日前，一條#院士說不解決卡脖子問題死不瞑目#的話題沖上熱搜榜單，網友紛紛在話題下留言致敬偉大的科學家，這位引發網友熱議的院士就是微納電子學家王陽元。

對于如何推進中國集成電路產業發展，王陽元院士在《科技導報》第3期發表的《掌握規律，創新驅動，扎實推進中國集成電路產業發展》給出了他的見解，論文論述了總結了集成電路投資、技術和市場的發展規律，分析了中國集成電路產業的現狀、產業能力和產業短板，給出了今后集成電路基礎研究和生產技術的發展方向。

以下內容節選自本文第一部分“集成電路產業的規律性研究”。

當前，中國集成電路產業的發展正處于機遇與挑戰既同在又都有新變化的歷史時期，如何抓住機遇、應對挑戰，首先要清晰地認識集成電路科學、技術和產業的發展規律，才能有效地利用和配置人、財、物等各種資源，使其產生最大價值，在滿足市場需求和國際競爭的博弈中沿著正確的道路高速發展。

世間萬物發展皆有規律，循規者興，罔規者怠，違規者誡，逆規者亡。社會發展與技術進步，莫不如是。

對未知事物需要探尋或預測其規律，對已知事物需要總結并踐行其規律。

1958年發明的集成電路，迄今已逾甲子。在這60余年的發展軌跡中，集成電路技術及其產業顯現出如下特點和發展規律。

集成電路產業具有戰略性和市場性的特征

當今世界正處于“百年未有之大變局”時代，在重塑信息時代的世界格局中，集成電路扮演了舉足輕重的角色。

關鍵的、核心的集成電路可以成就一個新興企業乃至一個產業，也可以讓這個企業或產業的前進腳步突然停止。華為的“麒麟”和相關5G產品與美國的較量即是一例。

兩彈的戰略性表現于“有限需求”，其“市場”應用的可能性甚微；而集成電路的戰略性恰恰表現于“市場”，即產品生態鏈建設的深度與廣度。

集成電路的生態鏈越深（即電子信息產品對其他產業的影響深度，系統軟件和應用軟件的開發深度）、越廣（即涉及生產與生活的廣度，使用信息產品人群的廣度），其戰略性的表現也愈加凸顯。

集成電路的市場性源于兩個方面，一是人們對信息產品不斷增長的需求，二是其生產規模。

一條300 mm晶片生產線的集成電路年產量為109~1010數量級，2019年，中國共生產集成電路2.018×1011個，進口4.451×1011個，而當今世界核武器大國存儲的核武器數量僅為103數量級。

如果沒有龐大的市場需求和市場消化，1010數量級的集成電路產品無法維持集成電路生產線的正常運轉。

就生產鏈而言，同具有戰略性的核武器與集成電路均是各種材料在各種設備上通過不同工藝制造形成的集合，但核武器的研發與制造是不需要通過市場交易的、獨立自主的封閉形態；而集成電路生產鏈則表現為開放的特征，即上千種材料和上百臺套的設備只能實現部分自主供給，其余部分需要通過市場交換完成。

在市場交換的過程中，任何一種材料、一種設備都可能成為制約競爭者的手段，如日本的氟聚酰亞胺、氟化氫、光刻膠“斷供”韓國，荷蘭阿斯麥爾公司（ASML）的極紫外（EUV）曝光機不能獲得出口中國的許可，臺積電的工藝不能為華為代工等。

也就是說，集成電路生產鏈中也存在著無數具有戰略性特征的環節，而集成電路產品又是無數信息產品中戰略性特征的核心。

對于“要不來”“買不來”“討不來”的關鍵核心技術，必須憑借舉國體制的優勢來攻堅克難，努力培育戰略科技力量和戰略儲備能力；對于集成電路生產線所需的一般性材料和設備，正如習近平總書記于2020年9月11日在科學家座談會上的講話所說：“我們要更加主動地融入全球創新網絡，在開放合作中提升自身科技創新能力。越是面臨封鎖打壓，越不能搞自我封閉、自我隔絕，而是要實施更加開放包容、互惠共享的國際科技合作戰略。”

