手機(jī)芯片國產(chǎn)化現(xiàn)狀與趨勢分析

為更好地保障通信信息安全，使我國在芯片領(lǐng)域擺脫依賴進(jìn)口的現(xiàn)狀，首先分析了智能手機(jī)主要采用的芯片與芯片供應(yīng)商格局的基本情況，然后從芯片設(shè)計與芯片制造兩方面剖析了手機(jī)芯片國產(chǎn)化的發(fā)展進(jìn)程，指出了目前存在的問題并對未來發(fā)展趨勢作出判斷。

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引言

芯片是半導(dǎo)體元件產(chǎn)品的統(tǒng)稱，是集成電路的載體，由晶圓分割而成。1960年，美國仙童公司制造出第一塊可實際使用的單片集成電路[1]。我們現(xiàn)在所說的芯片，則是超大規(guī)模集成電路發(fā)展的杰出代表。據(jù)Gartner預(yù)測，2017年全球半導(dǎo)體行業(yè)總營收將突破4000億美元大關(guān)[2]。按收入統(tǒng)計，IC Insights所公布的2016年全球半導(dǎo)體排名TOP20中[3]，美國占據(jù)8家，日本、歐洲、中國***地區(qū)各有3家，韓國擁有2家，新加坡1家，中國大陸暫未有企業(yè)上榜。其中純芯片代工企業(yè)3家，芯片設(shè)計公司5家，其余公司則同時具備芯片設(shè)計和制造的能力。這一榜單基本反映了芯片行業(yè)主導(dǎo)競爭的全球格局分布。10 nm及其后續(xù)7 nm、5 nm、3 nm制造工藝、4G+/5G通信技術(shù)、高性能低功耗移動芯片平臺、大容量存儲芯片、物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)等是芯片行業(yè)聚焦的熱點，知識產(chǎn)權(quán)（IP, Intellectual Property）、先進(jìn)制造/封裝技術(shù)、關(guān)鍵設(shè)備/原料、高級技術(shù)人才是主要的競爭壁壘。

據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計，2016年中國集成電路進(jìn)口額高達(dá)2271億美元[4]，對外依存度仍處于高位。近些年，在國家政策的引導(dǎo)下，國內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展穩(wěn)步提升，本文梳理了在此輪國內(nèi)集成電路大發(fā)展中智能手機(jī)芯片產(chǎn)業(yè)鏈國產(chǎn)化情況，分析現(xiàn)狀及存在問題，并對未來的發(fā)展趨勢作出判斷。

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國家政策扶持

芯片在智能手機(jī)行業(yè)中擁有重要地位，是制造業(yè)的尖端領(lǐng)域之一，也是先進(jìn)技術(shù)的代表行業(yè)之一。鑒于芯片行業(yè)的重要性以及我國在該領(lǐng)域的落后現(xiàn)實，工業(yè)和信息化部于2014年頒布《國家集成電路產(chǎn)業(yè)推進(jìn)綱要》[5]（以下簡稱“綱要”），綱要根據(jù)全球的發(fā)展趨勢以及我國的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀，提出了集成電路行業(yè)發(fā)展的主要任務(wù)和發(fā)展重點，即著力發(fā)展集成電路設(shè)計業(yè)，加速發(fā)展集成電路制造業(yè)，提升先進(jìn)封裝測試業(yè)發(fā)展水平，推動集成電路關(guān)鍵裝備和材料相關(guān)技術(shù)的突破。

綱要中制定了我國芯片產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展目標(biāo)，到2020年，集成電路產(chǎn)業(yè)與國際先進(jìn)水平的差距逐步縮小，全行業(yè)銷售收入年均增速超過20%，企業(yè)可持續(xù)發(fā)展能力大幅增強(qiáng)。移動智能終端、網(wǎng)絡(luò)通信、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等重點領(lǐng)域集成電路設(shè)計技術(shù)達(dá)到國際領(lǐng)先水平，產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系初步形成。16/14 nm制造工藝實現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)，封裝測試技術(shù)達(dá)到國際領(lǐng)先水平，關(guān)鍵裝備和材料進(jìn)入國際采購體系，基本建成技術(shù)先進(jìn)、安全可靠的集成電路產(chǎn)業(yè)體系。到2030年，集成電路產(chǎn)業(yè)鏈主要環(huán)節(jié)達(dá)到國際先進(jìn)水平，一批企業(yè)進(jìn)入國際第一梯隊，實現(xiàn)跨越發(fā)展。

