用人话讲一下半导体材料产业格局

全球半导体行业经历了三次迁移

自发展以来，全球半导体产业格局在不断发生变化。当前，全球半导体产业正在经历第三次产能转移，行业需求中心和产能中心逐步向中国大陆转移。

全球半导体行业正在快速增长

2021年，全球半导体市场快速增长，共销售了1.15万亿片芯片，市场规模达到5560亿美元，创历史新高，同比大幅增长26.2%。整个半导体市场并未受到2021年新冠疫情大流行的负面影响。强劲的消费需求推动所有主要产品类别实现两位数的增长率(光电除外)。

从半导体细分领域来看，集成电路一直是半导体行业的主要细分领域。2021年，集成电路市场规模达到4630.02亿美元，同比增长28.2%，占全球半导体市场规模的83.29%。其中，集成电路又可细分为逻辑电路、存储器、处理器和模拟电路，2021年这四个产品占比分别为27.85%、27.67%、14.43%、13.33%。2021年存储器、模拟电路和逻辑电路都实现较大的增长。

此外，2021年全球光电子器件、分立器件、传感器市场规模分别为434.04、303.37、191.49亿美元，占比分别为7.81%、5.46%、3.44%。

全球半导体行业企业开展多方面竞争

半导体行业高度全球化，大量国家/地区的企业在半导体生产的多个方面展开竞争，从半导体设计到制造，再到ATP(组装、测试和封装)。

据美国研究机构Gartner发布的报告显示，2021年全球半导体行业排名前十的企业分别是三星(Samsung)、英特尔(Intel)、SK海力士(SK Hynix)、美光(Micron)、高通(Qualcomm)、博通(Broadcom)、联发科技(MediaTek)、德州仪器(TI)、英伟达(NVIDIA)、超威半导体(AMD)。其中，三星(Samsung)超过英特尔(Intel)，成为顶级芯片销售商。2021年三星的半导体收入激增31.6%，达到759.5亿美元。英特尔的收入下降到第二位，只增长了0.5%，达到731亿美元，销售额在前25家公司中增长最慢。

—— 以上数据来源于前瞻产业研究院《中国半导体行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》

后来发现就连身边的同事和朋友也都有这样的“理解”，所以我觉得需要正式地写一篇文章，作为对这类说法的一个回应，以及对厘米波、毫米波技术和产生这些争论原因的一个说明。

当然在此我先亮明自己的观点： 厘米波和毫米波5G没有真假之分，只有应用场景的区别，并且目前阶段，全球绝大多数国家更需要厘米波。

如上图所示，目前5G主要使用两段频率，3GPP将它们命名为FR1和FR2频段。

FR1频段的频率范围是450MHz-6GHz，又叫做Sub-6GHz频段， 因为其波长大于10毫米，所以将这个频段称为厘米波。

FR2频段的频率范围是24.25GHz-52.6GHz，由于FR2覆盖波段之中 多数为小于10毫米波长的频率，这部分频段因此得名“毫米波（mmWave）” ——但其实这个波动段中有一部分波长大于10毫米，但因为约定俗成的叫法，也就忽略了。

这个算是厘米波和毫米波称号的由来。

我们大家都知道，5G作为新一代通信技术，它属于网络信息时代的底层建筑，而像物联网、大数据、云计算、人工智能、无人驾驶等新技术，以及像VR/AR、各类5G终端电子产品、智能家居、智能交通工具等5G相关的硬件，都属于这整个生态的上层建筑。

5G通信技术作为底层建筑，在内部也存在着完整的生态，主要包含通信设备生产制造、以及通信运营，说白了就是 一个负责建设网络（通信设备企业），一个负责使用网络（通讯运营商）。

而毫米波和厘米波从技术角度来说，主要归负责建设网络的部分管。当然，生产制造者也都是从市场需求以及对未来的发展前景中进行分析判断，并最终决定生产制造的方向。 而诺基亚、爱立信、华为、中兴等通信设备企业在当前最优先考虑的就是对厘米波技术的落地应用，但不是说不发展毫米波，而是延缓对于毫米波的部署。

至于原因，就在于两者的优缺点。

厘米波的优点就是覆盖面积广，信号稳定，受到环境因素影响较小，它的缺点就是带宽没有毫米波的大，数据传输速率比起4G大很多（能达到100M/s，约为4G速率10倍以上），但是比起毫米波却小了很多。

