B体育从传统制造走向现代制造,从产业链中低端走向中高端,是中国从制造业大国迈向制造业强国的必由之路,也是中国摆脱中等收入陷阱的不二法门B体育。
现代制造中最为典型和重要的就是芯片,制造业在供应链、产业链、价值链、创新链几个方面从中低端向中高端攀升的过程离不开芯片。智能制造的全过程从设计、生产、供销、服务、产品,都需要依赖芯片。离开芯片,智能制造就无从谈起。可以说,芯片的应用程度是定义高端制造的标准和标志。而中国的芯片是最依赖别人的,也是最容易受制于人的。
现代芯片的起源在美国。1947年,美国人发明了晶体管,9年之后,美国工程师杰克基尔比和另一位美国物理学家共同发明了集成电路,把众多缩小的晶体管集中布置到一个半导体硅片上。硅的导电性介于导体和绝缘体之间,所以叫半导体,硅经过提纯成为高性能半导体材料,是芯片的母体。美国硅谷就是因研究生产以硅为半导体母体的芯片而得名的。所以芯片产业被称为半导体产业,也被称为大型集成电路产业。发明芯片的基尔比于2000年获得诺贝尔物理学奖。
作为运算处理中枢,芯片奠定了现代工业文明的基础,也揭开了20世纪信息革命的序幕。可能当时的人们并没有意识到这些,因为那时的芯片还比较初级。那时,谁能想到,现在的芯片越做越小,性能越来越强大。芯片二字的中文翻译真是神来之笔,寓意心脏、引擎。未来,即使进入云时代、量子时代,还是少不了芯片。
继芯片之后,美国又有进一步的相关发明,如电脑、因特网、移动电话、智能手机等等,这些发明共同推动了信息技术革命。所以,在这一轮信息技术革命中,美国是先驱者、领导者,如今美国处处主动,处处在上游,就因为美国是技术源发地。
1958年,芯片出现。之后的第五年,也就是1963年,日本人从美国引进了集成电路。那时日本处于“二战”后的恢复时期,美国对日本采取扶持政策,给了技术援助B体育。结果,在精微芯片领域,日本的工匠精神发挥到了极致,青出于蓝而胜于蓝。由此,日本半导体产业后来居上,而且大规模推向了民用消费领域。所以60、70年代,日本是全球半导体产业的领头羊。
1965年,日韩实现了邦交正常化,日本开始在韩国设厂,此后,韩国全盘掌握了日本从美国引进的技术,某些方面还优于日本。美日韩三国在60、70年代,像浪潮一样B体育,你追我赶,形成了国际性的芯片产业链。
1965年,中国就意识到发展大型集成电路是一件非常重要的事。在“冷战”时期,尽管中国以研究“两弹一星”的体制搞芯片,但直到20世纪80年代初,在高新技术方面,中国与发达国家相比仍有很大差距,芯片产业没有大的进展。
改革开放以后,国务院于1982年成立了电子计算机和大型集成电路领导小组办公室。应该说,近40年来,我们对芯片不可谓不重视。但国产芯片仍然在全球处在相对落后的状态,尤其是高性能芯片,缺口巨大,全世界四分之三的芯片市场在中国,但中国80%左右的芯片还得依赖进口。芯片进口额花费外汇超过了石油的一倍多。石油进口1400亿美元,芯片进口3000多亿美元。我们也有一些低端芯片供出口,大概1000多亿美元,但是逆差还有2000多亿美元。
在全球芯片产业链上,我们处在中下游。上游的高端技术、核心技术,关键零部件,关键专利都不在我们手里。全球芯片产业链条上的龙头企业里,目前还没有一家中国企业。芯片里面最典型的内存芯片,目前美国占全球市场一半,韩国占24%左右,日本占10%,欧洲占8%,中国占3%,我国企业的市场地位非常边缘化。
回头看中国芯片多年来的发展,我们错过了两次机遇。第一次是在芯片发明和发展的黄金阶段,美日韩欧基本同步,形成全球产业链,而我们那时候没有及时跟上;第二次是20世纪90年代后,市场换技术的路线年《瓦森纳协定》阻碍,耽误了我们追赶的步伐。
最近十年,中国芯片产业增长迅速,已有超过200家芯片厂商,可以量产14纳米的芯片,产业链逐步从中下游向中上游移动,国家对芯片产业的政策支持更加密集,力度也在加大。
