全球芯片产业格局与大国博弈
赵刚
芯片最早诞生于1958—1959年间，发源地是美国，迄今刚好60年。60年来，美国将芯片置于国家安全的战略高度，凭借着先发优势，一直牢牢掌握芯片的核心技术，并通过建立生态体系，引导相关产业的发展方向，始终站在全球信息产业发展的高地。从市场角度来看，除了在1985—1992年间被日本超越，美国一直牢牢占据市场份额全球第一的宝座。时至今日，美国在芯片市场的地位无可撼动，份额多年保持在50%左右;日本从1992年达到顶峰之后开始下滑，如今一落千丈，份额已跌至接近10%，与欧洲相当;韩国、中国台湾地区稳步上升，份额分别接近20%、10%;中国内地起步较晚，后发劣势明显，份额仅为5%。
作为高科技皇冠上的明珠，作为信息产业的基石，芯片必然是大国博弈的焦点，但由于芯片的技术积累绝非一蹴可就，以及产业生态导致的无形壁垒，其他国家和地区一时之间很难与美国“掰手腕”。
一、美国在芯片产业的领军地位
芯片起源于美国，遵循摩尔定律这一经验法则，即“当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18—24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍”，起步越早，先发优势和马太效应就越明显。美国是发源地，芯片性能自然领先一步，赢家通吃，先行垄断市场获得丰厚收益，然后再将大量资金投入研发，就可以进一步提升性能，形成正循环。
论及芯片产业，就绕不开英特尔公司。作为一家坐落于美国硅谷，具有50年历史仍站在芯片产业制高点的企业，英特尔公司是全球最大设计和生产半导体的科技巨擘。硅谷是美国集成电路产业的心脏地区，以英特尔公司为代表的集成电路企业均坐落在此。1968年英特尔公司从存储器芯片起步;1971年开发出第一个商用处理器，带来了计算机和互聯网革命;转折点出现在1981年，IBM开始采用英特尔公司研制的8086处理器，为后者的发展开辟了康庄大道;1986年，英特尔公司上市，开始高速发展;到1989年，英特尔公司一举超过所有日本芯片公司。自此之后的20年，英特尔公司凭借在处理器市场的领先优势，一直稳坐行业的头把交椅。
美国芯片产业之所以能够一直保持领先，并不在于拥有一两家领军企业，而是建立了全面领军的产业体系。美国政府对芯片产业的发展也给予大力支持，制定发展微电子的规划，明确了芯片发展的战略方向，并制定相应的政策和法规。1987年，美国国防部牵头，多家美国企业联合成立半导体制造技术战略联盟（SEMATECH），形成政府、国家研究机构、大学和民间研究机构及企业之间的联合开发体制和机制，加强上下游间的合作关系，一方面加强技术研究，一方面共享研发资源，形成了一个包括代工厂，IDM，无晶圆厂，测试、封装和组装公司，材料和设备供应商在内的合作伙伴网络。
经过多年的研发投入，美国的芯片技术不断沉淀，生态不断丰富，与后进者的差距变得越来越大，直至对方望尘莫及。根据半导体行业研究机构IC Insights的数据，2017年北美地区半导体厂商合计占据了全球半导体市场49%的份额;以营收为标准，2018年第一季度全球十五大半导体厂商（含晶圆代工）中，美国占据8席。
美国在全球芯片产业处于领军地位，并不仅仅是因为其先发优势，更得益于对高科技研发的高度重视。芯片是高度技术密集、人才密集、资金密集型的产业。根据IC Insights的数据，2017年半导体研发投入全球前十名的公司包括英特尔、高通、博通、三星、东芝、台积电、联发科、美光科技、英伟达、海力士，其中英特尔公司的研发投入高达131亿美元，占十强企业研发投入总额的36%，是排名第二位高通的3.8倍，是排名第十位海力士的7.6倍。
二、日本芯片产业的兴衰与日美博弈
