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中国半导体装备制造业的创新崛起之路
作者:彭效冉 谢海忠 发表时间:2016年03月02日

  半导体装备制造业是典型的资本密集型和技术密集型产业,而且是多学科、多工艺集成的具体表现,是一项集半导体材料学、流体力学、化学、精密光学、精密机械学、真空、电子电路、自动化控制和计算机等多学科于一体的大系统工程,需要多学科人员的协同攻关。半导体行业的回升和衰退与国内生产总值(GDP)的回升和衰退密切相关。

  一个国家的半导体装备制造业水平,决定这个国家的半导体行业水平,继而决定这个国家的综合竞争力和国际影响力。从半导体产业历史来看,“一代设备,一代工艺,一代器件”表明它们之间是相辅相成互相促进的,尤其设备与工艺是互动的。由于更新换代非常快,所以半导体装备制造业是一个高投资、高风险的行业,同时也是创新最快的一个领域。

  经过40多年的发展,我国半导体装备制造业具备了一定的基础,但与集成电路芯片制造业相比,中国半导体装备制造业处于比较弱小的地位,远远落后于美国、日本等国际半导体装备制造业强国。主要表现为:基础薄弱、产业规模小、总体技术水平和创新能力低;设备和材料等支持产业比较落后,产品生产主要集中在中低端,缺乏具有国际竞争力的品牌和优势企业。当前所面临的突出问题是:人才紧缺、资金匮乏、供需矛盾突出等。要解决这些问题,一要靠创新,包括自主创新和引进吸收;二要靠政府的全力支持,包括制度环境的改善、政策的完善等。

  随着半导体设备产业链的变革,半导体市场出现了由分散向集中聚集的局面,一些较大的设备公司凭借其雄厚的技术和经济实力,兼并小公司,进行捆绑式销售。大者恒大,强者愈强。2004年,全球10大半导体设备公司的销售总额占全球市场销售总额(375.8亿美元)的70%。在这种竞争环境下,中国半导体装备制造业要生存发展可谓困难重重。但是我国政府和企业必须迎难而上,加大自主创新,通过逆周期投资布局未来半导体装备制造产业格局。此时,借鉴其他国家的发展经验无疑对我国半导体产业进步有重要意义。

  在过去的近半个世纪,半导体装备制造业经历了两次产业转移:20世纪70年代末,从美国转移到日本,造就了富士通、日立、东芝、NEC等世界项级的半导体装备制造商;20世纪80年代末,韩国与中国台湾成为半导体装备制造业的主力。继美国、日本之后,韩国成为世界上第三个半导体产业中心。

  美日韩的发展之路

  为了追求利润最大化,美国半导体制造企业在半导体设备开发的前几年,仅仅进行产品的输出。因为在此期间,还没有替代产品出现,他们能够在产品市场上形成垄断地位。随着时间的推移,逐渐有国外模仿者开始仿制美国设备。这时,为了降低成本和提高竞争力,美国设备企业在国外进行直接投资。随着竞争的白热化,这代技术逐渐成熟,美国设备制造商会直接输出技术,以技术股入主国外的设备制造商企业,而美国的设备制造商又开始新一轮的技术创新。正因如此,美国设备制造商都一直保持着高额利润水平。

  美国的发展印证了“技术差距理论”,靠技术创新而获得先进技术垄断地位,成为技术领先国。别的国家对这种产品的需求和拥有这种产品的生产能力将有一种时间上的迟延,即模仿滞后(imitation lag)。美国因此大量出口技术领先产品。但是,通过贸易产生的示范效应、专利转让以及直接投资,这些技术被其他国家模仿,技术领先国和技术追随国间的技术差距逐步缩小甚至消失,它们之间的贸易由于技术追随国的生产扩大而逐渐减少,直至追随国的生产能够满足国内需求为止。

  在1980年代之前,日本国内主要靠进口美国半导体设备;在此过程中,日本半导体设备厂家逐步仿造美国设备。由于产品生命周期和技术生命周期的存在,美国半导体设备厂家为了追求利润最大化,就把一些落后的设备和技术转让给日本。这促进了日本半导体装备制造业的发展。到20世纪80年代,日本不仅占据了大部分本国的半导体设备市场份额,还逐渐开始争夺美国本土甚至世界各地的半导体设备市场份额。

