当前国际形势下中国半导体行业面临的瓶颈与对策

　　西北工业大学 周 凯 古淳月

　　2020年9月11日，在科学家座谈会上，习近平总书记强调，当今世界正经历百年未有之大变局，我国发展面临的国内外环境发生深刻复杂变化，我国“十四五”时期以及更长时期的发展对加快科技创新提出了更为迫切的要求。

　　当前，错综复杂的国际形势深刻影响着科学技术的发展，中美贸易摩擦也走向科技领域。两年来，以半导体行业为焦点，美国频频制造“围剿华为”、发布实体“黑名单”、限制芯片制造等 “卡脖子”事件，为中国科技产业发展敲响了警钟。科学技术是第一生产力，是推动社会进步的革命性力量。作为尖端科学技术代表的半导体行业已经成为5G、人工智能、工业互联网、物联网等领域发展的重要基石。半导体行业的发展深刻影响现代经济，世界各国政府都将其视作具有重大意义的战略性技术产业。目前，半导体等高科技领域的竞争归根到底仍是人才竞争。

　　本文简要回顾中国半导体行业发展历程，围绕中国半导体行业发展瓶颈，结合国家科技人才战略，探寻中国半导体行业发展路径与建议。

　　一、浅析中国半导体产业的“前世今生”

　　半导体，指在常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，是电子设备不可或缺的组成部分，广泛应用于集成电路、通信系统、照明应用等领域。其中，倍受关注的集成电路，即通常意义上讲的“芯片”，是一种将电路小型化的方式，常常制造在半导体晶圆表面。1958年，来自美国德州仪器的工程师杰克·基尔比搭建了世界上第一个集成电路雏形，也因此荣获2000年诺贝尔物理学奖。

　　中国半导体行业几乎是和世界同时起步，但在发展过程中，受到各种因素的影响，逐渐落后于世界先进水平。

　　创业起步期：1965—1978年

　　自1947年第一颗晶体管在贝尔实验室诞生，半导体产业发展到现在已有七十多年。作为战略性技术产业，世界各国争相发展。我国在1965年成功研制出第一批晶体管和数字电路，这一时期半导体的发展主要以计算机和军工产品为目标，立足于自力更生，解决实际需求。

　　探索前进期：1978—1990年

　　1980年我国第一条3英寸生产线在878厂投入运行，同时期电子计算机和大规模集成电路领导小组正式成立，制定了中国IC发展规划，这一时期主要以引进为主，改善我国半导体行业水平，但忽视了国外先进技术的消化吸收，为我国半导体行业发展埋下了隐患。

　　重点建设期：1990—2000年

　　1990年，我国开始实施“908”工程，1991年中外合资公司——首钢NEC电子有限公司成立，这一时期依托908工程、909工程，以计划为指导，以大项目驱动，以CAD为突破口。

　　加速发展期：2000—2011年

　　2000年，中芯国际在上海成立，国务院18号文件加大对集成电路的扶持力度。2002年，第一款批量投产的通用CPU芯片“龙芯一号”研制成功。这一时期我国半导体行业取得了较大发展，产业链规模化发展有了良好的势头，对我国半导体行业产生了深远影响。

　　高质量发展期：2012年-至今

　　2012年，《集成电路产业“十二五”发展规划》发布； 2014年，《国家集成电路产业发展推进纲要》正式发布实施；“国家集成电路产业发展投资基金”成立；日前，国务院印发了《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》，从财税、投融资、研究开发、进出口、人才等八个方面给予政策。这一时期国家不断加强对半导体行业的支持力度，随着更多政策措施的落实，中国半导体行业迎来了国家引导下的战略机遇期，中国“芯”指日可待。

　　二、解析中国半导体行业的“千难万险”

　　近年来，随着中国作为世界制造基地的崛起，中国半导体行业迎来了新的发展机遇，短短几年时间，从距世界先进水平四、五代差距，快速缩小至一、二代。理论上，随着技术发展的深入，后发国家技术追赶应该会更容易实现，但我们必须清醒认识到中国半导体行业的不足与瓶颈。在当今错综复杂的国际大背景下，中国半导体行业想要实现“后发制人”，前路漫漫。