為配合集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展，從中央到地方成立了多只產(chǎn)業(yè)基金，國家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金，以及北京、湖北、合肥、深圳、貴州、湖南、上海、廈門、四川、遼寧、廣東、陜西、南京、無錫、昆山[6]等地方基金目標(biāo)規(guī)模已超過3000億元，各地也紛紛出臺相應(yīng)政策以促進(jìn)相關(guān)項目在當(dāng)?shù)氐穆鋵嵧七M(jìn)。

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手機(jī)主要芯片及主流供應(yīng)商

智能手機(jī)屬于較為復(fù)雜的電子設(shè)備，它集成了種類繁多的器件?，F(xiàn)階段智能手機(jī)主要采用的芯片如圖1所示：

圖1 智能手機(jī)硬件框圖

從圖1可以看出，現(xiàn)階段一部智能手機(jī)中，主要使用的芯片包括主芯片（應(yīng)用處理器，AP）、基帶芯片、射頻芯片、存儲芯片、攝像頭芯片、顯示/觸控芯片、指紋識別芯片、電源管理芯片、連接芯片（Wi-Fi、藍(lán)牙等）等。另外，部分智能手機(jī)也會搭載專用的音頻芯片、用于圖像處理的DSP芯片、虹膜識別芯片、感光芯片、協(xié)處理芯片等。手機(jī)主要芯片及供應(yīng)商匯總?cè)绫?所示：

表1 手機(jī)主要芯片及供應(yīng)商

從技術(shù)、專利、市場表現(xiàn)等方面來比較可知，國外芯片供應(yīng)商在主要手機(jī)芯片領(lǐng)域，例如SoC、存儲、攝像頭等，處于領(lǐng)導(dǎo)或領(lǐng)先位置，可喜的是國內(nèi)芯片企業(yè)已在不少領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了零的突破，正奮起直追業(yè)界先進(jìn)。

圖2 手機(jī)芯片產(chǎn)業(yè)鏈地區(qū)分布示意圖

從圖2的全球手機(jī)芯片產(chǎn)業(yè)鏈分布來看，主流供應(yīng)商主要集中在美國、日本、韓國及中國***，但中國內(nèi)地已在大部分環(huán)節(jié)和領(lǐng)域展開了布局。

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手機(jī)芯片國產(chǎn)化進(jìn)展

半導(dǎo)體芯片行業(yè)中常見有兩種商業(yè)模式[7]及三類企業(yè)。

第一種商業(yè)模式是IDM（Integrated Design and Manufacture，集成器件制造），擁有從設(shè)計到制造、封裝測試以及市場銷售等全部職能，代表廠商有英特爾。第二種商業(yè)模式是垂直分工模式，主要由兩類企業(yè)（設(shè)計公司與代工商）分工協(xié)作。其中芯片設(shè)計公司只做設(shè)計，沒有工廠（即Fabless），代表廠商有高通、聯(lián)發(fā)科、英偉達(dá)等。代工廠（Foundry）則主要進(jìn)行晶圓代工制造服務(wù)，代表廠商有臺積電、格羅方德、中芯國際等。另外還有一類企業(yè)聚焦于IP設(shè)計領(lǐng)域，為Fabless廠商提供各類IP，代表廠商有ARM、Imagination等。

在經(jīng)濟(jì)全球化的大浪潮下，國產(chǎn)化概念在某種程度上被弱化，但芯片的國產(chǎn)化對于國民經(jīng)濟(jì)及國家安全等仍然具有重要的戰(zhàn)略意義，本文在對手機(jī)芯片國產(chǎn)化情況進(jìn)行梳理之前，對“國產(chǎn)化”進(jìn)行了定義：即擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，掌握核心技術(shù)，國內(nèi)公司全資擁有或具有控股權(quán)，掌握企業(yè)實際運營。接下來將從芯片設(shè)計和芯片制造兩方面來梳理分析手機(jī)芯片的國產(chǎn)化情況，其中芯片制造部分包含封裝測試。

