我国集成电路产业体系建设的现状、挑战与范式转向

 我国集成电路产业体系建设的现状与进展

20世纪末以来，得益于国际价值链分工、国家政策大力扶持和技术模块化程度加深的机会窗口，我国集成电路产业主要采用“后发追赶”的跟随战略，主动嵌入先发国家主导的技术体系，在本地消费市场的拉动下通过推动全球生态“本土化”的路径构建本土产业体系。近年来，我国集成电路产业逐渐由低端向中高端延伸，产业体系得到快速发展和完善。美国半导体行业协会（SIA）的统计数据显示，2022年全球半导体销售额达到创纪录的5735亿美元；其中，相较于美国、日本和欧盟16%、10%和12.7%的份额占比，我国半导体销售额达1803亿美元，占全球31.4%，连续11年居全球半导体市场规模之首。在庞大的本土应用需求拉动、政府政策大力支持下，我国集成电路企业持续引进消化吸收外部先进知识、加快本土创新链和产业链协同发展，本土产业体系初步形成了以长三角、珠三角、环渤海、福建沿海和中西部为主的五大区域联动发展格局，对应的集成电路设计能力、制造产能、工艺水平及产品良率得到了大幅提升。

产业链方面，我国基本完成了在集成电路全产业链上、中、下游的企业的单点布局，且一些领域表现出较强的国际竞争力，涌现出了海思、紫光展锐、华为、中兴、上海微电子、中芯国际、长江存储、长电科技、华天科技等一系列领军企业及细分领域的专精特新企业，对以美国为首的集成电路传统科技强国和领军企业形成了加速追赶乃至部分超越的趋势。例如，通信芯片设计近年来快速发展，高端芯片设计与国际先进水平逐渐缩小；制造环节已成功实现14nm芯片量产，但与中国台湾地区的台积电、韩国的三星、美国的英特尔等领先企业的3nm和1.5nm制程的代际差距较大；清洗等制造设备和部分材料实现了从无到有的突破；封测环节初步完成国产替代，基本掌握了先进封装技术。

创新链方面，政策的大力支持助力集成电路技术从基础研究到新产品市场化应用的创新循环不断完善，形成了以半导体超晶格国家重点实验室、应用光学国家重点实验室、微细加工光学技术国家重点实验室为代表的全国重点实验室体系，以及产学研联合组建的集成电路创新中心、产教融合等创新平台。

 我国集成电路产业体系建设的新挑战与新问题

 虽然我国集成电路产业体系日益健全，取得了一系列突破性进展，实现了产业从无到有、从有到大的跨越式发展；但是随着产业内部格局和外部环境发生的阶段性变化，我国集成电路产业高质量发展面临着突出的新挑战与新问题。

外部发展环境方面，当今世界面临百年未有之大变局，国际政治经济环境剧变。以美国为代表的美西方国家以安全为由，加快对华高技术封锁和产业链“脱钩”“断链”步伐，目的在于人为构建代际差距，将我国集成电路产业锁定在价值链低端。以2018年“中兴事件”为导火索至目前愈演愈烈的中美经贸摩擦和科技“脱钩”，尤其是伴随着新冠疫情冲击、俄乌冲突等“黑天鹅”事件，全球集成电路产业发展逻辑从“效率”驱动向“安全和效率”双重驱动逻辑转变。美西方国家对华实行“小院高墙”的围堵策略，提出了针对性围堵中国崛起的“新华盛顿共识”，通过打造“平行供应链”来加速推进供应链“去中国化”，并针对性出台算力芯片对华出口限制，我国集成电路产业传统的追赶模式瓶颈更加凸显。2024年1月，美国商务部启动对美国半导体供应链和国防工业基础的调查，再次明确要求“去中国化”指标，并且发文禁止英伟达等图形处理器（GPU）厂商向中国提供A800和H800，以及更先进制程的、用于人工智能大模型训练的先进算力芯片，这标志着美国对我国集成电路产业技术封锁的全方位、体系化和精准化趋势进一步加速深化。