  韩国半导体产业于1965年起步,经历了20年的后步封装、OEM及全工序生产实践之后,于1986年开始进入存储器的自主开发阶段,初步实现了大规模化生产。韩国的三星电子、现代电子和LG三大半导体公司在激烈的国际竞争中,瞄准了存储器这一目标,在不到10年的时间里使韩国的半导体产业发展到仅次于美国、日本,居世界第三,而存储器的产量居世界第一,使得韩国的半导体工业创造了世界半导体存储器方面的奇迹。

  美日韩三国能主导半导体装备制造业主要有以下几个原因:

  第一,美国半导体装备制造业公司凭借美国政府军事需求的拉动、硅谷半导体产业群的强大支持,同时靠自己强大的技术创新优势,在半导体技术诞生的前几十年里,一直牢牢坐着半导体装备制造业的第一把交椅。在新技术的发明—成熟—衰退整个生命过程,美国企业都取得了最大的利润。同时,美国半导体设备企业一直投入高额的研发费用创新,保持国内公司在国际上的技术领先地位。这就是在半导体技术诞生之初几十年美国半导体设备公司能保持一枝独秀的秘密。

  第二,由于美国半导体设备企业的贪婪特性,使得后来的国家如日本、韩国等的半导体设备企业有了发展壮大的机会。

  第三,由于产品的生命周期客观存在,使得日本半导体设备厂家有了向新型国家转移产品和技术的动力,客观上又为其他落后国家的企业发展提供了机会。

  中国半导体装备制造业现状及展望

  无论从发展时间、规模水平,还是专利技术水平方面,中国半导体装备制造业都远远落后于发达国家。通过实证研究可知,半导体装备在国内市场需求旺盛,国产设备供应严重不足。同时,由于产品生命周期和技术生命周期的客观存在,发达国家的半导体设备厂家为了追求利润最大化,必然会对中国市场进行产品和技术转移。也为中国半导体设备厂家的发展带来了难得的机遇,同时由于新兴产业的诞生,比如太阳能和半导体照明产业的发展,对于这两个领域,中国与发达国家几乎同时起步和发展,这为中国的半导体装备制造业的崛起带来了新的希望。

  我国应该学习日本与韩国崛起发展的相关经验。自从该行业诞生以来,美国企业凭借着政府政策和自身技术创新优势一直领导着半导体设备产业长达半个多世纪的发展方向。然而,在20世纪80年代内,日本企业走出了一条自己独特的“模仿—吸收—创新”的发展之路,实现了一个产业从无到有、从弱到强的成功崛起。客观上,美国半导体设备企业在经济周期和产品生命周期的双重压力下,为追求企业效益最大化,对日本市场先由产品输出,再到技术转移,使得日本企业得到了发展自己半导体设备产业的机遇。韩国半导体设备企业也同样走出了一条和日本相似的崛起之路。日本和韩国在半导体设备企业的成功经验,值得中国企业借鉴。

  基于半导体装备制造业的特点,我国应充分重视自主创新。美、日、韩三国装备制造业发展的共同经验是根据本国国情,通过政策引导,确定合理、适时的主导产业;努力提升产业科技水平,增强自主创新能力。中国半导体设备业之崛起不仅要依靠企业的自主创新,积极承接发达国家半导体的技术转移,营造适合半导体设备多元化人才的发展环境,同时,考虑到经济周期的影响和现在所处的阶段,可以引进海外人才,国家还应在税收、法规、资金和产业政策等方面给予大力支持。

  如今世界经济周期正处于衰退阶段,各国实行激进的财政政策和货币政策,加大基础建设投资,应对经济危机带来的消极影响。中国政府此时应扩大对半导体设备产业的投资,从而带动关联行业如半导体材料、流体力学、化学、精密光学、精密机械学、真空、电子电路、自动化控制和计算机等行业的发展。通过自身的发展和对其他多种行业的带动作用,半导体设备制造业将会成为整个国民经济发展的不竭动力源泉。

  作者单位:彭效冉中国人民大学

  谢海忠    中国科学院半导体研究所

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