集成电路:积累、爆发及挑战

作者: 王相怡

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大华数智展厅。

从21世纪初成为首批国家级集成电路设计产业化基地,到如今的产业链条全面拓展,空间布局逐渐明晰,杭州集成电路产业经历了从积累到爆发的过程。

近五年来,杭州集成电路产业规模实现了快速增长,年均增速超过30%,目标是在2025年突破1000亿元。其中,设计业作为优势产业,居全国第四位,仅次于上海、深圳和北京。

集成电路产业作为未来人工智能时代的重要驱动力,是杭州推进数字经济“二次攀登”,建设智能物联产业生态圈的技术底座。杭州依托此前的技术积累,推进高水平国产替代,打造具有辨识度的模拟芯片和高端芯片设计产业高地,并基于优秀的创新创业生态,进一步提升自主研发能力,抢占新兴技术的制高点。

一、集成电路产业发展历程

杭州集成电路产业有超过20年的积累,经历了从获批国家级集成电路设计产业化基地,加速发展设计业,到从设计业向制造业延伸,产业链全面拓展,规模迅速增长的过程。

前十年,建设国家级设计产业化基地,设计业加速发展。

以2000年《国务院关于鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策》发布为标志,中国集成电路产业进入第一段高速发展时期,业内称之为领军企业快速成长、设计业百花齐放的“黄金十年”。

杭州凭借设计业的技术和人才基础,在2001年与上海、西安、北京、成都、无锡、深圳共同成为首批国家级集成电路设计产业化基地。浙江省也逐渐明确了“以杭州为代表的环杭州湾IC基地,建设成为国内一流的集成电路设计产业化基地”的发展目标,致力于打造杭州“天堂之芯”和环杭州湾“天堂硅谷”集成电路设计产业品牌。

21世纪初的杭州在互联网经济助力下快速崛起。面对“软”与“硬”的选择时,更多资源涌入热度更高、回报更快的领域。杭州信息传输、计算机服务与软件服务业增势强劲,企业家信心指数领先于其他行业,长期保持在140点以上。集成电路设计业作为杭州信软服务业的重要领域,迎着经济浪潮,也实现了快速发展。

集成电路设计业的企业数量从杭州产业化基地建设之初的7家,增长到2009年底的近70家,总销售收入从不到5亿元增长到25亿元,位居全国前五位。1997年成立的士兰微、2001年成立的国芯科技和2002年成立的立昂微,逐渐成为各自领域的领军企业。其中,士兰微更是在2003年成为国内首家上市的集成电路设计企业。

图1:杭州信息传输、计算机服务与软件产业企业家信心指数变化(点)

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资料来源:杭州市统计年鉴。制图:张玲

图2:城市集成电路设计业情况

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资料来源:销售规模来自半导体协会,规上企业数量来自企查查

后十年,从设计向制造延伸,产业链全面拓展。

与其他长三角集成电路产业领军城市相比,经历“黄金十年”后的杭州逐渐显现出产业主导力下降的态势,具体表现为“软”强“硬”弱。设计领域在全国排名前列,但企业数量偏少,规模偏小;制造领域落后于其他领军地市,没有芯片代工生产线,一大批设计业中小企业无法在本地释放产能。

根据杭州市决策咨询委员会于2016年编写出版的《智汇钱塘——杭州决策咨询报告》,除了《国家集成电路设计杭州产业化基地扶持资金资助管理办法》(2005),杭州在那些年并未出台其他的实质性扶持政策和措施,与其他重点发展的产业相比,政策支持力度显得不足。与此同时,也由于投资和引导机制尚不健全,间接导致一些小企业研发意愿缺乏,产品同质化严重。

2017年以来,杭州连续发布了《杭州市集成电路产业发展规划》《进一步鼓励集成电路产业加快发展专项政策》等政策,加大力度追赶与上海、北京、深圳等发达地市的产业发展差距,并明确了“以设计带动制造”的发展思路。

根据半导体协会的数据,自2018年开始,杭州集成电路设计业规模迅速增长,五年年均增长率达到37.29%。在制造领域,越来越多的龙头企业向制造、封测、装备、材料领域进一步延伸。

二、集成电路产业特点

从设计、制造以及封测三个集成电路产业核心环节来看,杭州在体系、格局和生态上呈现以下特点:

产业体系:涵盖设计、制造、封测以及材料、设备,模拟芯片和数模混合芯片有优势。

设计领域,杭州拥有士兰微、矽力杰、杰华特等一批在国内外有较大影响力的头部企业。制造领域,在特色工艺方面有比较优势。封测方面,有先进封测产业布局。

模拟芯片和数模混合芯片在国内外有一定的竞争力。矽力杰是亚洲最大的独立模拟芯片设计公司,主要产品为电源管理及信号链芯片;富芯半导体12英寸晶圆生产线,是行业领先的特色工艺集成电路生产线;杰华特的JWH3515系列产品成功入选电子工程世界“最能打的国产芯”DC/DC榜单。

材料方面,硅材料处于全国领先水平,中欣晶圆的8英寸、12英寸硅片已经量产。科百特各类膜材料产品在全球消费电子企业中被广泛使用。

设备方面,长川科技是国内集成电路测试设备门类最齐全的企业,产品涵盖测试机、分选机、探针台、AOI等,同时近年来在测试机领域取得重大突破;求是半导体提升了高端芯片的存储效率和电力稳定性。