4.1

芯片設(shè)計

芯片設(shè)計作為半導(dǎo)體行業(yè)中極為重要的一環(huán)，研發(fā)成本和技術(shù)壁壘相對稍低，是相對容易突破的環(huán)節(jié)，在手機(jī)芯片產(chǎn)業(yè)鏈中亦是如此。表2是手機(jī)芯片領(lǐng)域中有代表性的國產(chǎn)廠商及其在行業(yè)中的地位，在一定程度上反應(yīng)了芯片國產(chǎn)化的水平。

表2 有代表性的國產(chǎn)手機(jī)芯片廠商及其業(yè)界地位

功耗、成本等原因促使手機(jī)芯片集成化程度提高，SoC中包含的模塊愈加豐富，技術(shù)門檻提升。另外，為達(dá)到更好的平臺性能，SoC廠商會同時提供射頻芯片（Transceiver）、電源管理芯片PMIC等，提高業(yè)務(wù)收入的同時也加深與下游手機(jī)廠商的聯(lián)系?？陀^上有利于領(lǐng)導(dǎo)廠商保持競爭優(yōu)勢，同時，展訊這樣的國產(chǎn)中低端SoC廠商在由中低端向中高端技術(shù)突破、以及開拓更多客戶時遭遇更大的挑戰(zhàn)。

由于存儲芯片的特殊性，其設(shè)計和制造一般由同一家廠商完成，技術(shù)和資金門檻更高，且業(yè)內(nèi)早已形成寡頭壟斷的格局，想要取得突破的難度較大。國產(chǎn)廠商在手機(jī)的其他功能芯片領(lǐng)域已具有一定規(guī)模市場，但在存儲芯片領(lǐng)域仍處于技術(shù)研發(fā)和建廠階段?，F(xiàn)階段國內(nèi)已有的存儲芯片項目如表3所示：

表3 國內(nèi)主要存儲芯片項目及其進(jìn)展

綜合來看，除了SoC（以及相關(guān)射頻、電源管理芯片）領(lǐng)域的海思（海思麒麟970在業(yè)界率先將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器NPU引入SoC）、指紋識別領(lǐng)域的匯頂（旭日大數(shù)據(jù)顯示，匯頂出貨量104.2kk，已接近業(yè)界領(lǐng)導(dǎo)廠商FPC的123KK）已接近業(yè)界先進(jìn)水平，其它手機(jī)芯片設(shè)計領(lǐng)域國產(chǎn)廠商尚處于中低端、小眾或起步階段，整體實力相對薄弱，追趕國際先進(jìn)水平任重道遠(yuǎn)。

4.2

芯片制造

相比于芯片設(shè)計領(lǐng)域，芯片制造的國產(chǎn)化進(jìn)程門檻更高。中芯國際是國內(nèi)芯片制造廠商的突出代表，2016年中芯國際收入29億美元[12]，再創(chuàng)歷史新高，在IC Insights“2017年McClean報告中位列晶圓代工市場第四位。其芯片制造業(yè)務(wù)涵蓋邏輯芯片（SoC）、圖像傳感芯片、NOR Flash、電源管理芯片等，提供0.35 μm到28 nm的多種制程服務(wù)。展訊、海思、高通、格科微等都是中芯國際的客戶。

在地方政府的扶持下，中芯國際在上海、北京、武漢、天津、深圳等地?fù)碛卸嘧A代工廠，但在先進(jìn)制程方面與業(yè)界先進(jìn)水平差距仍較大，落后2~3個世代，以至于海思為保證產(chǎn)品競爭力，將主力手機(jī)芯片交給了臺積電代工。

中芯國際在先進(jìn)制程與特色制程兩個領(lǐng)域齊頭并進(jìn)，與高通、華為合作研發(fā)“14 nm”工藝，在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域提供工藝、制造和芯片設(shè)計的一站式服務(wù)。