与此同时，我国集成电路产业体系发展呈现出破碎、割裂的特征，未能形成良好的本土强供需循环，且外部环境的巨变导致我国在高端芯片及关键设备材料领域面临单点核心技术“卡脖子”、产业底层支撑软件系统缺失、原创基础研究孤立薄弱、国产芯片自主研发体系尚未形成、产业创新人才急缺等旧瓶颈和新问题叠加局面。具体的，产业生态方面，虽然基本完成了在全球产业链上、中、下游的企业单点布局，但本土产业生态呈现出弱供需链接的“割裂”状态，可能原因有：1. 产业链头部企业之间、国企民企之间，以及大、中、小企业之间“各自为战”；2. 长期外部技术引进导致的路径依赖和沉没成本使得产业链上下游本土企业间链接困难。

外部“脱钩”“断链”风险和本土生态割裂的双重压力下，依赖市场和制度保护的本土产业链关键环节面临严峻的“卡脖子”瓶颈。例如，特种气体等高端材料及先进制造工艺等多个光刻机关键材料或工艺的国产化率不足1%，KrF/ArF光刻胶几乎全部依靠进口，在高频驱动及集成技术等方面仍然薄弱。设计软件方面，集成电路设计的上游支撑软件电子设计自动化（EDA）、IP核等长期受美欧企业控制，国产化率不足5%；特别是中央处理器（CPU）、GPU逻辑计算芯片的设计严重依赖外部软件工具。基础研究方面，资源投入不持续不聚焦、资本结构单一，共性技术创新平台缺乏；另外，虽然企业是最接近市场应用的理性经济体，但往往更加注重工程应用研究，导致科技企业参与基础研究严重不足。产业人才方面，集成电路领域的人才缺口明显、结构失衡，尤其是缺乏具有前瞻视野的领军人才和突出创造性的青年团队。根据Aminer开放数据平台发布的《2023年全球最具影响力人工智能学者》（简称“AI 2000学者”）报告，美国学者有1079名，中国学者有280名，仅为美国的1/4左右。产业人才的巨大缺口源自于教育、科技、人才良性循环尚未形成，且现行单一学科的专业设置难以满足集成电路高质量发展所需的跨学科、跨领域、国际化复合型人才需求。

集成电路产业体系建设的范式转向

当前，全球集成电路产业链发展正值产业格局调整和创新范式转型的关键窗口期。以“摩尔定律”主导和硅芯片为主流形态的第二代半导体发展的瓶颈日益凸显，集成电路产业迎来以光芯片、化合物芯片、量子芯片、生物芯片等新兴、特色场景不断涌现为特征的“后摩尔时代”。尤其是人工智能大模型和类脑智能、具身智能的颠覆性技术创新与产业快速发展对人工智能（AI）芯片的需求与日俱增，新需求新场景催生集成电路发展的新机遇、新赛道。

集成电路作为关系国家安全的基础性战略性产业，“后发追赶”视角的传统跟随式发展模式已无法应对内外部环境变化带来的新挑战，不能满足新征程上产业现代化的新需求，以及推进新型工业化和加快培育新质生产力的战略新要求。面向新征程上加快建设现代化产业体系、培育新质生产力的新使命、新要求，以及内外部的新挑战和新问题，倒逼我国集成电路产业体系战略范式的转型——需要从兼顾“效率和安全”的双元逻辑出发，加快从原有的国际开放分工环境下以市场驱动为主的后发追赶范式，向新征程、新形势下以场景、问题和科技三轮驱动的新型整合性范式跃迁。为此，亟须基于新型国家创新体系理论与场景驱动创新的重大范式机遇，重构集成电路领域多元创新主体协同关系、集成模式，加快产业体系构建战略从“政府主导、企业参与”向“政府引导支持、科技领军企业牵头主导、大中小企业融通”转变，加快产业技术体系重塑，引领产业体系现代化。

我国集成电路现代化产业体系的建构战略与路径

我国集成电路现代化产业体系建构的理论基础

（1）新型国家创新体系

新型国家创新体系是在国家创新体系理论基础上，面向高水平科技自立自强所构建的中国特色国家创新体系；其强调发挥新型举国体制优势，通过底线思维与使命引领的战略导向，从国家层面整合包括基础研究系统、产业创新系统、区域创新系统、企业创新系统在内的多个创新子系统，进而统筹原始创新、应用创新、科技制度创新等多种类型的创新活动。在建设重点上，新型国家创新体系的典型特征在于聚焦创新体系中各类企业创新能力的培养，并在此基础上进一步主动开放体系边界，积极融入国际创新体系，合作共赢推进整体效能提升。相对于传统国家创新体系理论中强调国家各创新主体的自由协同，新型国家创新体系的超越性在于更加关注如何通过制度创新激励国家战略科技力量和多元创新主体，围绕国家重大战略需求打造基于自主的开放型创新生态，从而全面提升国家创新体系整体效能；更加侧重解决国家战略科技力量牵头作用难发挥、企业创新主体地位未充分确立、创新活动同质化且缺乏协同等核心瓶颈问题。