　　瓶颈一：研发成本高、技术更新快

　　半导体作为战略性技术产业，需要雄厚的资金和技术作为支撑，以美国为例，每年联邦和企业在半导体研发中投入的资金超过400亿美元。以荷兰ASML极紫外光刻机为例，台积电、三星、SK海力士等半导体巨头都在其研发中投入了大量资金、技术支持，ASML极紫外光刻机几乎可以称作是世界各国高精尖科技的集大成者。和国外相比，目前国内半导体装备产业投入仍有不足，高精尖设备、技术依然受制于人。与此同时，半导体技术更新周期很短，需要不断投入资金，不断深入研发，根据摩尔定律，单位芯片晶体管数量每18个月增长一倍，往往是落后一步，步步落后，很容易出现“先进者越先进、落后者越落后”的“马太效应”，目前我国在一些关键半导体设备上仍与世界先进水平存在1-2代的差距。

　　瓶颈二：历史积累厚、进入门槛极高

　　半导体行业需要雄厚的研发积累，门槛极高，往往是隔行如隔山。历史上手机芯片巨头高通曾经进军服务器芯片领域，计算机处理器制造商英特尔也花费了十余年时间在移动处理器和手机芯片研发上，但无一例外都铩羽而归。半导体行业不是一蹴而就的，也不是光有资金支持就可以的，需要长时间的投入、积累。并且后发企业自身的技术水平、创新能力等方面都略有不足，难以同国际接轨，难以获取行业最新发展动态，也难以获取外部市场需求。

　　瓶颈三：产业链条长，技术封锁严重

　　芯片的制作过程中，共有6000多道工序，涉及材料、结构、器件，电路、架构、算法、软件等等环节，缺一不可。近年来中国半导体行业虽然取得了一定的发展，但是很多关键器件、核心材料仍需要进口，很多甚至还是非卖品，严重制约着我国半导体行业的发展。目前随着华为、中芯国际等企业的崛起，中国逐步在弥补半导体行业的不足，但由于缺乏完备的产业链支撑，极易出现“断供”、“禁用”的危机。发达国家自20世纪80年代就开始对中国进行技术封锁，加上 WTO、SCM 等制度框架约束，造成中国赶超世界先进水平的难度极大。

　　瓶颈四：知识产权保护不够，激励制度不足

　　相较于“生化环材”等科研热点领域，半导体行业虽然和人类生产生活息息相关，但研发周期长、准入门槛高等问题一直困扰着该学科发展，“板凳要坐十年冷”。同时缺乏专门的激励制度、考核评价体系也是困扰半导体行业发展的重要问题， 2019年以前，数理学部几十个研究方向中没有“半导体”3个字，2020年才把半导体基础物理纳入凝聚态物理学部的14个方向之一，由此便可见一般。我国对半导体知识产权的保护做得还不够，产品山寨、同质化竞争、创新能力不足等问题也困扰着中国半导体行业。

　　瓶颈五：人才短缺严重，发展不平衡

　　半导体行业发展水平归根到底取决于人才培养的水平，从总体来看，中美半导体行业人才对比是1：6，严重制约了我国半导体行业的发展。根据《中国集成电路产业人才白皮书（2018-2019）》，2021年我国集成电路人才短缺将达26.1万人，并将不断扩大，同时现有人才中也存在着“基础人才多而不专、中层人才精而不深、高端人才少而不尖”的问题。从学科发展的角度来看，高校在专业设置上针对性、对口性严重不足，集成电路、人工智能等应用层面受到关注较高，基础研究相对薄弱，甚至部分高校没有设置半导体物理专业，人才的培养、储备严重不足。

