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全球集成电路产业发展格局演变的钻石模型

发布时间:2020-03-20 02:24:18 来源:网投网站-手机网投平台-网投开户 所属类别:新闻中心

  当前中国集成电路产业正面临艰巨挑战,特别是在少数国家频频动用国家力量无端打压中国科技企业的背景下,中国集成电路产业短期内需要应对供应链调整和市场空间挤压带来的压力,中长期则要解决创新生态系统重构难题。值此关键时刻,需要客观分析集成电路产业的发展规律,并在遵循规律的基础上奋力作为,方能“守得云开见月明”。

  回顾全球集成电路产业发展格局的演变历程,可以发现,产业领先者的地位并非坚如磐石。20世纪80年代以来,日本、韩国、中国台湾地区在全球集成电路产业版图中渐次崛起。这表明,在构建数字化世界的历史进程中,集成电路产业前一阶段的追随者变身下一阶段的领跑者,不只是一个良好的愿望,而是通过努力就可能会实现的。当然,后起者在崛起过程中难免会遭受领先者的种种压制。20世纪90年代的日本、21世纪初的韩国都曾有不同程度的体会。然而,回望世界集成电路产业重心转移的过程,也会发现不管曾经的产业霸主如何围堵,最终都是“青山遮不住,毕竟东流去”。30多年来全球集成电路产业重心持续向东亚地区转移的趋势在强化,这背后,是东亚地区重要经济体的本土市场规模、创新生态系统、竞争性市场环境、投资激励机制和人力资源保障等多个因素合力形成的“大势”。只要把握住集成电路产业发展的根本趋势,就能做到“不畏浮云遮望眼”。通过进一步完善创新生态系统、竞争性市场环境、投资激励机制,增强人力资源保障能力,最大限度利用快速增长且多元化的本土市场优势,中国集成电路产业一定能为中国建设制造强国注入强劲“芯”动力。

  全球集成电路产业发展的历史不是线性的,而是有起伏的,其地域分布是不平衡的、动态变化的。1958年美国科学家杰克 基尔比(Jack Kilby)发明集成电路以来,以不同国家或地区半导体产业销售额占全球比重来衡量,世界集成电路产业发展重心发生了三次明显转移。A即美国独领风骚(1958—1984年)→日本短暂逆袭(1985—1992年)→美国再度领先(1993—2000年)→东亚产业新势力崛起(2001年至今)(见

  作为集成电路产业的追赶者,日本到20世纪60年代中期才实现集成电路产品的规模化生产( Watanabe,1984)。到1974年,日本集成电路的产值只有1255亿日元,按当年汇率折算约为5.6亿美元,而当年美国集成电路产业的产值达21亿美元,是日本的3.75倍(Langlois and Steinmueller, 1999)。经过十多年的努力,日本于1985年在半导体产品国际市场占有率上实现了对美国的逆转(见

  ),并将领先优势保持到了1992年。在此次全球集成电路产业重心转移过程中,有两个因素发挥了重要作用。

  其一,以企业为主体的产学合作创新机制,对日本集成电路企业实现技术赶超起到重要推动作用。在国内外多种因素影响下,日本从1967年开始逐步实行投资自由化政策。根据1973年5 月实施的第五次投资自由化政策——《日本关于对内直接投资等的自由化》,日本集成电路制造业要在1974年11月30日前实现100%的自由化,即外资可以在日本设立独资集成电路制造企业。当技术领先的美国集成电路企业可以到日本独资生产时,日本企业很难再像此前那样通过技术转让、专利特许等途径缩小与美国同行的技术差距。在此背景下,20世纪70年代中后期和80年代初期,日本政府先后两次组织实施集成电路技术合作研发项目。第一次是1975-1981年日本政府补贴1.8亿美元经费给计算机、通信设备及微波元件的大规模集成电路项目,第二次是1976-1979年日本政府补贴1.212亿美元经费给超大规模集成电路项目。这两大联合攻关项目的成果,是日本集成电路企业成功实现技术赶超的重要基础。特别是超大规模集成电路项目在预定期限内,成功研制出生产超大规模集成电路所必需的1微米加工技术,以及集成电路材料先进制备工艺,并开发出适用于这些技术的逻辑元件和存储元件的制造技术。

  其二,日本企业凭借在当时技术最先进的集成电路产品——动态存储器(DRAM)上的突破,带动整个集成电路产业的爆发式成长。在两大联合攻关项目成果的支撑下,日本企业在当时最有代表性的集成电路产品——动态存储器上实现了对美国同行的赶超。1978年,日本富士通公司比美国IBM、莫斯泰克、德州仪器早半年发布存储容量为64K的动态存储器。1980年,日本电器通信研究所成功研制出存储容量为256K的动态存储器,领先美国企业两年。在当时技术含量最高的集成电路产品上取得技术和市场的双重领先优势后(见