图3:地级市集成电路产业链规上企业数量对比

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资料来源:企业的数据和统计标准来自企查查;产业规模数据来自官方信息、媒体报道以及前瞻网,由于各地政府和机构给出的计算方式不同,这里仅作定性参考

图4:杭州集成电路产业图谱

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资料来源:企查查

产业格局:“一核一廊多点”分布,滨江、钱塘、西湖、萧山等地集中度高。

根据2022年杭州市政府发布的《关于促进集成电路产业高质量发展的实施意见》,杭州致力于打造集成电路产业的“一核一廊多点”空间格局。“一核”即滨江创新核,强化国家集成电路设计杭州产业化基地和杭州国家“芯火”双创基地作用,打造高端芯片产业优质生态;“一廊”即城西科创大走廊,在高端芯片、核心材料、关键设备、支撑软件等领域形成一批重大创新成果;“多点”即钱塘区、富阳区、萧山区、桐庐县、余杭区等地,打造国家级特色工艺半导体制造基地,争创省级万亩千亿产业平台。

从产业的区县分布来看,滨江、钱塘、西湖、萧山的企业集中度较高。滨江区力争在2025年产业规模突破400亿元,目前从模拟芯片的设计制造到传感芯片、高性能计算芯片、存储芯片、人工智能芯片,再到EDA工具和半导体设备等,产业链基本贯通。钱塘区集成电路产业链较为完整,“芯智造”产业链连续两年获评浙江省产业链“链长制”优秀示范单位榜首,是国内唯一具备5英寸到12英寸晶圆制造能力的区县。西湖区在模拟芯片方面具有较强的竞争优势,并成立了浙江省微波毫米波射频产业联盟,铖昌科技、臻镭科技是联盟里的西湖区上市企业。萧山区培育了华澜微、浙江创芯等特色优势企业,依托浙大杭州国际科创中心加速推进集成电路技术本地化发展。

产业生态:“浙大系”贡献重要创新力量,企业规模偏小但协作闯出国产替代新路。

杭州创新创业生态全国领先,在世界知识产权组织(WIPO)发布的《2023年全球创新指数》中排名全球科技集群第14位。除了活跃的民间资本、优越的营商环境,以浙江大学为首的高校和科研院所也在为杭州源源不断地输送人才与技术,有效推进了产学研的深度融合。矽力杰董事长陈伟,士兰微副董事长、总经理郑少波,杰华特联合创始人周逊伟,长川科技创始人赵轶等都毕业于浙江大学。寻根溯源,是这所高校在半导体领域几十年的深厚积累。

在著名半导体材料专家、浙江大学原副校长阙端麟院士的带领下,浙大在1958年成为国内首批设立半导体专业的六所工科院校之一。1970年,阙端麟院士基于研制成功的高纯硅单晶创办了浙江大学半导体厂。1999年,浙大将其改制为股份有限公司,公司旗下的海纳半导体发展成为中国半导体材料领域的重要开拓者之一。而海纳在宁波的基地,则被阙端麟改造为现在大家熟知的杭企立昂微旗下控股的浙江金瑞泓。金瑞泓的外延硅片处于全球领先地位。

如今,“浙大系”的集成电路创新力量仍在不断壮大。2023年12月,浙江大学撤销原微电子学院(微纳电子学院),成立了集成电路学院,由集成电路制造技术专家吴汉明院士担任院长。吴汉明院士还牵头建设位于萧山的浙大杭州国际科创中心集成电路创新平台,带领团队聚焦集成电路设计制造一体化、虚拟制造技术,开展成套工艺技术研发、国产化验证和人才培养工作。此外,国际科创中心先进半导体研究院的杨德仁院士、郑有炓院士也在整合浙大与企业的力量,打造第三代半导体的研发、制造、应用和测试评价全产业链。

虽然与北京、上海、无锡等城市相比,杭州的集成电路产业整体和企业规模偏小,但在良好创新土壤的培育下,杭企闯出新路,并呈现出产业链上下游协同推进的态势。

2008年成立的长川科技研发投入常年保持在营收的20%-30%,在国际环境收紧后,将产品从模拟和功率芯片测试机拓展到数字和存储芯片测试机领域,成为全球唯一可以提供全系统解决方案的测试设备企业,并在三温分选机、数字测试机、三温8/12探针台等多个领域填补国内空白,甚至达到国际先进水平。长川科技不仅为下游的企业提供测试设备,也与上游供应商做联合开发。

三、集成电路产业的风险与挑战“想要活下去,必须走出去。”

美国对中国集成电路产业的封锁体系化、精准化趋势加深,包括贸易和投资围堵越来越烈,前沿技术出口收紧,人才流动限制从阻断流动向加强西方国家科技合作转变等。

图5:集成电路产业的三次转移

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资料来源:根据金海年、顾强、巩冰等著《大国的坎:如何破解“卡脖子”难题》信息整理

图6:国内集成电路产业链挑战

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资料来源:根据金海年、顾强、巩冰等著《大国的坎:如何破解“卡脖子”难题》以及互联网信息整理

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