集成电路产业是基础性、先导性和战略性产业，其环球化程度高，国际竞争激烈。以我国集成电路产业链为研究对象，考察其国际竞争力、制约因素和发展路径。研究发现：我国集成电路产业在设计、制造和封装测试等环节均取得快速发展，产业规模不断壮大，产业链条初步形成。但是，由于起步晚和底子薄，产业链的关键环节缺失严重，核心技术匮乏，产能不足。制约因素既有外部因素，也有内部因素，使得产业链的完备性和安全性面临巨大的挑战。因此，需要从政府和企业两个方面给出完善我国集成电路产业链的路径。
    一、引言
    集成电路产业是国民经济的基础性产业。集成电路产业既是电子信息产业的基础和改造传统产业的核心，也是推动战略性新兴产业不断发展的关键。集成电路产业是国民经济的先导性产业。由此派生出诸如PC、互联网、物联网、智能手机、数字图像、大数据、云计算和人工智能等具有划时代意义的新一代信息技术产业。目前，集成电路的应用已经渗透到国民经济的各个方面，成为人民生产和生活的重要组成部分。集成电路产业是国民经济的战略性产业。集成电路产业既是当前国际政治和经济竞争的重要砝码，也是国际竞争最激烈以及环球资源流动和配置最彻底的产业。一个国家(地区)若能够在集成电路产业中占领制高点，其可以在世界市场中获取很大收益，引领世界经济发展的潮流。

    国际竞争和国家安全的双重需要，使得集成电路产业的发展日益迫切。近年来，我国(中国大陆)政府开始重视集成电路产业的发展。2010年，国务院将新一代信息技术列入扶持的七大战略性新兴产业之中。2014年，我国出台了《国家集成电路产业发展推进纲要》，并设立“国家集成电路产业投资基金”。2015年，《中国制造2025》将新一代信息技术产业列为十大领域之首，集成电路及专用设备是该领域的重中之重。因此，集成电路产业对我国经济发展具有重要的战略意义。中科院微电子所所长叶甜春指出：“解决中国芯，支撑中国未来30年的发展”。 近年来，我国集成电路产业呈现出高速增长的态势。但是，核心技术和核心产品严重依赖进口，贸易逆差规模逐年扩大，自主可控的产业链尚未形成。因此，我国集成电路产业的整体实力较弱，产业规模较小，且产业链的多个关键环节缺失或竞争力较弱。“缺芯少魂”严重地威胁着产业的安全，制约着产业的发展壮大。为此，我国集成电路产业的国际竞争力如何？制约其发展的主要因素有哪些？发展路径在哪里？本文将系统系解答上述问题。
    二、集成电路产业概述
    (一)集成电路、半导体和芯片
    集成电路是采用特定的制造工艺，将晶体管、电容、电阻和电感等元件以及布线互连，制作在若干块半导体晶片或者介质基片上，进而封装在一个管壳内，变成具有某种电路功能的微型电子器件。半导体是指在正常温度下导电性能介于绝缘体与导体之间的材料。常用半导体有硅、锗、砷化镓等。芯片是指内含集成电路的半导体基片，是集成电路的介质。
    半导体的材料范围最广，其产品可以分为四类：集成电路；分立器件；光电子器件和传感器。一般而言，集成电路市场占整个半导体市场的85%左右。国外的统计范围是半导体产业，而我国的统计范围集成电路产业。按照用途，集成电路可分为四大类：微处理器；存储器；模拟芯片和逻辑芯片。微处理器和存储器也称为微处理芯片和存储芯片。因此，本文不再区分集成电路与芯片。
    (二)集成电路产业结构的演变
    集成电路产业的发展源于消费者对信息数量和质量的需求，以及集成电路设计与制造技术的不断进步。目前，集成电路产业的发展经历了四个阶段(王阳元和王永文，2008)。优质，集成电路产业的孕育期(1958-1967年)。1958年，美国德州仪器公司的杰克•基尔比(JackKilby)成功地研制出世界上优质块集成电路，其采用的半导体材料是锗(Ge)。1959年，仙童公司的罗伯特•诺伊斯(Robert Noyce)研制出基于硅(Si)的集成电路。之后，小规模和中等规模的集成电路相继问世。此时，生产集成电路的主要目的是为了电子系统公司使用，尚未形成独立的产业。第二，集成电路产业的形成期(1968-1981年)。1968年，英特尔公司成立，开辟了集成电路历史的新纪元。它独立于电子系统公司，向所有的电子系统公司提供微处理器和存储器等集成电路产品。