20世纪50年代，日本索尼公司从美国购买了晶体管专利技术，并将其应用于消费电子产品，其他日本公司也纷纷效仿，仅用不到十年时间，日本消费电子产业就迅速崛起，对美国造成严重打击。为遏制日本消费电子产品占领美国市场，20世纪70年代，美国拒绝向日本提供集成电路，导致日本电子计算器在美国的市场份额从80%迅速跌至不足30%。认识到芯片的关键作用，日本开始举全国之力进行研发。日本政府积极从美国引进先进工艺技术、高端人才，制定了一系列相关的产业扶持政策，并大力减免企业的所得税。日本还由通商产业省（经济产业省前身）发起成立官产学结合的VLSI共同研究所，集合富士通、日立、三菱电机、东芝和NEC的研究力量，四年内取得一千多项专利，快速提升了整体的技术水平，为日本芯片产业的全面开花奠定了基础。到20世纪80年代，日本半导体制造装置国产化率达到了70%以上，并于1985年在全球芯片市场份额上超越美国，开启了日本芯片产业的黄金时代。
日本电子产业的快速崛起，让美国感到惊慌。美国迅速发起贸易战，芯片成为当时日美贸易战的主战场。对日本而言，作为唯一曾击败美国芯片产业的国家，巅峰时期全球前十芯片企业十有其六，且排名靠前。日本芯片产业后来的惨败，教训不可谓不大。总体来看，内外因参半。一方面，当时日本对芯片的战略意义认识不足，着眼于商业和贸易，主要考虑其经济意义;相较之下，美国经过深入研究得出结论，芯片是先进武器系统的基础，是美国军事霸权的根基，国家安全利益压倒一切，不能诉诸国际分工，不能基于商业逻辑决策。在战略定位来看，日美对芯片的认识就有本质性的区别，这是后期双方拉开差距的根本原因。第二次世界大战之后，美国通过贸易条款、汇率政策等一系列组合拳，将日本芯片企业打击得节节败退。2018年6月，东芝将其半导体公司TMC出售给Pangea公司，该公司由日美韩财团组建，贝恩资本控股，至此日本公司全部跌出全球前十五大半导体公司（以销售额计算）名单。但是，产业衰退造成的更严重问题是人才流失，大批顶级技术人员流向以中国和韩国为中心的亚洲企业。
尽管如此，日本在芯片领域的地位仍不容小觑，在材料、被动元件和设备、硅片和半导体设备方面拥有很深的技术沉淀。近年来，日本有复兴本土芯片产业的迹象，村田、瑞萨和TDK等厂商动作频频，不断推进收购，为物联网、传感器和5G等新技术和市场蓄势。
三、中美在芯片领域的差距与博弈
1965年，中国研制出第一块芯片，比美国晚了7年。但因受到各种技术封锁、国外企业的有力竞争、生态支持不足，导致中美在芯片产业上的差距极大。中国是全球最大的集成电路市场，市场需求约占全球的62.8%，但中国仅在中低端芯片部分实现国产化。对中国而言，只要肯花大价钱取得相关知识产权授权，芯片的国产化相对不难。但芯片核心技术并非花钱就能买来，需要长期的技术沉淀和广泛的生态支持，要实现自主可控仍然任重而道远。芯片最后的产品形态看似微不足道，但涉及产业链众多环节，其中凝聚着现代科技的精华，短期内难以攻克。芯片产业主要涉及指令集架构、设计软件、芯片设计、制造设备、晶圆代工、封装测试等六个核心环节，中国在大部分环节均远远落后于其他国家。
具体来看，在指令集架构方面，目前全球主要有X86、ARM、MIPS、PowerPC、SPARC、RISC-V等指令集，它们无一例外属于美国公司、研究机构或由其主导，国内除了龙芯在MIPS基础上有所扩展，在一定程度上属于自主设计，以及可以免费使用开放的RISC-V，绝大多数国内公司都是花费巨额资金来购买授权获得指令集。可以说，指令集架构就是芯片产业自主可控的第一个拦路虎。
芯片设计软件的情况也是如此。美国的Cadence公司、Mentor Graphics公司、Synopsys公司、Magma Design Automation公司、澳大利亚的ALTIUM公司以及日本的ZUKEN INC公司几乎实现了芯片设计软件市场的垄断，仅美国四家公司就占70%以上的市场。国内的华为、紫光展锐虽然拥有设计软件，但主要是内部使用，并没有进入市场和大范围推广。这是制约国内芯片产业自主可控的又一个瓶颈。
在芯片设计环节，全球芯片设计巨头包括英特尔、三星电子、高通、联发科、海力士等，总部位于美国的设计公司营收占芯片设计行业总营收的53%（不计入已被新加坡安华高公司收购的博通公司）。中国有华为海思、紫光展锐等10个公司进入前50大芯片设计公司榜单，总体市场份额增长最快，但占比仍然较小。比较来看，中国虽然具有芯片设计能力，但主要集中在中低端，高端芯片的设计能力仍然相对较差。
