外媒眼中的中国半导体

近年来，关于中国半导体实力的讨论日益增加，美国的一个智库更是出了一个报告，谈论他们眼中的中国半导体，摘录如下：

芯片设计

芯片设计是生产过程的*步，其结果是将设计文件提交给晶圆制造厂。设计不同类型的芯片需要不同的技能和工艺流程。人们可以大致区分数字、模拟、射频（RF）和混合信号芯片。在180nm制程上设计模拟芯片与在40nm制程上设计微控制器或在5nm制程上设计系统级芯片（SoC）非常不同。设计过程是技能密集型（需要受过高等教育的人才），依赖于高研发成本，在所有生产步骤中具有最高的附加值（约50%）。

芯片设计始终基于特定公司的制程节点。晶圆厂为其工艺节点发布工艺设计工具包（PDK），芯片设计师使用该工具包在此工艺节点上开发芯片。例如，在TSMC 5nm节点上设计的芯片不能在三星5nm节点上生产：大多数芯片需要先重新设计。因此，选择铸造厂和决定工艺节点通常是芯片设计师的长期战略决策，尤其是对于尖端芯片。

芯片设计师不仅依赖于与晶圆厂的密切合作，还依赖于电子设计自动化（EDA）工具和IP提供商。EDA工具提供开发环境，IP供应商提供关键设计块，从简单的USB接口到成熟的处理核心，再到芯片设计者。IC设计服务公司在帮助芯片设计师驾驭这个日益复杂的生态系统方面也发挥着至关重要的作用。

在世界范围内，设计自己芯片的公司越来越多。芯片设计市场正变得更加多样化，因为需要特定于应用的芯片，如人工智能（AI）加速器。如今，消费类电子产品公司、超大规模业者和汽车制造商都在开发专用芯片，以获得竞争优势。到目前为止，美国拥有*的芯片设计行业：美国芯片设计（“无晶圆厂”）和系统IC公司的市场份额（销售额）为64%。其次是台湾芯片设计公司，如联发科和瑞昱，总市场份额为18%。然后是中国公司，如海思和紫光集团，总市场份额为15%。68家欧洲、韩国和日本芯片设计公司的份额很小（各约1%）。

与半导体价值链的其他部分相比，芯片设计的市场进入壁垒相对较低。对于规模较小的初创公司来说，EDA工具和IP的高额许可费可能是一个挑战，有几项计划试图降低这一进入壁垒。此外，在过去，风险资本往往更关注软件初创公司，而不是芯片设计公司。

中国政府加强自力更生的努力

利用中国芯片设计行业的快速增长推动中国半导体制造业的发展是2014年纲要中的明确目标。全球智能手机需求的增长，制造业集中在中国，为中国企业追求芯片设计创造了一些比较优势。由于进入壁垒相对较低，中国企业迅速获得了市场份额，尽管只有几家公司，如海思、Goodix（指纹传感器）和OmniVision（图像传感器）进入了全球技术前沿。

政策制定者的目标是利用芯片设计市场驱动的成功，吸引进入门槛相对较高、客户需求较低的其他IC行业的公司，与EDA工具一样，此前由国家主导的供应端努力显然失败了。需求导向型增长也有助于吸引海外行业*与本地公司合作。例如，2014年，台湾芯片设计*联发科在上海一家IC基金中投资4890万美元，明确目标是利用中国半导体行业提升联发科的全球市场地位。

《2014年纲要》强调推动我国芯片设计产业在网络通信等重点领域走在全球前列，利用芯片设计加快云计算、物联网等新兴领域发展，同时“加强对信息化和工业化深度融合的支撑。”

这一针对成熟市场和新兴技术的双轨方法反映在中国的发展路线图中，该路线图规定芯片设计应专注于高容量需求（服务器和台式计算机CPU、嵌入式CPU、内存、FPGA）和前沿活动（SoC、ESL和3D-IC设计）的应用。

地方政府也将重点放在芯片设计上，省和市政府在过去两年内发布的多项政策文件都强调了这一点。上海临港特区展示了中国通过将芯片设计工作与其他IC生产步骤和研发活动合二为一来促进和开发芯片设计的努力。该区域包括一个创新中心，汇聚了*的中国芯片设计公司，如寒武纪（Cambricon）和地平线（Horizon Robotics）。

中国行业的竞争地位

从2015年到2020年，中国的IC设计公司数量几乎翻了一番，但可能会受到过度分散的影响。据估计，2019 年约 500 家中国设计公司的总收入不到美国行业*高通公司的 70%。中国设计行业的大部分产品在性能方面仍处于全球市场的中低端。2017年，一位中国EDA工具供应商的首席执行官（CEO）表示，许多中国IC设计公司还不够成熟，无法有效利用现有的投资资金。随着智能手机需求随着市场饱和而放缓，对移动通信市场收入最高的公司的依赖是潜在的漏洞来源。

然而，中国的设计公司将受益于北京的承诺，即促进支持芯片设计活动的多个领域，包括智能制造、物联网、未来电信网络和人工智能。这些趋势引领了中国现金和数据丰富的互联网平台和消费设备巨头，如百度，阿里巴巴和小米将大力投资芯片设计。上海政府和中国台湾威胜公司VIA Technologies（*一家获得许可使用Intelx86指令集架构进行CPU设计的非美国公司）的合资企业兆芯已经开发出一个CPU系列，对于试图减少接触美国技术的机构来说似乎已经足够好了。

这种不断扩大的需求反映在设计公司在筹集资金方面的成功。例如，地平线最近从国内和国际投资者那里筹集了1.5亿美元，距离该公司上一轮融资筹集了6亿美元还不到两年。地平线展示了中国设计公司在国内和全球的相对优势。投资者包括英特尔和韩国，该公司受益于中国政府的联系，其服务也受到中国快速发展的自驾汽车行业企业的需求。中国分析师还预计设计行业将“分享 IC 代工进步的红利”，因为国内外公司都在中国大规模投资代工扩张。

中国在5到10年内赶超的可能性

美国出口管制对中国IC设计公司的潜在负面影响反映在海思的命运上。自2019年以来，由于美国出口管制，海思的收入大幅下降，技术人员流失。然而，由于海思衰落的主要受益者似乎是其他中国公司，这些措施对阻碍中国芯片设计行业整体进步的有效性值得怀疑。

更严重的可能是外国公司培养的*人才的机会减少。中国长期致力于开发安全可控的基础设施，减少对外国技术的依赖，这可能有助于推动芯片设计的发展。

中国数字应用的扩张规模为中国芯片设计公司带来了前景。例如，到2023年，中国预计将在5G连接数量上*世界。小米、华为和阿里巴巴已经开发了消费物联网生态系统，推动了芯片设计的进步，阿里巴巴在2020年发布了据报道世界上最强大的基于RISC-V的处理器。在电动汽车 (EV) 方面，中国占全球市场的 40% 以上，预计 2021 年中国国内电动汽车市场将增长 50%，预计2021年中国国内电动汽车市场将增长50%。自动驾驶技术与电动汽车的发展息息相关，许多行业*正在投资于该生态系统在中国的扩张。

这一价值链细分市场的关键问题是，中国企业能否在芯片设计公司迅速增长的全球半导体收入中提高自己的份额，或者这一增长是否将主要由Nvidia和高通等外国无晶圆厂*所捕获。总的来说，芯片设计可能是未来十年中国企业最有可能在全球技术前沿展开竞争的价值链领域。

无晶圆厂设计公司在全球半导体收入中所占份额的快速增长意味着中国在这一领域的成功可能会极大地影响全球产业的平衡，因为更多的利润在中国获得，并流向价值链上其他地方的公司。鉴于中国电子制造业的集中度及其国内信息通信技术（ICT）应用市场的增长，这些溢出效应将延伸到多个经济部门。相对较低的进入壁垒意味着中国的成功本身并不意味着其他国家芯片设计能力的萎缩。

然而，设计与应用之间的联系意味着外国公司可能会被挤出新兴行业，如中国技术生态系统发展相对较快的自动驾驶汽车，从而有利于中国无晶圆厂设计公司。

在这种情况下，芯片设计能力代表的风险相对较小，因为它们不构成可能危及更广泛的价值链或在中断时导致重大负面溢出的故障点。这些能力相对容易复制，因为它们需要相对较小的资本投资和规模经济。然而，在设计技能方面建立庞大的劳动力库需要数年时间，大多数国家可能很难孤立地实现这一目标。

