就半導體產(chǎn)業(yè)來(lái)看，中國與美國的差距到底有多大？

在最新發(fā)布的《2020年美國半導體行業(yè)現狀》報告中，美國半導體行業(yè)協(xié)會(huì )(SIA)從全球半導體市場(chǎng)份額、研發(fā)投入、制造產(chǎn)能，以及就業(yè)等方面描述出美國半導體行業(yè)的現狀，進(jìn)一步用數據驗證了美國半導體行業(yè)在全球的領(lǐng)導地位，同時(shí)也指出了潛在的威脅與挑戰。

《國際電子商情》姊妹刊《電子工程專(zhuān)輯》主分析師顧正書(shū)根據相關(guān)調研機構的統計數據和預測，對中國半導體的現狀與美國半導體進(jìn)行了對比，通過(guò)一些數據揭示出我們目前的差距有多大。只有對自己有了清楚的認識后，我們才能理性客觀(guān)地做出正確的決策，將有限的資源投入到最需要補缺的地方。同時(shí)，我們也可以看到未來(lái)的發(fā)展機會(huì )，通過(guò)技術(shù)創(chuàng )新和強大的市場(chǎng)需求來(lái)加速中國半導體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展步伐，早日在全球市場(chǎng)占據領(lǐng)導地位。

全球半導體營(yíng)收對比：美國47%，中國大陸5%

據世界半導體貿易統計(WSTS)的統計，全球半導體營(yíng)收在2018年創(chuàng )下破紀錄的4680億美元，2019年則因為存儲器市場(chǎng)的周期性調整而下滑12.1%，降至4123億美元。WSTS預測，由于新冠病毒疫情對全球經(jīng)濟和供應鏈的影響，2020年相比2019年僅有微小增幅，預計達到4260億美元，2021年將回升至4520億美元。（編者注：以下圖表若無(wú)特別注明，均來(lái)自SIA報告，其中國家/地區分類(lèi)將中國臺灣和中國大陸分開(kāi)統計）

從最終用戶(hù)需求來(lái)看，全球半導體的主要應用市場(chǎng)包括通信、計算機、消費電子、汽車(chē)、工業(yè)和政府機構等六大領(lǐng)域，占比分別為33.0%、28.5%、13.3%、12.2%、11.9%和1.3%。AI、量子計算、5G、物聯(lián)網(wǎng)和智慧城市等新興應用將是全球半導體未來(lái)增長(cháng)的驅動(dòng)力。

在4123億美元的全球營(yíng)收中，美國半導體公司占據47%，而中國大陸的公司只占5%。

若進(jìn)一步細分到半導體器件類(lèi)型，微處理器/數字/邏輯器件的美國占比為61%，中國大陸為9%；模擬器件美國占63%，中國大陸低于5%；存儲器方面，美國占23%，中國大陸幾乎為零；分立器件美國占23%，中國大陸占5%。

若按產(chǎn)業(yè)鏈上下游分工和商業(yè)模式劃分，美國在全球IDM市場(chǎng)的占比為51%，Fabless市場(chǎng)為65%，半導體設備占比40%，而在晶圓代工和封裝測試方面則相對較弱，分別占比10%和15%。

2019年中國大陸的晶圓代工行業(yè)整體營(yíng)收為391億元，全球占比約10%。目前中國大陸只有華潤微和士蘭微這兩家IDM廠(chǎng)商，而且規模相比美國IDM公司仍然很小。據中國半導體行業(yè)協(xié)會(huì )統計，2019年中國IC設計銷(xiāo)售額為3,064億元，全球占比約10%。封裝測試產(chǎn)業(yè)營(yíng)收為2350億元，全球占比約20%。

研發(fā)投入：美國16.4%，中國大陸8.3%

自上世紀90年代以來(lái)，美國半導體在全球一直處于領(lǐng)導地位，市場(chǎng)份額接近50%。美國半導體公司始終保持競爭優(yōu)勢的秘訣在于持續在R&D、設計和制造工藝技術(shù)方面的巨額投入。巨大的技術(shù)研發(fā)投入讓美國公司贏(yíng)得技術(shù)優(yōu)勢，獲得高額利潤，從而可以拿出更多的資金用于新技術(shù)的研發(fā)，這一創(chuàng )新模式讓美國半導體處于一種良性循環(huán)的發(fā)展狀態(tài)，得以保持領(lǐng)先地位。

從1999到2019年，美國半導體的研發(fā)投入年復合增長(cháng)率為6.6%，2019年達到398億美元。從研發(fā)占銷(xiāo)售收入的比例來(lái)看，美國平均為16.4%，而中國大陸只有8.3%。

半導體設計和制造是一個(gè)資本密集型產(chǎn)業(yè)，隨著(zhù)半導體工藝技術(shù)的演進(jìn)，資本投入的要求越來(lái)越高。以數字和邏輯器件的晶圓代工為例，晶圓產(chǎn)能達到10萬(wàn)片/月的資本投入正隨著(zhù)工藝的進(jìn)步逐代飆升，從14nm/16nm的120億美元，攀升至5nm的200億美元。能夠支付起這么高額開(kāi)支的公司也越來(lái)越少，2001年全球有30家公司可以制造當時(shí)最先進(jìn)工藝的芯片，而到了今天只有3家公司在追逐最先進(jìn)的7nm/5nm工藝。

在2019年全球半導體資本開(kāi)支中，美國占28%，而中國大陸只占10%，韓國和臺灣則分別占比31%和17%。同樣以數字/邏輯器件的制造技術(shù)先進(jìn)性為例，2010年臺灣和韓國落后美國2.5年，中國大陸落后4年。到了2019年，臺灣和韓國已經(jīng)趕上甚至超過(guò)美國，而中國大陸仍然有4年的差距。

