集成電路產(chǎn)業(yè)深度解讀

清華大學(xué)微電子與納電子學(xué)系教授王志華指出“集成電路是工業(yè)的糧食，是產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)”。在日益復(fù)雜的國際關(guān)系下，集成電路是貿(mào)易爭端、技術(shù)封鎖的重要領(lǐng)域，是眾所周知的“卡脖子”技術(shù)。但我國集成電路的發(fā)展、全球集成電路的格局，并不是一句大家耳熟能詳?shù)摹叭毙尽本湍芨爬ā１疚膶?/span>概念內(nèi)涵、市場形勢、產(chǎn)業(yè)體系、產(chǎn)業(yè)組織、代表案例等維度，深度解構(gòu)集成電路產(chǎn)業(yè)，讓讀者能夠更立體、全面的了解我國集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展情況。

一、理解半導(dǎo)體、集成電路和芯片的關(guān)系

半導(dǎo)體、集成電路、芯片都是我們經(jīng)常聽到的名詞，大家往往會(huì)把它們都理解成芯片。但它們?nèi)咧g，還是有差別的。

半導(dǎo)體：半導(dǎo)體是指一類材料的總稱，譬如硅、硒、鍺等材料，他們在常溫下的導(dǎo)電性大于絕緣體，小于導(dǎo)體，因此被稱為半導(dǎo)體。從半導(dǎo)體的應(yīng)用領(lǐng)域來看，83%應(yīng)用于集成電路領(lǐng)域（硅），9%應(yīng)用于光電子器件領(lǐng)域，5%應(yīng)用于分立器件領(lǐng)域，還有3%應(yīng)用于傳感器領(lǐng)域。

集成電路：將各種電子元件集成起來，用導(dǎo)線連接，制作在一小塊硅片上，做成一塊電路板，結(jié)合微電子技術(shù)，就是集成電路。

芯片：集成電路經(jīng)過封裝之后就是芯片，芯片是集成電路的載體，集成電路以芯片形式存在，所以我們也可以說集成電路約等于芯片，日常中，大家也經(jīng)常將它們等同。

二、市場形勢

（一）國際市場形勢

——全球市場呈螺旋式上升趨勢，市場集中度進(jìn)一步提高。

受互聯(lián)網(wǎng)、金融危機(jī)、新冠疫情等因素影響，全球集成電路市場呈“螺旋式上升”態(tài)勢。自2000年以來，全球集成電路市場經(jīng)歷了數(shù)次震蕩，并在放緩回落后再一次復(fù)蘇。2019年，由于集成電路應(yīng)用需求疲軟，全球市場大幅萎縮，跌幅達(dá)12%，而2020年，在居家辦公、遠(yuǎn)程會(huì)議等需求驅(qū)動(dòng)下全球集成電路市場實(shí)現(xiàn)逆勢增長，規(guī)模達(dá)到4400億美元，中國在全球市場中的重要性也逐年增加，占比超35%。

頭部企業(yè)的市場集中度進(jìn)一步提升，強(qiáng)者恒強(qiáng)趨勢明顯。從市場情況來看，2020年全球前十的集成電路企業(yè)占據(jù)整體市場份額的55%，且9家企業(yè)保持了同比營收增長。而從研發(fā)支出來看，前十大集成電路企業(yè)的研發(fā)投入費(fèi)用總計(jì)增加11%，占行業(yè)總額的64%，頭部企業(yè)的市場集中度進(jìn)一步提升，市場競爭更為激烈。

（二）國內(nèi)市場形勢

1、貿(mào)易逆差仍舊較大，自給率較低

2015-2021年中國集成電路進(jìn)口額從2307億美元到4325.5億美元，貿(mào)易逆差從2015年的1613.9億美元擴(kuò)大到2021年的2787.6億美元，可以看出，相對于不斷增長的市場需求來說，集成電路仍高度依賴進(jìn)口，尤其是高端芯片領(lǐng)域，自給率較低。

