火石创造：全球半导体与集成电路产业发展研究专题报告

现代产业数据智能服务商、中国产业大脑和现代产业数据智能服务商、中国产业大脑和现代产业数据智能服务商、中国产业大脑和全球半导体与集成电路产业发展研究作为支撑经济社会发展的战略性、基础性和先导性产业，半导体与集成电路产业是抢抓新一轮科技和产业革命机遇、培育发展经济新动能的战略选择，尤其是随着数字经济、智能汽车等产业的逢勃发展，半导体与集成电路产业以其强大的创新型、融合性、带动性和渗透性，成为全球经济和社会发展的重要推动力。现代产业数据智能服务商、中国产业大脑和产业数据领先者火石创造通过洞察美国、日本、韩国等发达国家产业发展路径，以期为国内产业发展提供应验启示。一．美国半导体与集成电路产业分析美国是全球半导体和集成电路产业的发源地，无论是芯片设计、制造，还是与之密切相关的软件工具、半导体设备等领域，美国都处于领先地位。随着全球各个地区半导体产业的快速发展，与美国之间的差距逐渐缩小，美国为了保持其产业优势，采取了一些非常规操作来削弱日本、中国等竞争者的竞争力。美国半导体产业占据全球近一半的市场份额。全球半导体销售额从2001年的1390亿美元增长到2022年的5740亿美元，复合年增长率为6.67%。其中，总部位于美国的半导体公司的销售额从2001年的711亿美元增长到2022年的2750亿美元，复合年增长率为6.7%，在全球市场的占比达到48%。来源：火石创造根据公开资料整理美国半导体公司在主要区域保持市场份额领先地位。在所有国家和地区半导体市场，总部位于美国的公司占据了销售市场份额的领先地位。例如，在欧洲市场，美国公司的市场份额达到了50%。在中国市场，美国公司的市场份额高达53.4%。现代产业数据智能服务商、中国产业大脑和来源：火石创造根据公开资料整理美国半导体行业研发支出水平高于大多数科技行业，更远高于其他国家。美国半导体行业的研发支出占比在关键的主要高科技工业部门中名列前茅。根据2022年欧盟工业研发投资记分牌，就研发支出占销售额的百分比而言，美国半导体行业的研发占比达18.75%，仅次于美国制药和生物技术行业的21.4%，排名第二。18.75%的研发支出占比，也远高于其他国家的研发支出水平，是中国半导体行业的研发支出占比（7.6%）的近2.5倍。来源：火石创造根据公开资料整理美国通过补贴政策及打击挑战者保持半导体产业的长期领先地位。从发展历程来看，美国政府长期采取了较大力度的补贴措施，长期支持半导体产业发展。在支持技术起步和商业化、进行贸易竞争、强化生态建设、保护供应链安全等四个历史阶段，美国试图通过半导体补贴政策长期保持全球发达半导体产业集聚区地位，并力图在各个环节占据半导体市场领导地位。1、第一阶段（1950-1970年）现代产业数据智能服务商、中国产业大脑和美国通过国防研发支持和政府采购支持半导体技术起步并实现领先。20世纪40-50年代，晶体管和集成电路先后在美国诞生并在军事领域应用，美国国防和航空航天领域的政府研发投入和采购早期占据约一半的市场份额。60-80年代美国实施半导体税收补贴政策促进半导体产业商业化，并进一步出台政府采购多元化、减少市场门槛、支持中小企业发展等一系列相关措施完善产业发展环境。2、第二阶段（1980-1999年）美国签订贸易协议遏制竞争对手并促进本土产业发展。20世纪80年代，日本半导体产业迅速发展并超越美国。为扭转竞争力下降趋势，美国成立美国半导体行业协会（SIA），协调制定半导体贸易管制政策的半导体研究联盟（SRC）组织半导体商业化研发。同时，美国不断打击日本半导体产业，于1985年对日本进行301调查，指控日本公司倾销DRAM等产品。经过谈判，与日本在1986年第一次签署《半导体协议》，要求日本企业购买美国产品，美国企业在日本的市场份额达到20%。1991年，美国以美国企业在日本的市场份额不足20%为由与日本签订了第二次《半导体协议》。1996年，美国在日本市场份额超过30%，在全球市场份额也在30%以上，超越日本重新成为世界半导体第一大国。但美国还想榨干日本，想要签订第三次半导体协议。3、第三阶段（2000-2018年）美国强化半导体生态建设保持半导体产业全球领先地位。