电子设计自动化（EDA）

电子设计自动化（EDA）工具供应商为芯片设计者设计、功能验证、测试、下载验证和模拟其芯片提供了开发环境。如果没有这些高度专业化和日益复杂的软件工具，开发现代芯片几乎是不可能的。EDA供应商与代工厂密切合作，尽可能支持晶圆厂的工艺节点，以便芯片设计师可以在其芯片设计中利用节点的技术特征。EDA供应商与代工厂密切合作，尽可能多地支持晶圆厂的工艺节点，以便芯片设计人员可以在其芯片设计中利用节点的技术特性。EDA供应商还与imec等研究机构一起帮助晶圆厂研究、开发 并改进他们的工艺节点。此外，EDA供应商与设备供应商密切合作开发未来的制造设备。最后，EDA工具有助于访问第三方IP供应商，如ARM，从而允许芯片设计师在其设计中包括外部IP。本质上，EDA工具有助于所有参与者在三个生产步骤（设计、制造和ATP）之间的密切协作。

EDA 市场高度集中在三家美国公司——Synopsys、Cadence 和 Mentor（2017 年被德国电子巨头西门子收购）——他们多年来占据全球约 70% 的收入。特别是先进的逻辑芯片设计，例如 处理器或手机SoC，访问这三个供应商是最重要的。大型芯片设计公司可能会使用所有三个供应商的软件，因为每个 EDA 工具在某个领域可能特别好。有许多较小的 EDA 公司，但它们不提供整个设计流程的工具；相反，他们专注于一个利基市场。此外，“三巨头”采用非常激进的并购战略以保持*地位。自 2010 年以来，仅 Synopsys 就已收购了 50 多家技术和公司。

进入壁垒

EDA初创公司的市场进入壁垒是适度的，但挑战三巨头是极其困难的，在未来五年内也极不可能。成功建立Synopsys、Cadence或Mentor的替代方案面临若干挑战。首先，EDA供应商将其收入的30%以上用于研发，以在高度创新和快节奏的价值链中保持*地位。其次，由于三巨头已经成为准标准超过十年，芯片设计师熟悉这些工具，不愿改变。第三，EDA供应商需要与代工厂和IP供应商建立非常密切的业务关系，这些关系需要多年才能建立。

有一些努力“民主化”芯片设计，降低芯片设计师的进入壁垒和学习曲线，如DARPA的OpenROAD倡议。但尖端芯片设计很可能继续依赖于进入三巨头。

中国自力更生的努力

20世纪80年代，中国开始努力推动国内EDA工具的发展。由于进展有限，2000-2001年，在中央的种子资金支持下，在七个城市建立了IC设计基地（中心），目标是制造EDA工具，包括外资工具，一般通过许可权向中国公司提供。这一举措通常也表现不佳，成功的中国设计公司避免了中心的服务，转而选择中国大陆以外的服务。随后，这些中心在芯片设计方面取得了一些成就（上海中心的情况，足以使其最近被美国政府列入黑名单），但是，它们也通过使外国EDA供应商的工具更容易获得来巩固其市场主导地位。

EDA工具最初被中国政府当前的IC政策阶段所忽视，并未出现在2014年纲要中。截至2020年中期，大基金的投资中只有不到1%分配给了国内EDA公司。但这种情况似乎已经开始发生变化，因为美国针对中国企业的出口管制突出了EDA作为一个瓶颈的脆弱性。

中兴通讯被列入美国实体名单后，EDA工具在中国2016年国家信息化计划中被列为优先事项。美国在2020年中期针对华为的控制措施明确将EDA工具确定为受控项目，随后中国政府于2020年8月出台了半导体税收激励计划，其中包括对年轻的EDA公司减免企业所得税。

EDA的国内发展可能也将受益于多个次国家政府自2020年以来对其进行的优先化。考虑到上海在中国芯片设计和制造领域的巨大成功作用，EDA可能特别受益于上海新的五年IC发展计划的关注。

中国行业的竞争地位

根据一项研究显示，美国三大供应商在2020年末占据了中国EDA市场的90%，尽管中国公司提供“多个EDA类别的可靠工具”。然而，迄今为止，只有一家中国公司（华大九天）提供涵盖完整设计流程的工具，仅限于模拟芯片。其他中国公司专注于有限的工具集。这反映在这些公司在中国 EDA 市场的 10% 份额上，中国*的设计和代工公司继续使用三巨头的工具，尽管据报道，美国出口管制限制了海思的进入。在中国，盗版工具的广泛使用对三巨头的伤害可能小于本地 EDA 公司，后者受到低销售额的激励，以更方便但不太安全的格式分销其产品。

EDA供应商还必须与三巨头以及阿里巴巴、腾讯和华为等中国技术巨头争夺有限的软件工程师队伍。据2018年的相关统计，在中国从事EDA研发的1500人中，只有300人在中国的研究机构和公司工作， 其余的都为三巨头工作。相比之下，仅 Synopsys 就有大约 5000 名工程师从事 EDA 工具的研发。Cadence 和 Synopsys 在过去几年中在中国的运营方面进行了大量投资。

中国芯片设计行业的整合可能会损害中国 EDA 供应商的利益，因为中国设计公司越来越有能力使用三巨头的工具。设计公司使用与制造发展同步的 EDA 工具的商业需求也激励中国客户鉴于三巨头与*代工厂的特殊工作关系，坚持使用三巨头。尽管如此，中国对国产 EDA 工具的商业需求正在增长，以降低美国出口管制扩大后的风险。为响应这一需求，2020 年中国新成立了 3 家 EDA 供应商，每家供应商均由 Cadence 和 Synopsys 的高管和工程师创立或聘请。这些公司得到了中国政府和主要私人投资者的支持。

中国在5到10年内赶超的可能性

研究评估报告显示，如果美国供应商被切断与中国市场的联系，中国 EDA 供应商有能力取代美国供应商，并指出这些中国供应商的产品路线图“旨在到 2025 年为先进节点的 IC 设计提供全流程产品”。尽管*的中国公司不太可能偏好国内EDA供应商，但如果美国扩大出口管制，取消了这一选择，其结果可能是中国EDA供应商在设计更简单的芯片类别和为中国客户量身定制的解决方案方面的市场份额将不断增加。

但即使在这样的条件下，并且资金充裕，中国EDA公司也不太可能在全球前沿为芯片提供解决方案。还有一种风险是，国家主导的巨额资金和有保障的采购将导致中国EDA公司在落后于全球技术前沿的能力上平稳发展，这在中国不同的ICT行业有许多先例。

另一个关键因素是，尽管美国扩大了出口管制，但三巨头的工具是否可用。出于几个原因，这种可用性可能仍然很广泛。由于EDA工具是软件，对EDA实施美国出口限制可能具有挑战性。

各个战略维度

EDA工具市场在尖端领域存在巨大的进入壁垒，但附加值很小，在整个价值链中具有最高的研发利润率，并且必须与（尖端）晶圆厂进行深度合作。因此，如果没有美国的出口管制，三大巨头（Synopsys、Cadence和Mentor）在中国和世界各地的寡头垄断很可能会继续下去。美国的出口管制可能会为中国新企业进入市场创造一个机会之窗，但它们能否长期挑战三大巨头，从而改变市场特征，还远未可知。

三巨头的主导地位为美国政府提供了价值链中的一个瓶颈，可以通过出口管制加以利用。华为的出口限制已经证明了这个瓶颈的效用。即使EDA工具是通过各种手段获得的，但供应商需要不断更新软件，以使这些工具对尖端应用程序有用，这使得中国企业很难绕过这一瓶颈。因此，很有可能（a）美国政府将继续利用EDA作为瓶颈，（b）中国将越来越多地投资于其国内EDA行业。

弹性维度

与制造过程步骤和有形货物（设备、化学品、晶圆）相比，其供应可能会因自然灾害和事故而中断，供应链弹性考虑与EDA软件没有多大关系。

知识产权（IP）

知识产权（IP）在整个半导体价值链中起着至关重要的作用。尤其是芯片设计过程变得如此复杂，以至于芯片设计师不仅依赖EDA工具，还依赖第三方IP供应商，以避免为每种产品重新造轮子。现代处理器和SoC需要内存接口、人工智能加速器、电源管理、安全功能和无线连接等。这些功能由第三方IP供应商授权，用于芯片设计。

半导体IP供应商有一个激励机制，使芯片设计师尽可能容易地使用他们的IP。因此，供应商与代工厂合作，以确保IP块在特定的制程节点上工作。代工厂的优势在于，随着他们提供的 IP 生态系统的质量（提升），他们的工艺节点会越来越受设计客户的欢迎。

能够利用第三方 IP 在当今的芯片设计中发挥着至关重要的作用，以至于 DARPA 最近启动了“工具箱计划”，以简化研究人员对第三方 IP 供应商的访问：“ DARPA 的执行者经常因必须就工具、知识产权和服务的访问权进行谈判，并执行复杂的法律协议而陷入困境，这些协议会占用他们的时间，耽误他们做该做的事——推进科学造福国家。”