此外，國內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)有望橫向拓展、縱向延伸。西方國家的技術(shù)封鎖政策限制了我國通過海外并購獲得先進(jìn)技術(shù)，但也開始倒逼中國走自主創(chuàng)新之路。我國在基礎(chǔ)設(shè)施、工程師紅利等方面具有優(yōu)勢，電子產(chǎn)業(yè)有望從中低端向高端進(jìn)行延伸，關(guān)鍵領(lǐng)域的國產(chǎn)替代趨勢明顯。

2、中國市場進(jìn)入發(fā)展快車道

國家對集成電路產(chǎn)業(yè)支持力度的不斷提高以及新興科技產(chǎn)業(yè)的崛起，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)步入新一輪加速發(fā)展階段。隨著“十四五”各類集成電路扶持政策的出臺(tái)與落地，以及5G、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新興技術(shù)的出現(xiàn)，集成電路的市場需求不斷擴(kuò)大，2021年增長率達(dá)到18.2%。

3、本土企業(yè)逐步打入國際市場

中國集成電路消費(fèi)市場規(guī)模全球第一，并形成了一批在國際上具有影響力的重點(diǎn)企業(yè)。中國已連續(xù)多年穩(wěn)居全球集成電路消費(fèi)市場第一，2020年，中國市場占比最高達(dá)到35.5%。根據(jù)ICinsights2020數(shù)據(jù)，華為海思取代英飛凌進(jìn)入2020上半年全球集成電路銷售額排名前10（但21年受制裁影響跌出前25名）。景嘉微GPU，華大半導(dǎo)體、國民技術(shù)等企業(yè)的MCU，豪威科技、格科微的CMOS等芯片產(chǎn)品在國內(nèi)外市場成功鋪開。

三、產(chǎn)業(yè)體系

集成電路產(chǎn)業(yè)鏈包括三大環(huán)節(jié)：集成電路設(shè)計(jì)、集成電路制造、集成電路封測三個(gè)環(huán)節(jié)。每個(gè)環(huán)節(jié)還有一些關(guān)聯(lián)的產(chǎn)業(yè)方向，下游主要應(yīng)用在計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、消費(fèi)電子、汽車電子等專用電子、儀器和特種裝備等行業(yè)。如果一家企業(yè)業(yè)務(wù)以集成電路設(shè)計(jì)為主，那么就稱為Fabless無工廠芯片供應(yīng)商模式，如果一家企業(yè)業(yè)務(wù)以制造或封測為主，那么就稱為Foundry代工廠模式，如果一家企業(yè)業(yè)務(wù)三個(gè)環(huán)節(jié)都涉及，則稱為IDM垂直整合模式。

具體如下圖示。

三大環(huán)節(jié)中，IC設(shè)計(jì)增長較快，IC制造穩(wěn)步增長，IC封裝中國有絕對優(yōu)勢。

（1）中國集成電路設(shè)計(jì)業(yè)銷售額占比最大：隨著我國集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，IC設(shè)計(jì)、芯片制造和封裝測試三個(gè)子行業(yè)的格局正在不斷變化，IC設(shè)計(jì)業(yè)由2015年的36.71%增長至2020年的44.6%，發(fā)展速度總體高于行業(yè)平均水平，已成為集成電路各細(xì)分行業(yè)中占比最高的子行業(yè)。

（2）產(chǎn)業(yè)鏈中游芯片制造：集成電路制造行業(yè)基本以中國臺(tái)灣的臺(tái)積電等企業(yè)所壟斷，但近年來隨著國外對我國集成電路制造光刻機(jī)等產(chǎn)品的封鎖，我國大陸本土的集成電路企業(yè)開始發(fā)力，市場規(guī)模也在不斷提高。

（3）產(chǎn)業(yè)鏈下游封裝測試：基于我國在成本以及貼近消費(fèi)市場等方面的優(yōu)勢，近年來全球半導(dǎo)體廠商紛紛將封測廠轉(zhuǎn)移到中國。我國封測產(chǎn)業(yè)向高端化發(fā)展，通過內(nèi)生發(fā)展+并購，實(shí)現(xiàn)技術(shù)上完成國產(chǎn)替代，是產(chǎn)業(yè)中最具競爭力環(huán)節(jié)。

（一）集成電路設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)