在20世纪90年代再次取得全球领先地位后，美国半导体产业积极借助个人电脑、互联网等带来的发展机遇，通过产业生态建设推动美国半导体产业发展。同时，充分发挥市场竞争机制，降低市场障碍，鼓励企业通过市场竞争提升竞争力，更多地通过市场机制推动半导体产业发展。4、第四阶段（2018年至今）美国通过扩大财政资助来吸引制造业回流保护半导体供应链安全。2018年以来，随着亚太地区半导体制造和封测产业不断崛起，美国政府为应对半导体产业“空心化”，持续通过提供研发资金支持、出台相关法令等吸引制造业回流和遏制海外竞争对手。在研发支持方面，美国国防部、能源部等多部门将半导体视为优先发展领域。在立法激励方面，2015年，奥巴马政府将“企业研发税收抵免”由周期性变为永久性以鼓励半导体企业加大对长期研发的投入。特朗普政府通过加大出口管制和提出制造业法案来巩固美国半导体的领先优势。2019年以来，美国通过将华为等多家中国企业列入实体管制清单、加大半导体设备和高端芯片的出口管制、半导体人才管制等一系列措施对全球供应链造成不利冲击。2022年8月，美国总统拜登签署《2022年最高法院安全资金法案》（又称《2022年芯片和科学法案》），向美国半导体产业提供约527亿美元的巨额补贴，鼓励半导体企业在美国建厂。现代产业数据智能服务商、中国产业大脑和来源：火石创造根据公开资料整理总体来看，美国发展半导体产业发展主要有以下几个特点:1、长久的技术积累和持续的技术研发提升竞争力。政府大力支持技术起步和商业化，并构建良好的生态环境支持行业可持续发展。2、行业规则、框架、标准的制定者主导行业发展方向。建立半导体行业协会、研究联盟等机构，联合企业制定行业标准，引领产业发展。3、通过产业并购不断巩固领先地位。鼓励和支持龙头企业不断并购国内外优质资产，提升产业影响力和企业竞争力。4、制定多元化的政策支持体系。政府提供研发补贴、市场准入、政府采购、税收优惠支持以及贸易投资限制等变相支持措施，扶持本土企业发展。5、遏制竞争对手并促进本土产业发展。日本从1963年开始用20多年时间居全国之力发展半导体产业，被美国用10年时间击垮。二．日本半导体与集成电路产业分析日本在全球半导体产业发展历程中曾创造了“辉煌”的历史。20世纪80年代，日本在全球半导体产业链中的份额约为50%，一度超过了美国。但随后日本的产业影响力逐年下降，近年来更是被中国、韩国等赶超，全球市场份额已大幅下滑。日本半导体产业发展究竟经历了什么？在哪些细分领域还拥有较大优势？日本半导体产业是全球半导体产业版图中的重要一环，拥有一大批知名的半导体企业。从引进美国技术到自主创新，日本半导体产业快速崛起，并在20世纪80年代超越美国占据“头把交椅”。虽然后面受美国打压，半导体产业影响力持续下滑，但在半导体材料、设备、功率半导体等领域依然拥有强大竞争力，并积累形成了大一批知名企业，主要分布在东京和九州硅岛。例如，现代产业数据智能服务商、中国产业大脑和东京电子、迪恩士（SCREEN）、罗姆、尼康、铠侠、瑞萨、东芝、日亚化学、大日本印刷、凸版印刷、大阳日酸、关东电化、日立化成、富士美、东京应化、JSR、信越化学等代表性企业，在细分领域都拥有很强的竞争力。地区优势领域相关说明重点企业九州硅岛胶等云集了超过1000家半导体相关制造厂，约占全球产量的5%，以生产制造为主东丽、三菱、富士通东京半导体制造涂布/显像设备、热处理设备等，功率半导体，半导体材料东京电子、瑞萨、Sumco、日立高科、迪斯科、爱德万测试来源：火石创造根据公开资料整理半导体产业曾经风光无限，但现在已逐渐演变为政治道具。2019年，日本限制向韩国出口氟化聚酰亚胺、光刻胶和高纯氟化氢3种半导体工艺材料，而韩国在氟化聚酰亚胺、光刻胶、高纯度氟化氢三种材料上对日本依赖度分别高达93.7%、91.9%、43.9%，一度打乱韩国半导体行业进程，直到2023年双方才达成和解。2023年3月，日本称从7月开始将把6类23种高端半导体制造设备（14nm-10nm制程以下）加入到对华出口管制对象，涉及芯片清洁、沉积、光刻、蚀刻等环节。在地缘政治摩擦之下以及受美国的钳制影响下，日本半导体产业想要重新崛起，难度或将十分巨大。