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“十五五”时期中国集成电路产业创新发展:外部形势、发展趋势与政策选择

2025-04-27 16:15:05
摘要
 
集成电路产业是“十五五”时期全球竞争的核心产业之一。“十五五”时期是人工智能技术发展和“再全球化”的关键时期,全球集成电路产业依然将保持较高的增长速度。预期“十五五”时期中国集成电路产业继续保持高速增长态势,尤其是人工智能芯片需求快速增长;3~5纳米尖端制程有望突破,22纳米以下制程实现国产化“贯通”,装备、材料、软件和EDA工具等自主可控水平显著提升;“卡脖子”问题解决与“国产替代”进程进一步加速;国际合作持续加强,与南方国家尤其是共建“一带一路”国家和地区的合作不断深化。“十五五”时期,建议着眼未来竞争战略性调整产业发展目标,将解决“卡脖子”的“应对式”发展策略转向推动产业创新发展的“主动式”发展战略,重点推动人工智能和大算力“两类先进芯片”的聚力突破,促进传统技术路线有序推进和新技术路线涌现“两类技术路线”并行发展。探索“技术突破+工艺创新+智能赋能”的融合发展路径,构建“高质量供给+超大规模需求”共同推动的产业链协同融合发展体系,强化技术体系和产业体系的“再全球化”,在市场、技术、研发和标准等方面全面嵌入并引领全球产业生态建设。
 
关键词:集成电路产业;人工智能;产业链协同基金
 
国家社会科学基金重大项目“智能制造关键核心技术国产替代战略与政策研究”(21&ZD132);国家社会科学基金重大项目“数字经济推动新兴产业创新的制度逻辑与系统构建研究”(22&ZD099);中国社会科学院登峰战略企业管理优势学科建设项目(DF2023YS25)。
 
“十五五”时期是进一步全面深化改革、推进中国式现代化的关键时期,是全球竞争格局加快演化和技术革命快速发展的阶段,也是加快新质生产力培育、实现高质量发展的攻坚期。“十五五”时期集成电路产业迎来人工智能技术快速发展的新机遇,但国际竞争环境面临“逆全球化”加深的态势。预期“十五五”时期全球集成电路产业继续保持快速增长态势,但结构和区域分工加速分化。为应对技术变革和全球竞争格局的新变化,本文在分析“十五五”时期全球集成电路产业发展环境和形势的基础上,提出“十五五”时期中国集成电路产业发展的战略目标和内容体系,以及推动中国集成电路产业创新发展的相关政策建议。
 
“十五五”时期全球集成电路产业发展的技术趋势和竞争态势
 
“十五五”时期,全球集成电路产业发展的技术趋势和分工形势将发生显著变化,超越摩尔定律和人工智能技术将驱动集成电路产业发展的模式创新,美国等西方国家的“逆全球化”将改变产业分工和合作的全球版图。
 
(一)超越摩尔定律和人工智能技术将驱动集成电路产业发展的模式创新
 
随着摩尔定律的降速,超越摩尔定律成为集成电路产业发展的基本规律。与此同时,人工智能技术不仅为集成电路产业创造了新的机会窗口,而且引致产业发展新模式和新形态的涌现。
 
一是在摩尔定律向超越摩尔定律演化的背景下,集成电路产业需要技术和路线共同创新来维持其持续发展趋势。自1965年英特尔创始人之一戈登·摩尔预言“芯片中晶体管的数量每年会翻番,半导体的性能和容量将以指数式增长”之后,摩尔定律便成为集成电路行业进步的圭臬。随着芯片制造进入纳米制程阶段,摩尔定律趋缓,创新芯片设计和制造模式的“超越摩尔定律”(More than Moore,Mt M)开始得到业界的认可。通过满足特定领域的应用需求,性能、功耗、成本的最优匹配成为优先策略。集成电路产业在技术、工艺上进一步创新,芯粒封装(Chiplet)实现了设计、制造和封装的一体化,以少量的高成本、尖端制程芯片与成熟芯片组合封装,实现了性能目标和成本目标的平衡;为破解阿斯麦极紫外光刻(EUV)技术对尖端制程的垄断,佳能公司推出纳米压印技术和图案塑性技术,推动了尖端芯片制造的技术路线创新;以RISC-V为代表的开源芯片快速发展,成为当前物联网、人工智能领域发展最快的内核架构,有望成为更安全、更可信的未来芯片替代方案。多种技术和工艺的创新,推动摩尔定律向着超越摩尔定律发展。
 