IP供应商与芯片设计公司有些相似：他们不销售整个芯片，只销售功能块。与芯片设计一样，许多IP供应商都是美国公司。按收入计算，*的IP供应商包括Arm有限公司（英国）、Synopsys（美国）、Cadence（美国）、Imagination Technologies（英国）、Ceva（美国）、Silicon Storage Technology（美国）和VeriSilicon（中国）。总体而言，IP供应商市场竞争激烈，发展迅速。

一种特殊类型的半导体IP是指令集体系结构（ISA）。ISA定义了任何处理器芯片的基本设计架构。全球最重要的ISA是x86、ARM和RISC-V。

专有x86体系结构由Intel（美国）、AMD（美国）和VIA（中国台湾）控制。从历史上看，它一直是台式机、笔记本电脑和服务器最重要和最主要的处理器体系结构。2021年3月，英特尔表示，根据英特尔最近宣布的集成设备制造商（IDM）2.0计划，它将首次向寻求制造芯片的其他公司提供x86核心IP和代工服务。

正如x86对于台式机和服务器市场一样，ARM体系结构对于移动芯片也是如此。基本上，所有智能手机和平板电脑都基于Arm通过许可证提供的专有架构。苹果、三星、华为和联发科都开发自己的移动芯片组，但它们都基于Arm架构。近年来，ARM体系结构已经扩展到几乎所有的垂直领域，从汽车到工业应用和超级计算机。ARM体系结构的这种日益增长的主导地位正是芯片设计行业部分人士担心Nvidia（美国）计划收购ARM有限公司（目前归日本软银所有）的原因。

与x86和ARM不同，RISC-V是一种自由开放（非专有）的处理器体系结构。RISC-V是一种相对简单的ISA，它比ARM体系结构更适合于较小的芯片设计团队和更短的产品开发周期，这些特点可能有利于设计公司，这些设计公司的知名度低于行业*者，但在开发半导体应用方面却接近大型和动态市场（这描述了大多数中国芯片设计公司）。尽管RISC-V缺乏ARM强大的IP生态系统和开发环境，但RISC-V近年来在世界范围内广受欢迎，部分原因在于其灵活性和可扩展性。

进入壁垒

与半导体价值链中的其他供应商市场和工艺步骤相比，新的IP供应商面临相对较低的市场进入壁垒。与芯片设计一样，开发半导体IP非常需要技能，研发成本高，但涉及的资本投资相对较低。

ISA是一个例外，因为网络效应会导致强锁定。软件不会自动在不同的ISA上工作，但它必须进行调整（以适应不同的对象）。因此，无论新的ISA有多大潜力，如果程序员对为处理器开发兼容软件不感兴趣，设计注定会失败。

中国行业的竞争地位

VeriSilicon通常被认为是*一家重要的IP提供商的中国公司：其IP用于谷歌、Facebook和亚马逊开发的芯片。2019年，拥有英特尔、三星和小米投资支持的VeriSilicon在全球IP许可收入排名第七，并声称正在进行5nm工艺的研发。

媒体报道称，英国 ARM 架构所有者的子公司 Arm China 可能已经从出售和许可其母公司的 IP 转向开发自己的 IP，包括允许中国制造的芯片运行中国国家密码管理局（State Cryptography Administration）构建的密码算法的设计，Arm中国声称将每年发布三份新的芯片设计蓝图。

除了 VerSilicon 和有希望的 Arm China，中国行业评论员承认，国内公司在知识产权方面仍然相对落后，需要多年的知识积累才能在该领域具有竞争力。

然而，RISC-V在支持一系列应用方面的潜力，以及在某些领域取代ARM成为*的ISA的潜力，可能为中国的设计公司和更大的国内生态系统创造跨越式的机会，支持他们建立专有知识产权，至少是为处理器。一段时间以来，中国设计公司一直专注于基于RISC-V的产品，并开始出现可量化的结果。例如，阿里巴巴在2020年发布了当时声称是世界上最强大的基于RISC-V的处理器。

中国在5到10年内赶超的可能性

IC行业知识产权开发的技能密集性意味着其在中国的增长依赖于在国外为外国行业*工作后回国的经验丰富的个人。VeriSilicon是由这样一位在美国培养技能的回国者创建的（中芯国际（SMIC）和展讯（Spreadtrum）等其他著名的中国集成电路公司也是由回国人员创办的）。随着技术脱钩压力的不断加大，获得海外经验的机会将越来越有限，尽管随着中国集成电路行业的成熟，这一问题也将变得不那么重要。

中国产业在知识产权方面的明显缺陷可能成为政府长期倾向于采用直接供给侧政策来填补明显缺口的焦点，从而造成浪费精力和资源配置不当的风险。例如，广东省的一项集成电路行业计划指示该省的研究机构和集成电路设计企业致力于开发“28纳米以下工艺的独立知识产权”。这引发了一个问题，即该计划的起草者对中国行业局限性的了解程度和现实程度如何，以及最有效地集中努力的地方。

也许中国IP发展的*前景在于新兴的基于RISC-V的发展生态系统。由于RISC-V基金会总部设在瑞士，RISC-V IP与潜在的美国出口控制相对隔离，并且受到中国芯片设计部门的相当大的关注。

中国在全球电子制造业中的核心地位和数字基础设施的快速建设可以说给了中国一个很好的机会，使其在定义RISC-V的*用例（应用）和商业化扩展方面成为*。尽管如此，RISC-V只是知识产权的一种类型，中国知识产权供应商几乎不可能在未来10年内为所有或大部分类别提供具有国际竞争力的知识产权。

各个战略维度

具有国际竞争力的国内IP生态系统提供了显著的溢出效益，因为这是成功芯片设计的先决条件。再加上相对较低的进入壁垒，中国可能会寻求建立更多的国内IP供应商，并继续尝试收购外国IP供应商。考虑到中国半导体生态系统和更大的电子制造业的总体情况，未来几乎肯定会有更具国际竞争力的中国IP供应商，类似于VeriSilicon。

与EDA类似，作为半导体行业的软件组件，IP对供应链的整体弹性几乎没有影响。

晶圆制造：前端（工艺步骤）

在制造厂（fab），芯片设计被转移到晶圆上。这一过程被称为“晶圆制造”或“前端”。晶圆制造是在具有最严格污染要求的洁净室中进行的。制造可包括1000多个工艺步骤，涉及大约50种不同类型的制造设备和多达400种不同的化学品和材料。尖端晶圆制造还消耗大量电能和水。因此，晶圆厂在很大程度上依赖于大量设备、化学品和晶圆供应商——主要来自美国、日本、欧洲和中国台湾。

晶圆厂由集成设备制造商（IDM）或代工厂运营。IDM自行设计、制造和销售芯片。例如英特尔（美国）、英飞凌（欧盟）和SK 海力士（韩国）。代工厂向不拥有晶圆厂的芯片设计公司提供合同制造，如苹果（美国）、华为（中国）和联发科技（中国台湾）。代工厂有一个激励机制，使芯片设计公司尽可能容易地使用代工厂的制程节点。为此，代工厂与EDA供应商和IP供应商密切合作。

所有晶圆厂都以高产量和高利用率为目标。良率是指在制造过程之后晶圆上工作芯片的份额。当晶圆厂转向新的制造过程时，良率通常很低，必须迅速提高，以使该过程在经济上有利可图。利用率是设备用于制造芯片的时间量。前端晶圆厂必须 24小时/7天 运行，以确保非常高的利用率，以在几年内收回高昂的投资成本。

晶圆制造因半导体类型而异。逻辑半导体，如通用处理器、图形芯片和AI加速器，依靠日益复杂的制造工艺在一平方毫米的晶圆上挤进更多的晶体管，从而可以设计出更复杂、更强大的芯片。这一发展通常被称为“节点缩放”或“More Moore缩放”，在过去10年中，每平方毫米的晶体管数量增加了10倍。多亏了“More Moore”缩放，今天的3nm工艺节点可以生产比2011年的28nm工艺节点小得多的晶体管。成熟的制程节点不受不断创新和日益复杂的国际关系的影响，对市场来说也是必不可少的。在下面的分析中，我们重点关注逻辑芯片的尖端和后缘晶圆制造。

