与非网6月3日讯 半导体产业早期包括集成电路、分立器件、光伏发电和LED照明等产业,由于光伏发电和LED照明产业的制造业特点和规模巨大,已独立统计于半导体产业之外。现在半导体产业仅包括集成电路和分立器件,分立器件在半导体产业中占比很小,说半导体产业基本等同于说集成电路产业。

 

据陕西省半导体行业协会的统计获悉,2020年陕西省半导体产业销售额为1236.2亿元,同比增长29%。其中,集成电路产业销售收入1011.7亿元,同比增长36.6%。设计业规模为140.7亿元,同比增长39.4%;制造业规模为750亿元,同比增长43.1%;封测业规模为121亿元,同比增长4.7%;支撑业规模为156亿元,同比增长1.5%;分立器件规模为68.5亿元,同比增长7.2%。

 

据陕西省半导体行业协会的统计数据显示,2011-2019年,行业销售收入从100亿元增长至958亿元,2019年同比增长了40%,其中,2019年陕西省集成电路产业销售收入达740.5亿元,同比增长37.4%。

 

陕西是我国半导体集成电路技术和产业的策源地,西安是设立国家集成电路设计产业化基地的城市,是中国半导体集成电路产业版图上的重要支点。近年来,由于各级政府的高度重视和大力支持,陕西半导体集成电路产业增长迅猛,发展势头良好。西安高校云集、科研院所林立、研发成本较低,具有发展半导体集成电路产业的人才、科研和成本的优势,发展前景广阔。本文对比深圳高科技产业的发展经验,就如何进一步促进陕西半导体集成电路产业发展,进行一些粗浅的分析和思考。

 

集成电路(芯片)产业是信息技术产业的核心,是支撑经济社会发展和保障国家安全的战略性、基础性和先导性产业。长期以来,我国非常重视半导体集成电路技术的应用创新,系统整机产业发展很快。从固网通信到移动通信,从互联网到物联网,再到云计算、大数据和人工智能等,芯片技术的应用创新为这些高新技术产业发展提供了核心支撑。我国一跃成为全球高新技术产业发展最快的国家,芯片消费量全球的占比很大,芯片成为我国最大宗的进口商品。但是,我们对半导体集成电路基础研究和核心技术创新有所懈怠,逐步形成了对国外EDA软件、制造工艺、关键设备和基础材料等核心技术的依赖。

 

2018年中兴事件开始直到今天,美国挑起的对中国半导体集成电路产业的科技战,开启了一个极坏的先例。从全球范围看,首先它严重破坏了半导体集成电路产业链“全球化分工协作”的良好局面。其次它使集成电路产业的重要性在全球范围深入人心,促使中美欧日韩和中国台湾都更加重视了芯片关键核心技术的研发和管控,更加重视了“去外国化”的产业链搭建,芯片产业链以往“全球化分工协作”的好日子短期将再难出现,有可能一去不复返了。从中美双方来看,它虽然“卡”了我国信息技术产业和战略性新兴产业的“脖子”,但也严重伤害了美国及其盟友的半导体集成电路企业的利益。科技战没有赢家,它只会使我国半导体集成电路产业早日自强自立,逐步摆脱对国外技术的依赖。

 

我国已把发展自主可控的半导体集成电路产业提升为国家战略。补短板、强弱项,发展国产替代已成为国家重大急需。大力加强人才培养,大力加强基础研究,大力加强关键核心技术开发已成为我国当前和今后一段时期的重要任务。目前,全国各个半导体集成电路产业重点城市已形成了你追我赶的发展态势,力争为解决国家重大急需和促进产业发展做出贡献。

 

从2000年开始以来,我国芯片设计产业发展步入了快车道。国发18号文件发布,八个国家级集成电路设计产业化基地建设,“核高基”重大专项01和02专项实施,都为目前我国发展半导体集成电路产业打下良好基础。二十年来,先有北京、上海和深圳等城市的集成电路设计产业快速壮大,后有西安、合肥、长沙、厦门、成都、南京等城市高度重视半导体集成电路产业,大力投入和奋起直追。目前已有20多个城市成为了半导体集成电路产业的重要聚集区。

 