  ),日本企业在互补型金属氧化物半导体(CMOS)集成电路、专用集成电路(ASIC)等主要集成电路产品上不断取得突破(Watanabe,1984),辅以其行销全球的磁带录像机等消费电子产品形成的高速增长的集成电路产品需求,终于在1985年实现了对美国的反超。

  1985年失去全球集成电路第一大国地位后,美国朝野各界虽然在日本集成电路产业取得成功的原因上有不同认识,但一致认为,日本企业的成功,就是美国企业的失败( Medina,2011)。为了全面恢复美国在全球集成电路产业的统治地位,美国政府与企业紧密合作,在《美日半导体协议》等政策的“掩护”下,美国集成电路企业通过创造新兴市场需求、重构全球生产体系等手段,在微处理器(MPU)等快速增长的新兴集成电路产品上占得先机,于1993年重返世界第一,并将领先优势保持到2000年。在这次转移的背后,有三方面力量发挥了至关重要的作用。

  首先,美国政府从贸易、科技、金融等方面全面发力,为处于防御撤退状态的美国企业争取到了重振旗鼓的时间。

  (1)在贸易政策方面,1985年9月,美国半导体协会以日本集成电路产品倾销为由要求美国联邦政府机构启动“301”调查。1986年初,美国国际贸易委员会裁决,对日本半导体产品提高进口关税并征收反倾销税。1986年9月,美国和日本签订为期5年的《美日半导体协议》要求日本更大幅度放宽市场准入,并且不得再对美倾销。1991年6月,日美两国同意修订该协议,并将协议期延长至1996年。尽管关于该协议究竟对美国集成电路产业复兴产生了多大作用还存在争议, 但不少美国学者也同意,该协议至少在一定程度上限制了日本企业在优势产品上的获利能力,从而对其新产品研发及产业化产生了负面影响(Irwin,1996)。

  (2)在科技政策方面,1987年,14家美国集成电路企业共同组建了半导体制造技术研究联合体(SEMATECH),联邦政府每年资助1亿美元研究经费。该联合体通过减少重复投资提高了美国企业的生产率,并在降低分散研究之间的交易成本,及培育产品制造企业和设备供应商之间的协作关系上发挥了重要作用(Langlois and Steinmueller,1999)。

  (3)在金融政策方面,虽然1985年9月签订的“广场协议”并非美日半导体贸易争端的直接产物,但不可否认,“广场协议”后日元持续大幅升值,对日本集成电路产品的国际市场竞争力产生了直接的负面影响。更重要的是,日元升值后,日本的家电等消费电子产品国际市场份额不断下降,本土下游市场需求萎缩严重损害了日本集成电路产业发展的根基。整体而言,美国政府实施的这些政策,强有力地打乱了日本集成电路企业发展预期,为节节败退的美国集成电路企业进行战略调整争取到了宝贵的时间和空间。

  其次,美国集成电路企业敏锐地抓住了计算机行业对微处理器等新兴集成电路产品需求的转换机会,并通过加强与其国内世界级软件企业的协作,巩固了在这类新兴产品上的领先优势。进入20世纪90年代后,随着计算机特别是个人计算机(PC)成本的下降,其全球市场渗透率持续提高,并超过家用电器成为集成电路产品的最大应用领域。1992年,计算机行业在世界集成电路产品中的需求占比达45.6%,比消费电子行业(21%)高一倍多(OTA, 1993)。20世纪90年代,美国既是世界领先的计算机研发制造国,又是全球最大的计算机产品市场,本土市场需求从家电转向计算机,为美国集成电路企业在“新赛道”上以产品创新赢得市场竞争创造了良好外部环境。特别是,美国集成电路企业与全球领先的软件企业结成联盟,A使得计算机行业发展日新月异,这一方面为集成电路等硬件产品创造了持续增长的需求,另一方面让国外集成电路企业进入微处理器等产品领域的壁垒变得越来越高。