雖然美國在半導體制造技術(shù)和晶圓廠(chǎng)方面有持續穩定的投入，但亞洲國家和地區卻在以更快的速度擴張產(chǎn)能?，F在，美國的產(chǎn)能僅占全球的12.5%，超過(guò)80%的產(chǎn)能分布在亞洲。2019年，全球新建六座晶圓廠(chǎng)，全部在美國之外，其中有四座是在中國。

據預測，到2030年，美國的晶圓產(chǎn)能將下降到10%，而亞洲國家和地區則占據83%，屆時(shí)中國大陸將成為產(chǎn)能最大的國家。

半導體進(jìn)出口：美國出口460億美元，中國大陸進(jìn)口3056億美元

2019年美國半導體的出口額為460億美元，僅次于飛機、石油和汽車(chē)。這一方面是因為半導體需求的80%來(lái)自美國以外的市場(chǎng)（中國大陸是最大的需求市場(chǎng)），另外一個(gè)原因是美國半導體公司有44%的產(chǎn)品都是在美國本土的晶圓廠(chǎng)生產(chǎn)的。

2019年中國大陸集成電路累計進(jìn)口額為3055.5億美元，累計出口金額為1015.78億美元，貿易逆差達到2039.71億美元。

此外，美國半導體產(chǎn)業(yè)創(chuàng )造的直接就業(yè)機會(huì )為24.1萬(wàn)人，間接支持的工作機會(huì )超過(guò)100萬(wàn)。中國大陸的半導體從業(yè)人員約有19萬(wàn)人。

中國半導體追趕美國的機會(huì )

為繼續保持美國在全球半導體領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，SIA建議美國政府在基礎研究、國內生產(chǎn)、人才培養，以及貿易和知識產(chǎn)權保護方面加強投入。具體如下：

●通過(guò)聯(lián)邦政府科研機構、能源部和國防部等機構，將用于新型半導體材料、芯片設計和架構的科研預算從15億美元擴增到50億美元；

●加大美國在半導體相關(guān)領(lǐng)域的研究投入，比如材料科學(xué)、計算機科學(xué)、工程和應用數學(xué)等領(lǐng)域；

●建立新的半導體制造投資撥款項目以刺激更多先進(jìn)半導體制造工廠(chǎng)在美國本土啟動(dòng)和擴產(chǎn)，特別是在先進(jìn)數字/邏輯工藝、存儲器和模擬器件晶圓廠(chǎng)方面，以滿(mǎn)足國防、關(guān)鍵基礎建設和工業(yè)應用需求；

●改革美國高層次技術(shù)移民系統和相關(guān)法規，以鼓勵從美國大學(xué)畢業(yè)的STEM學(xué)生留在美國，為半導體產(chǎn)業(yè)的技術(shù)創(chuàng )新提供足夠的人才儲備；

●加強半導體領(lǐng)域知識產(chǎn)權偷竊和侵權的法律執行，以保護美國國家和企業(yè)的利益。

中國半導體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì )IC設計分會(huì )理事長(cháng)魏少軍教授在最近舉行的中國IC領(lǐng)袖峰會(huì )上呼吁，中國應成立由政府主導的“集成電路研發(fā)基金”，用于半導體基礎研究和芯片設計的前沿技術(shù)開(kāi)發(fā)。

據IBS統計，2019年中國市場(chǎng)的半導體供應量約有15.81％來(lái)自中國本土企業(yè)，而84.19％依賴(lài)外國公司。預計到2030年，中國市場(chǎng)的半導體供應量將有39.78％來(lái)自中國公司，60.22％仍將來(lái)自外國公司。這一預測數據也許有點(diǎn)保守，但我們計劃2025年半導體自給率提升至70%的目標確實(shí)很難實(shí)現。

中國的半導體供應（來(lái)源：IBS，2020年6月）

然而，中國企業(yè)的半導體需求量在穩步增長(cháng)。2019年，中國市場(chǎng)半導體消費量45％來(lái)自中國企業(yè)，2020年中國和外國企業(yè)在中國市場(chǎng)的半導體消費量將持平。隨著(zhù)新基建投資的逐漸展開(kāi)，來(lái)自中國本土市場(chǎng)的需求將保持高速增長(cháng)。預計到2030年，69％的消費量將來(lái)自中國本土公司，需求主要來(lái)自數據中心、消費電子、汽車(chē)、醫療等應用領(lǐng)域。

中國的半導體需求（來(lái)源：IBS，2020年6月）

中美貿易摩擦和科技冷戰將對美國半導體企業(yè)帶來(lái)負面影響，而對中國本土半導體企業(yè)則有著(zhù)極大的推動(dòng)作用。“國產(chǎn)替代”將給中國中小IC設計公司帶來(lái)前所未有的的機遇，同時(shí)中國本土的半導體設備和晶圓制造能力也將得到大力發(fā)展。

雖然高端芯片、先進(jìn)半導體設備和晶圓制造工藝的技術(shù)提高需要時(shí)間積累，但中國正在對5G、AI、IoT和量子計算等下一代技術(shù)進(jìn)行大量投資。以高鐵、新能源、5G網(wǎng)絡(luò )，電動(dòng)車(chē)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等為代表的“新基建”將帶動(dòng)半導體產(chǎn)業(yè)的高速增長(cháng)，預計到2030年中國將在許多關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域取得世界領(lǐng)先地位。