集成電路設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)主要有“規(guī)格定位-邏輯設(shè)計(jì)-電路設(shè)計(jì)-模擬-光罩制作”等技術(shù)環(huán)節(jié)，它需要用到設(shè)計(jì)工具，比如EDA軟件，IP框架授權(quán)等，這都是美國對華技術(shù)封鎖的重要方向。

1、集成電路設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的代表企業(yè)

（1）EDA軟件：被譽(yù)為集成電路皇冠上的明星，市場被三大巨頭壟斷，占全球市場70%份額，分別是Synopsys、Cadence、Siemens。

（2）IP框架：ARM、Synopsys雙足鼎力，約占全球60%的份額。英國劍橋ARM公司是全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IP）提供商。全世界超過95%的智能手機(jī)和平板電腦都采用ARM架構(gòu)，1991年成立。下圖為IP框架企業(yè)2020年全球收入排名及市場占有率。

（3）集成電路設(shè)計(jì)：前十大企業(yè)占全球市場約55%。華為海思2020年收入為82億美元，受美國制裁，海思無法再與臺(tái)積電等多家主要芯片代工廠合作，其2021年收入下降到15億美元，下降了81%，跌出了前25名。

2、集成電路設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的發(fā)展格局

——美國占據(jù)市場主導(dǎo)地位，中國企業(yè)快速崛起，總體規(guī)模小。

Fabless模式為主，美國占據(jù)主導(dǎo)。2019年美國IC設(shè)計(jì)公司在IDM、Fabless領(lǐng)域全球市占率分別為51%、65%，中國IDM份額小于1%和Fabless份額約為15%，美國在IC設(shè)計(jì)領(lǐng)域依然占據(jù)絕對主導(dǎo)地位。

中國企業(yè)快速崛起，總體規(guī)模小。截至2020年底，中國大陸IC設(shè)計(jì)企業(yè)達(dá)2218家，其中營業(yè)額小于1000萬企業(yè)達(dá)到1164家，1000萬-5000萬的企業(yè)數(shù)量為669家，小規(guī)模企業(yè)合計(jì)占比約83%。

（二）集成電路制造環(huán)節(jié)

集成電路制造環(huán)節(jié)技術(shù)流程為“金屬漸鍍-涂布光阻-光刻-光阻去除-電鍍-拋光-晶圓測試”，涉及到上游的單晶硅片制作，以及前驅(qū)體材料、光刻膠等材料的制造，以及光刻機(jī)等制造設(shè)備的生產(chǎn)。

1、集成電路制造環(huán)節(jié)的代表企業(yè)

（1）光刻機(jī)：被譽(yù)為現(xiàn)代光學(xué)工業(yè)之花，荷蘭ASML阿斯麥、佳能、尼康三分天下。中國的上海微電子開始技術(shù)突破，首臺(tái)28納米的光刻機(jī)即將交付，目前上海微電子在低端領(lǐng)域占全球份額的40%，全國低端領(lǐng)域市場份額的80%。

圖：2020年全球光刻機(jī)TOP3企業(yè)銷售收入占比

（2）集成電路制造：臺(tái)積電占全球集成電路超一半份額。中國內(nèi)地及臺(tái)灣的企業(yè)具有較大市場份額，前10中，占據(jù)六席。

2、集成電路制造環(huán)節(jié)的發(fā)展格局

——臺(tái)積電等企業(yè)壟斷，大陸企業(yè)持續(xù)發(fā)力，規(guī)模產(chǎn)量雙增長。

近年來隨著國外對我國集成電路制造光刻機(jī)等產(chǎn)品的封鎖，我國大陸本土的集成電路企業(yè)開始發(fā)力，中芯國際已完成14nm芯片的研發(fā)，目前正朝著7nm芯片努力，因各個(gè)集成電路制造企業(yè)的能力，我國集成電路制造領(lǐng)域市場規(guī)模也在不斷提高。

2020年我國集成電路制造行業(yè)市場規(guī)模為2560億元，較2019年同比增長19.11%；2020年，我國集成電路制造行業(yè)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量累計(jì)值為2614.70億塊，較2019年同比增長29.55%，截至目前，我國集成電路制造企業(yè)共8659家，注冊資本5000萬以上的企業(yè)僅有8.34%，注冊資本小于500萬的企業(yè)占63.13%。