在芯片生產(chǎn)領(lǐng)域的另一重要環(huán)節(jié)是封測測試。長電科技通過收購星科金朋，來突破一直難以進(jìn)入國際一流客戶供應(yīng)鏈的瓶頸，順利躋身全球封測領(lǐng)域三甲位置[13]。在最新的股權(quán)調(diào)整后，中芯國際成為長電科技最大的股東，由此，國內(nèi)芯片制造和封測的兩個龍頭企業(yè)實現(xiàn)了強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合。今年上半年，長電科技先進(jìn)技術(shù)Fan out和SiP封裝業(yè)務(wù)拓展順利，高端封裝市場占比得到持續(xù)提高。

通富微電、華天科技是封測領(lǐng)域的另外兩家代表企業(yè)，分別收購了AMD兩家子公司和美國FCI，均躋身全球Top10榜單[13]。國內(nèi)企業(yè)在封測領(lǐng)域已經(jīng)初步形成了群體布局，同時將在先進(jìn)技術(shù)和新興領(lǐng)域繼續(xù)追趕業(yè)界先進(jìn)。

5

問題分析及未來展望

5.1

存在的問題

手機(jī)芯片國產(chǎn)化現(xiàn)階段存在的問題主要體現(xiàn)在以下5個方面：

（1）僅在部分領(lǐng)域單兵突破，整體上與先進(jìn)水平差距較大

國內(nèi)手機(jī)芯片相關(guān)的從業(yè)公司中，從行業(yè)影響力來看，僅少數(shù)公司在部分領(lǐng)域取得了突破，例如海思的麒麟芯片、匯頂?shù)闹讣y識別芯片等，多數(shù)公司仍扮演著各自領(lǐng)域的中低端產(chǎn)品或服務(wù)供應(yīng)者的角色，整體上與業(yè)界先進(jìn)水平差距較大，這些公司在技術(shù)和資金密集的半導(dǎo)體行業(yè)激烈的市場競爭中謀求發(fā)展的難度也較大。

（2）產(chǎn)業(yè)鏈整體實力尚薄弱，上游關(guān)鍵設(shè)備和原料仍依賴進(jìn)口

如果說在芯片設(shè)計和制造領(lǐng)域國內(nèi)公司尚有布局，那么在上游關(guān)鍵設(shè)備以及硅晶圓等原材料市場，國內(nèi)則基本處于空白。關(guān)鍵設(shè)備和原料市場主要被ASML、美國應(yīng)材、日本信越等幾家寡頭所壟斷。不過，國內(nèi)首座12吋硅晶圓廠新勝半導(dǎo)體即將量產(chǎn)[14]，有望逐步改善目前12吋硅晶圓99%依賴進(jìn)口的局面，是建立自主供應(yīng)鏈的重要一步。

（3）核心技術(shù)（專利）、人才缺乏

由于起步較晚，核心技術(shù)（專利）和人才缺乏是制約國內(nèi)包括手機(jī)芯片行業(yè)在內(nèi)的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展最大的桎梏。CPU、GPU、通信等方面核心IP被國際領(lǐng)導(dǎo)廠商牢牢掌握，國內(nèi)多數(shù)公司主要通過取得國際廠商授權(quán)來進(jìn)行相應(yīng)產(chǎn)品開發(fā)。部分設(shè)計公司和Foundry在業(yè)務(wù)開展之初主要依賴從日、韓、中國***等地挖來技術(shù)人才以開展相關(guān)業(yè)務(wù)，面臨一定的專利訴訟風(fēng)險，同時上述地區(qū)的領(lǐng)導(dǎo)廠商也因此對人才外流、技術(shù)保密等做了更多的防范和部署。

國內(nèi)各類芯片人才儲備嚴(yán)重不足，支撐產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的人才缺口較大。若按照2020年達(dá)到一萬億產(chǎn)值來計算，需要的人員規(guī)模是70萬人，但目前人才儲備不到30萬，缺口較大[15]。高等教育在集成電路方面比較薄弱，專業(yè)化、體系化、產(chǎn)學(xué)結(jié)合、創(chuàng)新人才引進(jìn)等方面仍有很多工作待開展。