  最后,为了克服在集成电路制造领域投资不足的劣势,美国集成电路企业在全球化持续推进的背景下,积极推动中国台湾地区等经济体发展芯片代工厂,建立以垂直分工为主要特征的全球集成电路生产新体系。在集成电路制造工艺越来越复杂的背景下,集成电路生产线投资持续快速增长。数据显示, 1970—2000年,芯片生产线的平均建设成本年均增长18%(Byrne et al.,2013)。由于美国的集成电路企业基本上都无法像日本同行那样,可以从集团其他业务中获得持续的资金支持,因此美国企业在制造产能投资方面的挑战越来越大。当20世纪80年代后期中国台湾地区在集成电路产业寻求发展机会时,英特尔等美国领先的集成器件制造商通(IDM)过工艺技术认证等方式给予了重要支持,而美国一些纯设计公司则与中国台湾地区的企业设立合资芯片代工厂。到1996年,中国台湾地区的芯片代工厂已承接美国集成电路设计公司40%的产品生产(Langlois and Steinmueller,1999)。在这股力量的推动下,高度一体化的集成电路生产体系逐步向垂直分工转变。B在这一新型产业生态中,许多美国企业甩掉了集成电路产能投资重担, C专注于集成电路设计和知识产权模块供应等知识密集型业务,并逐步形成了强大的竞争优势。

  全球集成电路垂直分工体系在20世纪90年代形成后,产业分工的深化有力提升了产业链各环节的效率,进而强化了垂直分工体系的发展趋势。在此过程中,韩国、中国台湾地区以成本优势为基础积极融入世界集成电路生产网络,并通过特定领域的技术跨越,逐步加入全球集成电路创新网络,在技术和知识领域实现了从单向流动到双向交流的关键性转变。当2001年全球集成电路产业陷入衰退周期时,韩国、中国台湾地区继续加大产能和研发投资,使得除日本之外的亚太地区集成电路销售额全球占比首次超过美国,再一次将全球集成电路产业发展重心转移至东亚。尤为重要的是,2000年之后,中国大陆地区集成电路产业的发展思路从政府主导的重大项目攻关,转向以地方政府和民间资本为主体的市场化和国际化发展(飞,2019)。在澎湃的市场化力量和竞争机制推动下,中国大陆地区集成电路产业步入高速增长阶段,占世界集成电路产业总规模的比例从1997年的 0.6% 提高到2018年的21.1%。A中国大陆地区半导体产业近十年的高速增长,让全球集成电路产业发展重心的第三次转移变得势不可挡。在这次转移过程中,三方面因素发挥了重要作用。

  一是,积极参与世界集成电路产业分工,通过融入全球生产网络和创新网络,逐步提升产业竞争力。不管是20世纪80年代的韩国、中国台湾地区,还是21世纪的中国大陆地区,都是以成本优势为基础,从集成电路产业链技术含量最低的封装测试环节做起,逐步过渡到制造、设计,及专用材料和装备研制。在向全球集成电路产业链中高端攀升的过程中,东亚产业新势力通过技术学习和创新,逐步实现了在大容量动态存储器、先进制程芯片制造及封装、新一代通信芯片等特定领域的技术领先,与美、日、欧的技术和知识交流从单向流动变为双向互动,在全球集成电路创新网络中的地位持续提升。

  二是,政府鼓励集成电路产业发展的宏观战略与持续完善的竞争机制,特别是行业准入机制结合,为东亚产业新势力提供了持久的驱动力。作为战略性高技术产业,集成电路产业成为后发经济体力图通过采取各种产业政策以实现赶超的重点领域,并不令人感到意外。但是,在技术持续快速进步,甚至技术范式不时发生转变的集成电路产业,产业政策发挥作用所依靠的两大基础——规模经济效应和学习曲线,都可能成为陷阱。显然,经过试错后,东亚产业新势力先后意识到了这一点,因此,政府更多是创造良好的产业发展环境,主要是通过完善竞争机制特别是行业准入机制,来激发产业发展活力。以向来被认为政府曾过度干预产业活动的韩国为例,1982-1986年,韩国企业与国外企业签订53项集成电路技术转让协议,其中三星19项、金星12项、现代10项,而这些技术转让项目大部分是不同企业从各自渠道进口的相同技术(汪进、金延镐,1996)。也就是说,在20世纪80年代后,韩国政府已基本“归位”,集成电路企业在获得政府支持的同时,其研发生产是自主的、竞争性的。

