中国半导体现状：任务虽艰但未来可期！

美国及美国公司正在失去其在中国民营技术公司的影响力和市场份额,这些充满活力的、先进的并且具有创新力的中国公司更加坚定地打造一个以中国为中心的新型半导体生态圈,这种心态转变带来的反响将远远超过在中美关系的大背景下,利用半导体作为谈判工具带来的短期利益。

来源︱ChristopherA．Thomas

编译︱编辑部

随着先进半导体成为推动许多变革性技术发展的关键,尖端计算机芯片成为了21世纪地缘政治竞争的热门领域。然而,半导体却是中国经济中较为罕见的对外依赖型产业,这和很多产业依赖中国有很大不同。每年中国半导体的进口额超过3000亿美元,大多数美国大型半导体公司至少有25%的销售额来自中国市场。

这种相互依赖使两国的技术产业都受益。中国大型科技公司都依赖美国芯片,如果腾讯或阿里巴巴在发展早期采购中国产的微处理器,或自行开发制造,它们永远不会成长为今天的巨头。与此同时,许多美国公司也从中国客户、市场和创新中获益。半导体产业规模增长与成本下降,都离不开中国和亚洲的系统和设备制造业的扩张,从而让信息技术变得十分普遍。尽管太平洋两岸措辞严厉,但美国半导体公司和中国同行如今正共同努力在千百种产品设计和联合技术开发方面展开合作。

然而,这些合作并没能阻止半导体成为中美紧张关系的风暴眼。在后疫情和后特朗普时期,美国政府的许多人希望美国经济减少对中国的依赖,并探寻对进口中国硬件和出口前沿半导体及其制造设备的新限制条令。而此时,中国政府正在按照去年十四五规划明确提出的,努力追求“技术独立”的目标,尽管这个目标的定义尚且模糊。

但是,如何实现这种独立以及实现这种独立是否有意义,这是个极具不确定的问题。美国政府官员权衡政策选择时,他们首先需要了解中国及全球半导体产业,以及中国政府如何实现其发展国内芯片制造产业的目标。虽然中国的半导体产业已经取得了很大的进步,但是大部分细分领域仍然落后于国外竞争对手,并且在追赶的进程中会面临经济战阻碍。美国如何对待这一行业的政策,不仅会对中美关系产生重大影响,也会对美国的半导体、系统和互联网行业产生重大影响,这些行业的发展与中国密切相关。

理解半导体行业

虽然美国拥有大多数世界领先的半导体公司,但没有国家能在半导体价值链中具有真正的独立性。

美国也依赖于国外关键的上游输入资源和制造能力。任何一条半导体制造链都十分复杂,需要300种不同的输入资源,包括原材料晶圆、大量生产型化学品、专用化学品和大量的专用化学气体,这些上游会通过50多种不同形式的处理和测试工具进行处理分析。半导体设备、工具和材料来自全球各地,通常高度专业化。另外,半导体制造中的大部分设备(如光刻和测量设备),依靠经过高度优化的复杂供应链,这些设备中包含了数百家不同公司提供的模块、激光、机电模块、控制芯片、光学、电源等。如今半导体工厂的产线代表了数十万人多年研发的积累,将他们集成到一个单一的制造链中的过程可能汇集了成千上万的产品。

设计这些制造过程的产品类型几乎与制造投入的资源一样多种多样。至少有20个主要的半导体产品类别(从光学传感器、电池管理模块到CPU),每个类别通常为专门应用开发的数百个不同的库存料号(用于销售的不同产品)。这种复杂性创造了一个由无数细分专业方向组成的巨大市场,在半导体市场中,专业的世界级公司通过几十年有针对性的研发,在自己擅长的领域建立了牢固的市场地位。