市场

由于制程压缩的经济性（飞涨的晶圆厂成本加上极其复杂的制造流程），许多公司退出了这场“摩尔竞赛”。经营尖端晶圆厂的公司数量从2001年的近30家下降到2021年的2家。目前，只有三星（Samsung）和台积电（TSMC）2家成功运营5nm晶圆厂。英特尔近年来费力维持在*梯队，但计划在7nm及以下的晶圆厂再次展开竞争。台积电和三星*进的工艺节点的客户主要是美国芯片设计公司（超过预计产能的80%），如AMD、苹果、Nvidia和高通公司。三星和台积电 计划在未来三到五年内大量投资美国的晶圆厂，但在那之前，尖端晶圆制造仅在中国台湾和韩国可用。即使在三星和台积电在美国投资之后，全球大部分尖端晶圆制造能力很可能仍留在中国台湾和韩国。

相比之下，后缘晶圆制造（10nm及以上的工艺节点）在公司方面的整合程度较低，地理集中度也较低。除台积电和三星外，UMC（中国台湾）、Globalfoundries（美国）、中芯国际（中国）和华虹（中国）集中在14nm及以上的工艺节点。虽然10年前引入了28nm节点，但这些后缘制造工艺在汽车、工业、物联网等应用中仍有很高的需求，因为在这些节点上设计和制造芯片的成本要比在最前沿低得多。

总的来说，中国台湾、韩国和中国大陆建立了自己的制造中心，后者也是外国IDM和代工厂的中心，这决不仅只是因为政府以低于市场利率的投资激励和贷款形式提供了大量支持。美国半导体工业协会（SIA）据估计，美国新工厂的10年总拥有成本比新加坡、韩国或台湾高30%，甚至比中国高37-50%。大约40-70%的成本差异是由政府支持造成的。

进入壁垒

尖端晶圆制造与半导体价值链中的其他工艺步骤相比，具有最高的进入壁垒。飞涨的资本投资导致尖端晶圆厂的成本约为200亿美元（其中80%为设备成本）。2021年初，台积电宣布将在未来三年内投资1000亿美元，三星计划到2030年在其逻辑芯片和代工能力上投资1510亿美元。但尖端晶圆制造不仅仅是一场金钱游戏。在引入新的工艺节点后，晶圆厂需要广泛的工艺知识来实现和维持高产量。他们与比利时imec等研究机构、设备制造商和化学品供应商密切合作，开发不断提升行业前沿的新工艺技术。只要摩尔规模继续扩大，市场进入壁垒将不可逾越。因此，台积电和三星极有可能继续占据主导地位，甚至可能是*的尖端铸造厂。只有英特尔才能成为第三方，如果他们能够建立一个成功的代工业务。

后段晶圆制造具有较低的进入壁垒，但与其他流程步骤相比，这些壁垒仍然很大。一个挑战是对制造设备的高需求，因为所有主要代工厂和IDM都计划扩大其晶圆厂。新设备的交付周期可能为18个月，即使是使用过的设备也很稀少，而且越来越昂贵。进入晶圆制造，即使是在后缘，也意味着大量的资本投资，并要建立材料、化学品和设备的供应商网络。

中国的自力更生

整个 1990 年代，中国试图通过国家政策升级其制造技术，旨在通过与外国行业*合资和依赖中国国内市场来开发国内知识产权。到2019年，中国的报道表明，第二阶段将减少对制造的关注，并且在2021年4月，该大基金削减了其在中芯国际的持股。除特殊产品和先进工艺外，最新一批地方政府的IC发展计划中也没有针对制造。然而，中国公司正在大规模扩大成熟节点的制造能力，预计在未来五到七年内将投资1600亿美元用于制造厂。

中国规划者还瞄准了内存芯片，内存芯片相对较低的制造复杂度为技术升级提供了更便捷的途径，中国玩家可以从中国和世界各地数字设备和基础设施的蓬勃发展带来的需求持续大幅增长中获益。

中国内存制造商YMTC（武汉市政府长期致力于发展本地制造业、与其他中国公司合并以及获得外国行业*的技术许可的产物）正在开发新一代NAND技术。然而，迄今为止，YMTC还有很长的一段路要走。

中国行业的竞争地位

与2014年纲要的目标相比，中国的进步一直乏善可陈。诚然，2014年纲要的目标雄心勃勃。中芯国际是*一家采用14纳米工艺的中国公司，但中芯国际90%以上的收入来自40纳米及以上的成熟节点。下一个*的中国代工厂（华虹）尚未超过28nm。相比之下，全球*的台积电从7nm和5nm节点获得近一半的收入，该公司将于2021年开始其3nm节点的风险生产。

与2020年实现40%自给自足的目标形成对比的是，2020年中国本土制造业占中国IC消费的比例不到16%，预计到2025年这一数字将仅上升3.5%。此外，国内企业的产出仅占中国产出的三分之一；其余的由外国和台湾公司生产。

非中国大陆企业在中国晶圆厂市场的主导地位引起了全国的关注。在2021年初，关于台积电在南京扩建其28纳米晶圆厂的问题引发了激烈的争论。一些中国评论员认为，这种“倾销”将挤走当地的代工厂，而另一些评论员则认为扩大产能是有理由的，并将有助于当地芯片设计公司将设计转化为产品。

但即使产能大幅扩张（2020年有28家晶圆厂在建，其中大部分为中国企业），预计到2025年，中国的IC产量仍将仅占全球IC市场的7–10%。然而，在技术水平较低的场合下，中国的份额要大得多。例如，在200毫米晶圆中，中国的晶圆厂占全球产能的16%。

即使政策雄心被削减到扩大成熟节点的产能以满足中国对各种类型芯片的蓬勃发展需求，但鉴于其资本密集型的性质，现在可用的投资资金数量在制造领域创造了大规模浪费的可能性 和地方政府准备支持可能不包含成熟工艺技术的代工厂的建设。

中国在5到10年内赶超的可能性

制造业是一个生产环节，除非有重大的技术变革，否则中国企业不可能与全球*企业在平等的基础上竞争。中国*的代工厂中芯国际和行业*的台积电之间的差距通常估计至少为五年，这是台积电创始人最近认可的一项评估。中芯国际无法收购荷兰公司ASML的EUVL技术——该公司在被列入美国实体名单之前就面临这一问题，这严重制约了该公司将工艺持续推前的目标。

即使在10nm的情况下，如果中芯国际受到限制，无法进口旧一代光刻设备（DUVL），中芯国际实现大规模生产的能力也不确定。相反，在2021年5月，台积电声称在开发未来1nm工艺方面取得了突破。台积电和三星预计将在2021年占全球制造业资本投资的43%，仅台积电一家就花费300亿美元，其中大部分用于前沿节点。

一项分析声称，在 2026年 之前，仅使用中国设备的晶圆厂是无法实现的，但尚未成为美国控制目标的中国公司可能会进行代价高昂的风险缓解工作。尽管中国在未来10年内几乎不可能与尖端代工厂竞争，但中国在后缘晶圆制造业中的份额几乎肯定会继续增加。中国在先进内存芯片制造领域扩大竞争性国内公司（YMTC和CXMT）的前景明显更好。

最后，中国现在似乎专注于“后摩尔突破性技术”：使用非硅材料和新的制造模式来提高性能。

各个战略维度

代工业务模式的兴起简化了芯片设计师和合同制造商之间的分工，使得国内代工产能的溢出效益（商业）非常有限。尽管全球代工市场预计到2025年将增长至近1000亿美元，但只有尖端铸造厂（意味着台积电、三星，可能还有英特尔）享有较高的利润率，因此从显著的收入捕获中获益。利益的缺乏加上越来越高的进入壁垒（不仅仅是在前沿）解释了为什么政府推动国内晶圆制造没有商业动机。中国推动国内制造业的努力是受到美国限制晶圆厂生产投入的威胁，这一威胁阻碍了中国企业在各种应用领域的能力。

弹性维度

由于尖端晶圆制造仅限于台湾和韩国，通过使晶圆厂在地理位置上多样化来提高制造供应链的弹性对一些政府具有战略重要性。当自然灾害或地缘政治冲突对许多行业造成严重溢出损害时，尖端晶圆制造构成了一个集中的失败点，当前影响汽车制造业的“芯片危机”表明了这一点。但可复制性的障碍使得尖端制造技术在很多年内都不太可能从台湾和韩国大量转移。台积电和三星最近宣布将在美国建造晶圆厂，这将在一定程度上增加弹性，但台积电已明确表示其大部分投资和*进的工艺节点将留在台湾。

设备（SME）

半导体制造设备（SME）大致可分为两类：用于晶圆制造的前端设备和用于组装、测试及封装的后端设备（ATP）。前端（晶圆制造）可包括1000多个生产步骤。因此，今天的工厂依赖约50种不同类型的高度专业化制造设备。即使是*的SME供应商也只专注于开发特定生产步骤的设备，如沉积、光刻、清洁或过程控制。因此，为了成功地建立一个过程节点，晶圆厂需要来自各种供应商的设备。晶圆制造设备供应商与晶圆厂、化学供应商和研究机构有着密切的研究合作。一般来说，后端设备不那么的复杂昂贵，并且组成后端的工艺步骤较少，因此所需要的设备类型更少，从而大大降低了后端工厂的投资成本。