　　三、探究中国半导体行业发展的人才战略与政策建议

　　科学技术是第一生产力，未来能够支持人工智能、量子计算等新兴高精尖技术发展的，必然是一个完备的、领先的半导体产业链，更是一个科学、有效的中国科技人才战略。

　　政策建议一：认清形势，端正态度

　　2020年，虽然遭受新冠肺炎疫情的影响，但我国半导体行业仍保持着良好的发展势头，但我们必须清醒的认识到：目前市场最高端的5nm芯片只有台积电能够生产，三星、台积电、中芯国际等芯片代工巨头都无法绕开美国技术。一方面面对复杂的国际形式，我们要尽快采取行动，追赶世界先进水平，亡羊补牢犹未晚矣。另一方面半导体行业的发展必须一步一个脚印，没有捷径可走，必须掌握属于自己的核心科技，别人的永远都不是自己的，必须舍得下血本，保持高投入。

　　政策建议二：理清思路，夯实基础

　　中国半导体行业的发展，短期内可以参考引进、消化、创新的发展思路，但要想在世界半导体行业中占据一席之地，我们就必须拥有自己的核心科技，尤其要注重历史积累，夯实基础，在掌握完整技术链的情况下，在有潜力的环节加大攻关力度，以研发神威太湖之光芯片的申威团队为例，从CPU指令集开始设计，最终在制造工艺仍落后两代的情况下，开发出同等级性能的超算芯片。同时可以考虑“自主设计、自主生产”的原则，建立“一条龙”的半导体行业链。

　　政策建议三：顶层设计，构建体系

　　日前，国务院印发了《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》，从财税、投融资、研究开发、进出口、人才等八个方面给予政策。从2000年开始，国家先后出台了三份支持集成电路发展的政策文件，着重加强对重大项目的建设指导，产业布局。发展半导体，要做好顶层设计，做好行业规划，避免不必要的重复建设。现阶段一方面要加强配套政策的制定落实，主动作为，让优惠真正落到实处，促进行业发展。另一方面要加强政策整合，同时尽可能简化手续，让政策真正推动产业发展。

　　政策建议四：人才强芯，均衡发展

　　很多半导体行业专家谈及中国半导体行业发展关键因素时，不约而同的谈到了人才，既包括技术人才也包括管理人才，对人才我们要大胆使用，善于使用，制定优厚的激励政策，对于国际化人才引进力度更是要持续加强。同时高校作为人才的孵化场，在培养半导体行业人才的过程中，要注意针对性、融合性，加强和用人单位的沟通，及时了解需求，培养“高中低”三层次的优秀人才；加强和用人单位的沟通，可以和企业合作承担一些横向课题，理论实践相结合，进一步提高学生能力。在学科的设置上，不光要解决有无的问题，还要解决适配性的问题，多调研、多加强联动，各高校不能闭门造车，要站在半导体战略性发展的视角下，通盘考虑。

　　政策建议五：集中优势，重点突破

　　全面掌握现有半导体技术，对有潜力的环节加大投入，重点攻关，取得半导体行业里的“中国方案”、“中国核心技术”。现阶段应重点加强对先进芯片制造企业、集成电路设计企业的扶持投入，尽快追赶国际先进水平。重点孵化一批有影响力、有话语权的大型企业，提升全球竞争力，这是下一阶段高质量发展的关键所在。同时也要加大研发投入，研发一代、预研一代、规划一代的方针同样适用于半导体行业。在追赶世界先进技术的同时，也要尝试进行弯道超车，硅芯片逐渐达到理论极限，新的材料尚未确定，这给了中国追赶超越、研发新技术的空间，给了中国和世界半导体强国站在同一起跑线竞争的可能。

　　习近平总书记指出，我国经济社会发展和民生改善比过去任何时候都更加需要科学技术解决方案，都更加需要增强创新这个第一动力。长风破浪会有时，直挂云帆济沧海。当前，我国科技领域发展迅猛，科技产业布局清晰，行业发展前景广阔，持续加大基础研究、人才培养、科技创新、产业升级的支持力度，持之以恒，久久为功，相信中国半导体行业一定能逐渐突破瓶颈，实现历史跨越

　　参考文献

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　　作者简介

　　周凯，工学博士，副教授，硕士生导师，西北工业大学团委书记，西工大教育部高校思想政治工作创新发展中心特约研究员，新加坡南洋理工大学访学交流。

　　古淳月，西北工业大学硕士研究生。