目前,中国的芯片技术迭代和第一阵营美日韩相比,相差两到三代,目标是2025年与第一阵营的差距缩小到两代或者一代半。什么意思呢?从现在的量产14纳米,到2025年可以量产7纳米、5纳米。曾经有报道称,台积电在2022年底开始量产3纳米。当然,芯片不会无限小下去,按科学家推算,芯片的极限是2纳米,这是由硅的分子直径决定的。
芯片产业有其独特的内部结构和产业特性。芯片产业链分为五个子链,或者说芯片产业分为五大行业。
第一,设计。数以亿计的线路如何集成在一起,首先需要设计。全球最大的芯片设计公司是英国ARM,而在设计软件领域,美国EDA居于垄断地位。最近芯片产业最大的新闻是美国英伟达要从英国收购ARM,届时美国在芯片产业上将更加强势。华为旗下的海思公司设计能力可以达到7纳米。我曾经问华为的副总,中国为什么不收购ARM?他的回答是:欧美此类公司,中国永远都不会有收购机会。
第二,制造,包括成品制作和半成品制作。芯片的上游半成品是晶圆,高纯度晶圆制造基本由日本企业垄断。在硅的冶炼方面,日本企业可以将冶炼纯度提高到99.99%,确保做成的晶圆是最好的。在晶圆的基础上制造芯片B体育,这个行业最大的企业是台积电,大陆的中芯国际目前是全球第五——当然只是产量全球第五,其生产的芯片等级较低,利润率也不高,因为许多专利技术不在自己手里,还受到美国严厉监管。
第三,封装测试。将芯片压缩到一个板子上,进行合格测试。因为芯片的线路和触点太多,即使某处万分之零点几的差错,最终也会造成巨大的差错,所以必须逐个测试。封装测试基本属于劳动密集型产业,在这一行业中国与国际差距不大,甚至处于领先地位。
第四,设备。生产芯片的设备大家都知道,其中最精密的EUV光刻机制造商是荷兰ASML,生产晶圆的设备制造商在日本,主要是三菱、索尼等企业。7纳米工艺光刻机目前只有荷兰ASML能够提供,售价1亿美元以上,而且有钱还不一定能买到。上海微电子已经能够生产制作28纳米芯片的设备。
第五,辅助材料。包括光刻胶、掩膜版、靶材、封装基板等等,这些材料目前国内仍无突破。
芯片制造是如此之难,却又如此重要。它在整个国民经济中占有基础性、战略性地位,不管是民生,还是国防、工业、装备、航天,等等,芯片出问题,就等于人的心脏出问题。芯片又是一个全球充分竞争的行业,但进入的门槛高,周期长,资金密集、技术密集、人才密集;投资动辄数百亿美元,所需的研发人员成千上万,目前芯片行业基本是全球有限寡头间的竞争,是跨越国界的国际市场竞争。
由于芯片重要的战略价值,这场竞争不仅是市场的竞争,还是国家间的竞争,芯片产业甚至成为贸易战的有力武器,成为竞争对手之间限制和制裁的重点产业。
“铁幕”消失,“硅幕”开启。中美经贸摩擦以来,“芯片”成为热词,成为焦点。2020年9月15日,迫于美国技术垄断压力,台积电正式停止为华为麒麟芯片代工。华为花了600万人民币从台湾包机拉回了最后一批芯片,据说这600万人民币是全体华为高管们集资的钱。台积电把能给的货都给了华为。但华为储存的芯片也只够支撑2021年半年的手机出货量。
曾有消息称,美国商务部要将中芯国际列入实施制裁实体名单。中芯国际在中国刚刚上市,募资200多亿元。如果中芯国际在上游的设备和技术上出问题,高性能芯片生产将再生变数,前景不妙。2023年,美国又对华为芯片全面断供。
2022年5月,美国总统拜登签署总额高达2800亿美元的《芯片与科学法案》,促进半导体企业回归和提高在美产量,以帮助美国在生产先进芯片方面领先世界。2022年10月7日,美国商务部经济安全局再次发起对华芯片限制,包括设备、零部件、技术、人才等多个方面,下手狠、范围广,在四个重点领域:超算、人工智能、汽车、手机,几乎一刀切。2023年1月28日,美国、荷兰和日本就限制向中国出口先进芯片制造设备达成协议,涉及ASML、尼康、东京电子等企业的设备产品。