集成电路产业因其技术特性与产业特征的双重特殊性，其发展兼具国家战略层面的安全性与市场层面的国际竞争性。在我国“后发优势”逐渐消失和外循环受阻的现阶段，集成电路产业发展的基础与条件已经基本具备，而创新制度上的转型成为能否突破“卡脖子”问题和实现产业跃迁的关键。运用国家创新体系理论推进集成电路产业体系现代化既是国家战略需求，也符合产业发展现实需要。新型举国体制的价值在于强化科技创新全链条协调管理，综合发挥顶层设计、超大规模市场、海量数据和丰富应用场景优势，加快培育集成电路科技领军企业和具有产业链控制力的生态主导型企业，尽可能压缩产业赶超进程的同时，积极把握全球产业结构调整带来的新场景机遇，打造国家科技和产业先导能力，开辟新赛道、新领域。

（2）使命驱动型创新

集成电路产业是现代化产业体系建设的战略基石，因此在创新政策设计与科技领军企业创新实践上均需要嵌入使命驱动的内核，这也是建设新型国家创新体系的重要导向。使命驱动型创新强调政府主动引导产业和企业创新方向，科技领军企业等国家战略科技力量积极响应国家使命和战略需求。于政府而言，使命驱动型创新的内涵在于围绕社会发展新使命制订系统性创新政策，并将其主要功能从创新生态建设向战略性引导产业演化与变革转变。于科技领军企业而言，使命驱动创新的内涵在于将国家和社会使命与企业自身创新发展战略有机整合。集成电路产业兼具多元主体协同与多学科交叉融合的特征，更加需要使命驱动型的创新政策体系，需要企业超越单一利益导向与商业价值考量，主动将国家发展战略融入企业决策与实践中，以使命感激发创新活力与联合攻关成效。

（3）场景驱动创新

场景驱动创新理论强调瞄准基于共同使命愿景下的战略目标，围绕特定场景下的复杂综合性需求问题开展创新突破和成果集成应用。这一范式不仅可以通过促进现有技术的快速应用并释放价值，而且能基于新兴和未来场景识别现有技术短板或空白进而凝练科学问题，反向牵引基础研究和新技术的精准突破。场景驱动创新理论，能够激励多元创新主体围绕新型工业化丰富场景的痛点、难点开展联合攻关，形成从基础研究到成果应用的创新闭环，在场景进化的过程中推动集成电路产业体系跃迁。作为典型的通用技术，集成电路创新和高效转化应用严重依赖场景化需求的适配与迭代。从产业跃迁的角度，场景驱动创新能够启发创新主体前瞻识别科技和产业变革中新兴特色场景蕴含的创新机遇，进而开辟新领域和新市场，助力我国集成电路产业在传统技术驱动的“跟随式”战略基础上，加快向使命、场景和科技三轮驱动的“引领型”战略跃迁。

推进集成电路产业体系现代化的“双元整合式”战略逻辑与路径

 新逻辑

面向国际环境巨变带来的新挑战和中国式现代化新征程、新使命，以及集成电路产业结构变革带来的新场景、新机遇和产业创新涌现出的新模式，本文基于新型国家创新体系、使命驱动和场景驱动创新理论，针对性提出加快从传统开放友好环境下“效率”主导的追赶模式向统筹“效率与安全”、迈向引领的超越追赶模式跃迁。具体地，从“后发追赶”和“前瞻引领”双元视角出发，重构集成电路产业技术体系，以兼顾同质、异质和异构并行的混合系统集成模式为牵引，构建集成电路现代化产业体系的“双元整合式”战略框架（图1）。

