滥觞；

他后来提出的微扰理论，解释了能隙(Energy gap)存在。

参考资料来源：百度百科-半导体

行业主要上市企业：目前国内第三代半导体行业的上市公司主要有华润微(688396)、三安光电(600703)、士兰微(600460)、闻泰科技(600745)、新洁能(605111)、露笑科技(002617)、斯达半导(603290)等。

本文核心数据：第三代半导体分类、SiC、GaN电子电力和GaN微波射频产值、SiC、GaN电子电力和GaN微波射频市场规模

行业概况

1、定义

以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氧化锌(ZnO)、金刚石、氮化铝(AIN)为代表的宽禁带半导体材料，被称为第三代半导体材料，目前发展较为成熟的是碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)。

与传统材料相比，第三代半导体材料更适合制造耐高温、耐高压、耐大电流的高频大功率器件，因此，其为基础制成的第三代半导体具备更宽的禁带宽度、更高的击穿电场、更高的导热频，以及更强的抗辐射能力等诸多优势，在高温、高频、强辐射等环境下被广泛应用。

第三代半导体主要包括碳化硅(SiC)、氮化铝(AlN)、氮化镓(GaN)、金刚石、氧化锌(ZnO)，其中，碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)并称为第三代半导体材料的“双雄”，是第三代半导体材料的典型代表。

2、产业链剖析：产业链涉及多个环节

第三代半导体产业链分为上游原材料供应，中游第三代半导体制造和下游第三代半导体器件环节。上游原材料包括衬底和外延片中游包括第三代版奥体设计、晶圆制造和封装测试下游为第三代半导体器件应用，包括微波射频器件、电力电子器件和光电子器件等。中国第三代半导体行业产业链如下：

第三代产业链各个环节国内均有企业涉足。从事衬底片的国内厂商主要用露笑科技、三安光电、天科合达、山东天岳、维微科技、科恒晶体、镓铝光电等等从事外延片生产的厂商主要有瀚天天成、东莞天域、晶湛半导体、聚能晶源、英诺赛科等。苏州能讯、四川益丰电子、中科院苏州纳米所等从事第三代半导体器件的厂商较多，包括比亚迪半导体、闻泰科技、华润微、士兰微、斯达半导、扬杰科技、泰科天润等。

行业发展历程：兴起的时间较短

中国第三代半导体兴起的时间较短，2013年，科技部863计划首次阿静第三代半导体产业列为国战战略发展产业。

2016年，为第三代半导体发展元年，国务院国家新产业发展小组将第三半导体产业列为发展重点，国内企业扩大第三半导体研发项目投资，行业进入快速发展期。

2018年1月，中车时代电气建成国内第一条6 英寸碳化硅生产线2018年，泰科天润建成了国内第一条碳化硅器件生产线2019年9月，三安集成已建成了国内第一条6英寸氮化镓(GaN)、砷化镓(GaAs)外延芯片产线并投入量产。在2020年7月，华润微宣布国内首条6英寸商用SiC晶圆生产线正式量产。

2020年9月，第三代半导体写入“十四五”规划，行业被推向风口。

行业发展现状

1、产值规模逆势增长

随着5G、新能源汽车等市场发展，第三代半导体的需求规模保持高速增长。同时，中美贸易战的影响给国产第三代半导体材料带来了发展良机。2020年在国内大半导体产业增长乏力的大背景下，我国第三代半导体产业实现逆势增长。

2020年我国第三代半导体产业电子电力和射频电子总产值超过100亿元，较2019年同比增长69.5%。

其中，SiC、GaN电子电力产值规模达44.7亿元，同比增长54%GaN微波射频产值达到60.8亿元，同比增长80.3%。

2、产能大幅增长但仍供应不足

根据CASA数据显示截至2020年底，我国SiC导电型衬底折算4英寸产能约40万片/年，SiC-on-SiC外延片折算6英寸产能约为22万片/年，SiC-onSiC器件/模块(4/6英寸兼容)产能约26万片/年。

GaN-on-Si外延片折算6英寸产能约为28万片/年，GaN-on-Si器件/模块折算 6 英寸产能约为22万片/年。

但随着新能源汽车、5G、PD快充等市场的发展，我国国产化第三代半导体产品无法满足庞大的市场需求，目前有超过八成产品依赖进口。可见第三代半导体产品国产化替代空间较大。

3、电力电子器件市场规模接近50亿元

2017-2020年，中国SiC、GaN电力电子器件应用市场快速增长，2020年，SiC、GaN电力电子器件应用市场规模为46.8亿元，同比增长90%。

2020年，我国半导体分立器件的市场规模约3002.6亿元，SiC、GaN电力电子器件的应用渗透率约为1.56%。

目前，GaN主要应用在射频及快充领域。SiC重点应用于新能源汽车和充电桩领域。我国作为全球最大的新能源汽车市场，第三代半导体器件在新能源汽车充电桩领域的渗透快于整车市场，占比达38%消费类电源(PFC)占22%光伏逆变器占了15%工业及商业电源、不间断电源UPS、快充电源、工业电机分别占6%、3%、3%、1%。

2020年，我国GaN微波射频器件市场规模约为66.1亿元，同比增长57.2%。其中国防军事与航天应用规模34.8亿元，成为GaN射频主要拉动因素。

国防军事与航天应用是我国GaN微波射频器件的主要应用领域，2020年市场规模占整个GaN射频器件市场的53%其次是无线基础设施，下游市场占比为36%。

行业竞争格局

1、区域竞争格局：江苏省第三代半导体代表性企业分布最多

当前，我国第三代半导体初步形成了京津冀鲁、长三角、珠三角、闽三角、中西部等五大重点发展区域。

从我国第三代半导体行业产业链企业区域分布来看，第三代半导体行业产业链企业在全国绝大多数省份均有分布。其中河南省第三代半导体企业数量分布最多，同时山东、江苏和甘肃等省份企业数量也相对集中。

从代表性企业分布情况来看，江苏省第三代半导体代表性企业分布最多，如苏州纳维、晶湛半导体、英诺赛科等。同时广东、山东代表性企业也有较多代表性企业分布。

2、企业竞争格局：主流企业加速扩张布局

经过初期的发展，第三代半导体迅速在新能源汽车、5G基站、PD快充等领域应用，市场规模增长迅速。同时，行业内的竞争也逐渐加剧。为了迎合市场需求，抢占市场地位，国内主流半导体企业均加强在第三代半导体产业的布局，扩充第三代半导体的产能。其中，代表性的主流企业有三安光电、中电科55所、泰科天润等。

行业发展前景及趋势预测

1、2025年行业规模有望超过500亿元

第三代半导体已经写入“十四五”规划。在国家政策的支持和下游需求增长的背景下，预计到2021-2025年，我国SiC、GaN电力电子器件应用市场将以45%的年复合增长率增长至2025年的近300亿元GaN微波射频器件市场规模将以25.4%的年均复合增长率增长至2025年的205亿元。2025年第三代半导体整体市场规模有望超过500亿元。

2、国产化进程将加速

未来，在市场竞争趋势方面，我国第三代半导体行业国产化率将会加深在细分产品发展趋势方面，SiC需求将会增长在技术发展趋势方面，大尺寸Si基GaN外延等问题将会有所进展。

以上数据参考前瞻产业研究院《中国第三代半导体材料行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》。

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