集成電路投資具有密集性和持續性的特征

集成電路產業投資的特點是投資巨大、投資連續和長期回報。因此，集成電路生產線建設一定不能遍地開花。

 

• 投資強度高且日趨集中

• 以Intel、三星和臺積電近年來的資本支出為例，2017年起，3個企業每年資本支出均超過100億美元，其中三星電子的資本支出更是超過200億美元，相當于組建一個包括航母（含艦載機）、巡洋艦、驅逐艦與核潛艇組成的中型航母戰斗群的造價（150億~200億美元）。

這種高強度投資導致了行業日趨集中于少數企業，形成了“大者恒大、強者恒強”的局面。

2002—2003年，采用130 nm工藝的企業有26家；2016年，采用16/14 nm工藝加工的集成電路企業銳減為7家，其中包括中國的中芯國際和華虹；到2018年，具有10 nm加工能力的企業只剩下三星、臺積電和Intel這3家。

加工邏輯集成電路產品的企業日趨集中 

根據Intel資料補充整理

因此，這種進入門檻極高的產業，尤其是集成電路生產線的建設，一定要在政策的指導下以及政府的規劃與牽頭下進行投資，低水平的重復建設只會造成資源的浪費。

世界排名前5的半導體企業，其資本支出之和占全部半導體企業資本支出的比例一直呈增長趨勢。

20世紀90年代中期，該比例為25%；2010年，該比例超過50%；2012年以后，該比例超過60%，并向70%的方向發展。

其啟示是，發展集成電路產業一定要將有限的資源集中使用，才能充分產生可期望的效益，一定要有統籌全局的規劃和調控舉措，堅決避免無視投資規律、僅憑主觀愿望就匆匆“上馬”不切實際的建設項目的狀況，從而避免“村村點火，戶戶冒煙”的“小而散”現象，甚至“爛尾工程”的出現。

 

• 投資要有持續增長的能力

 

1）建設新生產線

集成電路產業的投資不是“一錘子買賣”，不是一次投資就可以成為表現“工作業績”的資本，更不是急于求得高額回報的短期商業行為。

決不能在技術、產品、市場、人才及設備均不成熟的條件下，就審批項目、開工建廠。

對于臺積電這樣的代工廠（foundry）而言，其主要投資用于建設生產線和進行工藝開發；對于Intel和三星這樣的“集成器件制造商”（IDM）而言，除建設工廠和開發工藝外，其部分投資還用于產品設計和產品開發。

隨著集成電路工藝水平的不斷提高，自20世紀70年代至今，集成電路生產線建設的投資逐年增加。

2012年，建設一條300 mm硅片、32 nm工藝、月產35000片晶片的生產線，其工藝加工設備費用為30億美元，工藝檢測及晶片傳輸設備費用為2.2億美元，超純水、特種氣體、電力及空氣凈化設施費用為2.4億美元，2.2萬m2廠房（不含土地費用）建設費用為0.4億美元（僅占總投資1.1%），合計35億美元。

2017年，建一條7 nm工藝的生產線費用達到了54億美元；2022年，建一條5~3 nm工藝生產線的費用預計將高達200~250億美元。

集成電路生產線的建設費用 來源：IC Insights

2）開發新工藝

廠房建成，設備就位，不等于生產線能夠正常運轉，還必須要在生產線上開發適應生產線運行并保證產品一定成品率的工藝。

如果每道工藝的成品率為99%，則經過N道工藝后，產品成品率就僅有0.99n。假設N=50，則最終成品率僅為60%，仍然達不到企業運轉進入良性循環的要求。

為此，要對每道工序進行反復試驗和調校，直至得到最佳工藝參數。這一過程需要投入大量人力和物力，是研發工藝必要的投資和成本。

當某個技術節點的工藝達到成熟并可進行量產時，工藝研發人員又需開發下一技術節點的工藝，否則，既不能滿足市場需求，又有可能被競爭對手超越。

180 nm工藝的研發費用為1.39億美元；28 nm工藝的研發費用增長5.7倍，至7.96億美元；而14 nm工藝的研發費用進一步上升，達到24.96億美元。

這就是集成電路產業需要持續投資的原因所在。

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