在芯片领域,中国基本上没法反制美方制裁,供求和技术水平极端不对称,对于英特尔、高通、苹果、微软等外国企业,我们都是强依赖,而其对中国则是弱依赖。正如美国要遏制抖音、微信,我们也没法反制,因为谷歌早已离开中国,脸书压根儿就没到过中国。
美国国家安全战略和美国对华战略都将中国作为头号竞争对手,全面遏制中国已是既定政策。把芯片作为非对称精准打击的施力点,对美国而言是机会成本最低的做法,并且它对中国的伤害是最大的。以关税为标的的经贸摩擦,转化为以芯片为武器的科技摩擦、产业摩擦。华为就是其牺牲品,接班人一度被羁押、芯片断供、操作程序到期,美国商务部对华出口管制实体清单上有1000多家企业,华为及其相关企业占了100余家。当然,美国对华为感到恐惧也是有原因的。历史上的信息技术革命,主要是由美国的通信企业发起。华为是有通信产业基因的公司,不光有移动终端产品,还掌握着领先世界的5G技术。在即将到来的数字时代、智能时代,如何能争夺到主导权?芯片成为关键产业的关键环节。
美国政客鼓动与中国全面脱钩虽是痴人说梦,但科技脱钩已经开始实施。怎么办?第一个想到的办法就是抢人,以提高数倍的工资挖人。
任正非曾到东南沿海地区的高校去招募人才,因为华为需要增加3万名工程师来充实研发队伍。因为当下企业最缺的就是人才,芯片之战已经成为人才之战。高端制造业的一个特性就是与科学和教育水平密切相关,其竞争也是国家间教育和科学力量的角逐。目前,中国教育系统还没有独立培养出理工学科领域的诺奖得主,这意味着我们缺乏从0到1的颠覆式创新能力。华为的5G是哪儿来的?其技术原理最初是一位土耳其科学家提出的假设,最后被华为发现并变成了产品。先进技术先由科学家提出假设、实验室发明,最后由企业家和科学家共同将其产业化。中国工业化快速追赶西方,中间很多环节还有所欠缺。由于基础研究差,导致了底层的硬件、软件都要依赖别人,这是根本差距。
制造业占GDP比重达峰并开始逐渐下降时,为保持工业发展的势头,必须加大研发投入,使创新能力成为工业制造业的第一动力。就一个国家和地区来说,保持研发投入超过制造业产值的3%~4%、保持从0到1的基础研究创新投入占总研发投入的20%以上、保持制造业创新领先的独角兽企业占资本市场市值的30%以上,是制造强国的标志。
应该说,我们还在追赶当中。提出发展新格局,并不意味着问题已经解决,而是为了应对复杂严峻的国际环境,做出必要的思想准备和工作准备。
有经济专家一直强调发挥比较优势,但现在我们的比较优势越来越弱了。如果继续坚持比较优势,我国将永远处于产业链的中下游,高端的东西永远掌握在别人手里。芯片等高端制造业在国内有巨大市场,自己不发展却受制于人,不是长久之计。
新冠疫情导致全球产业链重构,原来的产业链是跟着成本走,哪里成本低往哪里布置,现在则变为哪里安全往哪里布置。当然,效率和利润原则仍然在起作用。虽然美国政府提出脱钩,在企业巨大的经济利益面前,也可能妥协。所谓的“实体清单”就是要美国企业报批,经过审批之后仍然可以做生意。此后,美国大批企业已经开始向美国商务部申请。但反复博弈、逐步脱钩将是大趋势。中国科技界、企业界对此应做出最坏打算。
中国在1982年即成立电子计算机和大规模集成电路领导小组办公室,简称“大办”。在国家层面设立一个产业的领导组织,政策力度之大可想而知。在推进芯片产业发展方面,1990年有908工程,1999年又有909工程,2000年国务院专门发布了关于芯片发展的18号文件。
从国家高技术研究发展计划(863 计划)开始,许多政策和资源向芯片领域重点倾斜。十大专项基金设立之后,01号、02号项目都给了芯片产业。2014 年,国开金融、中国烟草等企业成立了专门扶持半导体产业的“大基金”,即国家集成电路产业投资基金。据媒体报道,该基金第一期募集了1300亿元。2023年开始第二期募集,资金规模达2100亿元,并采取股份制管理,拥有包括财政部、中国烟草总公司在内的二十几个股东。此外,许多地方政府也把芯片列为重点发展产业。