 图1  面向集成电路产业现代化的“双元整合式”体系建构战略

其中“后发追赶”视角强调使命驱动、动能强化、加速追赶，遵从“逆势而上”的战略逻辑，关注面向突破集成电路产业关键核心技术“卡脖子”困境的战略使命，以“补短板、强弱项”为战略目标，强化产业基础核心能力。在此基础上，进一步引入“前瞻引领”视角，侧重场景驱动、超越追赶，遵从“顺势而为”的战略逻辑，强调面向集成电路产业发展的新兴特色场景，发展本土优势技术，抢占产业细分场景和领域的制高点，以“锻长板、铸强项”为战略目标，打造产业先导能力，形成产业和国家发展的非对称优势。

围绕中国式现代化新征程上加快高水平科技自立自强和现代化产业体系的总体战略纲领，相较于传统战略，“双元整合式”的新战略从时代背景、发展阶段、产业逻辑、技术范式、使命需求、理论基础、体制机制、创新载体、创新模式、企业角色、典型能力和价值链地位等维度均实现了更新与超越（表1）。

表1 集成电路产业体系新、旧战略比较

具体而言，发挥新型举国体制、超大规模市场、海量数据和丰富应用场景优势，以新型集成模式、产品架构为牵引，在成熟技术路线上加速理性追赶的同时，注重基于新场景、新架构超越追赶，开辟我国集成电路产业新领域，从“双元整合式”创新视角，构建基于核心技术自主可控的新型开放型产业生态体系。

“双元整合式”战略体系中，企业是集成电路现代化产业体系和科技创新体系的核心主体乃至主导者，需要瞄准重大应用场景，重视构建子模块联动的企业主导型产业创新体系。

（1）发挥领军企业“头雁效应”推动产业基础能力高级化

充分发挥国资央企、龙头企业和科技领军企业在科技创新中的主导作用，积极向产业链开放创新资源、建设支撑大中小企业融通创新的产业平台，瞄准基础零部件/元器件、基础材料、基础工艺及装备、工业基础软件和产业技术基础。开展“大兵团”作战式的有组织攻关，强化集成电路产业体系基础能力，实现产业基础高级化。

（2）重视场景驱动，加快产业体系现代化

基于集成电路细分领域和新场景、新赛道，以及颠覆性技术创新方面的独特优势，精准把握AI、量子计算、车路协同等新兴应用场景带来的新机遇，超前把握新场景新特征，定义新产品、新架构和新的集成模式。以场景为载体，以新型混合集成架构为牵引，激励具备高战略敏捷性和创新活力的专精特新企业和中小企业参与到领军企业的创新链和供应链中，打造产学研深度融合、大中小企业深度融通的集成电路现代化产业体系，保障产业链供应链安全稳定和韧性发展。

新路径

（1）路径一：使命牵引，动能强化，加速追赶。

瞄准产业“五基”短板、弱项，运用全球生态“本土化”机制，在主流技术路线上“逆势而上”补短板、厚基础，强化产业创新发展动能，加速理性追赶。这一路径体现使命驱动型创新模式的思想，关注当前我国集成电路产业链的“补短”，以产业链安全为主要导向，促进关键核心技术的攻关，夯实产业基础核心能力。

后发国家积极把握嵌入国际价值链和专业化分工的机会窗口，高效嵌入全球网络是构建本土产业体系的有效方式。在美西方主导的主流技术体系框架下，目前我国集成电路科技企业落后国际先进水平两代以上，主要基于外部技术进行工艺优化提高产品良率。我国的集成电路本土产业链在设计工具、关键设备及高端材料等环节国产化率较低；在当前中美科技“脱钩”的国际环境下面临着严重的“断链”风险；传统购买外部知识产权、获取技术许可等“引进来”模式下，我国集成电路产业的加速追赶呈现出难以为继的疲态，亟待探索新形势下国际合作和技术交流新模式，持续为全球生态“本土化”过程赋能。