这种自主设计、制造、封装测试和销售产品的厂商被称为IDM(集成器件制造商)。随后，IDM的市场份额逐渐扩大。1990年，IDM在环球集成电路市场的占比达到80%。以IDM为框架的集成电路产业初步形成。第三，集成电路产业的成长期(1982-1998年)。1982年，赛灵思开创了“无工艺生产线”的企业模式，被业界称为“Fabless”。1987年1月，台积电成立，开创了集成电路制造的代工模式，被业界称为“Foundry”。集成电路产业的专业分工和合作体系形成。第四，集成电路产业的拓展期(1999年-至今)。Fabless的诞生标志着集成电路开始服务整个市场。IDM也分出部分产能为Fabless服务。Foundry的出现体现了“服务意识”，其不仅为Fabless服务，而且为IDM服务。虽然Foundry属于第二产业的范畴，但从“自己的产品”已经消失的视角来看，Foundry的服务与第三产业的本质相类似。
    (三)集成电路产业的转移
    随着世界集成电路产业的形成、成长与拓展，其在国际间不断进行着产业转移(王阳元和王永文，2008)[1]。至今，集成电路产业经历了三次国际产业转移。优质，集成电路封装测试业的国际转移。20世纪60年代，日本与美国在集成电路制造领域产生了激烈的竞争。为了降低生产成本，美国将封装业从制造业中分离出来，转移到生产成本较低的亚洲国家。2005年，美国95%的集成电路在海外封装。上述产业转移对承接国家(地区)产生了较强的技术外溢，使得这些国家(地区)成为封装产业的领先者。2003年，环球前十名的封装企业都集中在亚洲，外包收入在环球封装业的比重超过70%。第二，集成电路制造业的国际转移。与封装测试业的国际转移的动因截然不同，集成电路制造业的国际转移不是为了寻找生产成本优势，而是为了拓展当地市场。集成电路制造业是典型的资本密集型产业，劳动力成本的占比较小。以12英寸的硅晶圆生产线为例，劳动力成本不足10%。20世纪70年代，美国与日本和欧洲之间的贸易壁垒较高，导致集成电路产品的国际交易成本上升。为了获取当地的市场份额，美国集成电路厂商开始把制造业向日本和欧洲转移。第三，集成电路设计业的国际转移。集成电路设计业的主要投入是人力资本和EDA工具。设计业国际转移的主要动机是为了接近市场和降低成本。20世纪70年代，集成电路设计业由美国向日本和欧洲转移。20世纪80年代中期，集成电路设计业由美国向中国台湾、中国香港和新加坡转移。目前，集成电路设计业开始向我国转移。
    (四)集成电路产业的特征
    集成电路产业的特征主要有四个方面，如图1所示。
    优质，集成电路产业是技术密集型产业。集成电路产业是制造业中最为复杂和最有科技含量的制造业行业。随着半导体纳米技术的深化以及电路结构的复杂化，集成电路产业的加工工艺也越来越复杂。以28nm成套工艺为例，工艺步骤约千步，每一步工艺需要精妙地与前后工艺完美结合。即使每一步工艺的良率达到99.9%，一千步工艺之后的良率也会低于37%。
    第二，集成电路产业是资本密集型产业。集成电路产业素有“吞金”行业之称。在“后摩尔”时代，随着集成电路制造的工艺不断逼近物理极限，工艺复杂度大幅提升，导致集成电路设计、集成电路工艺研发和生产线的投资急速上升。英特尔、三星和台积电等巨头，每年的资本开支都超过100亿美元。2016年3月，在武汉启动的国家存储器基地，总投资高达1600亿元。
    第三，集成电路产业是人才密集型产业。在集成电路领域，人才和知识是最重要的资产。集成电路产业凝聚了物理、数学、化学和生物学等众多基础学科的智慧，既需要这些基础学科的沉淀，也需要行业经验的长期积累。集成电路产业技术既有较高的交叉性，也有较强的复合性，且更新较快。技术是由人才掌握，人才是技术的载体。技术密集必然导致人才密集。
    第四，集成电路产业的集中度较高。产业集中度反映了产业的竞争程度和垄断程度。集成电路产业的利润较高，要求相应的投入较大。由于市场存在波动性，使得该行业的风险较高。因此，集成电路的产业集中度越来越高，即“大者恒大，赢者通吃”。在集成电路产业链的多数环节，排名前两三位企业的市场份额累计达到了70%-80%。博通、高通和英特尔的毛利率达到了40%-60%。但是，多数中小企业的利润微薄，甚至产生亏损。