复杂性也使半导体成为赢家通吃的行业。在任何特定的细分市场中,受规模、学习效率和客户高转换成本的影响,最顶尖的前一两家公司会赚得该细分市场的所有经济利润,不管是小市场(如熔炉),还是大市场(如服务器CPU),都很少看见新进入的企业打破这种垄断寡头地位。例如,图形处理器(GPU)市场的引领者英伟达(Nvidia),从1999年开发出该细分市场后就没有丢失过其领先地位,尽管中国在GPU市场有还处于早期的初创公司,但其市场份额基本为零。总部设在台湾的台积电(TSMC)是第一家专注晶圆代工领域的竞争者,在它33年的历史中一直没有失去其领先地位,而中国大陆晶圆代工领域的代表中芯国际,尽管投资发展了近20年,但在技术上仍落后台积电四五年。

中国的半导体战略

在2015年之前,中国花费30多年的时间和数百亿美元来打造国内半导体产业,向国内领先企业注入大量资源来与西方企业竞争。然而,尽管投入了这么多,中国的半导体公司仍占据全球市场的较小一部分。IHSiSuppli的数据显示,中国公司在半导体价值链中的全球份额处于以下水平:

芯片设计业约占20%

晶圆代工产能约占10%

整合元件制造(IDM)不到1%

EDA、半导体工具和材料不到1%

最重要的终端产品类别中市场份额不足1%,比如互联网数据中心用到的逻辑芯片,或者主要云供应商用来存储数据的高级存储芯片。

为了降低对国外半导体供应商的依赖,2014年中国宣布了一项重要的半导体新政策,第二年推出的“中国制造”政策也重点支持半导体核心技术。中国新的半导体政策与先前半导体政策相比,有两大创新:第一是通过并购的方式,从海外获取技术;第二是通过私人投资者带头投资(如私募股权基金),从而带来真正懂市场的资本。后来,随着时间的推移,这一政策转向了更加传统的产业政策模式,即给予指定的国家龙头企业大量的制造和研发补贴。然而,超过五万家中国实体公司注册为“半导体公司”,使得中国半导体投资正面临分散的风险。

尽管中国努力发展半导体产业,但2020年中国半导体产业的区域结构与2014年相比基本保持不变,并且从公司总部所在地的全球市场份额分布来看,中国本土半导体产业发生没有重大转变。在一些重要的制造技术领域,如光刻和最先进的软件设计工具,中国仍然落后几十年。中国半导体行业协会估计,要实现这个政策目标,中国需要补上大约30万工程师的人才缺口。近几个月,武汉政府介入接管了一家资金紧张的制造商——武汉弘芯,该公司曾夸口在逻辑制造领域投入200亿美元,这正是中国半导体行业面临困境的一个例子。

中国遇到了不少挫折,但也取得了一些进步。自2015年以来,由于收购,中国的后端制造业(封装测试)市场份额几乎翻了一番,达到40%。在芯片设计方面,中国的市场份额也几乎翻番,华为海思贡献很大。这些细分领域更符合中国的竞争优势:后端制造过程技术难度较低,依靠地劳动成本和运营效率;无晶圆设计公司得益于与终端客户应用紧密相连(中国的整机厂商在应用市场有较大优势),且由于现成可用的设计工具多,进入壁垒较低。当前,几乎在价值链的每一阶段都有中国竞争者,包括化学品、材料、工具和制造,尽管他们中的部分技术落后于市场领先者。中国正将其大量的风险投资和工程人才转到这个行业。在类似的技术壁垒较低的市场,如用于制造LED的MOCVD工具,中国公司已经研发出具有竞争力的制造设备。虽然中国半导体政策的的效果取决于中国工程师的战术和执行质量,但毫无疑问,中国半导体行业在未来十年将变得更具竞争力。

尽管还没有明确规定独立的定义,但十四五计划已经将“技术独立”列为国家战略。如果我们将技术独立定义为“自给自足”,一个完全受国内控制的半导体供应链,它服务于中国所有客户的需求,不侵犯全球任何公司的知识产权,这在中期显然是不可能的,长期来看也不太可能实现。首先,“只在中国、只为中国”的供应链模式在经济学上是行不通,即使在价值链的每个阶段中国企业赢得每个潜在中国客户80%的业务,中国企业的总体研发能力也不到行业总体研发能力的15%,甚至更少,因为中国的价格偏低,能够留存下来再投入到研发中去的利润更少。这种本土化战略将使中国仍落后于世界其他国家:只具备世界研发能力15%的公司研发出的产品如何与那些技术领先且总投入更多的企业的产品相竞争?当然,中国政府补贴能够缩小资金缺口。但是要在几十年里保持如此大规模的补贴,会使得许多半导体公司过于依赖政府资源,这在商业上行不通。