产业政策很重要,但政策不是万能的,问题有三。其一,政策自上而下,全面撒网,没有专注于细分领域突破。而细分领域由谁来突破?只能是离市场最近的企业。所谓细分领域,实际上是由企业来定义的——企业做大了,一个细分领域就成立了,但做规划的人并不知道哪一个细分领域可以做大。其二,基金到了企业,尤其是大型国企、央企,很可能被用于基建。因为企业领导人任期只有一届到两届,如果搞基础研发,搞人才投入,任期内很难看到效果,他们宁愿买技术赚快钱。其三,所有相关政策和项目的制定者以及评审专家,大多是从央企、大学抽调,委员专家不可能完全中立,既是裁判员,又是运动员,无人为项目负最终责任。
1982年,“大办”计划确定了“两基一点”的芯片产业选址布局。“两基”指的是江浙沪、京津沈,而“一点”则是指西安。然而,当时的人们很难想象深圳和成都会异军突起。虽然全国统一的体制具备一定的优势,但技术创新的主体永远是企业。制和市场主体之间存在着一对难以协调的矛盾。
事实上,中国政府在芯片产业上的投资金额是全世界最多的,超过了美日韩和欧洲国家,然而,其效果却一言难尽。各地纷纷引进投资,芯片项目成为抢手货,根据相关统计数据,截至2020年8月,中国有近万家企业转向芯片行业。
在资本市场上,风险投资和私募股权投资公司都在寻找芯片项目,芯片投资咨询机构也如雨后春笋般涌现。专家、企业家、投资者和中介相互鼓舞,也相互误导。这些投资公司投入资金、讲故事、套现、退出,令中小投资者见芯片犹如韭菜之见镰刀,被割得狼狈不堪。
然而,市场上募资的公司都是新公司,它们只有漂亮的演示文稿,却没有真正的产品。有些公司甚至只是搞了个样品就宣称开始量产。大多数企业缺乏上下游产业链,销售额低,没有利润,甚至没有真正从事芯片研究的团队。
几年前,某大学微电子学院的院长从美国购买了芯片,然后让临时工将商标去掉,换上汉芯的标志,以此骗取了11亿元研发资金,更糟糕的是,这一行为耽误了许多国家项目的开展,破坏了产业生态。2020年,投资153亿元的武汉弘芯项目停工,随即宣布破产,其所拥有的国内唯一的7纳米光刻机被银行抵押。地方政府和企业急于追求成就,无视芯片企业的研究基础和团队实力,导致了惨痛的失败B体育,令人唏嘘不已。
中国必须发展自己的芯片产业,这一点毋庸置疑。未来全球可能存在两条芯片供应链,一个是中国的独立链条,另一个则是美国等西方国家的链条。至于中国芯片产业能不能成功,在多大程度上成功,现在还言之过早。
早在2010年,中国就成为世界第一制造大国,但10年后,小小芯片仍是第一制造大国不可承受之重。如果将世界制造业比作巨人,美国是头脑,日本、德国是心脏,中国则是四肢,扮演着承担基础工作和劳动密集型工作的角色。
中美经贸摩擦和新冠疫情使我们意识到,我们在全球价值链中处于中低端的位置。中国制造业有品种优势,但缺乏品质优势;有成本优势,但缺乏技术优势;有速度优势,但缺乏质量优势;有产品优势,但缺乏品牌优势。“十四五”开局之前,全国开始排查各行业的技术瓶颈,制造业是技术瓶颈最多的领域。
中国芯片制造业中操作系统、新材料系统、精密设备系统,三大系统均受制于人。类似关键技术和核心零部件受制于人的情形,还存在于其他领域,如航空发动机、传感器、离子隔膜、高压柱塞泵、环氧树脂等。
所以,如果真的要断开外循环,中国的内循环可能也将是一句空话。内循环为主体,外循环仍然必不可少。而且,即使内循环为主体,也要防止因外循环不畅,而再次形成新的差距。特别是一旦在美国主导下形成全球联盟,中国高新技术制造、先进制造、高端制造面临的挑战和限制将会越来越多。