日本政府集中资源十分重视研发，支持大规模投资生产并参与全球竞争。日本半导体产业发展大致有以下几个阶段：1、以引进美国技术为主的起步阶段（1950-1970年）：主要从美国引进半导体相关技术。1953年，东京通信工程株式会社以2.5万美元的白菜价从美国西屋电气引进了世界最先进的晶体管技术。借助这项技术，会社在1955年生产了世界上第一款袖珍收音机并正式改名“索尼”。1957年，日本政府颁布《电子工业振兴临时措施法》，通过立法扶持电子产业，支持日本企业学习美国先进技术来发展半导体产业。1962年，日本NEC从美国仙童半导体购买了平面光刻的生产工艺，拥有了集成电路的制造能力，同期日立、东芝和美国的RCA、通用电气等达成了技术转让协议。1963年，日本政府要求NEC将获得的半导体技术与其他企业分享，由此三菱等企业也开始进入半导体产业。1968年，索尼和德州仪器成立合资公司。日本半导体产业就此形成。2、以自主研发为主的厚积薄发阶段（1970-1985年“官产学”一体的科研体系促进自主研发和国产化。在代工与技术引进的基础上，日本在20世纪70年代开始使用“官产学”三位一体的科研体系。典型的有VLSI计划（超大规模集成电路研究计划），该计划由日本通产省牵头，以日立、三菱、富士通、东芝、日本电气五大公司为骨干，投资700多亿日元。通过举国体制集中人才等各类优势发展半导体产业，极大地促进各企业间的交流，日本的半导体水平逐渐赶上美国，在特定的一些领域则超过美国。1982年，日本成为全球最大的DRAM生产国。1985现代产业数据智能服务商、中国产业大脑和年，日本第一次在市占率上超越美国，成为全球最大半导体生产国。同期，日本快速推进半导体相配套的设备、材料的国产化。20世纪80年代，日本在半导体全产业链都拥有很强的话语权。3、受美国打压为主的衰落阶段（1985-2000年美国打压、脱离全球产业链等导致产业衰落。日制DRAM在质量、价格和交货时间方面均获得很高评价，使得80年代日制DRAM在全球市场中所占份额不断上升，1982年超越美国，1987年达到顶峰约80%。多年以来日本企业一直都在快速扩张市场，却忽略了大部分技术都是从美国学来的。1985年美国针对日本半导体产业发起301调查，先后于1986年、1991年签订达成第一次、第二次半导体协议，使得日本半导体厂商的价格优势丧失，份额逐渐受到韩国及中国台湾新兴厂商的侵蚀。此外，日本采取了与国际标准不同的产品设计标准，变向保护了本国市场，却脱离了全球产业链。4、产业整体衰落伴随实力分化为主的阶段（2000年至今政府大力投入但无法挽救衰落，逐渐往产业链上游实力分化。2000年后，日本政府对科学技术发展进行高额预算资金投入但依旧无法挽救日益走向衰落的产业。日本很注重基础研究，但始终无法获得成功，主要原因就在于无法将技术变为产品，将产品塑造成模式。传统经营理念根深蒂固、业务分离不彻底等限制了企业的转型发展。2002年，NEC将半导体业务独立出来成为子公司。2003年，日立和三菱的半导体业务部门合并，成立瑞萨科技。在半导体业务成为独立部门之初，企业都计划将其转型为水平分工模式，即工厂单独分离成代工企业，但都没有很好的执行下去，限制了企业的转型发展。目前日本厂商主要针对NANDFlash、CIS（CMOS图像传感器）、汽车电子、功率分立器件等细分品类，在高端数字电路方面涉足不多。但值得注意的是，日本的技术实力依旧十分强大，许多人将这段时间称为“失去的二十年”，实际上日本已经悄无声息的完成了从产品到产业链上游的转型。得益于良好的工业基础和持续的技术积累，日本在材料和设备领域具有较强优势，仍在全球市场占据非常重要的地位。来源：火石创造根据公开资料整理日本发展半导体产业的主要特征:1、集中研发高投入，从国外引进技术到产官学自主研发。举国体制是日本实现电子行业追赶的有效模式，快速推进了新技术和新产品的研发和产业化。2、参与市场化竞争，成本质量优势取胜。日本非常注重质量管理体系和产品质量，又在美国市场拓展上采用“价格永远低10%”策略的价格战，很快扩大了全球市场份额。3、政府出台优惠政策，大力扶持半导体产业发展。