（三）集成電路封測環(huán)節(jié)

集成電路封測環(huán)節(jié)的技術(shù)流程為“切割-貼片-引線-模封-測試”，上游還涉及引線框架、封裝基板等封測材料的生產(chǎn)，以及測試機(jī)、減薄機(jī)、探針臺(tái)入機(jī)等封測設(shè)備的生產(chǎn)。

1、集成電路封測環(huán)節(jié)的代表企業(yè)

日月光、安靠和江蘇長電位列前三，前十中，僅有第二名安靠是美國企業(yè)，其余都是中國企業(yè)，大陸有3家，臺(tái)灣有6家。

2、集成電路封測環(huán)節(jié)的發(fā)展格局

——集成電路封測市場規(guī)模增長速度減緩，市場競爭較為激烈。

集成電路封測是我國切入集成電路行業(yè)的重要一環(huán)，但相較于集成電路設(shè)計(jì)的收益，集成電路封測行業(yè)的利潤要低的多。

據(jù)中國半導(dǎo)體協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，2015-2019年，我國封裝測試行業(yè)銷售收入呈現(xiàn)逐年增長態(tài)勢。2017年我國封裝測試行業(yè)銷售收入增長率達(dá)到20.77%，為5年來的最高水平，隨后增長率開始下降。2020年我國集成電路封測業(yè)市場規(guī)模為2510億元，較2019年同比增長6.80%。

（四）各環(huán)節(jié)的產(chǎn)業(yè)價(jià)值

集成電路三大環(huán)節(jié)盈利能力和進(jìn)入壁壘有明顯差異。

1、集成電路設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)

IC設(shè)計(jì)行業(yè)龍頭企業(yè)盈利能力較為穩(wěn)定。從2016Q1起，設(shè)計(jì)板塊主要企業(yè)的盈利能力相對比較穩(wěn)定，凈利率圍繞10%上下波動(dòng)，毛利率維持在40%，有緩慢下降的趨勢，進(jìn)入壁壘較高。

2、集成電路制造環(huán)節(jié)

集成電路制造行業(yè)毛利率根據(jù)企業(yè)地位有較大差別，比如臺(tái)積電2022年第一季度營業(yè)利潤率為45.6%，凈利潤率為41.3%，中芯國際2021年毛利率為29.3%，凈利率為31.4%，同級別毛利在20-30%之間，2021年行業(yè)平均凈利率為11.5%，進(jìn)入壁壘較高。

3、集成電路封測環(huán)節(jié)

全球主要封測公司的毛利率在15%-25%之間，凈利率大多在5%-10%上下，進(jìn)入壁壘相對較低，競爭相對成熟。

四、產(chǎn)業(yè)組織

我國集成電路產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)布局于四大集群。以上海、江蘇、浙江為代表的長三角地區(qū)，以北京、天津?yàn)榇淼木┙蚣降貐^(qū)，以廣東、福建為代表的東南沿海地區(qū)，以重慶、湖北、河南為代表的中西部地區(qū)。

其中，長三角地區(qū)成為我國主要的集成電路產(chǎn)地。長三角地區(qū)是中國集成電路產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)最扎實(shí)、技術(shù)最先進(jìn)的區(qū)域，產(chǎn)業(yè)規(guī)模占全國半壁江山，設(shè)計(jì)、制造、封測、裝備、材料等產(chǎn)業(yè)鏈全面發(fā)展，集成電路產(chǎn)量占全國超一半，2020年為52%。據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2020年，長三角地區(qū)“一市三省”集成電路產(chǎn)量共計(jì)為1359.01億塊。其中，江蘇省和上海市集成電路產(chǎn)量分別為836.50億塊和288.67億塊，浙江省和安徽省為174.10億塊和59.74億塊。