  三是,以企业为主体、以先进技术产业化为目标的持续高强度产能投资,是东亚产业新势力崛起的重要途径。集成电路产业具有明显的高投入、高产出、高风险特征,后发者如果不能在产能投资上加大力度,面对先行者数十年积累的技术和市场优势,很难有胜出的机会。20世纪90年代以来,韩国、中国台湾地区、中国大陆地区持续高强度的产能投资,在集成电路制造领域形成了强大的竞争优势。根据国际知名集成电路产业调查机构IC Insights发布的数据,2018年,韩国、中国台湾地区和中国大陆地区的芯片代工企业的全球市场占有率接近90%。集成电路制造领域形成的竞争优势,除了能带动下游封装测试业务发展之外,也会对集成电路设计产生强大的溢出效应。以中国大陆地区为例,根据 IC Insights 提供的数据,2010-2018年,中国大陆地区集成电路制造产能占全球比重从9.8%增长至19%,同期中国大陆地区芯片设计企业销售额的全球占比从2%提升至13%。有研究认为,逆周期投资是东亚产业新势力在集成电路产业取得成功的重要原因(汪超、张慧智,2018)。事实上,逆周期投资只是东亚产业新势力以企业为主体、以先进技术产业化为目标的持续高强度投资的阶段性现象。韩国、中国大陆地区、中国台湾地区的集成电路领军企业的资本支出主要是为了实现先进技术产业化目标,几乎不太顾及全球集成电路产业周期的演变。以谈论逆周期投资时最常被提起的韩国三星电子有限公司为例,2011—2018年,其半导体领域资本支出有波动性,但与同期全球半导体产业销售总额的波动周期和全球半导体产业资本支出的波动周期几乎都没有负相关关系,也就是说不存在逆周期投资现象;同时,也没有正相关关系,顺周期投资的特征也不明显(见

  )。A 东亚产业新势力资本支出与全球半导体产业周期“脱钩”,主要是因为,在产业技术持续快速变革、行业进入壁垒不断降低的环境下,资本支出的波动基本上是由技术创新周期决定的。

  全球集成电路产业发展重心转移需要具备多重条件,只有诸多有利条件出现时,后发经济体才有可能后来居上。分析世界集成电路产业重心转移规律,我们发现,可以用“五要素钻石模型”来概括60年来全球集成电路产业发展格局演变背后的驱动力量(见

  不管是在20世纪60年代和70年代美国主导世界集成电路产业发展的过程,还是在此后发生的全球集成电路产业重心三次转移的背后,本土市场持续增长的大规模前沿需求都发挥了至关重要的拉动作用。

  集成电路发明后,美国联邦政府在20世纪60年代初中期实施民兵II型( Minuteman II)洲际弹道导弹等重大军工项目,以及“阿波罗计划”等大型航天工程,以政府采购方式形成了对集成电路持续的前沿“市场”需求(见

  )。产业发展初期来自政府采购的支持,使美国集成电路企业的学习曲线得以迅速下移,为集成电路进入计算机、办公自动化设备等民用电子产品领域创造了条件。加之,20世纪 60年代和70年代前期是美国计算机、消费电子产品遥遥领先世界的时代,下游产品市场规模快速扩张和多样化程度不断提升,让集成电路企业既能获得规模经济效应,又能实现范围经济效应,从而有力地促进了美国集成电路产业迅猛发展,使其在全球集成电路产业占据统治地位。

  在20世纪80年代中后期世界集成电路产业重心逐步从美国转向日本的过程中,后者电子产业强大的国际竞争力有力地带动了动态存储器等新型集成电路产品需求的快速增长。如1985年,日本电视机、录音机出口额占全球出口总额的比重高达80.7%,计算机出口额占全球的比重达69.7%(波特,2002)。A 良好的本土需求环境,让日本集成电路企业敢于在动态存储器等新型集成电路产品上持续加大研发和生产投资力度,从而实现对美国同行的赶超。而美国在20世纪90年代再次夺回世界集成电路产业主导权,也离不开当时美国企业在计算机产业从小型机(minicomputers)向微型机(microcomputers)转型期间重新建立的竞争优势。美国本土企业在微型机领域的领先优势, 为美国集成电路企业的微处理器等新兴产品提供了持续增长的市场需求。进入21世纪后,韩国、中国台湾地区、中国大陆地区先后在计算机、智能手机、数字电视、通信设备等 IT 硬件产品领域崛起,为手机处理器、液晶显示器驱动集成电路、移动终端用动态存储器、新一代通信芯片等新兴集成电路产品提供了多元化的、不断增长的市场需求。

  集成电路产品从实验室创新到规模化生产,既要有新的设计、生产、测试工艺配合,又要有新型设备、元件和材料支撑,因此,追赶者只有建立起能够更有效地组织和运用国内乃至全球创新资源的创新生态系统,才有可能实现在技术和产品创新上实现反超。

  20世纪80年代中后期世界集成电路产业重心之所以会从美国转移至日本,主要是因为70年代中后期和80年代初期,日本在组织实施两大集成电路技术合作研发项目过程中构建的企业间协同创新系统发挥了重要作用。在该系统中,由日本通产省下属的电子技术综合研究所牵头,日本电气、东芝、富士通、三菱、日立5家企业参与,主攻集成电路产业的通用性、基础性技术,具体包括微精细加工技术、结晶技术、设计技术、工艺技术、试验评价技术、元件技术等。Fransman 等(1990)的研究表明,日本政府以补贴经费为手段建立的以企业为主体的协同创新体系,在促进集成电路产业通用技术和基础技术的知识社会化方面产生了重要影响,从而为日本集成电路产业的长期竞争力奠定了基础。原因在于,合作研发项目形成的半公开性的知识库,对成员企业是开放的,但对非成员企业限制进入。在这种机制的激励下,通用性和基础性产业技术投资不足的问题得到了一定程度的缓解。