二是人工智能技术快速发展,不仅从需求侧牵引集成电路产品结构调整,而且从供给侧为芯片开发和制造提供了新的技术来源。一方面,以通用人工智能为代表的人工智能技术和产品近年来加速增长,引发了市场对人工智能及相关芯片的爆发式需求。以人工智能芯片的领先企业英伟达为例,2024年营业收入达1 304.97亿美元,较2023年的609.22亿美元增长114.20%,而传统逻辑芯片的龙头企业英特尔营业收入则为531.01亿美元,较2023年的542.28亿美元下降了2.08%,反映了市场对人工智能芯片的强劲需求。除了用于人工智能计算的图形处理器(GPU)高速增长之外,高带宽内存(HBM)和高速互联网芯片(如英伟达NVSwitch)等辅助人工智能的新型芯片需求快速增长,成为集成电路产品序列中增长最快的产品内容之一。另一方面,在人工智能芯片成为集成电路产业重要增长点的同时,人工智能技术也正在改变集成电路产业的设计和制造过程,并成为自动化设计、材料筛选、设备效率提升的重要支撑力量。例如,人工智能技术应用于布线设计和设计代码编写,极大地提高了设计效率;智能化的芯片设计和制造一体化,提升了芯片流片成功率;人工智能技术在各类芯片制造材料的筛选、配比、验证等方面优势显著;用于前端制造和后端封测的设备在加入智能化技术后效率显著提升。
 
(二)先发国家通过加大政策支持和出台遏制政策,以强化自身领先优势
 
作为新兴产业的基础和数字智能时代的核心产业,集成电路产业成为当前全球技术、产业、经济和国家竞争的焦点,表现出先发者强化国家支持和对后发者的遏制打压,试图维持并强化其竞争优势;后发国家和地区则希望打破先发者的遏制打压,以反遏制和赶超来拥抱新的技术和经济机会。作为集成电路产业的传统领导者,美国为保持和强化其领先优势,在保证其对集成电路产业关键领域、环节和技术控制力的同时,企图将后发进入者锁定在全球大分工体系的低端环节,尤其是强化对中国的全面遏制,形成美国主导下联合其盟友的“逆全球化”新浪潮。
 
一是强化政府对集成电路产业的支持。美国通过出台《芯片与科学法案》,以高额的税收优惠和财政资金支持量子计算、人工智能等多个领域的研发能力和技术领先优势提升;出台《基础设施投资和就业法案》,加大对美国数字基础设施的投资,改善宽带接入速度,优化网络安全架构。2023年进一步修订《国家人工智能研发战略计划》,提出对基础和负责任的人工智能研究进行长期投资等九项战略目标任务,强化自身在人工智能领域的优势。欧洲侧重于数字自主权和开源技术发展的支持政策,例如在开源软件(OSS)和开源硬件(OSH)方面进行重大投资以提高成员国的技术独立性和创新能力。《2023—2024数字欧洲工作计划》提出投入1.13亿欧元提升数据与计算能力。日本提出“社会5.0”倡议,尝试将网络物理系统与社会需求整合,以创建一个超智能社会,并通过其政府和工业战略在人工智能、机器人技术和物联网等技术领域进行投资以保持技术竞争优势,其中《半导体、数字产业战略》将提高数据中心算力水平作为重要内容。
 