西安近几年半导体集成电路产业增长速度很快。仅从西安集成电路设计业的增速来看, 2016年增速为25.73%,增速全国排名第9位;2017年增速为114.57%,增速全国排名第1位;2019年增速为33.1%,增速全国排名第4位;2020年增速为49.4%,增速全国排名第5位。西安高校云集、科研院所林立、生活和研发成本较低,具有发展半导体集成电路产业的人才、科研和成本的独特优势,陕西发展半导体集成电路产业的广阔前景可以预期。

 

西安是我国半导体集成电路技术的发源地。自1956年以来,西安就是我国半导体集成电路主要的教育、科研、试制基地之一。20世纪60年代,这里诞生了第一块中小规模TTL电路;第一块PMOS集成电路;第一台PMOS中小规模集成电路微型计算机;第一台单晶炉;西安交通大学、西安电子科技大学、西北大学等院校组建了半导体微电子相关专业学科。20世纪70年代,这里诞生了第一块MOS 1K动态随机存贮器;第一块8/16位CPU和协处理器芯片;第一台大规模集成电路16位微型计算机;第一套硅栅CMOS工艺、双极电路工艺。20世纪80年代,这里诞生了第一块N沟E/D4K静态存贮器;率先引进建设了3英寸大规模集成电路生产线;西北工业大学、西安邮电学院设立了专用集成电路设计学科。20世纪90年代,这里诞生了第一块10万像素的CMOS芯片;西安华西IC设计中心成立。进入21世纪,这里诞生了第一块带浮点运算的32位RISC CPU;第一块具有高速并行运算功能的32位RISC CPU。

 

西安是最早一批成立国家集成电路设计产业化基地和国家集成电路人才培养基地的城市。西安有西安电子科技大学、西安交通大学、西北工业大学三所高校获得国家支持建设或者筹建国家示范性微电子学院。 

 

2014年5月9日,三星(中国)半导体有限公司的存储器芯片项目竣工,主要生产14纳米以及更先进工艺的NAND闪存芯片。同时建设的封装测试工厂搭建了完整的半导体存储器生产链。2018年3月28日,三星(中国)半导体有限公司70亿美元的存储芯片二期项目开工建设。该项目刷新了中西部最大外商投资记录,也是我国改革开放以来电子信息领域最大的外商投资高科技项目。三星项目在西安落户以来,已吸引了包括美国空气化工、日本住友、韩国东进世美肯等大批国内外企业来西安发展,估计项目将带动100多家配套企业相继入驻,直接或间接增加上万个就业岗位。龙头企业带动和产业集群发展的优势明显。

 

大尺寸集成电路硅单晶材料是我国芯片产业的“卡脖子”项目,在该领域的突破对实现我国芯片产业自主可控意义重大。西安奕斯伟硅产业基地项目投资110亿元,占地800余亩,项目致力于研发生产300mm(12英寸)硅片,建设月产能50万片、年产值约45亿元。项目最终目标是成为月产能100万片、年产值超百亿元的12英寸硅材料头部企业。

 

根据陕西省半导体行业协会的统计,2020年陕西省半导体集成电路产业销售额为1236.2亿元,同比增长29%[6]。其中:

 

1.芯片设计业已有近百家设计企业,涵盖通信、存储器、物联网、功率器件等众多领域,最高设计水平达到7nm。全年销售规模为140.7亿元,同比增长49.4%。

 

2.芯片制造业已有8家晶圆制造企业,其中三星(中国)半导体有限公司在国内十大芯片制造企业排名位居第一。晶圆制造最高水平为12吋14nm级存储器晶圆制造。全年销售规模为750亿元,同比增长43.1%。

 

3.芯片封装测试业已有13家企业,主要封装类型包括QFN、DFN、BGA、SiP等,产品包括先进传感器封装、功率器件和智能功率模块等,西安已成为西北地区重要的封装测试产业聚集地,全年销售规模为121亿元,同比增长4.7%。

 

4.芯片支撑业的企业数量超过70家。包括硅材、封装预成型焊料、电子化学品、特种气体、清洗液、制造和封装测试设备等。在硅材料领域,陕西已形成从多晶生产、拉晶、切割、研磨、抛光等环节的完整工艺链。全年销售规模为156亿元,同比增长1.5%。

