实现“芯片自由”，我们还差什么？
原创 传播君 李晗 网络传播杂志
当下，信息技术加速迭代发展，国际形势风起云涌，实现“芯片自由”成为社会各界关注的焦点。清华大学教授魏少军长期致力于超大规模集成电路（芯片）设计方法学的研究和通信专用集成电路技术研究，曾担任国家“八六三计划”超大规模集成电路设计专项专家组副组长等职务，对我国集成电路产业发展有着深刻的洞察。近日，他接受了传播君的采访，对如何破解芯片“卡脖子”等难题做出解答。
清华大学教授魏少军接受传播君采访。图/传播君 李晗 摄
01
产业持续增长，高端芯片依赖进口
集成电路是半导体元件产品的统称，是半导体行业的重要一环。近年来，集成电路持续向更小的特征尺寸发展，让每个芯片可以包含更多的晶体管，其生产制作的技术含量也不断提升。
“充分认识信息技术的基础性作用和对现代社会发展的赋能作用。突破信息领域核心关键技术，打造安全可控网络信息核心装备是我国网络信息领域的当务之急。
芯片在新一代信息技术中扮演着决定性作用，安全的信息基础设施、第五代移动通信、VR/AR、超高清显示、自动驾驶、人工智能等都有赖于芯片技术的持续创新。”魏少军指出。
如今，信息技术产业是全球 GDP 增长的主要动力。数据显示，半导体产业强力支撑了信息产业的发展，1987 年至 2001 年，全球半导体产业的累计收入为 15024 亿美元，平均每年为 1002 亿美元；2002 年至2019 年，全球半导体产业的累计收入达 52213 亿美元，平均每年为 2901 亿美元，是此前 15 年的 2.9 倍。
对于中国集成电路产业发展状况，魏少军指出，2004 年至 2019 年，我国集成电路产业高速增长，产值增长近14倍，年均复合增长率达19.2%，远高于全球4.5% 的年均复合增长率。2019 年，中国集成电路产业继续维持两位数增长，全年销售达 7562.3亿元，同比增长15.8%。
集成电路产业链包括芯片设计业、芯片制造业和封装测试业三个环节。
据魏少军介绍，2019年各个环节销售额均超过2000 亿元，芯片设计业增速在“三业”中最快，年均复合增长率为 27.04%，是“三业”中 15 年来唯一增长皆为正值的环节，成为我国集成电路产业发展的重要“火车头”，占全球集成电路设计业的比重由 2004年的 3.56% 提升到 2019 年的 42.99%。
芯片制造业销售额从 2004 年的 180.5 亿元增长为2019 年的 2149.1 亿元，增幅达 11.9 倍，年均复合增长率达 17.96%。
在《国家集成电路产业发展推进纲要》的指导以及大型基金的强力拉动下，中国集成电路制造业正迎来新一轮的高速增长，2014 年以来，芯片制造业的年均复合增长率为 24.72%，为“三业”中最高。
封装测试业起点较高，从 2004 年的 280.3 亿元增加到 2019 年的 2349.7 亿元，增长 8.4 倍，是“三业”中最低，年均复合增长率为 15.23%。
虽然国内集成电路封装测试业的总体规模被设计业超越，但封测企业的技术水平显著提升。整体产业结构日趋均衡，封装测试业占比从 2004 年的 51.4%下降到 2019 年的 31.1%。
魏少军指出，国内芯片产业整体呈现出需求旺盛、供给不足的情况。根据 WSTS & CSIA-Fabless 的数据，国产芯片产品在全球市场的占比从 2013 年的 4.3% 增长为2019 年的10.3%。
对比来看，从 2013 年到 2019 年，国产芯片产品在本地市场的占比从 14.9% 提升到 29.5%，产值也从 2013 年的 131.5 亿美元增加到 2019 年的425.9 亿美元。