市场

尽管有许多不同的SME供应商，但每个制造步骤所需的设备通常只掌控在少数几家公司，导致某些类型设备的市场高度集中。按收入计算，*的SME供应商是美国的Applied Materials、KLA和Lam Research，日本Tokyo Electron和荷兰的ASML公司。ASML是制造7nm以下芯片所需的*进光刻设备的*供应商。Tokyo Electron拥有90%以上的光刻胶加工市场。Applied Materials控制着沉积和掺杂设备的大部分市场。

全球SME市场从2003年的220亿美元增长到2020年的690亿美元左右。毫不奇怪，在晶圆厂产能方面投资最高的国家及地区（韩国、台湾省和中国大陆）也是SME供应商最重要的销售市场。2020年，这三个国家及地区合计占设备销售额的73%。

进入壁垒

进入SME市场并与市场*竞争成功的难度取决于多种因素。首先，SME供应商有着很高的研发成本；研发利润率通常为11–16%。第二，特别是对于*进的设备，如极紫外（EUV）光刻机，供应商依赖于庞大的供应链（就ASML而言，拥有超过5000家供应商）。第三，SME供应商与晶圆厂有着非常密切且长达数十年的业务关系。也就是说，特别是在后端，有一些类型的设备更容易制造，从而降低了新公司的进入壁垒。然而，与半导体价值链中的其它工艺步骤和投入相比，前端设备的市场进入壁垒无疑是最高的。

中国自力更生的努力

02专项于2009年启动，旨在对90nm工艺所需的设备实现本地化，开发65nm的设备原型，并在45nm及以下实现技术突破。据规划，中国企业应在2030年之前在90nm及以下节点的工艺设备和包括EUV在内的光刻技术方面达到“先进水平”。IC设备在 “十三五”计划（2016-2020）的科技创新方面中也被列为优先事项，其中列出了包括14nm蚀刻设备和28nm浸没式光刻机在内的目标。2021年3月发布的“十四五”计划（2021-2025年）将IC优先设备的研发和IC先进工业制程的突破列为前沿科技领域需要应对的关键挑战。

当美国于2020年针对华为和中芯国际实施出口管制时，开发进口SME的替代品的必要性急剧增加。大基金二期的声明意图是为特定SME类别的开发提供“持续的高水平支持”。2020年，北京对从事半导体制造（65纳米及以下工艺）的企业实行了重大税收减免。随后于2021年3月起，对一些国内无法提供的满足SME性能要求的零件和材料暂停征收进口税，该政策将延续到2030年。

在过去两年中，各级政府在多项IC发展计划中也将重点放在SME发展上。例如，上海2021-2025集成电路计划中就包括了支持“上海临港集成电路产业发展特区”的研发和产业化的相关政策。上海临港集成电路产业发展特区包含一个保税制造区，在这里元件可以免税进口。

中国政府似乎也在推动SME领域的外国并购尝试，但基本上没有成功。例如，2016年福建宏芯对德国设备制造商Aixtron的投标受阻，该投标得到了大基金的支持，并与多家中国国有企业和政府机构有关联。

中国行业的竞争地位

美国针对华为和中芯国际的出口管制措施突显了中国半导体行业对外国SME的依赖。2020年中期，中国工业和信息化部前部长表示，中国行业中90%的SME需求是进口的。根据2021年初的一项国外估计，中国的SME产业只能满足中国行业需求的8%，而且“几乎没有能力完成光刻、晶圆检验、先进离子注入、原子层蚀刻和测试先进逻辑芯片。”

2019年，中国SME供应商（除包装和测试设备外）的全球市场份额在所有主要类别中不到2%。除Naura和AMEC外，2020年中国SME供应商的收入不到1.5亿美元；相比之下，一家美国公司（Applied Materials）在2020财年报告了172亿美元的收入。2021年初对10家*的中国SME供应商进行的一项调查显示，只有一家（AMEC）提供14纳米以下工艺的产品，尽管许多公司都能提供针对28nm工艺的产品。中国公司生产的大多数设备不是面向晶圆厂，而是面向半导体ATP，以及太阳能电池板和平板显示器的制造商。

2021年5月，中国媒体表示，对于22–45nm工艺，中国的技术能力已经达到了可以替代国外SME的水平，但光刻除外。在这一生产环节中，中国对外国的依赖非常之大。一家著名的中国供应商SMEE仅实现了90 nm的批量生产，该公司的目标是最早在2021年第4季度将针对28纳米工艺的机器商业化。

2020年，一家中国国家研究所发表了国际同行评审的研究报告，该报告阐述了中国5nm激光光刻技术的进展，但研究人员自己承认，这与生产技术“相去甚远”。

据报道，根据中国的战略方向，中国企业目前正试图更系统地转向国内SME供应商，以降低美国进一步切断外国来源渠道的风险。据一项调查报告显示，尽管2020年中国企业减少了16%的美国采购设备，而外国SME供应商在中国的销售仍继续强劲增长。2020年，中国成为全球*的SME销售市场，增长了39%。

中国在未来5到10年内赶超的可能性

尽管中国产业的市场份额仍然微乎其微，但似乎已经取得了重大的基础研究进展，中国企业在每个SME类别中都有一定的影响力。在这种情况下，随着国内企业在一些SME类别中推出规模化生产，情况可能在未来十年中发生重大变化，尤其是在有资源丰富的国有企业集团（如中电）的参与的情况下。然而，即使中国SME供应商在某些类型的设备上迎头赶上（更可能是在后端而不是前端），中国也几乎不可能在这十年内对晶圆制造所需的几十种设备进行“去美国化”。

即使有充足的资源和国家政策支持来实现功能性EUVL，但鉴于必须开发和集成的复杂系统数量庞大，它的实现仍然需要很多年的时间，除非外国行业*提供技术援助。

各个战略维度

提高中国SME供应商的竞争力对中国政府来说非常重要，因为它具有显著的溢出效益。如今，中国的晶圆厂面临着一个两难境地：由于潜在的出口限制，依赖美国本土SME会带来业务连续性风险。然而，目前中国生产的SME远远落后，导致产量和利用率较低，即使在成熟的工艺节点上也无法在国际上具备竞争力。具有国际竞争力的国内SME产业将使中国的工厂更快地“去美国化”，从而大大降低美国出口管制所带来的风险。因此，尽管存在巨大的进入壁垒，中国政府将继续重点支持中国的SME行业，特别是对于如EUV光刻机在内的尖端前端设备。

正如美国针对华为的出口管制所表明的那样，SME对中国是一个重要的瓶颈，尽管中国在进口替代方面取得的进展可能会逐步改善这一问题。通过限制某些类型SME的出口以遏制对手的技术进步这一手段在美国有着悠久的历史。今天，《瓦森纳协定》列出了大约20种属于两用法规的SME，成员国需对其实施出口限制。

尖端的前端SME在某些方面构成了潜在的重大溢出损害的集中故障点，但供应链中断通常不会立即产生影响，因为这种供应不是消费品。IDM仅在建造或升级晶圆厂时收购SME。因此，与化学品或晶圆等消费品相比，国际SME供应链的弹性对政府来说不是什么问题，而是行业竞争力和国家竞争的问题。进入壁垒意味着在国内复制SME没有吸引力，除非保证条件一致来吸引外国的行业*。

化学品和材料

半导体行业依赖大量的化学品和材料进行晶圆制造（前端）和组装、测试和封装（后端）。整个制造过程使用多达400种化学产品，其中许多作为商业机密受到保护。为确保节点收缩，需要高纯度的化学品和材料；污染控制方面，通常要求几十个控制参数在万亿分之几的范围内。

一般来说，在组装、测试和封装过程中，使用的化学品较少，纯度要求也不如晶圆制造过程那么严格。前端晶圆厂依赖于光掩模、光刻胶、特殊气体和湿化学品等材料。后端晶圆厂依赖于有机基板、陶瓷封装、树脂和键合线。化学品供应商在研发期间与设备供应商和晶圆厂密切合作。由于工厂依赖于高纯度化学品的稳定供应，化学品供应商在被允许向特定铸造厂或IDM供应化学品之前，必须经过复杂的质量控制流程。

