周健奇:培育我国集成电路龙头企业的强集成能力

  培育我国集成电路龙头企业强集成能力的政策建议

  根据当前的技术趋势,可选择特色半导体领域。特色半导体工艺采用非硅材料,例如化合物半导体。这类材料具有硅材料无法实现的节能、高频、高速、耐高温、光电转换率高等优良特性,适用于高频传输、高速处理、无线通讯等技术的发展,产品功能主要是照明、感应、光电效应等。在5G时代的应用领域非常广,包括通讯、航空、导航、雷达、卫星等特殊领域以及电视、可穿戴设备、物联网、教学、医疗、种植、娱乐等消费领域。化合物半导体芯片能够在一些领域替代高端硅材料芯片,也能够将自身的传输和光电转化等优势与硅材料的存储和运算优势相结合提升未来高端智能产品的性能。建议依托我国已经建立的产业基础,以系统设计企业为龙头,集聚国内已经具有一定基础的企业构建特色半导体工艺协同创新网络,争取在新兴领域占领技术制高点。

  主导创新网络的企业是具有强集成能力的龙头企业,也是高端芯片产业链协同创新的带动者。能够主导强大的创新网络协同创新的企业,必然是所在细分行业的龙头。龙头企业建立创新网络,并不是简单地把供应商或代工厂的名字列进去,而是要打破单个企业的资源边界,发挥网络的规模效应和协同效应。只有具备强集成能力的龙头企业才能构建一张支撑先进集成电路技术产业化的强大创新网络。强集成能力是指,龙头企业凭借市场影响力选择新一代产品成套技术带的合作研发企业,按照自身研发需求和统一标准带领这些企业同步开展创新活动。集成电路行业的网络化协同创新存在内部机制:龙头设计企业基于强集成能力选择合适的封装测试企业、代工厂等,组成一个以知识为纽带、以紧密的商业合作为基础的创新网络,集聚在网络中的企业参与并完善设计方案,按照设计企业的需求开展领先型创新活动。网络中封装测试企业、代工厂都是各自细分行业内具有强集成能力的龙头企业,其领先型创新活动也有各自的创新网络支撑,否则无法满足设计企业的领先创新需求。这些企业再选择优秀的材料和设备等供应商组成强大的创新网络,共同开发新一代高端芯片所需要的某项产品。不论是产业链上、中、下游哪个环节的创新网络,都能够在集成电路各类具有强创新能力的龙头企业带动下,朝着同一个方向系统研发、共享成果。新一代高端芯片产业化之日,即是成套技术带形成之时。

  调整各类支持政策,从重点支持企业项目转变为支持产业链上、中、下游龙头企业的协同创新项目,将政府资源向产业链上、中、下游的网络创新倾斜,加速形成更为完善的集成电路高端芯片成套技术带。

  1.支持芯片制造龙头企业建立差别化的企业协同创新网络,跟上国内设计环节的高端创新步伐

  龙头企业集成能力不强是我国集成电路行业难以通过协同创新实现高端升级的一大主因

  国家集成电路产业投资基金是国家战略的执行者,面向集成电路全产业链,重点培育龙头企业,由于选择的是初见成效的创业型、成长型企业,因此投资风险较小。发挥好基金优势,能够有效增强芯片制造龙头企业的集成能力。

  评估个体发展,我国集成电路企业快速成长,有越来越多的“后起之秀”进入世界先进企业的重要供应商名单,在系统设计、封装测试、芯片制造、应用材料等产业链主要环节均有分布。分析整体实力,我国集成电路行业仍然处于世界中下游水平,高端芯片、硅材料、设备和软件等主要依赖进口。任何一代集成电路芯片的诞生和市场化应用都离不开上、中、下游的协同创新,需要依靠龙头企业的系统集成来实现。这是由行业特点决定的,也是先进国家的普遍经验。我国集成电路龙头企业恰恰缺少与世界领先企业相匹敌的集成能力,制约了行业的高端升级。集成电路产业政策应将培育具有强集成能力的龙头企业作为一项关键目标。