1、上海

上海已經(jīng)成為產(chǎn)業(yè)鏈完備的集成電路制造基地。作為國內(nèi)工業(yè)基礎(chǔ)最好的地區(qū)，上海集成電路產(chǎn)業(yè)已基本形成了開發(fā)設(shè)計(jì)、芯片制造、封裝測試以及支撐業(yè)和服務(wù)業(yè)在內(nèi)的完整產(chǎn)業(yè)鏈，并逐漸形成了互動(dòng)的態(tài)勢。目前，上海市集成電路設(shè)計(jì)業(yè)發(fā)展迅速，企業(yè)數(shù)量已近百家，芯片制造業(yè)更是在國內(nèi)處于核心地位，國內(nèi)主要的芯片制造企業(yè)均落于此。此外，上海市的集成電路支撐配套企業(yè)已超過40家。

2、蘇州

蘇州目前已經(jīng)成為產(chǎn)業(yè)全面發(fā)展的集成電路封裝基地。作為國內(nèi)對外開放最早的地區(qū)之一，蘇州吸引了一大批國際半導(dǎo)體企業(yè)投資落戶，并發(fā)展成為目前國內(nèi)最大的半導(dǎo)體封裝測試基地。目前蘇州已經(jīng)形成了以封裝測試為重心，集成電路設(shè)計(jì)與芯片制造同步發(fā)展的產(chǎn)業(yè)格局。

3、杭州

杭州目前已發(fā)展成為具備優(yōu)越自然人文環(huán)境的集成電路設(shè)計(jì)基地。依托自身優(yōu)越的自然人文環(huán)境，杭州一直將集成電路設(shè)計(jì)業(yè)作為本市集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重中之重。目前，杭州已經(jīng)培育出仕蘭微電子、杭州國芯、威睿電通等一批優(yōu)秀的集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)。此外，在芯片制造、半導(dǎo)體材料等領(lǐng)域，杭州也具備一定的發(fā)展基礎(chǔ)。

4、無錫

無錫是目前國內(nèi)以制造業(yè)為重心的集成電路產(chǎn)業(yè)基地。無錫微電子產(chǎn)業(yè)起步于20世紀(jì)70年代，是當(dāng)時(shí)國家南北兩大微電子基地的南方基地。國家“908”工程的建設(shè)，進(jìn)一步帶動(dòng)了無錫集成電路產(chǎn)業(yè)的迅速迅速發(fā)展。目前無錫已經(jīng)形成了從集成電路設(shè)計(jì)、軟件開發(fā)、電路掩膜、芯片加工、封裝測試的完整產(chǎn)業(yè)。

五、代表案例

上海集成電路設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)園——

1、園區(qū)概況

上海市“一體兩翼”集成電路產(chǎn)業(yè)布局，以上海集成電路設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)園為引領(lǐng)，建設(shè)具有全球影響力的張江國家集成電路產(chǎn)業(yè)基地。總規(guī)劃面積4平方公里，可建建筑面積達(dá)170.8萬平方米。通過實(shí)施“千億百萬”工程，打造百萬空間、集聚千家企業(yè)、匯聚十萬人才、形成千億產(chǎn)業(yè)規(guī)模，力爭建成世界一流的集成電路設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)園。

2、發(fā)展成就

園區(qū)承載了超250家集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)，其中2020年全年區(qū)域內(nèi)集成電路設(shè)計(jì)業(yè)營收達(dá)580.4億人民幣，同比增長率22.6%，占浦東比重98.7%，占上海比重60.8%。

3、產(chǎn)業(yè)生態(tài)

集聚英偉達(dá)、高通、紫光展銳、格科微電子、韋爾股份、博通集成等知名企業(yè)和各類機(jī)構(gòu)200多家。

4、功能平臺(tái)

張江科學(xué)城企業(yè)服務(wù)中心、張江跨境科創(chuàng)監(jiān)管服務(wù)中心、上海集成電路技術(shù)與產(chǎn)業(yè)促進(jìn)中心、上海科創(chuàng)海關(guān)、上海市集成電路行業(yè)協(xié)會(huì)、國家”芯火”計(jì)劃雙創(chuàng)平臺(tái)張江基地、張江高科895孵化器、北大微電子孵化器等。

5、投資基金

上海集成電路產(chǎn)業(yè)基金、張江燧鋒基金、武岳峰集成電路產(chǎn)業(yè)創(chuàng)業(yè)投資基金。