  20世纪90年代美国再度把世界集成电路产业重心带回西方的过程中,其独具特色的技术创新体系发挥了重要作用。首先,在联合研究方面,除了前述由 14 家美国企业组成的半导体制造技术研究联合体(SEMATECH)外,还有主要由封装企业组成的微电子和计算机协会(MCC),以及包含集成电路企业和大学等研究机构的半导体研究公司(SRC)。这些联合研究机构,都力图在过度垂直分工的集成电路生产设备企业与产品制造企业之间,建立起有效的知识扩散和投资协调机制,以应对生产设备企业与产品制造企业之间存在准一体化(quasi-integration)关系的日本同行的竞争压力(Langlois, 2000)。其次,在计算机产业主导产品从小型机向微型机转变的过程中,美国集成电路企业与软件企业结成技术联盟,硬件和软件企业通过开展标准对接等互补性活动形成了更有活力的创新生态系统,有效满足了微处理器等新兴集成电路产品创新需要的复杂知识基础,从而在计算机用集成电路产品领域形成了强大的竞争优势。

  20世纪80年代后期以来,韩国、中国台湾地区在积极融入全球集成电路产业创新网络的同时,也逐步形成了各具特色的创新生态系统。韩国在建立集成电路产业创新体系时,在充分借鉴日本经验的基础上做了更有针对性的改进:一是在创新生态网络中引入高校,形成了“政府引导、大企业主体、知名高校支持”的协作模式,为韩国集成电路产业持续创新夯实了知识基础;二是政府下属的韩国电子技术研究所等机构专注于产业通用性前沿技术研发,特别重视减轻集成电路生产设备和原材料的对外依赖;三是通过对产业通用性技术差异化收费,来激励企业积极参与产业通用性技术合作研发活动。与韩国相比,中国台湾地区缺乏像三星集团那样实力雄厚的电子企业集团,因此,难以依托大企业来构建集成电路创新体系,但通过工业技术研究院电子工业研究所等政府研究机构组织开发集成电路产业技术,并积极推动技术扩散,有效构建了产业技术知识基础,降低了投资面临的技术不确定性,从而吸引了大量中小型企业进入。特别是,中国台湾当局下属的产业技术研究机构,还承担了将技术创新转化为产品创新的孵化器功能,这有效解决了后发经济体中普遍存在的产业界与研究机构结合不够紧密的问题,从而为集成电路产业持续创新创造了良好的制度环境。

  尽管在不同时期,全球集成电路产业的主要“玩家”几乎都曾用过关税和非关税壁垒来保护其企业在内部市场免受外部企业的竞争压力,但在世界集成电路产业重心三次转移的过程中,后发者都建立了激励内部企业开展市场竞争的环境,以竞争促发展。

  尽管日本通产省经常被视为20世纪80年代日本集成电路产业快速崛起的主要推手,但事实上,日本国内集成电路企业之间的竞争十分激烈。正如波特( 2002)所说的那样,“战后的日本,每一个具有国际竞争优势的重要产业,都有几家到数十家的竞争者”。1987年,日本半导体产业有34家相互竞争的企业,在26个有国际竞争优势的产业中,半导体产业的企业数量仅次于机床产业,排在第二位(波特,2002)。国内市场的激烈竞争,为日本集成电路企业的持续创新提供了最根本的原动力。韩国同样如此。尽管韩国政府为鼓励集成电路产业在20世纪80年代实施了一系列扶持政策,但并没有限制国内企业进入,反而是鼓励国内企业之间相互竞争。1988年,韩国半导体产业的企业数量就达到 21 家,并且相互之间的竞争异常激烈。波特(2002)形象地指出,“韩国产业竞争常常激烈到政府必须出面干预,以避免走到‘毁灭性’的竞争程度”。至于中国台湾地区,其集成电路产业最初就是通过深度融入全球产业分工体系发展起来的,因此每家企业都要面对强大的国际竞争压力。