而毫米波的优点则在于数据传输速率非常快（苹果新机发布展示过），同时时延很小，可同时连接设备的数量很大。但与此同时它的室外覆盖面积很小，非常容易受到建筑甚至树木的阻挡，受环境影响也很大，可能下雨都会极大地影响它的信号—— 总之，毫米波衰减效应太强，穿透性太弱。

当然，由于毫米波优势太突出，而且 毫米波频谱资源相较厘米波来说丰富很多 ，所以对毫米波技术的研究一直都在进行，对于它的两大弱点也有了相对可靠的手段。

比如说 Massive MIMO ，即大规模天线技术，它就是为了弥补衰减效应而发展出来的技术，原理很简单，发射天线和接收天线的单个增益既然没办法加强，那就增加数量，以提升信号强度。又比如 波束赋形 ，这个是为了解决传播路径的问题，既然穿透性很差，那就将无线信号定向传输到需要使用的方向，对于室外使用环境来说就能更精准的提升使用效率。

上边两项技术，主流设备商包括中兴、华为、大唐移动、爱立信、诺基亚以及三星都有相应的方案。

只不过大家需要知道的是， 无论如何弥补毫米波的短板，都需要付出很高的代价。 研发成本高企且不说，毫米波部件对于半导体加工的要求很高，这造成了元器件成本的增大，同时毫米波技术需要的基站数量要远大于厘米波技术，所以部署成本非常高，建好以后，海量的毫米波基站相比厘米波基站的耗电量也要大得多——运营成本非常高， 在成本如此高的情况下，却还远不能产生与之相对应的经济效益——因为5G时代可不是跟之前的移动通信时代一样，主要只针对电子产品的联网，它要承载的东西更多。

所以在当前全球各国的部署规划中，基本上都是厘米波先行，作为大范围的5G基础设施，毫米波则根据实际情况进行点状部署，比如某些工业企业、人口密集的大城市等有着实际需求且能够产生经济效益的地方。

全球各国可能只有美国例外，因为美国军方和国防建设占用了大量的厘米波频谱资源，以致于美国通信运营商只能选择毫米波频谱资源进行部署。 当然，美国的城镇化水平非常高，大城市里人口密集，具有很好的毫米波部署的先决条件。但是美国通信运营商已经在寻求美国军方对于厘米波频谱资源的腾让，他们也意识到厘米波技术的重要性。

其他发达国家的步调则基本都是厘米波为主、毫米波为辅，兼顾经济效益与实际条件。

而亚洲各国中，中日韩基本都是以厘米波为主，但日韩对于毫米波的部署与发展程度略微领先于中国，这个主要跟国情有关——我们的5G网络需要提供给14亿人使用，且覆盖面积远大于日韩，仅基于Sub-6技术的5G基站据初步规划就需要建设1400万个。当然，我们也有对于毫米波基站的部署，并且最早将于2022年开启商用。

其实很多人是比较迷惑的，4G时代的时候华为通信设备领域已经这么牛了，怎么不见制裁，为什么到了5G时代，美国忽然间发疯了一般对华为下手？

回答之前，大家应该知道 美国作为世界唯一超级大国的底气在哪里—— 科技 、军事、金融， 通俗点说就是美国硅谷、美军、美元。

华为发展厘米波基站技术，并在西方国家推广使用，包括爱立信、诺基亚等也纷纷展开相应研究，这一点仅从民生领域来说确实没什么。但我们要知道，美军的军事影响力遍及全球，北约组织实际上就是美军的后花园，这是美军能够在西欧各国驻军的原因。与此同时，美军在全球的海外军事基地、航空母舰编队、军方情报机构等，他们所使用的频谱资源都是厘米波。

所以美国在游说西方国家放弃华为的时候，基本上都会以这种巧合作为阴谋论的根基：你们国家用了华为的通信设备，那么我们的频谱资源相近，那数据就可能被窃取，安全就无法得到保障。

华为说自己不会窃取。

然后美国政客就说， 你怎么证明你们不会窃取呢？如果你们不能证明你们无法窃取，那就证明它可能会被窃取——那就是肯定能窃取。

这就叫诡辩术。

“你无法证明你没有杀人，那就证明你有杀人的嫌疑——所以我就可以说你杀了人。”——是不是很厉害？

美军靠这一招曾经收拾了伊拉克，但问题就在于华为不是伊拉克，华为背后站着中国，同时华为自己在海外的业务也确实非常透明公开。

近期瑞典反对华为5G，实际上也是美军在后边玩弄这套诡辩术，瑞典如果想加入北约，那就必须放弃华为5G。

那么有人问了，美军为什么明知道华为的厘米波5G基站对美军安全没什么威胁，却还是要反对它？

真相其实大家都知道， 因为华为不是美国公司，无法为美国军方及美国政府搜集情报提供帮助。 而且美国拿着q的时候大杀四方，有一天q跑到了别人手里，它也并不会觉得别人会拿q去打猎，它没有安全感。如果引领5G厘米波技术进展的是爱立信或者诺基亚，那相信阻碍会少上很多。