 

5.分立器件业在功率器件方面,产品范围从低压功率器件、电力电子器件到激光功率器件,产品线完整、门类齐全。全年销售规模为68.5亿元,同比增长7.2%。

 

未来西安半导体集成电路产业将努力发挥集群优势,优化资源,协同发展,大幅提高核心竞争力,突破关键技术,在功率半导体、第三代半导体和以存储器为代表的集成电路产业的带动下,推动全产业链的协调发展,到2025年,全市半导体集成电路产业规模将有望突破2000亿。

 

二、西安有潜力成为宽禁带半导体技术创新中心

第三代半导体产业是陕西半导体集成电路产业的特色优势产业。宽禁带半导体材料也称为第三代半导体材料,它是指禁带宽度在2.3eV及以上的半导体材料,典型的是碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、金刚石等。宽禁带半导体材料主要用于制造功率半导体器件,大功率LED,半导体激光器,以及高温、高频、高功率微波器件等,广泛应用在5G通信、能源、电动汽车、高铁动车、航空航天、国防军工等重要领域。宽禁带半导体材料及其制成的芯片和器件,以及制造和应用形成的相关产业称为第三代半导体产业。陕西是我国宽禁带半导体技术科研实力最强和应用基础最好的地区,西安极有潜力发展成为我国宽禁带半导体技术的创新中心。

 

在教育和科研领域,中国科学院郝跃院士是我国宽禁带半导体著名学者和专家。他长期从事新型宽禁带半导体材料和器件、微纳米半导体器件与高可靠集成电路等方面的科学研究与人才培养,是国家重大基础研究(973)计划项目首席科学家、国家有突出贡献的中青年专家和微电子技术领域的著名专家。他在氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)等宽禁带半导体功能材料和微波器件、半导体照明短波长光电材料与器件研究和推广、微纳米CMOS器件可靠性与失效机理研究等方面取得了系统的创新成果。西安电子科技大学在氮化镓(GaN)领域的成果,一是高性能氮化镓基外延材料方面取得丰硕成果,部分指标达到国际领先水平。二是提出了微波功率器件新型绝缘栅氮化镓结构,突破了关键技术,大大提升器件效率,在国际上具有重要影响。该校在碳化硅(SiC)领域的成果,一是碳化硅材料生长和功率器件制备研究方面取得突破性进展。二是攻克了碳化硅高功率器件仿真和制备等多项关键技术。三是成功研制出多款具有国际较高水平的高性能碳化硅功率器件,研究成果居于国内领先水平。西安科技大学和西安理工大学在碳化硅的材料、生长设备和外延制备方面也居于国内领先地位。

 

在产业方面,有领先的功率半导体器件及系统解决方案提供商龙腾半导体股份有限公司;有专注高速功率集成技术的高端模拟IC设计公司陕西亚成微电子股份有限公司;有从事大功率半导体测试系统研发、生产和销售的开尔文测控技术有限公司;有电力半导体器件封装测试企业西安派瑞功率半导体变流技术股份有限公司(西安电力电子研究所的全资子公司);有专业从事电子元器件测试、筛选、物理和实效分析及相关服务的西安西谷微电子有限责任公司;有大功率IGBT、大功率半导体器件制造和封装测试企业西安中车永电电气有限公司、西安卫光科技有限公司等;有LED芯片制造企业西安中为光电科技有限公司、陕西新光源科技有限责任公司等。

 

在应用领域,陕西在新能源汽车、充电桩、储能装置、电力装备、高铁动车、5G通信设备、航空航天、国防军工等领域均有大量的下游用户,包括华为、中兴、西电集团、比亚迪、吉利、中车集团、特锐德等行业龙头企业,为第三代半导体的市场推广提供了得天独厚的条件。

 

在宽禁带半导体技术产学研合作方面,陕西半导体先导技术中心已担当大任,通过整合校企资源,构建设计服务、测试服务、工艺服务、培训服务、人才创业、成果转化、合作交流、投融资服务等技术服务平台,通过开展政产学研用合作,努力探索在技术研究与产品工程化之间提高创新能力,降低成本与风险的陕西半导体集成电路产业的发展之路。