  集成电路产业是典型的资本密集型产业,并且随着产品精密程度的提升,投资强度也持续提高。1980—1997年,日本集成电路产业投资额与销售额之比最高是1984年的 34.4%,最低为1992年的12.8%,同期美国集成电路产业投资额与销售之比最高只有24.3%,最低是11.7%(Parsons,1999)。当时日本企业能够持续多年大手笔投资集成电路产业,主要与其独特的财团体制有关。以集成电路投资额排在日本前五位的企业为例,日本电器(NEC)和东芝属于三井财团,日立、富士通、三菱分别属于富士财团、劝银财团和三菱财团。因此,基于财团体制而形成的日本主银行制度,能够为日本集成电路企业提供低成本的长期资金。这是日本集成电路产业在上世纪80年代中后期超越美国的重要保障。

  进入21世纪后,全球集成电路产业分工的深化,使得持续高强度的投资成为参与集成电路制造行业市场竞争的“入场券”。根据IC Insights发布的数据, 2011年以来,全球五大芯片代工企业资本支出与销售收入之比最高达68%,最低为 40%。尤为重要的是,作为后发者在集成电路制造行业的投资,很多都是由产业链上游芯片设计行业的技术进步所推动的。在适应新发展形势的过程中,韩国和中国台湾地区分别形成了具有自身特色的集成电路产业投资机制。韩国在借鉴日本财团体制的基础上,以其财阀经济体制为基础,由大企业集团自主决定集成电路业务的交叉补贴,同时开启金融自由化改革使财阀们能够从海外金融机构以较低的成本获得融资。在集成电路业务进入收获期后,韩国企业又通过资本市场为新投资项目融资。与韩国相比,中国台湾地区缺乏以大企业集团交叉补贴集成电路投资的体制基础,但它发展出了以资本市场和风险投资为核心的投资机制。从20世纪90年代开始,中国台湾地区许多集成电路企业都通过股票市场融资。截至2019年5月,在台湾证券交易所公开上市的74家集成电路企业的市值,占台湾证券交易所全部上市公司市值总和的比重超过1/4。此外,中国台湾地区初创期的集成电路企业,还可以从政府引导的风险投资基金获得资金。2000年,中国台湾地区的风险投资资金有21%投向集成电路产业,与之相比,美国只有6%,日本、韩国的比例更低(柯俊杰,2006)。

  集成电路是技术密集型产业,对高素质人力资源的需求量大面广。在集成电路产品设计、制造和封装领域,既需要大量微电子专业人才,又需要电子信息、通信工程、机械电子工程、自动化、材料科学与工程等学科的专业人才,以及掌握多学科知识的复合型人才。前沿集成电路产品的研发,更需要数学、物理、化学等基础学科人才。

  “二战”后,美国从其他国家或地区吸引的大量科技人才为其集成电路产业发展做出了卓越贡献。被誉为“晶体管之父”的诺贝尔物理学奖得主威廉肖克利( William Shockley)就是出生于英国的移民。1980年,全世界约有3750人掌握与制造超大规模集成电路有关的技术,其中大约有2450人在美国(李书芹,2006年)。而日本在20世纪70年代大力培养微电子领域人才,1972—1977年,日本电气工程专业毕业的学士、硕士和博士总人数达106191人,比美国的92485人高15%(李书芹,2006年)。

  进入21世纪后,韩国、中国台湾地区培养的大量高素质科技人才,是其集成电路产业高速增长的重要基础。2000—2014 年,韩国、中国台湾地区的科学与工程学专业A大学毕业生总人数分别为187.3万人和118.4万人。按2014年年中总人口数计算,中国台湾地区每万人中就有506名2000—2014年毕业的科学与工程学专业大学生,是美国的1.8倍,日本的1.3倍;韩国每万人中有369名2000—2014年毕业的科学与工程学专业大学生,是美国的1.3倍(见

  )。值得一提的是,根据美国国家科学基金会发布的《2018科学与工程指标报告》,在2000—2014年科学与工程学专业大学毕业生总人数中,与集成电路产业紧密相关的物理和生物科学、数学与统计学、计算机科学、工程学毕业生所占的比例,中国台湾地区、韩国分别是85.6%、81.1%,而美国、日本分别是46.1%、33.7%。巨大的科技人力资源“蓄水池”,使得韩国、中国台湾地区能够以相对较低的人力成本,在集成电路设计、制造及高端封装测试环节形了强大竞争优势;同时,国际竞争力持续提升的集成电路产业,又为高素质科技人才施展才华提供广阔天地。于是,在产业发展与人才培育之间形成了良性循环。

  站在新的历史起点,中国集成电路产业要继续攀登行业顶峰,需要遵循产业发展规律,保持战略定力,在用好快速增长且多元化的本土市场优势的基础上,进一步完善创新生态系统、竞争性市场环境、投资激励机制,补齐人力资源保障这块短板,在应对重大外部压力中实现高质量发展。