而且更重要的是，华为掌握厘米波5G技术不仅让美军感受到了威胁，还对美国 科技 造成了威胁。

同时对美国三大基石中的两个产生影响，虽然实质影响非常小，但是美国不允许出现任何意外，更何况华为背后站着的中国正在以不可阻挡的姿态迅速崛起。

这就是美国这届政府对华为的制裁不断加大力度，并最终靠着非常恶劣的方式终止华为芯片供应，以及外部的5G商业化部署。它需要把这个很小的可能性彻底地除去。

但 美国最终能够也没办法除掉华为，因为华为的背后站着的是中国，看上去我们国家对于华为在台面上没提供什么强有力的帮助，但其实国家对于华为的帮助远超我们的想象。

要不然华为早就和法国的阿尔斯通一样早就解体，阿尔斯通的创始人被美国法院判了125年监禁，而孟晚舟虽然也被美国刁难，但美国也没敢直接就对孟晚舟下黑手，为什么呢？只是因为美国对华为无能为力？因为美国害怕我们施以对等的惩罚，这就是加拿大出头的原因。而在美国实现了芯片断供后才发现，它对华为的实质伤害比自己想象中的要小，而且美国 科技 企业大受损失。

从最近的信息中可以判断出，孟晚舟应该离归国不远矣。加拿大已经逐渐承受不起非法羁押孟晚舟带来的各类损失及压力，美国对于华为进一步扼杀的意愿也已经随着现实的改变而发生了本质的转变。

所以现在最尴尬的就是加拿大。

但我们可能会让加拿大政府知道，只有尴尬是不够的，我们这个五千年文明古国有秋后算账的优良传统，一切等孟晚舟回国再说。

其实如果真去较真什么“真假5G”，我觉得“独立组网”（SA）和“非独立组网”（NSA）更类似于真假5G，但从本质来说，这两者提供的网络都是货真价实的5G，只不过都是为了兼顾经济效应而做出了对配置的调整。

厘米波和毫米波都属于真5G的不同路线，从本质来说，两者谁先谁后没啥区别，但如果将这个顺序放在产业链发展和用户角度去考量，就会发现先后顺序、主次顺序很重要。

如果先推进毫米波技术，而且一条腿走路，只走毫米波路线，那么建设的话就意味着资源的闲置和浪费，尤其对于我们中国这样地大物博、人口众多的国家，使用毫米波技术部署5G，将给我们整个通信网络建设运营带来极大的负担，而且还是长期的负担——因为目前还无法实现5G物联网方向的大规模应用，你花了非常大的精力和金钱建好了，却没办法收回投入（只靠5G手机入网经济效益很低），还要再投入海量的金钱和精力去维持它（耗电、耗材）—— 这就好比陷入了一种无意义的竞赛中。

而且目前我们推动毫米波基站的话，最赚钱的还是美国硅谷的那些半导体企业们，因为我们自己的半导体产业链还无法到达提供毫米波技术等级半导体元件的地步。

这样的困扰并不只存在于我国，西方发达国家的发展也并不均衡，城镇乡村的部署短期内都没办法考虑成本居高不下的毫米波方案。

所以大多数国家选择的都是厘米波先行，而 对于我国来说，厘米波先行还有其他的好处——有利于半导体产业链制造能力的提升。

我国早在几年前就已经制定了5G的发展规划，厘米波基站先行，目前也已经实现了商用，可以这么说， 厘米波5G的商用基本能够满足未来3-5年内的用户需求 ，包括用户的网络需求以及用户对于物联网、无人加势的需求。网络需求相对来说容易实现，即便上网设备数量猛增，厘米波基站可以以增益的方式实现一定的网速保障。而无人驾驶、物联网等需求在未来3-5年仍然属于发展阶段，即便有成熟的方案，也不会出现熟练众多的此类设备。