在芯片制造设备领域，美国的AMAT公司、Lam Research公司、LKA-Tencor公司，荷兰的ASML公司以及日本的Dainippon Screen公司的销售额几乎占全球市场的80%以上。尤其是光刻机，核心技术掌握在荷兰的ASML公司，该公司是全球唯一的高端光刻机生产商，其高端光刻机不仅售价高，而且产量低，优先被英特尔、台积电、三星电子抢购，三家公司均占有股份。相较之下，国内只能提供低端的制造设备，因此，制造设备也是中国芯片产业实现自主可控的一个不可逾越的门槛。
在晶圓代工环节，全球代工企业主要有台湾地区的台积电、华联电子，美国的Global Foundries公司、韩国的三星电子以及中国的中芯国际等公司，它们的市场份额超过全球的70%。芯片产业链的最后一个环节是封测。全球规模较大的封测企业包括台湾地区的日月光集团、美国的Amkor公司、中国的长电科技等公司。总体来看，在芯片产业链的六大环节中，唯有封测环节，中国企业具有明显优势，不会受到其他国家和地区制约。
由于在芯片产业链的大多数环节都受到制约，中国对国外芯片高度依赖，不得不依靠进口来满足国内庞大的消费市场。根据《2017年中国集成电路产业现状分析》数据，除了移动通信终端和核心网络设备有部分集成电路产品占有率超过10%外，包括计算机系统中的MPU、通用电子系统中的FPGA/EPLD和DSP、通信装备中的嵌入式MPU和DSP、存储设备中的DRAM和Nand Flash、显示及视频系统中的Display Driver，国产芯片占有率都是0。根据海关总署的数据，2014年至今，中国的集成电路年进口额都超过2000亿美元，2017年已达到2601亿美元。从2015年起芯片进口金额已连续三年超过原油。
中美在芯片产业的博弈反映在美国限制对华高科技出口。多年来，美国一直实施严格的对华高科技出口政策，虽然出于政治、外交考虑，在口风上有所松动，但都是口惠而实不至，美国从未真正放松对华高科技出口政策，尤其是芯片。美国将芯片作为谈判的筹码，逼迫其他国家服从美国的霸权主义。通过“中兴事件”，中国也更加清醒地认识到中国企业必须进一步提高自主创新能力，尽快把核心技术掌握在自己手中。但是，由于起步晚、发展快，人才缺口已成为制约中国集成电路产业发展的重要原因。
四、全球芯片产业格局的未来展望
与美国、亚洲国家相比，欧洲国家对芯片产业的重视程度相对不高，目前主要是恩智浦（NXP）、英飞凌和意法半导体（ST）三家企业，它们与美国公司之间还有较大的差距，不会让美国感到威胁。
台湾地区主要是台积电、联发科和联华电子等企业，在芯片产业链上的定位是第三方服务，主要在专业晶圆代工制造领域谋求更长期独占鳌头。40多年前，台湾地区政府与工研院共同推动“集成电路计划”，从美国引进集成电路技术，并实施RCA技转计划，培训半导体人才。20世纪90年代开始，台湾地区的半导体产业链逐渐完备，跻身世界半导体技术的领先群体。由于台湾地区并未处于整个产业的最上游，也不会让美国列为心腹大患。
从市场角度来看，韩国是目前最有可能挑战美国在芯片产业领先地位的国家。与日本相比，韩国芯片产业起步又晚十年，但是凭借政府保护、企业发力，如今韩国的市场份额已与美国最接近。韩国通过政府投入推动科技发展，实施“国家重点研究和发展计划”，重点发展集成电路技术和产业。凭借三星电子、SK海力士等大型企业，韩国在全球芯片市场份额逐步攀升，已稳步达到17%。韩国《中央日报》2017年披露的数据显示，半导体占韩国整体出口比重已远超钢铁、造船、汽车等传统优势产业。韩国尤其重视中国市场，中国是韩国半导体的最大出口市场，其次是中国香港、越南和美国。按照这一趋势预判，如果韩国芯片继续保持良好的发展态势，市场份额继续提升10%或者更多，就极有可能遭到来自美国的打击，从而会出现历史重演。可以预见，围绕芯片展开韩美贸易摩擦将成为大概率事件，贸易条款、汇率政策等措施也将轮番上阵。