  作为全球制造业第一大国和第二大经济体,中国已成为世界最大的集成电路需求市场。未来中国市场对集成电路产品的需求将呈现持续快速增长且多元化特征。一是,中国市场对成熟型集成电路的需求会持续增长。按照IC Insights的预测,集成电路在电子系统中的价值占比,未来五年将会逐步提高到30% 左右。中国既是全球最大的消费电子产品生产国,又是全球最大的消费电子产品使用国,还是全球最大的消费电子产品出口国。这意味着,中国消费电子领域对成熟型集成电路产品的需求将持续增长。这是中国集成电路企业通过“干中学”使学习曲线迅速下移,进而获得参与国际市场竞争“入场券”的根基。二是,中国市场将迎来前沿集成电路产品需求的爆发式增长。在“5G+人工智能(AI)+万物互联(IoT)”的时代逐步拉开帷幕之际,中国企业在5G通信设备、5G终端产品等领域已经形成了一定领先优势,并且中国是全球推动智慧城市、智能制造、车联网等新型应用场景建设力度最大的国家,由此会形成对新兴集成电路产品的巨大需求,这将成为拉动中国集成电路企业在部分前沿领域率先实现技术和产品创新的重要力量。因此,在新发展阶段,中国要依托成熟型集成电路需求的规模优势,结合前沿集成电路需求的示范效应,积极构建“国内市场需求+全球创新要素”的开放发展新模式,更有效地促进基于中国市场需求的、对全球集成电路价值链分配有重要影响力的“链主型”创新企业发展。在全球集成电路产业分工体系和供应链体系受到非市场力量的强力冲击时,政府既要在国际舞台合纵连横,为中国集成电路产业争取到尽可能长的平稳发展时间窗口,又要在国内综合施策,尽量延缓电子产品制造业产能向境外转移的步伐,甚至吸引更多境外电子产品制造企业到国内投资,让中国集成电路企业所依附的电子产业这棵“大树”在国内根深叶茂。此外,在政府购买服务的智慧城市等新型应用场景示范项目建设过程中,在符合国际规则的前提下,让具有较强国际竞争力的终端电子设备及产品制造与服务提供商在产业标准制定等方面发挥更大作用,从而将新兴集成电路产品市场优势,转化为数字化时代的产业标准优势。

  在产品创新和工艺创新持续快速发展的集成电路产业,创新生态系统的核心,是能够迅速感知乃至创造市场需求的企业。这类创新企业自身会通过与国内外研究机构合作,构建其持续创新的知识基础;通过与上下游企业协作,提高其创新效率。如果单纯依靠少数创新企业以市场交易的方式来推进产业技术创新,可能会在特定产品或工艺上实现突破。不过,“一花独放不是春”,在没有出现足够多的对全球集成电路产业价值链分配有重要影响力的“链主型”企业之前,只利用市场的力量,集成电路产业的创新很可能是局部的、零散的。因此,为了形成富有活力的集成电路产业创新生态系统,首先,政府要完善促进产业创新的体制机制,进一步引导并支持建设世界领先水平的产学研联合体,为国内集成电路产业的产品和工艺创新提供坚实的知识基础和前沿的产业共性技术。其次,以集成电路设计领域为重点,加大力度推动集成电路产业创新服务。可以先从国家重点支持的9个集成电路设计产业化基地起步,联合香港科技园知识产权服务中心等在知识产权审核和评估程序方面具有比较优势的专业机构,为国内中小型集成电路设计企业提供高端测试、产品分析、国外半导体知识产权(SIP)核心交易、国内SIP全球化等方面的专业服务,降低中小型集成电路设计企业创新成本。最后,明确重点领域,加大投入力度,在关键制造装备、基础设计软件、重点材料等领域实现“从有到优”的升级。在总结“核心电子器件、高端通用芯片及基础软件产品专项”和“极大规模集成电路制造装备及成套工艺专项”实施经验的基础上,瞄准未来产业竞争制高点,统筹产学研各方力量,在突破集成电路产业链关键环节的“卡脖子”技术的同时,努力在部分重要领域实现技术领先,通过提高极限环境下的自生能力和竞争环境中的领先优势,来获得平等参与全球集成电路产业分工体系的机会。