 

三、西安发展半导体集成电路产业的优势

1.人才优势。陕西高校和科研院所众多,是我国半导体集成电路人才的培养基地。陕西共有高校90余所,从事微电子专业的科研机构20余家。陕西高校中微电子科学与工程相关专业在校学生近 10 万人,年输送毕业生 2 万余人,占全国的14%。在中国科学评价研究中心、武汉大学中国教育质量评价中心联合中国科教评价网推出《2017-2018年中国大学及学科专业评价报告》中关于微电子学科的排名,西安电子科技大学、西安交通大学和西北工业大学分列 3、5、7 位。在国家支持高校建设或筹建国家示范性微电子学院名单中,陕西有西安电子科技大学、西安交通大学和西北工业大学三所高校在列。

 

陕西安12所高校和研究所招收微电子学与固体电子学专业的研究生,每年毕业博士约90人、硕士约720人,排名全国第一。加上本科生,每年毕业生人数约2370人。随着一线城市生活成本居高不下,西安吸引人才的政策力度加大,毕业生留在西安发展的意愿上升。以2018年西安某高校微电子专业应届硕士研究生为例,年平均薪酬接近20万元,主要去向城市为西安、上海、北京、成都、深圳,前两者人数比例分别约为 40%和 30%。

 

陕西行业从业人员约6万人,专业技术人员约占全国的1/6。此外,众多职业技术学校每年输送的技工可达上万人,这些形成了陕西发展半导体集成电路产业的人才优势。                                       

2.科研优势。西安综合科技实力仅次于北京、上海,位居全国城市第三位。自1965年西安微电子技术研究所(航天771所)研制出我国第一台航天专用微型计算机、第一块集成电路、第一块微处理器(CPU)至今,陕西省一直是我国重要的半导体集成电路领域的教育、科研与生产制造基地之一,诞生了我国半导体产业发展史上的许多第一。陕西半导体集成电路方面的国家重点研发机构5个,省部级重点实验室23个,省级工程(技术)研究中心21个,省级校企合作新型研发平台2个,省级制造业创新中心1个。

 

与沿海新兴工业城市相比较,陕西半导体集成电路企业更贴近能源、现代农业、高端装备、新材料、航空航天和国防军工等工业领域的应用市场,更贴近行业研究和领域应用的大院大所,更贴近国家的重大急需,具有了解行业应用的便利性,具有企业和院所合作创新的独特优势。

 

3.成本优势。随着三星、美光、华为、中兴等众多知名半导体集成电路企业来西安设立公司、分公司或研发中心,西安人才、科研、成本的优势凸显。近年西安及周边生态环境大大改善,“三河一山”绿色生态长廊新增城市绿道100多公里,绿地600多万平方米,城市及周边的河流遍布数十个湿地公园,水清草绿,空气清新,宜人宜居。西安饮食品种丰富,价格实惠。农副产品贴近原产地,新鲜便宜。最重要的是与一线城市相比,西安房价是当地月薪的1~2倍,而沿海一线城市房价是当地月薪的3~5倍。生活成本和经营成本较低是陕西招商引资和吸引人才的绝对优势。

 

4.合作优势。100多家芯片设计公司、8家晶圆制造企业、13家芯片封装测试企业、70多家半导体和芯片业的支撑企业、12所设立了半导体和微电子相关专业人才培养的高校和院所、20多家从事半导体和微电子技术研究的科研机构、28个国家重点研发机构和省部级重点实验室、24个省级工程(技术)研究中心和校企合作研发平台等,构成了陕西政产学研合作的主体,他们可依托陕西省半导体行业协会、陕西半导体先导技术中心、陕西省半导体应用产业联盟、陕西省半导体技术创新战略联盟、西安电子信息产业创新联盟、国家集成电路设计西安产业化基地、陕西光电子集成电路先导技术研究院、西安芯禾汇网络科技有限公司等公共服务平台,开展卓有成效的政产学研用合作。

 

