中國半導體與美國的差距到底有多大？

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在最新發布的《2020年美國半導體行業現狀》報告中，美國半導體行業協會(SIA)從全球半導體市場份額、研發投入、制造產能，以及就業等方面描述出美國半導體行業的現狀，進一步用數據驗證了美國半導體行業在全球的領導地位，同時也指出了潛在的威脅與挑戰。

《電子工程專輯》主分析師顧正書根據相關調研機構的統計數據和預測，對中國半導體的現狀與美國半導體進行了對比，通過一些數據揭示出我們目前的差距有多大。只有對自己有了清楚的認識后，我們才能理性客觀地做出正確的決策，將有限的資源投入到最需要補缺的地方。同時，我們也可以看到未來的發展機會，通過技術創新和強大的市場需求來加速中國半導體產業的發展步伐，早日在全球市場占據領導地位。

全球半導體營收對比：美國47%，中國大陸5%

據世界半導體貿易統計(WSTS)的統計，全球半導體營收在2018年創下破紀錄的4680億美元，2019年則因為存儲器市場的周期性調整而下滑12.1%，降至4123億美元。WSTS預測，由于新冠病毒疫情對全球經濟和供應鏈的影響，2020年相比2019年僅有微小增幅，預計達到4260億美元，2021年將回升至4520億美元。（編者注：以下圖表若無特別注明，均來自SIA報告，其中國家/地區分類將中國臺灣和中國大陸分開統計）

從最終用戶需求來看，全球半導體的主要應用市場包括通信、計算機、消費電子、汽車、工業和政府機構等六大領域，占比分別為33.0%、28.5%、13.3%、12.2%、11.9%和1.3%。AI、量子計算、5G、物聯網和智慧城市等新興應用將是全球半導體未來增長的驅動力。

在4123億美元的全球營收中，美國半導體公司占據47%，而中國大陸的公司只占5%。

若進一步細分到半導體器件類型，微處理器/數字/邏輯器件的美國占比為61%，中國大陸為9%；模擬器件美國占63%，中國大陸低于5%；存儲器方面，美國占23%，中國大陸幾乎為零；分立器件美國占23%，中國大陸占5%。

若按產業鏈上下游分工和商業模式劃分，美國在全球IDM市場的占比為51%，Fabless市場為65%，半導體設備占比40%，而在晶圓代工和封裝測試方面則相對較弱，分別占比10%和15%。

2019年中國大陸的晶圓代工行業整體營收為391億元，全球占比約10%。目前中國大陸只有華潤微和士蘭微這兩家IDM廠商，而且規模相比美國IDM公司仍然很小。據中國半導體行業協會統計，2019年中國IC設計銷售額為3,064億元，全球占比約10%。封裝測試產業營收為2350億元，全球占比約20%。

研發投入：美國16.4%，中國大陸8.3%

自上世紀90年代以來，美國半導體在全球一直處于領導地位，市場份額接近50%。美國半導體公司始終保持競爭優勢的秘訣在于持續在R&D、設計和制造工藝技術方面的巨額投入。巨大的技術研發投入讓美國公司贏得技術優勢，獲得高額利潤，從而可以拿出更多的資金用于新技術的研發，這一創新模式讓美國半導體處于一種良性循環的發展狀態，得以保持領先地位。

從1999到2019年，美國半導體的研發投入年復合增長率為6.6%，2019年達到398億美元。從研發占銷售收入的比例來看，美國平均為16.4%，而中國大陸只有8.3%。

半導體設計和制造是一個資本密集型產業，隨著半導體工藝技術的演進，資本投入的要求越來越高。以數字和邏輯器件的晶圓代工為例，晶圓產能達到10萬片/月的資本投入正隨著工藝的進步逐代飆升，從14nm/16nm的120億美元，攀升至5nm的200億美元。能夠支付起這么高額開支的公司也越來越少，2001年全球有30家公司可以制造當時最先進工藝的芯片，而到了今天只有3家公司在追逐最先進的7nm/5nm工藝。