在手机和PC行业,中国半导体公司最好能以市场化方式取胜,而不是靠政府支持,并通过与国外公司合作,共同开发技术,建立生态系统,寻求全球客户。这就是中国几家主要消费电子公司,如Vivo,小米,联想和大型通讯设备制造商做的。多年来,这些领先的设备系统公司的销售额中,一半以上来自国外。

然而半导体技术已经成为与美国竞争的焦点,这种合作会变得更加困难。自2016年以来,美国政府以中国科技公司涉嫌侵犯人权以及与中国军方合作为由,将中国主要的半导体用户和供应商列入实体清单。这些公司包括大疆、中兴、海康威视等半导体用户,以及华为和中芯国际在内的半导体供应商。名单上的企业如果没有美国商务部工业安全局(BIS)提供的许可证,一般就没有资格获得任何受出口管理条例限制的产品与服务。美国政府还加强了对半导体等敏感技术领域收购或投资的监管,限制中国与美国公司、实验室和教育机构之间的联合研发和学术交流。综上所述,美国政府的这些举措,使得中国建设具有竞争力的半导体产业的任务变得更加艰巨。

尽管经济发展的趋势推动着中国企业走向全球化,但半导体价值链中的许多中国企业,从初创企业到老牌企业,都在悄悄地追求供应链“本土化”战略。他们借助这个时机专注于进口替代,并寻找方法将美国供应商从他们批准的采购清单中移除,或将他们作为替代供应商。他们鼓励中国媒体、政府官员和投资者将他们视为“中国龙头企业”。这些公司高管不是出于“爱国精神”或迎合“国家政策”做出这些决定,相反,他们是为了实现业务连续性的目标,减少未来出口管制和实体清单的风险。当然,很多时候这些企业家这么做,也是希望获得市场关注与政府支持,让企业上市套现。由于这些高管中许多曾在大型跨国公司工作,一些甚至持有美国护照,本土化战略通常不是他们希望的,但是新的贸易限制和更广泛的贸易限制前景,使他们开始更多地采用“在中国,为中国”的模式。

中国政府鼓励企业走本土化道路。例如,政府主动提出为中国企业提供保险,以防中国供应商的设备或材料出现问题,并且会根据是否承诺使用本土供应商来确定制造业补贴。但请别搞错,本土化的主要驱动力是当地商人的商业决策,而不是国家政策。

中国和全球半导体行业将如何发展,很大程度上取决于中国企业的战略举措和工程化能力,也取决于即将到来的拜登(Biden)政府的政策。中国的本土化举措,加上美国依赖于中国的硬件和制造业的普遍担忧,将对拜登团队的外交政策构成独特的挑战。拜登政府和国会的各方需要仔细权衡:美国半导体公司在世界上最大的市场中竞争带来的好处,与源自美国的技术危及到美国安全的弊端相比,孰重孰轻;厘清中国厂商在“国家驱动为主”和“市场驱动为主”之间的界限;让中国最优秀的学者在顶级工程学校学习并与国家实验室合作的好处和防备工业间谍侵犯知识产权的风险中,如何取得平衡;并且出台合适的半导体政策,让市场决定输赢。

尽管中国半导体产业的未来仍不清晰,但目前无可争议的是美国及美国公司正在失去它在中国民营技术公司的影响力和市场份额。这些充满活力的、先进的并且具有创新力的中国公司更加坚定地打造一个以中国为中心的新型半导体生态圈。这种心态转变带来的反响将远远超过在中美关系的大背景下,利用半导体作为谈判工具带来的短期利益。