二是美国延续20世纪80年代以来对日本半导体行业的遏制政策,不断强化对中国集成电路产业的全面打压,企图通过技术、人才、产品、装备、软件、材料、贸易等全方位遏制来阻断中国集成电路产业的成长之路。着眼于未来人工智能时代的竞争,美国在先进制程、大算力芯片(含人工智能芯片、超算芯片、服务器芯片、高带宽内存、高速网络芯片等)、前沿知识领域实施“排华”战略。从限制先进制程设备,到高端图形处理器禁止出口,再到不断修订《出口管理条例》等,美国不断加强对中国的限制,试图全力阻断集成电路领域的技术、产品、信息和人才流动,进而遏制中国在人工智能、量子计算、大数据、超算、智能驾驶等领域的发展,引致中国集成电路产业链面临多处“卡脖子”困境。从制裁中兴和华为开始,到出台《芯片与科学法案》和修改《出口管理条例》,以及实施各类“实体清单”“贸易清单”“不可信任清单”,美国已经形成对中国集成电路产业的全场域打压,并联合日本对高端设备和材料出口实施管控,要求阿斯麦等高端设备制造企业进一步收缩对华出口,甚至要求装备企业终止已销售设备的后续运维服务。这些措施违背了集成电路产业半个多世纪以来全球大分工的技术经济规律和WTO框架下的全球合作规则,不仅限制了中国集成电路及相关产业的发展,而且阻碍了全球大分工带来的效率提升和技术进步。
 
(三)后发国家强化赶超与反遏制,抢抓技术和产业发展机遇
 
为应对先发者的遏制和打压,拥抱技术革命和产业变革的机会窗口,实现在数字智能时代的后发赶超,后发国家和地区通过实施自主突破和创新发展的战略行动,以及应对先发者打压遏制的生存策略,加速集成电路产业的发展。作为全球最大的集成电路市场,中国主要通过三方面的政策来推动产业发展。
 
一是从产业发展的供给侧强化政策供给,为集成电路产业高质量发展提供有效的资源供给。以《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》为统领,中国形成对集成电路产业发展的总体方向指引,并在此基础上出台了一系列支持集成电路产业发展的财税政策。三期“大基金”有序推进,科创板建设取得显著成效,为集成电路产业发展提供了充足的资本支持。28个微电子学院为行业提供大量人才,2023届微电子相关学院毕业生总规模达到111 381人,为集成电路产业提供了新的人才供给。在创新领域,通过加计扣除政策引导企业加大创新投入尤其是基础研究的创新投入。《中华人民共和国2024年国民经济和社会发展统计公报》显示,2024年全年研发支出36 130亿元,研发强度达到2.68%,其中基础研究经费2 497亿元,比2023年增长10.5%,占R&D经费支出的6.91%。欧盟执委会发布的《2023年欧盟工业研发投资记分牌》显示,全世界研发投入最大的100家企业中,中国企业有17家,其中华为、腾讯、阿里巴巴、中兴等分别位居第5、19、22和33位,华为的研发投入达到209.25亿欧元,仅次于ALPHABET、META、微软和苹果公司,研发强度高达24.3%。同时,为保证极限条件下的芯片供应安全,中国近年来持续加大成熟制程的产能投资,以满足社会对集成电路的现实需求。
 
二是强化需求侧的政策牵引作用,以场景创新和拓展来带动集成电路产品的开发。中国加速推进数字化发展战略,以数字政府、智慧城市、新基建、中小企业数字化转型、智能制造等为发展场景,推动各个领域和各类场景的数字化发展,形成对集成电路产业的庞大需求。更重要的是,为应对美国等西方国家的打压遏制,中国积极推动相关领域和场景集成电路应用的安全可信替代,尤其是能源、交通、金融等重点领域,探索自主可控的产品开发和制造,进一步催生了新产品的创造。与此同时,中国发挥在全球价值链分工中的比较优势,利用成熟劳动力的成本优势,大力发展电子信息等相关产业,形成对全球集成电路产品的庞大需求。以集成电路产品制造所需的设备来看,2023年,中国芯片设备采购额达到366亿美元,在全球总体规模下降的背景下逆势增长29%,反映了中国庞大的市场需求。此外,为解决集成电路先进产品以及产业链上新设备、材料、软件等的“卡脖子”问题,探索实施“揭榜挂帅”“赛马制”,推动“首台(套)”政策从供给端向需求端转变,为企业在集成电路创新产品领域的试用和优先采购提供容错机制和资金支持,激发创新产品的开发和应用。
 