从起步阶段密集的产业政策扶持，到2022年《半导体援助法》，再到2023年3月公布的“半导体产业紧急强化方案”，政府政策扶持伴随着产业发展的整个历程。4、贸易战下妥协签订半导体协议，导致发展环境恶劣。美国曾经两次逼迫日本签订半导体协议，虽然第三次逼迫签订半导体协议失败，遭到打击的日本半导体产业快速衰落。5、脱离全球产业链，保护本国市场但失去了全球市场。在国际分工合作的趋势下，日本采取了与国际标准不同的产品设计标准，变向保护了本国市场，却脱离了全球产业链，无法参与到国际合作中。例如，日本在2G技术中没有采用通用的GSM标准而是采用独特PDC标准，国外手机厂商无法进入日本，日本的手机厂商也很难打开海外市场，后面重新放开也依旧错失产业发展时机。三、韩国半导体与集成电路产业分析韩国是成功实现“逆袭”的半导体产业强国。在半导体产业想要实现后来者居上难度非常大，但纵观韩国半导体产业发展史，真正实现了“逆袭”。1959年，LG公司的前身“金星社”生产出韩国第一台真空管收音机迎来半导体产业发展的开端，晚于日本的1955年、中国的1958年，但如今韩国已然成为全球半导体强国，在存储、设备/材料、CIS、晶圆代工、逻辑芯片等领域，都走上了国产化之路。韩国半导体产业竞争力强。存储领域，韩国从追随者成为领跑者。存储领域曾经由美国主导了十年，而后日本接棒又坐了十年头把交椅，90年代后韩国凭借着DRAM的飞速发展，再加上美国对日本的压制，摘下世界第一的桂冠，并持续到了今天。研究机构ICInsights的数据显示，在2021年DRAM市场中，三星以43.6%的份额占据第一，SK海力士市占比为27.7%。美光排名第三，市占比为22.8%，仅韩国两大公司就包揽了71.3%。设备/材料领域，韩国国产化替代不断取得突破。2019年爆发的“日韩半导体之争”中，韩国受伤最严重的就是光刻胶。根据韩国贸易协会2018年数据显示，韩国93.2%的光刻胶都依赖日本进口。2022年12月，三星首次引入韩国本土公司东进世美肯(DongjinSemichem)研发的EUV光刻胶(EUVPR)进入其量产线,这是三星进行光刻胶本土量产的首次尝试。DongjinSemichem在日本出口管制之后就开始着手研发光刻胶，并于2020年聘任ASMLKorea前CEOKimYoung-sun为副会长，为进军EUVPR业务打下基础，现代产业数据智能服务商、中国产业大脑和2021年年底通过三星电子的可靠性测试。经过三年的努力，韩国实现了光刻胶本地化生产。在半导体设备方面，韩国WonikQ&C首席执行官BaekHong-joo在TechKorea2022透露，目前蚀刻（50%）、测量分析（30%）、曝光(0%)、离子注入(0%)，韩国在半导体测试等后道领域的国产化已经取得重大进展，半导体前道中只有光刻机和离子注入仍处于零国产化地步。晶圆代工领域，韩国已经取得了全球第二的成绩。在晶圆代工领域，韩国的市场份额虽然远不及中国台湾，但也位居全球第二。目前，韩国代表性晶圆代工厂主要是三星电子、SKHynixSystemIC、KeyFoundry、DBHitech等。其中，三星电子被视为是唯一一家能够与台积电在5nm以下先进制程上一较高下的代工厂。2022年6月，三星电子领先台积电成为全球第一家正式量产3nm的半导体厂商。在先进工艺方面，三星电子计划2023年推出第二代3nm，2025年量产2nm，2027年推出1.4nm，到2030年基于EUV技术赶上台积电。韩国半导体产业主要集中在京畿道、忠清道地区，其中，在首尔以南的京畿道地区被称为韩国的“硅谷”。地区优势领域相关说明重点企业京畿道存储芯片近60%的半导体设备相关企业成立四大大型半导体厂商，以及约50家上下游供应商地、SK海力士利川基地忠清道地区半导体生产设备规划2030年建成半导体产业集群，大厂周围密集分布着各类配套企业SK海力士晶圆生产基地图1：韩国半导体产业主要分布区域及重点企业来源：火石创造根据公开资料整理韩国政府通过政策先行，推动半导体产业快速发展。