  在少数国家对集成电路产业进行投资和贸易保护,并妄图以非正当手段强行打破全球集成电路产业分工体系的背景下,我国要加大开放力度,进一步完善竞争性市场环境,以国际一流的营商环境吸引更多国外创新要素、创新企业加入到中国集成电路产业发展之中来。第一,不断强化竞争性政策的基础地位,大力推动集成电路产业政策从选择性、差别化向功能型、普惠性转型,持续完善竞争性市场环境。特别是,要加强对地方政府实施的各种支持集成电路产业发展的优惠政策的合规性审查,要求在政策制定和实施过程中做到所有制中性,以此引导不同所有制企业在公平的市场环境中开展有效竞争,从而促进集成电路产业高质量发展。第二,大力完善集成电路产业服务环节的准入管理制度,在全国范围内推动与集成电路产业服务环节有关的负面清单管理制度,以服务创新带动产品和工艺创新。尤其是,对于那些体现全球集成电路产业发展趋势的新型合作业态,政府要靠前服务,与集成电路企业一道解决影响新业态发展的关键问题,从而走出一条以业态创新应对外部压力的高质量发展道路。第三,以知识产权保护为重点,进一步优化营商环境。作为知识密集型产业,集成电路产业对制度环境的敏感性极强,特别是对知识产权保护有强烈需求。我国要在制度和治理上对标国际最高标准,依法实施最严格的知识产权保护制度,打造具有世界影响力的知识产权保护运用高地。加大政策集成创新和扶持力度,通过支持集成电路企业组建知识产权维权联盟,加强对本土集成电路企业知识产权维权援助服务;统筹推进半导体知识产权(SIP)运营综合服务平台建设,为中小型集成电路企业提供专利分析和风险防御服务,从而促进国内集成电路企业构建起基于专利知识产权的综合竞争优势。

  虽然近些年来我国集成电路产业固定资产投资增速较快,但作为全球集成电路产业的后发者,我国集成电路产业的资本存量与美国、韩国、日本、中国台湾地区相比仍有较大差距。面向未来,我国集成电路要实现以创新驱动为特征的高质量发展,离不开持续高强度的有效投资。首先,在全面评估近些年国家和地方集成电路产业投资基金实施效果的基础上,进行适当调整,以优化存量产业基金的配置效率,同时,根据发展需要,适当增加支持高端集成电路设计和基于产业链合作的研发创新的产业投资基金的增量供给,让财政资金更有效地发挥引导和杠杆作用。其次,借鉴美国硅谷集成电路产业发展中“创新 +金融”的成功经验,在集成电路企业特别是设计企业聚集度较高的地区,试点组建专门为知识产权密集型创业企业提供低成本风险贷款(venture lending)的科技商业银行。在不稀释股权的条件下,为那些没有多少可抵押物、核心资产就是知识产权的创业型集成电路设计企业,提供低成本的贷款。此外,引导开展传统业务的商业银行积极探索适应集成电路产业发展需要的信贷创新,稳步开展知识产权质押贷款等融资产品创新。最后,以科创板为重点,充分发挥资本市场融资功能,通过市场渠道为集成电路企业提供直接融资服务,加快完善配套政策与监管体系,引导激励风险投资支持创业型集成电路设计企业发展。

  与世界集成电路产业中其他主要竞争者相比,人力资源保障能力不足是我国目前亟待解决的突出问题。考虑到人才培养周期和产业技术创新的不确定性等因素,补齐这一短板,既要立足当前,以“新工科”建设为抓手,满足集成电路产业对高素质人才的迫切需求,又要着眼长远,加强数学、物理等基础学科的投入,为提升集成电路产业的原始创新能力奠定基础。一是,通过改革集成电路专业人才培养体制,用好人才培养的存量资源。在“新工科”建设中,统筹多方资源,发挥政府部门在集成电路人才培养中的“资金、资源、信息”保障功能;大力推动集成电路企业与国内高校积极探索产教融合新机制、校企联合培养新载体,努力实现高校理论教学与企业工程培训的有效衔接,提高集成电路人才培养质量。二是,全面提升自然科学与工程科学类专业的中外合作办学水平,以高质量的科技教育增量资源带动存量资源,在国内形成全球集成电路知识创新网络的核心节点。要贯彻落实中共中央办公厅、国务院办公厅印发的《关于做好新时期教育对外开放工作的若干意见》,紧紧围绕集成电路等战略性产业发展急需的自然科学与工程科学类专业,加大与境外高水平大学和科研机构合作办学的力度。针对境内外高校合作办学中存在的突出问题,要创新体制机制,解决好科研设备关税和科研人员所得税,科研人员、共用设备和实验用品过境管理,科研经费的外汇管制等难题。特别是,在少数国家意欲推动科技脱钩的背景下,为了以更加灵活的方式利用境外高端智力资源为我国培养高素质科技人才,可以考虑允许境外高校和研究机构在国内独立设立自然科学和工程科学类博士后工作站,为集成电路产业持续创新培养更多高层次人才。

  (作者飞为中国社会科学院工业经济研究所研究员,本文首发于《财经智库》2019年第4期,澎湃新闻获授权转发)

 

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