  三大创新网络集聚了我国最优秀的集成电路企业,其中:硅材料工艺的两大创新网络分别由芯片制造企业主导形成,特色半导体材料的创新网络由系统设计企业主导。每个企业共享了创新网络的创新资源,集成能力也将增强,实现技术突破还需要构建各自的创新网络。建议政府进一步强化节点企业的集成能力,鼓励其依托芯片制造创新网络和系统设计创新网络,组建各自领域的创新网络。

  4.发挥国家集成电路产业投资基金作用,填补企业创新网络空白

  集成电路协同创新具有网络化特征。集成电路行业属于知识密集型行业,高端芯片的研发门槛非常高,新一代芯片产品的协同创新必须在大量产业链上、中、下游企业紧密合作基础上才能实现。协同创新并非杂乱无章,而是在一个企业主导下开展,其他企业是合作者。主导者与合作者之间、合作者与合作者之间未必有产权关系,也不是普通交易关系,而是以知识为纽带、以紧密商业合作为基础的利益共同体。大家共同构成了一张创新网络,企业与企业之间密集传输各类信息和知识,支撑着主导企业的创新活动。封装测试、芯片制造企业会成为系统设计企业的创新网络成员,芯片制造企业被称为代工厂;材料和设备制造企业等又会成为代工厂的创新网络成员,被称为供应商;不同细分行业的集成电路企业还会成为一些芯片消费企业的创新网络成员。一体化模式的IBM、Intel、三星和垂直分工模式的高通、台积电、应用材料等世界最先进企业的背后都有一张看似无形的强大创新网络,积聚了大量细分行业中的翘楚。以台积电为例。台积电是全球著名的集成电路代工企业,本身是更下游的集成电路设计企业和芯片消费企业的代工厂,同时也拥有以自身为核心的协同创新网络。每年参加台积电供应商大会的重要供应商就多达400多家。

  从高端跟随到高端同步,需要一个较长期过程,其中还存在经营不善、创新失败或新兴材料、新兴工艺问世等各类风险。我国集成电路行业在加快赶超的同时,也要及早布局新兴领域。

  创新网络的组成,可首先考虑基金的投资企业,利用股东身份以市场化运作的方式将优势龙头企业集聚在创新网络之中。基金比较了解创新网络实际困难和网络节点企业的创新需求,能够为网络提供必要支持,从而强化芯片制造企业和节点企业之间的知识合作关系,引导龙头企业差异化发展和产业链优化。基金今后投资的方向也可聚焦为创新网络的节点建设,通过产业链知识流动与资源整合填补创新网络空白。

  龙头企业集成能力弱,形不成高端芯片成套技术带是我国集成电路行业难以立于行业之巅的一个重要原因。我国集成电路龙头企业都制定有创新规划和技术路线图,主要是根据所在环节的国际趋势和企业情况制定而成。不同环节龙头企业的规划缺少紧密关联,难以形成高端芯片的成套技术带。弱集成能力让龙头企业无法在较短时间内解决这一问题。近几年,我国集成电路行业进步迅速,已经稳居全球第二梯队前列,并有可能在3年左右时间内较大提升产业规模。但高端技术进步的门槛远高于中低端技术创新。如果我国集成电路行业不解决龙头企业集成能力弱的问题,继续依托目前的创新模式单点突破,可以实现规模的赶超,却很难从中低端跨入高端行列。

  3.支持协同创新项目,加速形成我国集成电路高端芯片技术带

  需要强调的是,具有强集成能力的龙头企业即使不属于产业链设计环节,也会具有面向本领域的较强设计能力,从而满足创新网络的定制需求。例如集成电路代工厂的典型代表台积电,非集成电路行业代工厂的典型代表富士康,都会根据设计企业需求设计新产品,并组织创新网络资源协同创新。

  2.我国集成电路龙头企业还不具备与世界领先龙头企业相匹敌的集成能力

  全球领先技术创新网络瞄准高端芯片制造技术,首先跟上国内系统设计企业的创新步伐,再根据创新网络的实力选择10纳米线宽以下技术标准开展协同创新;重点应用技术领域瞄准应用市场的创新趋势,联合智能手机、高清智能电视、物联网、无人驾驶等应用企业,开发前沿市场需求,形成快速响应消费市场多样化、定制化需求的成套技术带和整套生产能力。