    三、我国集成电路产业链的国际竞争力
    (一)产业链
    产业链是市场竞争的产物，能够同时提升竞争与合作两个方面。产业链证明了在不同的范围以及不同的参与者之间，竞争与合作可以共存。产业链能够大大地缩短产品的开发周期，降低生产成本和交易成本，减少决策成本和交涉成本，提高市场份额和赢利能力。集成电路产业的生存和发展，需要复杂和精密的产业链作为支撑。集成电路的产业链是以产品的生产和服务的提供过程为主的要素产业链。由于技术的复杂性和产业结构的高度专业化，随着产业规模的迅速扩张，产业竞争加剧，分工模式进一步细化。一条完整的集成电路产业链，既包括设计、制造和封装测试三个分支产业，还包括集成电路专门设备和专门材料两个相关支撑产业。图2是集成电路产业链示意图。
    在图2中，虚线部分(设备、材料、EDA和设计IP)表示不能完全自主可控，受到《瓦森纳协议》限制。该协议主要限制中国等国家(地区)获取高科技技术的途径。该协议规定进口协议涵盖的内容都必须被反复审查，还需要按照要求承诺进口商品必须限制在一定的范围内使用。通常只允许获得落后世界先进水平两代技术的产品，极大地限制了我国自主可控的集成电路产业的发展。
    近年来，在市场自发行为和政府自觉行为的共同作用下，我国集成电路产业在设计、制造和封装测试等各个环节均取得了快速的发展。产业规模不断壮大，围绕市场需求形成的产品和服务产业链条初步形成，为建立相对自主可控的国产化制造体系奠定了坚实的基础。
    产业规模。2011-2017年，我国集成电路产业的发展情况见表1所示。
    从表1可以看出，我国集成电路产业发展迅速。2011-2017年，每年都保持两位数的增长率，平均增速为20.8%，远远超过了环球6.8%的增速。
    产业链结构。2011-2017年，我国集成电路的产业链结构变化情况见表2所示。
    从表2可以看出，我国集成电路产业的三大环节(设计、制造和封装测试)呈现出如下特征：设计业的占比持续增长；制造业的占比持续增长；封装测试业的占比持续下降。其中，制造环节最薄弱，销售额比重较低。从环球来看，制造环节占比为46%，是销售额很大的环节。总体看来，产业链结构逐渐向上游扩展，表明结构趋于优化。
    进出口。2011-2017年，我国集成电路产业的进出口情况见表3所示。
    可以看出，2013年，集成电路超过石油成为我国优质大进口商品，且逆差规模呈现快速增大的趋势。主要原因是，我国集成电路的自给率较低。环球半导体贸易协会的数据显示，2017年，环球集成电路产业的市场规模约为3504亿美元。中国半导体行业协会的数据显示，2017年，我国集成电路的市场规模约为13829亿元。按照当年的汇率平均值1美元=6.7518元计算，约为2048.2亿美元，占环球的比重为58.5%。我国集成电路产业的销售额为5411.3亿元，约为801.5亿美元，占环球集成电路产业总规模的比重为22.9%。因此，我国集成电路的自给率为39.1%。
    我国成为环球很大的集成电路市场的原因主要有两方面：一是我国拥有环球很大的电子终端产品的消费群体；二是集成电路产业位于电子信息产业链的上游，我国是环球电子信息制造业的优质大国。巨大的市场需求为我国集成电路产业的快速发展提供了广阔的空间，也为产业链演化蕴藏了巨大的动力。按照《中国制造2025》的要求，到2020年，我国集成电路产业的自给率要达到40%，2025年达到50%。工业和信息化部提出了更高的要求，即2025年，中国芯片的自给率要达到70%。因此，实现《中国制造2025》中的自给率目标的困难较小。但是，实现工业和信息化部的自给率目标，必须付出更多的努力。
    (二)产业链各环节的国际竞争力
    集成电路产业是一个环球性的产业，在环球经济一体化的背景下，产业竞争力的强弱必须在环球背景下进行考察。
    1.集成电路设计。优质，集成电路设计是集成电路产业链中的重要组成部分。集成电路设计位于集成电路产业链的上游，是集成电路产品创新和技术进步的核心。在遵循集成电路制造的基础及准则的同时，设计技术的进步引导着制造工艺的发展方向，支撑着系统整机厂商的市场需求。集成电路设计企业是设计产业的主体，核心业务是设计和销售自有品牌的集成电路产品。