而在这三到五年间，我们的半导体产业链将因为此前的遭遇而获得更多重视及资源倾斜，也就意味着有更大的可能实现技术突破，那么很有可能，当我们真正需要大规模的毫米波技术基站的时候，我们的半导体产业链既能满足毫米波基站半导体元件的需求，也能满足消费电子、智能设备等硬件的半导体元件需求，尤其是芯片——我们将有一个时间窗口来发展我们自己的芯片制造产业链。

而如果我们在美国主导的毫米波战略下进行部署，很显然不符合我们的国家利益。

有个时间点很有意思： 我国规划2022年开启毫米波5G的商用，华为计划在上海建造一家不使用美国技术的芯片工厂，并预计将在2022年年底之前为其5G电信设备生产20nm的芯片。

那么我们的毫米波基站芯片或许将完全由国内提供。

所以如果之后即便美国松开对华为的5G芯片供应，可能我们也会拒绝——踹醒了我们，又想着把我们哄睡，可能么？

从目前来看，我们在5G发展上还是有些流于表面。

我们需要知道一件事，5G的发展水平看的并不是我们有多少5G用户，单从用户数量来看，中国的5G网络使用人数确实独一无二，但5G更大的意义可不是提供高速网络，我们需要看的是5G在工业领域的应用，对物联网、人工智能、无人驾驶等新兴领域的支撑。

所以我们听到通信运营商所公布的5G用户数量暴增，不用太过高兴，真正需要注意的是农业、采矿业、机械制造业、金属冶炼行业等对于5G的应用，以及无人驾驶、物联网建设等在大生态方面的应用，在对5G的应用上又该有着广泛而深入的 探索 。

华为的5G技术实际上做的就是修桥铺路的工作，但是整个5G生态需要的是路上有车、路边有房，而体现我们在整个5G时代发展水平的绝不仅仅是路修的多好，而是看我们依托这条路， 探索 出来了一个多大的应用空间、多么辽阔的世界。

从厘米波和毫米波路线之争中，我们最大的收获并不是证明了谁对谁错，而是看到了决定我们5G发展水平的其实是半导体产业链中的基础工业 ——光刻机制造、芯片设计软件、晶圆原材料加工等，这些决定着我们的5G将拥有什么样的发展潜力。

最后还是想说，大家真的不用羡慕哪款手机支持毫米波5G，因为市面上包括三星S20、iPhone12等支持毫米波5G的手机，基本上都只能在美国使用，而且受到很明显的地域限制——即便美国，毫米波也不可能随处可见。

而且别看三星支持毫米波，那也只是美国版本如此，韩国国内用的也是厘米波技术。厘米波是5G时代的主流基站，毫米波则作为重要补充——这样的格局将成为最终形态。

我认为我们前所未有地靠近下一个网络时代的核心位置，所以希望我们能一如既往地走自己的路，不沉迷不后退，一往无前，直至……

所向无敌。

目前来说，中国在芯片材料和芯片制造设备上都取得了一定的成果，其中光刻胶，刻胶用于微小图形的加工，生产工艺复杂，技术壁垒较高。我们要知道电路设计图首先通过激光写在光掩模版上，然后光源通过掩模版照射到附有光刻胶的硅片表面，引起曝光区域的光刻胶发生化学效应，再通过显影技术溶解去除曝光区域或未曝光区域，使掩模版上的电路图转移到光刻胶上，最后利用刻蚀技术将图形转移到硅片上。

南大光电研发的ArF光刻胶是目前仅次于EUV光刻胶以外难度最高，制程最先进的光刻胶，也是集成电路22nm、14nm乃至10nm制程的关键。

电子特气国产化也在加速，衬底（硅片、砷化镓（GaAs）、氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）等、光罩（光掩模板）、溅射靶材、湿电子化学品、化学机械抛光（CMP）材料（抛光液、抛光垫）、引线框架、封装基板、电镀液、键合丝、塑封材料、聚酰亚胺、锡球，国家也已经开始大力扶持，个别厂商国产的技术水平已经接近国际先进水平。

芯片制造六大设备扩散炉、刻蚀机、离子注入设备、薄膜沉积设备、抛光机和清洗剂已经达到了世界主流水平，其中部分刻蚀机种类更是达到了5nm，处于世界第一梯队，最头疼的就要属光刻机了，中国光刻机的主要攻坚工作在上海微电子，它们明年才能交付28nm的光刻机。

而在EDA上，EDA就是设计芯片的工具，EDA技术就是以计算机为工具，设计者在EDA软件平台上，用硬件描述语言VerilogHDL完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。经过近20年的发展，中国形成了华大九天、广立微、芯禾科技三大EDA巨头，目前，国内的EDA厂商EDA产品并不齐全，尤其在数字电路方面，我们整个国内EDA产业在这个领域短板明显。