四、西安发展芯片产业的一些思考

1.发展半导体集成电路产业既是国家重大急需,也是陕西省促进高科技产业的抓手。面对美国对我国芯片产业的打压和围堵,我国发展自主可控的半导体集成电路产业已成为国家战略,已成为近期国家重大急需。新中国成立以来,陕西高校、军工科研单位、“三线”单位为我国“两弹一星”工程、航空航天和国防事业、现代化工业体系建设做出了巨大贡献。在新时代,陕西要在发展自主可控的半导体集成电路产业的事业中永立潮头,再立新功。同时,也需要以半导体集成电路技术创新和产业发展来支撑和带动陕西新一代信息技术、智能汽车、航空航天、高端装备、新能源和新材料等战略性新兴产业发展。

 

2.发展半导体集成电路产业亟待加强政产学研合作,充分发挥西安人才、科研和成本优势。产学研合作是科学知识和科技成果应用于产业,并进行技术迭代升级的必由之路,是高科技产业发展的力量源泉。陕西发展半导体集成电路产业,首先要珍惜已有的人才、科研和成本优势,重视产学研合作。政府需要积极参与其中,积极创造有利条件,促进高校和科研院所走进企业,重视科研成果“最后1公里”的实用性开发、应用和完善;促进企业走进高校和科研院所,提出企业新需求、应用反馈和完善建议。要用实用化的技术成果、孵化出的科技创新企业、促进高科技产业不断壮大的具体数据来衡量产学研合作的成效。

 

3.大力加强科技创新载体建设,支撑政产学研合作,吸引和培育陕西高科技产业有生力量。目前,深圳因生活成本太高,吸引内地高校人才的能力正在减弱,正在花大力气、花大资金自建高校。陕西已有高校和人才培养的优势,需要在留住人才、吸引人才、吸引投资和吸引企业上下大工夫。建议一是大力加强创新载体建设,包括公共技术平台、众创空间、产业孵化基地、行业协会和产业联盟等。二是依托创新载体加强政产学研合作,促进中小民营高科技企业初创、孵化和发展,以人才、科研和成本优势,吸引海归和外地高科技人才来陕西创业发展。

 

深圳非常重视科技创新载体建设,重视依托科技创新载体来孵化和促进民营高科技企业发展。平时,这些中小民营高科技企业数量虽多,但对城市税收贡献并不大。但是,当高科技和新经济机遇到来时,其中的优秀企业就会抓住机遇,抢占发展先机,赢来爆发式成长。就会不断涌现像华为、中兴、比亚迪、腾讯、大疆、汇顶、江波龙等成长型科技企业龙头,推动城市高科技产业快速发展。与沿海一线城市相比,内地政府资金实力有限,建议把有限的资金优先投入到科技创新载体建设上来,并不断创新体制机制,营造适合高科技产业发展的环境,大力吸引海外人才、沿海人才、风险投资和高科技企业来陕西发展。

 

深圳高科技产业发展史是广大中小民营科技企业充分利用灵活的体制机制,以应用市场为导向,以技术创新为动力,不断发展壮大的历史。笔者认为其他城市可以借鉴的经验有两条,一是政府要努力营造中小企业创新发展氛围,二是城市要培育和保有一定规模的中小民营科技企业集群。有了第一条就会有第二条,有了第二条就犹如有了一定规模的苗圃,其中一定会冒出茁壮成长的好苗子。机会是留给有准备的企业。当遇到高科技产业重大发展机遇时,积蓄了实力的中小科技企业就会脱颖而出,就会不断涌现出许多成长型科技企业龙头。陕西半导体集成电路产业大发展的希望在于,扬长避短,充分发挥人才、科研和成本优势,大力加强科技创新载体建设,大力加强政产学研用合作,大力营造中小科技企业创新发展的氛围,大力培育和壮大中小民营科技企业集群,未来的产业腾飞一定会早日到来。

 

近年来,陕西省半导体产业迅速发展,产业规模从2011年全国第8名上升至2019年的第5名。2019年,陕西全省半导体产业的收入规模达958亿元,其中制造业收入规模最大、设计业企业数量最多。据西安市投资合作局最新披露的数据显示,2020年全市半导体产业将实现突破性增长,提前完成《规划》目标;至2025年,产业规模将达2000亿元。