还须提防,如果经济长时段下行、财政越来越困难,制的政策效应会逐步递减,也会受到国际市场质疑。尤其要提防类似芯片竞争这样的竞争陷阱。
什么是竞争陷阱?当我们利用举国之力不惜代价将产业水平追赶上西方的时候,西方突然放开市场,那么所有不惜代价的投资等于打了水漂。芯片是这样,上文列举的所有被“卡脖子”的行业亦是如此,假如各个行业都遭遇竞争陷阱,这对整个中国的国力将是巨大的消耗。竞争陷阱,不可不防。
芯片产业千万不能脱离全球创新链。外循环仍然至关重要。习2020年9月11日在科学家座谈会上讲了六条加快科技创新的意见,其中一条就是“加强国际科技合作”。当前,需要的仍然是“加强”,而不是“减弱”。加入,而不是脱离全球分工协作系统,仍然非常重要。
半导体是当前中美科技战的“主战场”。全球年产值6000亿美元的半导体产品涵盖了上千款芯片和近10万种分立器件,支撑了下游年产值几万亿美元的各类电子产品,以及年产值几十万亿美元的数字经济。据估算,每1美元的半导体产品可拉动全球100美元的GDP。
2022年8月11日,美国宣布对中国禁运下一代GAA晶体管的EDA软件,而全球半导体物理和微电子领域的基础研究成果都被整合在EDA工具的工艺设计套件(PDK)中。由于以往中国各芯片企业通过购买EDA公司的PDK包共享全球半导体基础研究成果,中国决策者、政府人员,甚至产业界都认为,没有半导体基础研究也可以发展半导体产业。如今,用李树深院士的说法,美国已经拧熄了半导体物理学术交流的“灯塔”,我们进入了“黑暗森林”。
芯片的上游是半导体物理学,半导体物理学是一切半导体技术的源头。第一次量子革命诞生了激光器和晶体管等器件,产生了包括集成电路、光电子器件、传感器、分立器件在内的半导体信息技术,半导体领域的11项成果获得了9个诺贝尔物理学奖。当前晶体管已接近物理极限,“摩尔定律”即将失效,亟需突破新材料、新结构、新理论、新器件和新电路的瓶颈。相当大一部分核心专利来自半导体物理基础研究成果,而且这些成果不依赖EUV光刻机等最先进的半导体制造设备。通过大力加强半导体基础研究,围绕下一代晶体管的材料、器件、工艺等在欧洲和美国布局大量专利,就可以在芯片制造这个全球半导体产业链的“咽喉”部位设置“关卡”,形成反制手段,有望解决半导体关键核心技术“卡脖子”难题。
半导体产业链长且广。半导体产业链上游的任何一种材料、一种设备,甚至一个配件都可能成为制约竞争者的部位。即使半导体的发源地美国也不可能独立建构整个半导体产业链。为此,美国急于拉拢日本、韩国和中国台湾地区组建半导体四方联盟(Chip4),提升其半导体供应链安全性,同时遏制中国其他地区发展高端芯片产业。在中美科技战和产业链“脱钩”的背景下,我们即使设计或制造出先进芯片也难以打入国际供应链。通过大量投资进行国产化替代,只能实现内循环或拉近与美国的差距,仍然无法改变我中有你,你中无我的“卡脖子”困境。
长期以来,美国每年的半导体研发投入超过全球其他国家总和的2 倍。2018年,美国联邦政府投入半导体的研发经费是60亿美元,而半导体企业投入则高达400亿美元,这接近中国中央财政3738亿元人民币的科技研发总支出。在“美国的未来取决于半导体”的口号下,美国在2022年通过了投资额达到2800亿美元的《芯片与科学法案》,其中包括在2022年—2026年向芯片产业提供约527亿美元的资金支持,为企业提供价值240亿美元的投资税抵免,鼓励企业在美国研发和制造芯片,并在2023年—2027年提供约2000亿美元的科研经费支持等。
中国科技投入的绝对量很大,2021 年是 2.78 万亿元人民币,排名世界第二,占GDP的比重是2.44%,很有潜力。但其中的基础研发只占总投入的6.2%,这一比例到2025年要力争达到8%。发达国家是15%~20%。而且,在各种不同的统计口径下,中国成果转化率最高是30%,不及发达国家的一半。