最麻烦的就是IC设计了，也叫做集成电路设计，是指以集成电路、超大规模集成电路为目标的设计流程，如果IC设计厂商不先设计好芯片，晶圆代工厂是无法量产的。IC设计是芯片产业的核心，也是难度最高的一个环节，芯片设计分为前端设计和后端设计，前端设计（也称逻辑设计）和后端设计（也称物理设计），IC 设计厂十分依赖工程师的智慧，基本上每个步骤都有其专门的知识，皆可独立成多门专业的课。

因为芯片种类太过于繁多，不可能一个IC设计公司就能够知道设计所有的芯片，按照集成电路规模分，有超大规模，大规模，和古老的中规模、小规模。而具体到了类型，又有CPU、SoC、专用集成电路、可编程逻辑器件、MCU、MPU、ADC、DAC、DSP等等，其中可编程逻辑器件又有PLA、PAL、EPLD、CPLD、FPGA等。

简单来说，中国基本具备所有芯片的设计能力，这在全世界是比较罕见的，但是很多只能做低端，比如FPGA，射频芯片等难度系数非常高的芯片类型上，中国暂时还无法涉及高端。

接下来就是晶圆代工，晶圆要经过金属溅镀、涂布光阻、蚀刻技术、光阻去除等过程将微型电路覆盖到表面上，这样一块晶圆上就会形成很多的集成电路芯片。我们所说的制程其实就是栅极的大小，也可以称为栅长，在晶体管结构中，电流从Source流入Drain，栅极（Gate）相当于闸门，主要负责控制两端源极和漏级的通断。电流会损耗，而栅极的宽度则决定了电流通过时的损耗，表现出来就是手机常见的发热和功耗，宽度越窄，功耗越低。而栅极的最小宽度（栅长），也就是制程。缩小纳米制程的用意，就是可以在更小的芯片中塞入更多的电晶体，让芯片不会因技术提升而变得更大。

但是我们如果将栅极变更小，源极和漏极之间流过的电流就会越快，工艺难度会更大。

中芯的14nm已经非常成熟，年底就要试产7nm，和台积电基本上是2年左右的差距，接下来很尴尬的一点就是，中国目前没有EUV极紫外光刻机，无法量产5nm芯片。

最后就是芯片封装，形成了集成电路芯片之后，最后还要通过严格的测试、切割，然后进行封装，因为一颗芯片相当小且薄，如果不在外施加保护，会被轻易的刮伤损坏。此外，因为芯片的尺寸微小，如果不用一个较大尺寸的外壳，将不易以人工安置在电路板上。

完成封装后，便要进入测试的阶段，在这个阶段便要确认封装完的 IC 是否有正常的运作，正确无误之后便可出货给组装厂，这个时候才形成了一枚最终可用的逻辑芯片。

中国目前的芯片封装测试能力是全球前三，在半导体产业链这么多环节上，也就在这是属于佼佼者的，中国芯片封装龙头长电科技的目标是要在2022年成为全球第一。

简单总结一下，半导体产业链，从最上游的芯片材料、芯片制造设备，到中游的IC设计，再到晶圆代工，最后到下游的封装。中国基本上已经形成了一个完整的产业链，美国虽然有世界上最成熟的半导体产业链，但是很多东西都是依赖于和其他国家的合作，这是它们身为世界第一大国的优势。

但中国罕见地可以实现全自产自研，尽管目前来说，仅能覆盖中低端领域，如果美国对他们进行全方位的芯片封锁，中国有能力在最短时间量产7nm的芯片，再往下，受限于设备（极紫外光刻机）无法实现。

目前，中国正在加大半导体领域的投资，并明确将集成电路放在发展新一代信息技术产业的首位。2014年，国家集成电路产业投资基金成立，首期募集资金规模达1387亿元，再加上社会撬动比，共6532亿，目前已经全部投资完毕，共70个项目。

基金二期募资于2019年完成，募资2000亿，社会撬动比，共8000亿。也就是目前中国合计投入14532亿，对设备制造、芯片设计和材料领域加大投资。

中国也立下了宏伟目标，明确提出在2020年之前，90-32nm设备国产化率达到50%，2025年之前，20-14nm设备国产化率达到30%，而国产芯片自给率要在2020年达到40%，2025年达到70%。

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