市场

由于半导体生产过程所需的材料种类繁多，有几十家不同的供应商，其中大多数在日本、美国和欧洲。然而，当研究特定工艺的化学品时，市场可能高度集中。例如，三家日本EUV光刻胶供应商（东京Ohka Kogyo、JSR和Shin-Etsu Chemical）的市场份额合计超过90%。此外，由于光刻胶针对特定的生产工艺进行了微调，晶圆厂通常使用单一来源的光刻胶。然而，与芯片行业的其他部分一样，化学品和材料总是在不断演变，不仅是为了确保节点收缩，而且在后端也越来越多地用于高级封装。

进入壁垒

市场进入壁垒因化学品或材料以及生产工艺而异。组装、测试和封装过程中所用材料的纯度要求不那么严格，新供应商可能更容易进入该市场。晶圆制造所需的高纯度湿化学品和气体通常由大型供应商生产，如BASF,DuPont,Air Liquide和Shin-Etsu。对于较小的供应商来说，进入壁垒很高。要实现必要的规模经济非常困难，需要在其工厂不断投资更好的净化机制，来确保电子级化学品的必要纯度水平。

中国政府加强自力更生的努力

02专项强调了材料的开发。2014纲要和十四五计划（2021年3月）中指出要优先考虑光刻胶，相关政策的重点领域技术路线图中优先考虑光刻掩模材料。事实上，在发展更广泛的IC生产集群和价值链的背景下，包括光刻胶、“高纯度化学品”和“高端电子化学品”等许多特定类别的材料在几个省级政府当前的IC发展计划中都被作为重点。2020年4月和2021年3月，针对“无法在国内生产或其性能无法满足需求”的原材料（特别是光刻胶和光刻掩模），在全国范围内推出了税收减免措施，其中就包括免征进口关税。

据报道，大基金二期将优先投资于清洁和化学研磨设备。国家和各省级政府的行业计划也将重点放在化合物半导体材料的开发上，如碳化硅和氮化镓，这意味着这个正在发展的领域正在受到国家领导人的关注。

中国行业的竞争地位

2021年初，一位专家评估，中国公司在关键材料方面仍然落后，如IC级多晶硅、EUV材料和光刻胶。然而，02专项推动的研究工作正在帮助中国公司在该领域向有限的进口替代能力迈进，尽管可能在短期内不具备全球竞争力。例如，2020年，中国公司Nata Optoelectronic Materials生产了一种氟化氩（ArF）光刻胶材料，该材料通过了用于50nm工艺的测试。尽管这一成就值得注意，但该产品不太可能支持中国工厂在低于50nm的节点上进行生产，也不太可能在2021年1月在低于10nm的节点上进行生产。另一家公司（苏州晶清化工）声称，进口设备将使其能够在三年内大规模生产用于45–28nm节点的光刻胶。

中国在材料方面有一个潜在优势：在半导体价值链中使用的关键矿物的提取和加工方面占据全球主导地位。在稀土方面，2021年4月的一项研究估计，在17种稀土元素中，中国在9种稀土元素的提取和14种稀土元素的精炼方面处于*地位。尽管美国、澳大利亚和日本正在采取措施减少中国的主导地位，但中国仍然是用于存储器、逻辑和模拟半导体的稀土的主要来源。中国还占世界钨供应的80%，钨是另一种对半导体生产至关重要的矿物，占全球半导体行业氟石消费量的60%。

中国在5到10年内赶超的可能性

中国供应商应该受益于目前为与半导体相关的项目提供的大量资金，以及地方政府推动材料生产与其他价值链部门共同的努力，特别是在上海，这是中国半导体行业最有希望的中心。因此，对于纯度要求不太严格的材料类型，尤其是在后端，中国供应商很可能在未来几年发挥更大的作用。对于用于尖端晶圆制造的高性能材料，市场进入壁垒是巨大的。中国供应商不太可能在未来10年内成功进入这一细分市场并挑战国际现有供应商。

在关键矿产领域，中国不太可能利用其在国内半导体材料行业的优势，因为这将造成国际反作用。然而，在日益恶化的地缘政治气候下，不能完全排除这一行动。

各个战略维度

尖端的前端化学品的生产面临着巨大的进入壁垒。然而，提高中国化学品供应商的国际竞争力也会给中国带来巨大的溢出效应。这样做的主要好处是减少对美国化学品供应商的依赖，从而使半导体制造业“去美国化”，类似于中国SME方面在进口替代方面的努力，这是由美国额外出口限制的风险推动的。在这十年中，中国供应商极有可能增加其对纯度要求不那么严格的化学品和材料的全球市场份额。

用。长期以来，各种蚀刻气体、光刻胶和掩模的出口一直受到限制。例如，美国供应商需要许可证才能将这些材料出口到中国。这方面的限制并不局限于中国。2019年，日本政府在没有出口许可证的情况下限制向韩国出口关键化学品（光刻胶、蚀刻气体、氟化氢），这使得韩国对其自身生产这些化学品的能力进行了大量投资。

由于晶圆厂依赖于来自全球供应链的化学品和材料的稳定供应，因此该行业有可能造成重大溢出损害。由于自然灾害、生产工厂火灾、新冠肺炎导致的需求增加以及缺乏立即提高生产能力的经济激励，一些半导体材料目前供不应求。这种短缺导致全球半导体供应受到限制，影响全球许多产业的生产。

高端化学品复制生产的进入壁垒为该领域全球价值链的多样化制造了障碍，尽管某些政府可能能够在价值链的其他环节中利用现有优势。例如，台湾省正试图利用其在制造业的主导地位，在其他工艺和投入方面吸引外国行业*的关注。对于关键矿产，在未来十年内，尽管美国及其一些盟国正在为实现这一目标投入大量资源，但从中国大幅多样化的全球供应的前景仍不确定。

晶圆

晶圆是半导体制造的基础，晶圆厂需要依靠高纯度晶圆的稳定供应。晶圆厂工艺节点的设备设计用于具有特定直径的晶圆，如300mm、200mm或150mm。晶圆的生产会用到多种材料，到目前为止，最重要的是硅（Si）。除了硅片，还有“复合”晶圆片片，如碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）和砷化镓（GaAs）。由于这些晶圆的物理性能不同于硅，因此它们在某些需要耐热、耐高压或耐高频的应用中表现出良好的性能。然而，这些复合物或宽禁带（WBG）晶片的生产成本更高，尽管某些应用的市场份额正在迅速增长，但仍然微不足道。

市场

过去三年，全球硅晶片市场稳定在110亿美元左右。但市场也高度集中。随着Globalwafer（台湾）成功收购Siltronic（德国），Shin Etsu（日本）、Sumco（日本）、Globalwafer（台湾）和SK Siltron（韩国）这四家公司将控制90%以上的全球市场。

硅晶片是从多晶硅制成的单晶锭中切割出来的，这种高纯度（99.99999999%）多晶硅的供应商市场也同样集中。Wacker（德国）、Hemlock（美国）和Tokuyama（日本）控制了80%以上的市场。与硅相比，碳化硅晶片的全球市场规模要小得多，约为4亿美元，且集中度较低。重要的碳化硅晶片供应商为Cree（美国）、Showa Denko（日本）、Rohm（日本）和GT Advanced Technologies（英国）。

与化学品和其他半导体材料类似，进入的主要障碍是高纯度和平面度要求。晶圆的质量直接影响晶圆厂的成品率。与此同时，300毫米硅片只占晶圆厂运营成本的5%左右。因此，晶圆厂不愿转向新的晶圆供应商。

中国政府加强自力更生的努力

中国近些年来将300毫米和200毫米晶圆作为“目标”。据估计，2019年，中国企业购买晶圆时，国家补贴了约20%的晶圆价格。晶圆生产在当前国家以下各级政府的IC发展计划中得到了高度重视，这也许反映了由于国际政治气候恶化而限制外国供应的预期。

按照国际标准，中国的晶圆生产能力仍然相对较低。许多中国公司已经开发出300毫米和200毫米晶圆的技术，尽管其质量和产量似乎仍明显落后。

十四五计划将化合物或“第三代”晶圆材料作为发展重点，并于2021年5月在“后摩尔时代颠覆技术”的主题下讨论了如何实施这一计划。上海2021-2025年集成电路发展计划强调发展300毫米晶圆生产和第三代晶圆材料（SiC和GaN），建设“碳化硅谷”以专注于碳化硅相关材料的生产。第三代半导体国家创新中心于2021年初获得批准，在苏州工业园区成立，这是一个靠近上海的高科技开发区，并且在苏州有几个国家*的从事半导体相关研究的研究所。

中国在5到10年内赶超的可能性

虽然原晶圆可以被视为半导体价值链中的一种商品，但它们仍然是质量和可靠性都很高的基础组件。因此，中国生产商不太可能单独在价格上与国际客户竞争。正如整个价值链中经常出现的情况一样，中国以外这一领域现有的*仍占据主导市场份额并保持技术进步，在未来5至10年内，中国公司可能仍将局限于低端产品和国内客户。

然而，中国在SiC/GaN方面的前景看起来更好。2016年，一位专家确定，利用中国相关应用（照明和电源管理电子）的巨大市场、大基金的支持和国外行业专家的招聘，共同开发“集成化合物半导体价值链”。这一立场反映在 2015 年 SEMI 新成立的功率和化合物半导体委员会的重要中国代表中，华为在 5G 市场*地位的无线电天线中利用基于 GaN 的功率放大器是中国公司在该领域可能实现的早期迹象 .