值得注意的是，虽然国内集成电路产业的发展取得长足进步，但是在计算机系统、通用电子系统、通信装备、存储设备、显示及视频系统中的核心芯片，国产芯片的市场占有率许多都低于 0.5%，只有少数芯片的市场占有率能超过 20%。
中国对高端芯片的依赖程度从集成电路的进口额也能直观体现。魏少军介绍了一组来自中国海关的统计数据，2014 年至 2019 年，进口集成电路价值从 2177.2 亿美元增长为 3064.3 亿美元，增长比例为 40.7%。
其中，进口微处理器（控制器）5 年间增加 385.5 亿美元，2019年达 1437.7 亿美元，增长比例为 36.6%。进口存储器从2014 年的 542.8 亿美元增长为 2019 年的 947.0 亿美元，增加 404.2 亿美元，增长比例为 74.5%。2020 年 1至 6月中国进口集成电路 2422.7 亿块，同比增长 25.5%；进口金额为 1546.1 亿美元，同比增长 12.2%。
此外，据中国半导体行业协会统计，2020 年1至 6月中国集成电路产业销售额为 3539 亿元，同比增长 16.1%。
11月23日，浙江乌镇，之江实验室自主研发的类脑计算芯片出现在“互联网之光”博览会的展厅内。图/本刊记者 李晗 摄
02
重视产业结构，打好关键核心技术攻坚战
近日，党的十九届五中全会审议通过的《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》对“坚持创新驱动发展”作出重要部署，提出要“打好关键核心技术攻坚战”。
面对高端芯片紧缺的现状，魏少军接受采访时表示，缺乏相关核心技术无疑是事实，但还应对具体问题进行具体分析，产业结构也是影响相关技术发展的重要因素之一。
他分析，目前我国的芯片产业结构是先设计、再制造、接着封测，最后再回到设计环节销售。
其中，芯片设计企业需要赚取毛利的 30% 以上，制造业需要赚取毛利的 25% 至 30%，封测业则需要赚取毛利的 15% 至20%，这三个环节的利润叠加起来让整体产业链的中间成本增高，产品的生产成本增加 60% 左右。
在国外，整合芯片设计制造多个环节的 IDM（集成器件制造商），既做设计又做生产，也做封测，还管销售，把这些环节的利润全部压到很小，进而将芯片以很低的价格卖出去，保持市场优势。
企业依靠 IDM 模式，实现了芯片设计、制造、封装和测试等多个环节的集成，降低了芯片的成本。
与此同时，发展芯片产业需要精细化工高纯材料，我国相关产业还存在一定短板。
魏少军在接受采访时介绍，以半导体生产的重要基础材料光刻胶为例，一方面，世界各国对光刻胶一年的用量大概在数亿美元的规模，而我国的化工企业往往是几百上千亿的产值，光刻胶这样的小众产品对化工企业的吸引力不强；另一方面，光刻胶的主要材料有几十种，辅助材料有上百种，在研发的过程中需要经过数千次尝试，每一种配方都需要时间去测试，整个过程起码要五六年时间。
这需要企业进行大量持续性投入，而我国的光刻胶材料产业是从 2008 年才刚刚起步，与国外巨头企业相比较晚。
“目前国内的 28nm 芯片的光刻胶已实现试产，但14nm 还需要时间。”魏少军说。其实，像光刻胶这样需要抓紧时间攻关的材料还有不少，如果不能实现突破，受制于人的压力就会很大。
针对芯片“卡脖子”问题，魏少军坦言：“其实中国在发展集成电路产业的几十年中一直在被遏制，前有输出管制统筹委员会（对社会主义国家实行禁运和贸易限制的国际组织，通常被称为‘巴黎统筹委员会’），后有瓦森纳协定（全称《关于常规武器和两用物品及技术出口控制的瓦森纳协定》）……这么多年我们都在被遏制的过程中不断努力拉锯。而美国政府现在的做法实际上很不明智，很可能会造成美国企业慢慢丢掉自己的市场。因此，我们要有战略定力，坚持不懈地投入时间、金钱、人力发展相关产业。”