三是注重国际竞争政策的创新,尤其是注重对美国等西方国家遏制打压政策的有效应对。在美国等西方国家全面遏制和极限打压中国集成电路产业发展、实施产业“脱钩断链”的背景下,中国以主动全球化来寻求国际合作,并利用自身“非对称竞争优势”对其遏制和打压政策予以还击。一方面,中国在全球范围内寻求更为广泛的国际合作,防范美国等西方国家的孤立和脱钩。积极融入集成电路的全球学术合作,在VLSI技术与电路研讨会(VLSI)、国际固态电路会议(ISSCC)、国际电子器件会议(IEDM)三大微电子技术领域的顶级会议中,中国学者积极参与,投稿和被录用论文数持续增加,成为仅次于美国的重要知识贡献力量。同时,加大与欧日韩等国家和地区的合作,避免在美国极限打压下被孤立。另一方面,对于美国在高端芯片、设备、软件等方面的对华出口限制以及破坏全球正常贸易的行为,中国发挥“非对称竞争优势”予以反击。2023年7月3日,商务部和海关总署发布了《关于对镓、锗相关物项实施出口管制的公告》(2023年第23号),决定对满足相关特性的镓和锗相关物等两大类物项实施出口管制,明确了相关物项需获得许可方可出口。这是自2020年12月1日《中华人民共和国出口管制法》施行以来,中国首次针对半导体领域设立出口管制措施。2024年8月15日,商务部和海关总署联合发布公告,决定对部分锑、超硬材料相关物项实施出口管制。2024年9月30日,李强总理签署《中华人民共和国国务院令》,公布《中华人民共和国两用物项出口管制条例》,以法规形式明确了出口管制。2024年12月3日,商务部发布《关于加强相关两用物项对美国出口管制的公告》,禁止两用物项对美国军事用户或军事用途出口,原则上不予许可镓、锗、锑、超硬材料相关两用物项对美国出口;对石墨两用物项对美国出口实施更严格的最终用户和最终用途审查。此举作为中国对美国等西方国家在集成电路产业密集封锁打压的有力回击,在国际社会受到广泛关注,美国等西方国家及主要半导体制造企业反应强烈,为缓解美国等西方国家对中国的封锁遏制起到了警示震慑作用。
 
在数字智能革命的历史机遇下,后发国家竞相强化自身在集成电路领域的战略规划和投资。例如,2022年1月,印度政府推出“半导体制造支持计划”,并于同年12月批准了一项针对印度半导体和显示板生产的生产关联激励计划,该计划预计在未来5—6年内投资7 600亿卢比用于半导体生产。印度希望到2030年将半导体市场规模扩大到1 100亿美元并占据全球市场10%的份额,并希望通过积极参与到美国主导的半导体供应链重构网络中,形成印度在半导体领域的领先优势。早在2010年,越南就将“电子微芯片”确定为该国九大工业重点之一,随后,越南又在2015年发布的《关于支持产业发展的法令》中针对集成电路等高科技产业投资采取两项主要的税收优惠政策,包括提供为期15年的10%企业所得税率优惠和整个土地租赁期内免征房地产税。越南信息通信部负责人在“第五届全国数字技术企业发展论坛”中表示,越南将从2024年开始实施半导体发展国家战略,目标是在未来30—50年内将其发展成为国家重点产业。考虑到大规模开发尖端芯片面临较大困难,越南政府重点在电源管理芯片、物联网芯片等领域进行布局。2025年2月,越南政府批准了一项价值12.8万亿越南盾(约合5亿美元)的晶圆厂建设计划,这将成为越南第一家晶圆厂。
 
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