各个战略维度

从经济角度来看，低收入加上适度的溢出收益和巨大的市场进入壁垒，使硅片成为一个不赚钱的市场。同时，高质量的晶圆是中国晶圆厂自力更生的先决条件。此外，与其他领域相比，市场集中度较低，化合物半导体的增长潜力相对较高，这使得中国进入晶圆生产市场的利润更高。

鉴于中国更广泛的制造业对功率半导体和射频芯片等相关应用的需求，复合物半导体的溢出效应可能更高。

理论上，硅片是中国晶圆厂的主要瓶颈，因为它们几乎完全依赖于外国晶圆供应商。然而，这个瓶颈并没有被美国政府利用，因为没有占主导地位的美国晶圆供应商，或者说美国公司并没有在外国晶圆供应商的上游价值链中占据主导地位。这解释了为什么（与其他关键投入物，如化学品、SME 或 EDA 相比）晶圆在美中技术竞争中没有发挥关键作用。然而，硅片在过去一直受到美国的出口限制。

在供应短缺的情况下，将会产生大量的溢出损害。没有晶圆，晶圆厂就无法制造芯片。然而，硅和复合晶圆市场不如其他投入和工艺步骤集中，而且晶圆厂通常从多个供应商处采购。中国晶圆产能增加的趋势也可能会增加全球供应链的弹性：原始晶圆生产并不意味着间谍风险，中国的大部分晶圆生产（由于质量相对较低）可能会服务于国内需求，从而使更多 中国大陆以外的晶圆厂的产能。

组装、测试和封装：后端

组装、测试和封装 (ATP) 是晶圆制造后半导体制造过程的最后一步。完成的硅片必须进行切片，并且必须对单个芯片进行测试和封装。就像前端晶圆厂一样，后端晶圆厂也依赖于设备和化学品供应商。后端流程的复杂性明显降低，设备成本更低，对化学品纯度的要求也更低。IDM 和代工厂要么拥有自己的后端晶圆厂，要么依赖专门从事这些工艺步骤的外包半导体组装和测试 (OSAT) 公司。后端流程是劳动密集型的，利润率较低。OSAT 公司与 IP 和 EDA 供应商以及晶圆厂保持着非常密切的关系。

新的封装技术对于确保具有成本效益和能源效率的芯片变得越来越重要。就此而言，异构集成是一项*潜力的创新。先进的封装还增加了后端流程的复杂性，并导致前端和后端以及芯片设计之间必然更紧密的协作。

市场

市场整合作为半导体价值链的典型特征，也适用于 OSAT 市场。2019 年，*的 20 家公司占据了 92% 的市场份额，并且地域集中。如今，10 家*的 OSAT 提供商中有 9 家位于中国大陆、台湾省和新加坡。仅中国大陆和台湾就占全球 OSAT 容量的 60% 以上。北美仅占全球 OSAT 容量的 3%。

2019年全球封装市场价值430亿美元。收入最高的OSAT公司是ASE集团（台湾），2019年收入85亿美元。排在第二位的是*一家总部位于美国的大型OSAT公司：Amkor Technologies（收入 43.1 亿美元），但其制造是在韩国、中国大陆及台湾省和马来西亚。新加坡和马来西亚的 OSAT 市场在过去 10 年中失去了市场份额，但 JCET（全球第三大 OSAT 公司）等中国公司的份额显着增加至 19%，而 ASE 集团在 2019 年为 26%。

进入壁垒

尽管过去 15 年市场进行了整合，但它的集中度仍然不如尖端晶圆制造，相比之下，进入壁垒也更少。与制造类似，OSAT 公司依赖设备供应商和化学品。但由于设备和化学品更便宜且不那么复杂，因此 OSAT 公司进入市场所需的资金较少。由于 IDM 和代工厂是 OSAT 公司的客户，因此建立这些关系是进入市场的障碍。

但是，该市场的突出特点是劳动强度大，高昂的劳动力成本在所难免。出于这个原因，后端流程主要是外包的，这导致它们目前出现了地理集中现象。

ATP 成功的关键之一是与 EDA 供应商和 IP 供应商以及代工厂密切合作。随着芯片变得越来越复杂，先进封装变得越来越重要，OSAT 公司需要与生态系统与材料和设备供应商以及研发渠道建立联系。

中国政府加强自力更生的努力

中国在02专项下设立了多个封装相关研发项目，各大规划也都强调发展各种封装技术。到2017年，有关部门称中国“封装企业从低端走向高端，三维高密度集成技术达到国际先进水平”。结合市场的结构特征，这一进步使中国公司能够在这一过程步骤中在全球价值链中占据*的市场份额。

2014纲要还提倡通过企业并购整合国内封装测试行业。通过这种方法，中国在该领域的三大*公司在 2011 年至 2017 年间在全球前 10 大公司的收入中所占的份额增加了两倍多，并开始进行国际收购。2015 年，大基金帮助由国家支持的 JCET 以 7.8 亿美元收购当时新加坡的全球第四大封装和测试公司。2016 年，大基金支持通富与美国行业* AMD 在中国和马来西亚的子公司建立合资企业，让通富获得更先进的封装技术。

然而，与其他地方一样，这种对外并购在封装和测试领域遇到了障碍。例如，2015 年，清华紫光试图同时收购中国台湾第二、第三和第四大芯片组装公司，以安全为由被台湾当局阻止。

中国政府也在关注模块化制造和其他封装前沿发展的全球趋势。珠海市《2020-2025年集成电路发展规划》旨在围绕化合物半导体、模块化制造和封装测试打造100亿元人民币的制造集群。2019 年，大基金的管理实体表示，其二期投资将寻求在“虚拟 IDM 模型”中促进 ATP 与设备和制造的集成。多个地方政府正在对ATP相关项目提供补贴，包括“十四五”优先考虑的功率半导体或复合物半导体（碳化硅和氮化镓）等应用和材料。

中国行业的竞争地位

2012年至2019年期间，中国在全球ATP行业的份额从5%增加到20%，销售额排名前六的公司中有三家现在是中国公司，而六年前只有一家。目前，世界上超过20%的芯片组装和测试位于中国。然而，这一快速增长在很大程度上是由外国并购活动推动的，出于政治原因，这种情况不太可能继续。对中国公司的政治担忧也可能消除国内公司在价值链这一部分取得成功的另一个组成部分：与外国行业*的合资企业。这是不同寻常的，因为中国半导体企业的跨国公司通常以分支机构或外商独资的形式存在。

与美国的政治关系恶化也可能影响中国 ATP 公司的业务运营。即使这些公司可以安全地从非美国供应商那里采购设备，由于美国在其他价值链部分的主导地位，这些公司在需求方面也面临风险。例如，通富大约一半的收入来自美国客户。相对较低的营业利润率会加剧这种风险。

与芯片设计或制造相比，中国企业在该领域的创新活动似乎也低于中国大陆的专利申请。然而，这些申请也反映了高度的本土化。国内权利人占这些 ATP 相关专利的 91%，并且在每个类别中持有的专利都比国外权利人多。

中国在5到10年内赶超的可能性

作为下游生产环节，ATP在中国将受益于中国芯片设计和晶圆厂的增长。国内公司现在在这一领域具有竞争力，而 ATP 在价值链中的作用意味着外国公司几乎没有动力避开中国供应商，除非受到外国出口管制的干预。再加上中国政府寻求“跨越式”解决方案，这些因素可能会使政府的支持集中于推动国内 ATP 行业的技术发展。一些中国专家主张，如果先进的光刻设备被切断，先进封装技术是推动中国整个半导体行业发展的*方式。

然而，中国公司必须跟上封装技术的进步，否则可能会遭受比较优势向价值链中技术水平较高的公司的转移，因为这一工艺步骤的劳动密集程度正在降低，并且越来越多地由资本和积累的知识产权所驱动。高端先进封装仍然由非中国大陆公司主导，台积电在这一领域处于*地位，英特尔（美国）也在这方面大力投资。这些公司出于对封装的安全担忧，会避免将 ATP 外包给中国，这可能会减少中国 ATP 公司通过与设计和制造领域的全球*合作来推动自身技术发展的机会。