尽管中美在芯片产业领域的差距显而易见，美国仍将遏制中国芯片产业发展作为重中之重。近年来，以英特尔为首的芯片厂商放慢了工艺制程升级迭代的频率，业界不时发出摩尔定律即将失效或终结的声音。技术前进的步伐放缓，在这个时间窗口内，美国的先发优势不再持续，追随者只要持续加大研发投入，就具有一定的可能性突破代际差距。这也就是美国之所以故技重施，全力堵截中國的大国崛起之路，掀起以“中兴事件”为特征的中美贸易摩擦，阻碍中国芯片产业发展的原因所在。面对美国“卡脖子”的做法，自主创新是中国的必由之路。中国必然要追求芯片产业的自主可控，与美国在芯片领域展开博弈将不可避免。习近平总书记强调，要“推动高性能计算、移动通信、量子通信、核心芯片、操作系统等研发和应用取得重大突破”。多年来，为推动和支持芯片产业发展，国家已发布相关产业政策，如《进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展若干政策》、《国家集成电路产业发展推进纲要》《关于集成电路生产企业有关企业所得税政策》等，并成立了国家集成电路产业投资基金，为产业发展注入动力。
五、结束语
芯片是具有高度战略意义的产业，是大国博弈的焦点。习近平总书记多次强调，要掌握核心技术，并指出核心技术受制于人是最大的隐患。而核心技术靠化缘是要不来的，只有自力更生。因此，芯片产业的自主可控是中国必须要攻克的重大课题。
要实现这一目标，中国政府必须将其置于战略地位，并进行顶层设计。统览各国芯片发展历史，决定产业发展水平的首要因素是政府对芯片产业的战略定位和支持力度。芯片产业的发展决不应局限于企业行为，更多地应表现为国家战略。
要实现这一目标，中国需要围绕芯片产业建立高水平的官产学体制和机制。从美国、日本发展芯片产业的经验中可以看出，由核心政府部门、产业链上下游的主导企业、技术实力强大的科研机构组成的官产学组织对芯片核心技术的突破起到关键作用。比如美国的半导体制造技术产业联盟（SEMATECH）、日本的VLSI共同研究所在美国、日本芯片发展史上均起到了不容忽视的作用，通过强强联手和资源整合，既解决了共性技术的共同开发，也培养了大批专业技术人才;既做到了互利共赢、保护了专利和知识产权，也促进了相关技术在联盟内部企业间的溢出。
要实现这一目标，中国还必须建立完善、多方兼容的产业生态体系。良好的产业生态对芯片产业的发展至关重要。通过大额的资金投入、集中的人才投入，一国或地区未必不可以开发出一款完全自主可控的芯片，但如果得不到产业链上下游主流产品的认可、兼容和适配，就得不到进一步发展的空间，无法持续推动技术演进。一方面要努力实现与国外主流产品的兼容适配，另一方面也要与国内供应商加强合作，开发基于国产芯片的产品，才能获得生命力。
要实现这一目标，中国必须加快引进和培育高端的芯片技术人才，制定高效的激励机制，并为其技术研发创造良好的工作环境。一方面要加强国外的高端人才引入，比如美国从中国、印度引进了大量技术型移民，应对集成电路技术人才不足问题;韩国、台湾地区在发展初期也大批引入来自美国、日本的高端技术人才;中国要努力推动出国留学人才回国，进军芯片行业，为他们创新创业提供支持和帮助。另一方面也要重视本土优秀人才培养，比如韩国派遣半导体专业人才去日本或美国深造，同时也加强本土优秀人才培养，将他们打造成行业领袖。要提高行业在社会中的地位，设计合理的商业机制，通过高回报引导最顶尖的优秀人才进入芯片行业。
最后，要实现这一目标，中国还必须抓住新一代信息技术革命的机遇，争取弯道超车。云计算、大数据、边缘计算、泛在计算、人工智能新技术的涌现为当前中国芯片产业提供了良好发展机遇。具体来看，云计算属于分布式计算，对芯片的单核计算能力的要求下降;大数据也逐步改变了传统计算模式，边缘计算对传统PC或者数据中心的依赖程度显著下降;人工智能则几乎重新分配了计算任务，计算任务开始更多地从传统的CPU转到GPU、FPGA、IPU等芯片，相比CPU，后面这些领域我国突破的可能性更大;物联网带来泛在计算，中国在嵌入式领域已经具有一定的积累。