  我国集成电路行业实现了中低端芯片产业化,28纳米线宽技术已经成熟,14纳米线宽技术将在2018-2020年间实现大规模生产。全球第一梯队国家和地区的技术情况是,10纳米技术芯片已经量产、7纳米技术芯片将在2019-2020年间量产、5纳米技术已经取得突破。我国集成电路行业与之相比仍有不小差距,正处在从中低端向高端升级的“爬坡”期。

  我国集成电路龙头企业基本处于全球第二梯队,缺少与世界领先龙头企业相匹敌的强集成能力,对全球领先技术突破心有余而力不足。一是行业积累不够。我国有少数集成电路企业取得了中高端突破,但几乎所有取得中高端突破的企业目前只是处于产业化的初期阶段,缺资本、少经验,企业规模、研发体系和品牌认可度均与世界一流企业存在不小差距。二是技术创新成果形不成成套技术带。全产业链的创新成果和创新能力只是碎片化地存在于产业链的不同环节,不均衡、不同步、不配套。系统设计企业在国内找不到能够跟上自身创新步伐的芯片制造企业,例如华为具备了10纳米线宽手机芯片的设计技术,却只能选择台积电作为代工厂;制造企业找不到所需的能够满足高端创新需求的国内供应商,代工厂与设备制造商的设备国产化率不足10%;设计和制造所需的设计软件和硅材料几乎完全依赖进口;还有一些已经取得高端突破的产业链上、中游企业无法将成果应用于下游企业,只能成为台积电等的供应商。

  1.集成电路协同创新需要在具有强集成能力的龙头企业带动下开展

  我国集成电路行业与世界先进国家和地区相比仍有较大差距。我国芯片代工厂将在2019-2020年间实现14纳米线宽技术的规模化生产,在2027年左右才能完成折旧。10纳米线宽制造技术还没有具体的研发计划。但全球领先龙头企业的10纳米线宽技术已经成熟,7纳米线宽技术将在2020年左右量产并在2025年左右完成折旧,5纳米线宽技术已经着手研发并可能在2030年之前实现量产。目前开展5纳米线宽技术研发的芯片制造企业有台积电,还有一体化企业IBM、三星等。如果国际龙头企业在2025年之后发动价格战,或5纳米线宽芯片量产时间大幅提前,都将对我国集成电路行业产生较大冲击。紧密跟随战略未必安全,高端升级十分必要。

  我国集成电路行业近几年发展迅速,不断实现零的突破,但底子薄弱,发挥好龙头企业的作用构建协同创新网络是实现高端升级的一条可能路径。建议国家出台相关支持政策,重点强化我国集成电路龙头企业的集成能力,加快构建企业创新网络,促进集成电路行业实现真正意义的高端升级。

  2.支持系统设计企业建立特色半导体工艺协同创新网络,及早布局新兴领域

  不同国家和地区的集成电路行业水平不同,龙头企业集成能力的强度存在差异。全球集成电路第一梯队企业,绝大多数分布在美国、日本、韩国和中国台湾地区。这些领先的龙头企业拥有世界一流的技术和团队、最优秀的供应商和代工厂、全球公认的品牌知名度和美誉度、丰富的行业经验和隐性知识,也因此而具有最强的集成能力,吸引了全球范围内的最强创新资源加入到创新网络之中,有能力指导和引领网络中的节点企业同步开展领先型创新,并因此掌握了技术制高点。

  Integrated Circuit简称为IC,中文翻译为“集成电路”。顾名思义,集成电路就是将电阻、电容、晶体管等电子元件以及元件之间的连线等,通过半导体工艺集成在特定材料制成的晶圆上的电路,例如硅材料、砷化镓材料等。集成电路与普通电路相比具有尺寸微型化、集成件数量超大规模和功能强大的特点。目前,集成电路上的元件数量可高达数十亿个,线宽(特征尺寸)已达到纳米级。将巨额数量的元件和连线等集成在纳米级制程的材料上,还要发挥出特定的强大功能,这就是为什么要用“集成(Integrated)”一词,而不是简单地应用“组装”“安装”等词的原因了。集成(Integrated)是指,将大量单个的元件和连线密切连接成为一个密不可分的整体,一起协同运转。这是从技术角度对“集成(Integrated)”的狭义解释。“集成(Integrated)”的广义解释是指,将不同的独立个体以特定的方式连接为统一的整体,协同工作完成特定目标。本文的“集成能力”与“集成电路”的技术集成不同,属于广义的概念。对于集成电路行业而言,将高达数十亿的元件和连线集成在纳米级线宽的用特定材料制成的微小空间,本身就已经超越了技术范畴,需要对产业链资源高度集成才能生产出集成电路产品。这就是通常所讲的协同创新。