在2019年全球半導體資本開支中，美國占28%，而中國大陸只占10%，韓國和臺灣則分別占比31%和17%。同樣以數字/邏輯器件的制造技術先進性為例，2010年臺灣和韓國落后美國2.5年，中國大陸落后4年。到了2019年，臺灣和韓國已經趕上甚至超過美國，而中國大陸仍然有4年的差距。

雖然美國在半導體制造技術和晶圓廠方面有持續穩定的投入，但亞洲國家和地區卻在以更快的速度擴張產能。現在，美國的產能僅占全球的12.5%，超過80%的產能分布在亞洲。2019年，全球新建六座晶圓廠，全部在美國之外，其中有四座是在中國。

據預測，到2030年，美國的晶圓產能將下降到10%，而亞洲國家和地區則占據83%，屆時中國大陸將成為產能最大的國家。

半導體進出口：美國出口460億美元，中國大陸進口3056億美元

2019年美國半導體的出口額為460億美元，僅次于飛機、石油和汽車。這一方面是因為半導體需求的80%來自美國以外的市場（中國大陸是最大的需求市場），另外一個原因是美國半導體公司有44%的產品都是在美國本土的晶圓廠生產的。

2019年中國大陸集成電路累計進口額為3055.5億美元，累計出口金額為1015.78億美元，貿易逆差達到2039.71億美元。

此外，美國半導體產業創造的直接就業機會為24.1萬人，間接支持的工作機會超過100萬。中國大陸的半導體從業人員約有19萬人。

中國半導體追趕美國的機會

為繼續保持美國在全球半導體領域的領先地位，SIA建議美國政府在基礎研究、國內生產、人才培養，以及貿易和知識產權保護方面加強投入。具體如下：

●通過聯邦政府科研機構、能源部和國防部等機構，將用于新型半導體材料、芯片設計和架構的科研預算從15億美元擴增到50億美元；

●加大美國在半導體相關領域的研究投入，比如材料科學、計算機科學、工程和應用數學等領域；

●建立新的半導體制造投資撥款項目以刺激更多先進半導體制造工廠在美國本土啟動和擴產，特別是在先進數字/邏輯工藝、存儲器和模擬器件晶圓廠方面，以滿足國防、關鍵基礎建設和工業應用需求；

●改革美國高層次技術移民系統和相關法規，以鼓勵從美國大學畢業的STEM學生留在美國，為半導體產業的技術創新提供足夠的人才儲備；

●加強半導體領域知識產權偷竊和侵權的法律執行，以保護美國國家和企業的利益。

中國半導體產業協會IC設計分會理事長魏少軍教授在最近舉行的中國IC領袖峰會上呼吁，中國應成立由政府主導的“集成電路研發基金”，用于半導體基礎研究和芯片設計的前沿技術開發。

據IBS統計，2019年中國市場的半導體供應量約有15.81％來自中國本土企業，而84.19％依賴外國公司。預計到2030年，中國市場的半導體供應量將有39.78％來自中國公司，60.22％仍將來自外國公司。這一預測數據也許有點保守，但我們計劃2025年半導體自給率提升至70%的目標確實很難實現。

中國的半導體供應（來源：IBS，2020年6月）

然而，中國企業的半導體需求量在穩步增長。2019年，中國市場半導體消費量45％來自中國企業，2020年中國和外國企業在中國市場的半導體消費量將持平。隨著新基建投資的逐漸展開，來自中國本土市場的需求將保持高速增長。預計到2030年，69％的消費量將來自中國本土公司，需求主要來自數據中心、消費電子、汽車、醫療等應用領域。

中國的半導體需求（來源：IBS，2020年6月）

中美貿易摩擦和科技冷戰將對美國半導體企業帶來負面影響，而對中國本土半導體企業則有著極大的推動作用。“國產替代”將給中國中小IC設計公司帶來前所未有的的機遇，同時中國本土的半導體設備和晶圓制造能力也將得到大力發展。

雖然高端芯片、先進半導體設備和晶圓制造工藝的技術提高需要時間積累，但中國正在對5G、AI、IoT和量子計算等下一代技術進行大量投資。以高鐵、新能源、5G網絡，電動車和工業物聯網等為代表的“新基建”將帶動半導體產業的高速增長，預計到2030年中國將在許多關鍵技術領域取得世界領先地位。

責編：Amy Guan

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