（4）低層次、高頻度競爭不利于可持續(xù)發(fā)展

國內(nèi)多數(shù)手機(jī)芯片廠商起步較晚，業(yè)務(wù)起始于國際廠商逐步放棄的中低端市場，這決定了他們在市場競爭中須采取薄利多銷的策略，價格戰(zhàn)成為最常用的手段。例如，展訊為了與聯(lián)發(fā)科爭奪市場，高調(diào)發(fā)起價格戰(zhàn)導(dǎo)致2016年毛利率急速下降[16]。低端產(chǎn)品、低價、低毛利，這樣的商業(yè)模式不利于在資金和技術(shù)密集的芯片行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。產(chǎn)品上市可能會面臨市場供應(yīng)過剩，伴隨著高額的資金投入，則可能導(dǎo)致利潤縮小甚至虧損。

（5）國際巨頭拓寬了在中國本土的布局

ARM、臺積電、高通、英特爾、三星、海力士、格羅方德等紛紛加大了在國內(nèi)的投資，拓寬了布局，以最大限度分享內(nèi)地的集成電路政策紅利。表4是國際公司在國內(nèi)的投資項目的情況：

國際巨頭加大在內(nèi)地布局是一把雙刃劍，一方面給當(dāng)?shù)貛矶愂蘸虶DP，同時帶來就業(yè)和產(chǎn)業(yè)鏈配套，對人才培養(yǎng)也是利好。另一方面，國際巨頭在內(nèi)地布局多采用獨資或合資方式，掌控了核心技術(shù)和公司運營，在一定程度上增強(qiáng)了其全球運營的實力，不利于本土民族芯片企業(yè)的成長。

表4 手機(jī)芯片行業(yè)部分國際公司在內(nèi)地的布局情況

5.2

未來展望

《國家集成電路產(chǎn)業(yè)推進(jìn)綱要》已經(jīng)在產(chǎn)業(yè)政策方面指明芯片行業(yè)的發(fā)展方向和目標(biāo)，國內(nèi)廠商需在政府統(tǒng)籌下，穩(wěn)步推進(jìn)。除滿足消費和工業(yè)需求外，還要兼顧在通信、信息安全等領(lǐng)域的發(fā)展，降低對國際半導(dǎo)體企業(yè)的依賴。

人才培養(yǎng)方面，教育部在2016年聯(lián)合其它部門發(fā)布了《教育部等七部門關(guān)于加強(qiáng)集成電路人才培養(yǎng)的意見》，為解決芯片人才缺口奠定了教育培養(yǎng)制度基礎(chǔ)。

在國家統(tǒng)一戰(zhàn)略部署下，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)各地的資源投入，集中扶植一批業(yè)內(nèi)龍頭企業(yè)，積極參與全球芯片產(chǎn)業(yè)分工，配套建設(shè)從原料、設(shè)備到設(shè)計、制造、封測等完整產(chǎn)業(yè)鏈，在掌握核心技術(shù)的基礎(chǔ)上取得部分領(lǐng)域的市場優(yōu)勢地位，力爭在智能手機(jī)領(lǐng)域率先實現(xiàn)國產(chǎn)芯片的高度自給。

6

結(jié)束語

在國家大力推進(jìn)集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的大背景下，本文以智能手機(jī)芯片作為切入點，梳理了手機(jī)芯片國產(chǎn)化進(jìn)展的情況。從手機(jī)主要采用的芯片入手，總結(jié)了各類芯片主要供應(yīng)商的全球分布，然后從芯片設(shè)計和芯片制造兩個維度，探討了芯片的國產(chǎn)化進(jìn)程，包括對主要的參與廠商及其在產(chǎn)業(yè)鏈中地位進(jìn)行了歸納匯總，最后總結(jié)了手機(jī)芯片國產(chǎn)化過程中存在的主要問題，并對未來發(fā)展進(jìn)行了展望。

受限于研究資源，本文主要從宏觀和定性的角度進(jìn)行研究和分析，后續(xù)可以進(jìn)一步從關(guān)鍵技術(shù)/知識產(chǎn)權(quán)、市場表現(xiàn)、資源投入等角度進(jìn)行細(xì)致、定量的研究，在搭建模型的基礎(chǔ)上，可以嘗試研究發(fā)布例如“手機(jī)芯片國產(chǎn)化指數(shù)”等定量化成果。