各个战略维度

从历史上看，ATP 的附加值和利润率明显低于芯片设计或制造，这使得 ATP 的市场主导地位在收入方面相对不那么重要。作为劳动密集型下游工艺步骤，ATP 在半导体价值链中只有较低的溢出优势。因为只有中等的进入壁垒，与其他一些生产步骤相比，这一步骤在企业维度的地域集中和整合程度较低。如果 ATP 由于先进封装的重要性日益增加而变得更加技术密集，并且由于更高的自动化程度而降低劳动密集度，那么从国家利益的角度来看，该生产步骤中的市场主导地位的价值可能会增加。

在后端晶圆厂中对芯片进行折衷要比在设计或晶圆制造过程中容易得多，这造成了政府和行业之间的利益冲突。从国家安全的角度来看，后端晶圆厂应该是一个受信任的实体，理想情况下在同一司法管辖区内。从业务角度来看，由于利润率低、附加值低和劳动力成本高，后端流程已外包给中国大陆和台湾省。然而，减轻此类风险的努力将面临商业障碍，直到更先进的技术使将 OSAT 重新支持美国及其先进经济体盟友的经济性变得更加可行。中国可能的替代地点是东南亚国家，这些国家在经济上与中国的联系越来越紧密。因此，将 ATP 流程转移到这些国家可能无法充分缓解与中国有关的安全问题。

弹性维度

与EDA或尖端制造相比，全球 ATP 部门并没有过度集中在公司层面。然而，ATP 在地理上集中在中国大陆和台湾省，如果在这两个区域同时发生重大破坏（例如，在台湾海峡发生地震），将对全球价值链产生严重影响。

一般来说，后端的中断对半导体价值链本身造成的溢出损害有限，但有可能对更广泛的经济造成重大的溢出损害。这可以从当前全球芯片短缺的情况中看出，部分原因是 ATP 部门的中断。ATP 流程集中在中国、台湾和东南亚，使前端制造商面临业务连续性风险。然而，考虑到相对较低的进入壁垒和美国公司在推动封装发展方面的竞争地位，在其他地方复制这一生产步骤相对容易。先进封装技术的*地位还将降低将 ATP 工艺从其当前集中位置多样化的机会成本。

结论

与10年前相比，如今中国在整个半导体价值链中的地位显著增强。尽管中国半导体研发和生产生态系统持续存在低效和弱点，但预计中国将在这十年内继续加强其在全球价值链中的地位。我们对不同生产步骤的分析说明了中国将继续投资于其国内半导体生态系统的各种原因，每个生产步骤具有不同的战略意义。我们的三个战略维度及其标准为评估中国半导体生态系统的影响提供了一个框架，该生态系统正在缓慢但稳步地全面提高其能力。

从欧洲的角度来看，主要的收获可以总结如下。

竞争力维度：中国主要受经济激励驱动的生产步骤是芯片设计、IP、后缘晶圆制造、化学品和 ATP。在其中一些生产步骤中，中国的国内产业已经明显强于欧洲：中国在芯片设计、后缘晶圆产能和 ATP 方面的全球市场份额是欧洲的数倍。

在这些生产步骤中，欧洲风险不仅体现在进一步落后，而且越来越依赖中国技术供应商。在化学品方面，欧洲供应商已经拥有强大的市场地位，但未来可能会面临来自中国供应商日益激烈的竞争，尤其是在成熟节点的 ATP 和晶圆制造所需的化学品和材料方面。如果中国政府继续对其国内化学品供应商进行大量投资，就像太阳能行业一样，其中中国供应商在全球市场上迅速取代欧洲供应商。

国家安全维度：尤其是在EDA和SME领域，国家安全考虑压倒了中国的所有其他战略考虑。这两个方面都是美国政府最有可能继续利用的对中国的有效瓶颈。欧洲在这两个生产步骤中都有关键供应商（SME：ASML和EDA：Mentor，因西门子的收购）因此，美国政府极有可能推动双边协议，以实现比目前瓦森纳等多边协议所包含的更广泛的对华出口限制。SME供应商，尤其是光刻设备供应商，依赖于各种欧洲组件供应商（如蔡司（DE）透镜和特朗普（DE）激光器）。因此，中国SME供应商可能会尝试采购这些组件，而不是成套设备，而且随着其能力的普遍提高，这种采购会越来越多。问题是欧洲是否会与美国政府通过这些瓶颈扩大出口限制的做法保持一致。

弹性维度：地理集中度最高的工艺步骤当然是尖端晶圆制造。尽管中国政府不太可能在这十年内成功地将尖端晶圆制造带到中国，但欧洲最有可能也是如此。在未来五年内，通过三星和台积电对美国新晶圆厂的投资，美国目前处于提高全球尖端晶圆制造供应链弹性的*位置。然而，ATP供应链，特别是未来先进封装方法的供应链，也必须在地理上多样化。在这方面，欧洲更可能成功，尤其是因为其巨大的竞争优势降低进入门槛。

欧盟 (EU) 推出了一系列举措来促进欧洲半导体行业的发展。欧洲共同利益的重要项目 (IPCEI) 关于微电子 2 允许成员国补贴晶圆厂的建设和首次工业部署。22 个成员国于 2020 年 12 月联合声明宣布他们将战略投资欧盟的半导体生态系统。半导体还在欧盟的 2030 年数字罗盘及其新工业战略中发挥核心作用。

然而，欧洲越来越需要考虑到美国对中国半导体行业采取协调措施的压力。在中国通过反制裁法的前两天，美国国会通过了2500亿美元的《美国创新与竞争法》，旨在装备美国，使其能够与中国进行长期的科技竞争中国。该法案规定了520亿美元的补贴，以促进美国半导体工业。美国总统拜登在其关于法案通过的新闻稿中宣布，“我们正处于赢得21世纪的竞争中，发令枪已经响了。”在全球范围内与中国的竞争，特别是在包括半导体在内的战略技术方面的竞争，似乎是拜登政府关注的主要问题，这将在许多领域影响美欧关系的未来。

据报道，2021年6月，欧洲和美国决策者在G7+峰会上讨论了半导体问题。韩国和日本也参加了此次论坛，这两个美国安全盟友在半导体价值链中扮演着关键角色。本次峰会的领导人公报宣布，G7 国家将“考虑机制并分享*实践，以解决关键全球供应链在关键矿物和半导体等领域的弹性风险，并反思其他地方使用的模型，例如压力测试。”

G7+峰会刚刚结束，欧盟和美国就同意成立一个贸易和技术理事会，以协调“协调解决关键全球贸易、经济和技术问题的方法”，尽管报告表明欧洲官员对这一进程抱有一定的期望。2021年6月的北约首脑会议为美欧在涉及中国的战略技术问题上的潜在合作奠定了更坚实的基调，宣布“中国日益增长的影响力和国际政策可能带来挑战，我们需要作为一个联盟共同应对。”

在制定解决所有这些问题的*政策组合时，必须考虑到中国越来越愿意惩罚其他国家及其公司，因为这些国家及其公司实际上或认为采取了歧视中国实体的措施。2021 年 6 月，中国通过了一项反制裁法，授权中国当局向被视为协助外国政府执行歧视中国利益的措施的实体索赔或扣押资产。这可能包括对半导体的出口和投资控制。

中国还通过或即将通过一系列其他法律，包括涉及出口管制、数据治理和外国投资的法律，这些法律规定了此类报复措施。正如中国欧洲商会主席最近所说，在这种环境下，欧洲公司“越来越多的人认为他们将被用作政治棋局中的牺牲品。”

然而，重要的是，欧洲决策者至少在未来10年内不要将这一局面解读为中国对技术自给自足的追求。中国领导人已明确表示，他们希望中国经济，包括半导体行业，继续与外部世界接轨。一位中国技术专家最近表示，“从欧洲的角度来看，挑战在于中国将试图塑造这样一种全球化，使其在对中国日益有利的条件下运作，并将中国企业推向国际领导地位，这将不可避免地挑战一些欧洲利益。“集成电路的发展必须全球化......某些国家推动的单边主义没有未来”

欧洲领导人需要在为欧洲利益服务的这一系列问题上找到半导体政策的*平衡，而不是受到来自其他国家参与者的压力、环境力量或过度关注国家利益的一个战略维度而以牺牲其他人为代价的领导。本报告提供了一个框架，用于根据中国在全球价值链中的地位以及该地位对其他参与者国家利益的影响来评估这些问题。于 2021 年底发布的第二份报告将从欧洲的角度深入探讨全球背景下的影响。

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