03
把握产业规律，形成长期稳定投入机制
在芯片产业的发展热潮之下，百亿级甚至千亿级半导体项目烂尾破产的消息引发舆论关注。
10 月 20 日，国家发改委政策研究室副主任、新闻发言人孟玮在新闻发布会上指出，国内投资集成电路产业的热情不断高涨，一些没经验、没技术、没人才的“三无”企业投身集成电路行业，个别地方对集成电路发展的规律认识不够，盲目上项目，低水平重复建设风险显现，甚至有个别项目建设停滞、厂房空置，造成资源浪费。
“地方政府引进芯片产业，招商引资的因素占了绝大部分，我觉得这存在很大问题。”魏少军在接受传播君采访时表示，在国际形势变幻莫测的背景下，地方政府上马集成电路项目的想法可以理解，但需要对集成电路产业规律和技术特点有清晰的了解，否则很容易造成盲目冒进的后果。
他表示，国家在这方面有很清晰的指导意见，如主体集中、区域聚集等。半导体产业是规模化产业，建设一个工厂需要很多的配套设施，而打造这些的基础设施资源非常耗费资金。如果在一个地方集中建设相关产业，基础设施资源便可以共享。
不仅如此，地方财政前期投入的上百亿元还只是刚刚开始。魏少军介绍，要建立一个盈亏平衡的状态，大概要投入 40 亿至 50 亿美元（相当于 250 亿至 350 亿人民币），这只是针对 14nm 技术节点的投入，发展到 5nm等更新的技术节点，需要投入的资金会更多。而想要建成一个盈利的项目，资金投入更是要达到 140 亿至 150亿美元（相当于1000 亿人民币）。
“这个过程不是短时间内能够完成的，需要耐心和决心。有的地方政府想着，我先投点钱开个头，然后边走边看，这是不行的。”魏少军说，很多地方在项目初期进行了投资，却无法持续投入下去，项目就只能烂尾，而且芯片制造设备长期不用的话也会坏掉。
不仅如此，发展集成电路产业，在某种程度上也会对当地环境带来一定污染，尽管可以采取很多措施降低影响，但毕竟无法完全消除污染。产业建设同样对水、电等基础设施提出了要求，需要消耗大量的水、电资源。不是所有地方都适合发展半导体，“在条件不成熟的时候强行上项目，最后的结果就一定是烂尾。”魏少军说。
面对当下的“芯片热”，他建议地方政府应认真倾听国家的指导和行业专家的意见，保持理性。
对此，国家发改委日前也指出，要按照“主体集中、区域集聚”的发展原则，加强对集成电路重大项目建设的服务和指导，有序引导和规范集成电路产业发展秩序，做好规划布局，引导行业加强自律，避免恶性竞争。同时也要引导地方加强对重大项目建设的风险认识，按照“谁支持、谁负责”原则，对造成重大损失或引发重大风险的，予以通报问责。
对于中国应该如何规划半导体产业的布局，魏少军认为，要尊重已经自然形成的产业布局，而不是刻意地去人为布局。
根据他的观察，在过去数十年我国半导体产业的发展过程中，已经形成明显的区域聚集态势：长三角地区组成行业龙头，沿着东海岸往北直至京津冀组成一翼，向南走到了珠三角区域组成另一翼，还有一条“尾巴”向内发展直至长江上游地区。他将这一地理格局形象地称之为一只大雁，“这个自然格局已经证明了它的合理性，我们应当依照其发展。”
在推动集成电路整体产业发展上，他再次强调应形成集成电路创新资源长期、稳定的投入机制。
“芯片是支撑数字经济发展的基础，在可以预见的未来，尚不会出现能够替代集成电路的其他技术，即使出现了，也需要数十年的时间和花费十数万亿美元才能够替代今天的集成电路。芯片是大国竞争的制高点，芯片技术和产业的发展必然成为国家战略。政策制定者必须抱有坚定的信念和决心，具备正确的战略判断力、实现路径的预见力和长期发展的战略定力，切忌政策摇摆、举棋不定，避免好不容易缩小的差距再被拉大，前功尽弃。”魏少军表示。
原标题：《实现“芯片自由”，我们还差什么？》