    当前，集成电路设计强烈依赖先进的集成电路设计工具-EDA(电子设计自动化)和设计IP核。因此，研发集成电路设计工具EDA的企业和只提供IP核的供应商，也被纳入集成电路设计企业的范畴。这是因为，计算机技术的进步和普及使得集成电路的设计由手工设计进入到计算机辅助设计阶段。EDA工具的出现解放了人工诸多繁杂的操作，极大地提升了设计的效率和正确性，具备了快速应对市场需求的初步能力。IP核是指知识产权核或知识产权模块，在EDA技术开发中具有十分重要的地位。美国著名的Dataquest咨询公司将集成电路产业的IP定义为：“用于ASIC或FPGA中的预先设计好的电路功能模块。”IP核公司从事某些重要功能模块(IP核)的设计和生产验证，并通过将这些IP核授权给其他设计公司获取收益。
    第二，我国集成电路设计业现状。我国集成电路设计业起步于1986年，主要标志是北京集成电路设计中心的成立。目前，集成电路设计业已经成为我国集成电路产业的中坚力量，成为仅次于美国的集成电路设计企业的聚集地。
    我国集成电路设计业的发展大致经历了三个阶段(王阳元，2018)。一是起步阶段(1986-1999年)。该阶段是设计业起步、不断探索和夯实基础的时期。这一时期设计业的主要特点是：企业数量少；销售规模小；技术基础薄弱；设计水平较低。但是，该时期建立的设计企业构成了整个产业的中坚力量，为我国集成电路设计业的崛起奠定了坚实的基础。二是高速发展阶段(2000-2010年)。该阶段是设计业高速发展的时期。此时，我国设计业进入发展的快车道，企业数量突破100家，且销售收入突破1亿元的企业大量涌现。设计水平有了明显的提高，一些优秀企业开始登陆国内外资本市场。2010年，全行业的销售收入超过500亿元。三是持续前行阶段(2011年-至今)。该阶段是设计业不断提升质量和持续前行的时期。产品覆盖的领域不断拓宽，档次持续提高，少数优秀企业进入世界前十位。在《国家集成电路产业发展推进纲要》的指引下，受技术和资本的双轮驱动，设计业出现了繁荣的景象。2017年，企业数量达到1380家(上海市经济和信息化委员会，上海市集成电路行业协会，2018)[3]。2011-2017年的发展情况见表4所示。
    从表4可以看出，我国集成电路设计业的增长迅猛，在整个集成电路产业中的占比不断提高，表明集成电路产业链的结构逐渐向上游拓展，趋于优化。第三，与国际产业和企业的比较。2017年，环球前十大设计企业的排名见表5所示。
    从表5可以看出，美国的实力较强，前十强中占据七席。高通和博通继续保持龙头的地位。英伟达在人工智能等领域的带动下成为环球第三大设计企业。国内企业海思和紫光展锐分别排名第七位和第十位。海思是华为的子公司，在移动芯片领域表现抢眼。目前，海思采用台积电7nmFinFET工艺生产的华为麒麟980正式上市，与高通和苹果的同期产品保持同等竞争水平。在视频芯片领域，海思占领了国内一半以上的市场，六大电视机厂商都是其客户。在视频监控领域，海思占据环球70%的市场，助力海康和大华成为环球安防市场的两大寡头。需要说明的是，表5的名单中只统计了纯设计企业(Fabless)，而设计、制造和封装测试都涉猎的垂直整合模式(IDM)企业(如英特尔、三星等)没有涵盖。
    此外，还有三个方面值得注意。一是我国与发达国家之间的差距仍较大。2017年，环球集成电路设计业的销售额约为1045亿美元。美国占据环球约60%的市场份额。我国的市场份额为29.4%，位列环球第二。在各类集成电路产品中，只有在移动通信领域的海思和展锐能够比肩高通等企业的国际水准，在其他领域仍存在较大的差距。本土集成电路的供需存在较大的缺口。与高通相比，海思的营业收入仅为高通的27.6%，二者之间的差距较为明显。
    二是我国在设计领域存在设计工具的短板。芯片设计严重地依赖电子设计自动化工具EDA。目前，著名的EDA研发企业大多位于美国，提供该软件服务的主要是三家美国公司 ....

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