韩国半导体产业发展具有明显的政府和财团主导特点，发展大致经历四个阶段：1、以来料加工模式为主的起步阶段（1959-1970年）：1959年，LG公司的前身“金星社”研制、生产出韩国的第一台真空管收音机，被视为韩国半导体产业的启航。韩国半导体产业最早作为美日半导体厂商投资为主的组装基地开始起步，利用韩国廉价劳动力的来料加工模式，产品主要为记忆芯片、二极管、三极管等。为了吸引外资和技术，韩国政府放宽了对外投资限制，导致大量外国半导体企业进入韩国市场，并采取来料加工的模式进行生产，获得高额利润。2、以引进技术为主的发展阶段（1971-1979年）：20世纪70年代，由于韩国电子企业严重缺乏自主技术，政府制定施政纲领，强调获取半导体技术能力的重要性，并陆续从美国和日本获得半导体工业所需技术。外商在韩国踊跃开设半导体工厂的同时，韩国政府和企业也没有放弃自主研发半导体技术的努力。1975年，韩国政府公布了扶持半导体产业的六年计划，强调实现电子配件及半导体生产的本土化，而非通过跨国公司的投资发展半导体产业。这无疑为韩国半导体产业未来的自主发展奠定了坚实的基础。3、以自主创新为主的快速赶超阶段（1980-1999年20世纪80年代到90年代，韩国政府密集出台扶持政策推动半导体产业飞速发展。从1982年的“半导体工业扶持计划”，到1986现代产业数据智能服务商、中国产业大脑和年的《超大规模集成电路技术共同开发计划》，1994年的《半导体芯片保护法》，再到1997年实施新一代半导体基础技术开发项目，支持力度很大。另一方面，进入80年代后，开始茁壮成长的韩国半导体企业抓住了一个良好的发展契机--选择DRAM作为发展重点。三星、现代、LG参与DRAM为主的大规模芯片生产，1986年进入存储器自主研发，1999年后三星成为韩国第一大集团，韩国DRAM市占率超过日本。4、以国产化为主的新发展阶段（2000年至今2000年以后，韩国迈入以国产化为主的新发展阶段。三星开始进军晶圆代工行业，业务取得飞速发展，寻找到了新的增长点。以韩国SK集团为代表的财阀加速进入半导体行业，并多次在行业发展的低谷期逆周期投资，渡过了发展困境并迅速发展壮大。与此同时，韩国政府陆续出台半导体研发、基础相关的重大计划，助力半导体国产化、先进技术研发及产业化等。2018年，韩国政府出台半导体研发国家政策计划，该计划主要包括人工智能、物联网、新世代半导体生产设备及材料三大领域。2021年，韩国政府公布了半导体战略规划，政府将联合企业一起建立集半导体生产、原材料、零部件、设备和尖端设备、设计等为一体的高效产业集群，目标在2030年前构建全球最大规模的半导体产业供应链。2023年5月，韩国政府发布半导体技术路线图，涵盖下一代存储器半导体、人工智能（AI）、6G网络、电力和汽车的芯片设计技术以及微粒化和封装技术的发展等。图2：韩国半导体产业发展历程来源：火石创造根据公开资料整理总体来看，韩国半导体产业发展的主要特征有：1、政府持续政策支持与大量投入。在韩国引进技术发展、自主创新快速发展的阶段，政府不断出台半导体及集成电路领域的扶持计划，实施重大项目，并投入巨额资金持续对半导体开发进行投入。受益于政策和资金持续大量投入，促进了半导体产业实现超越。2020年以来，韩国政府更是将半导体产业上升到一个全新的高度，密集出台国家层面促进半导体发展的各类重大发展战略，确保技术领先和保持竞争力。2、龙头企业和财团逆周期投资。从历史经验来看，三星DRAM业务依托政府背书稳居龙头地位。20世纪80年代DRAM市场景气不佳，到1986年底，三星半导体累计亏损达3亿美元，尽管美日多家公司缩减产能或退出市场，但三星仍依靠政府的扶持进行逆周期投资。据统计，2000-2010年间三星电子从韩国政府获得的税收减免共计约87亿美元，对企业的发展提供了巨大的支持。3、高度重视研发创新以及国产化。在完成技术转移后，韩国政府出台了技术创新、金融、税收等多项政策措施大力扶持国内研发和制造，促进本土企业快速吸纳先进技术、提高创新能力并构建起自己的产业生态系统。例如，三星集团的快速崛起，离不开韩国政府在技术引进、技术创新、税收优惠等方面的大力支持。在“日韩半导体之争”后，非常重视光刻胶的国产化，历经三年的持续投入最终实现国产化替代。4、十分重