  集成电路产业是信息技术产业的核心,是支撑经济社会发展和保障国家安全的战略性、基础性、先导性产业。

  集成电路芯片的诞生和大规模应用是产业链协同创新的结果,企业竞争其实是创新网络之间的竞争。集成电路行业的终端产品是芯片。任何一类芯片产品的产业化是由成套技术带支撑的,都需要设备、材料、工艺和应用市场同步创新才能实现。所谓成套技术带是指,生产一类终端芯片需要的一系列支持技术,包括设计、封装、芯片制造技术,材料和设备制造技术,芯片设备的材料和设备制造技术,系统设计的软件设计技术,等等。产业链某一个或几个细分领域的突破可以让现有的芯片功能更强、制造效率更高、制造成本更低,但并不足以产生新一代芯片。除了行业内部,下游应用市场的同步创新也很重要,否则先进芯片制造技术只能止步于实验室而无法实现大规模的产业化。不同环节的企业因此共同构成了创新网络。芯片技术的发展代代相承,从未止步。上世纪50年代末期的毫米级线宽芯片已经进阶到了纳米级线宽,当前的最先进方向是3纳米工艺。曾经让世界震惊的技术早已成为历史,今天的主流技术也许很快就会成为传统。企业掌握的技术能否支持先进芯片的制造已成为评价集成电路企业全球竞争力的关键要素。每一项新技术的取得是企业协同创新的结果,集成电路企业竞争也就突破了企业边界,成为创新网络的竞争。

  集成电路芯片产业化需要网络化的协同创新

  集成电路企业不论采取一体化模式还是垂直分工模式,都要依托协同创新。集成电路企业的发展模式有两种基本类型:一是一体化模式。这是一种相对传统的模式,是指集成电路企业开展系统设计、封装测试、芯片制造等几项业务,典型代表有Intel、IBM、三星、华为等。二是垂直分工模式。这是在行业规模不断扩大,创新投入持续增长,产品精细化、标准化、专业程度越来越高的基础上出现的,是指集成电路企业分别专注于产业链的一个环节,逐渐形成细分行业,通过专业化分工完成终端芯片制造。以系统设计为主的企业有美国的高通和博通、中国台湾的联发科、中国大陆的展锐和海思等;以芯片制造为主的企业有美国的格罗方德、中国台湾的台积电和联华电子、中国大陆的中芯国际和华力等,这类企业可能会成为设计企业或芯片消费企业的代工厂;以封装测试以及材料和设备制造为主的企业非常多,我国有中微、三安光电(600703)、拓荆、安集等。垂直分工模式企业的核心竞争力在于长期专注的细分行业,开展创新活动必须与产业链上、中、下游协同合作。采用一体化模式的企业内部资源有限,业务不可能涵盖全产业链,也要协同创新。

  3.龙头企业集成能力不足制约了我国集成电路行业的高端升级

  我国集成电路行业芯片制造环节的创新步伐滞后于下游的系统设计环节,龙头设计企业的最高端设计都要交由中国台湾企业代工。建议政府选择两家芯片制造龙头企业,主导构建企业协同创新网络,分别针对全球领先技术领域和重点应用技术领域开发高端芯片成套技术带的系统性研发,通过出台针对创新网络的激励、融资、土地、税收、补贴等支持政策巩固和增强龙头企业的领先地位。创新网络以芯片制造企业为核心,面向系统设计企业和重点应用企业的需求,组织主要环节的龙头企业共同研发并促进成果产业化,逐步形成我国的集成电路高端芯片技术带。

posted on 2020-02-06  admin  阅读量:

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