面向科技自立自强的新使命，瞄准基础零部件/元器件、基础材料、基础工艺及装备、工业基础软件和产业技术基础（产业“五基”）的“卡、软、薄”和国产自主创新瓶颈，推进国家战略科技力量和国企民企创新力量的协同整合；并积极探索科技企业“走出去”和“引进来”相结合的新型国际化协同创新战略，分类施策，实现加速追赶。围绕原创性基础研究薄弱、产业共性技术基础缺失、工业基础软件存软肋、国产自主迭代的体系尚未形成等阶段性发展瓶颈，积极优化布局国家实验室、全国重点实验室、共性技术创新平台，释放新型举国体制优势，对产业卡脖子技术、共性基础技术及短板领域分类施策、逐项攻关，加快建设以本土企业为主导的创新体系。积极开拓新渠道、新合作伙伴，通过“一带一路”倡议、《全面与进步跨太平洋伙伴关系协定》（CPTPP）等双边和多边合作机会，构建“以我为主”的新型全球创新网络。

（2）路径二：场景驱动，前瞻引领，超越追赶。

面向AI、仿生智能体、量子通信、车路协同等重大新兴场景，定义新产品、新架构，“顺势而为”开辟新赛道，锻长板、铸强项，打造先导能力和非对称优势，培育新动能新优势。这一路径以场景驱动创新理论为基础，通过充分挖掘我国丰富场景与市场需求的潜能，基于未来导向培育集成电路产业的新赛道，构建可引领未来全球集成电路产业发展方向的独特优势，以实现我国集成电路产业的“超越追赶”。

把握“后摩尔时代”的新场景、新领域和我国超大规模市场、海量数据与丰富场景优势，前瞻识别颠覆性技术机会，积极探索新型计算架构，定义特色应用新产品，灵活运用我国新型举国体制优势，大力扶持产业前瞻引领性技术研发和生态培育，打造新一代集成电路发展的非对称优势；与世界共建互利共生的集成电路生态“命运共同体”，加快构建基于自主的开放型产业生态。

特别地，需要从两个方面深刻认识和系统把握场景驱动前瞻引领实现超越追赶的这一新路径。一方面，“摩尔时代”的大中心创新范式向“后摩尔时代”多场景特色工艺的分布式创新范式转型，为我国加快集成电路突破和新优势培育带来了重大潜在机会窗口。

把握新范式，抓住新机遇，必须发挥新型举国体制优势，面向AI、仿生智能体、光量子通信、车路协同、物联网等多种终端应用场景，利用丰富应用场景中涌现的前沿科学问题、新兴颠覆性技术趋势和机会窗口，精准支持细分场景领域的领军企业、新创科技型企业牵头组建场景驱动的分布式创新小组或创新联合体。围绕类脑芯片、物联网芯片、生物芯片、光电芯片、卫星互联网芯片、量子芯片等下一代集成电路颠覆性技术创新方向，通过整合有组织和分布式创新的优势，定义特色应用新产品，支持新兴技术快速跨越鸿沟实现商业化，加快打造非对称优势。以多种形式鼓励支持中国科技领军企业走出去，多元化布局创新链和供应链，带动中国产业链整体出海，从而实现超越追赶。例如，面向空、天、地、海广域万物智联场景，积极开发满足海量连接密度、低延时需求的专用芯片产品，打造我国在太赫兹通信、可见光通信和空天地海一体化通信领域的发展优势。

另一方面，需要加强重视计算架构和集成架构的联合创新，在成熟制程条件下扩展芯片性能的提升空间，形成通用芯片及市场短板的非对称优势。在芯片面积上，应积极探索开发更多的如3D Chiplet等先进集成技术和封装技术，堆积更多芯片提升产品性能。此外，新型开源架构为场景驱动集成电路新优势创造了新机遇。相较于美国，我国终端应用市场更大、场景更多、更加碎片化，该特征导致了芯片产业具有极高的成本敏感性，低成本、定制化的开源架构RISC-V为我国集成电路产业通过获取成本优势，抢占特色应用场景、新型领域和细分市场，打破技术垄断提供了战略机会窗口。我国业内正在涌现出一批将精简指令集RISC-V架构从嵌入式应用场景转向人工智能GPU算力芯片、处理器芯片、自动驾驶等高性能应用场景的科技企业。这标志着RISC-V开源架构正从低端微处理器市场跻身高价值市场、走向主流；我国本土通用算力开源生态正在崛起，持续为突破CPU中央处理器芯片的技术垄断和市场垄断赋能。中国工程院院士倪光南在2023年8月召开的第三届RISC-V中国峰会上指出，RISC-V的未来在中国，并建议聚焦RSIC-V来发展“主流CPU”，打造新型芯片产业和生态。

来源：《中国科学院院刊》

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