本文來(lái)自騰訊研究院，作者/閆德利，騰訊研究院資深專(zhuān)家。
半導(dǎo)體是現(xiàn)代數(shù)字經(jīng)濟(jì)的核心
半導(dǎo)體是現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的基石。它無(wú)處不在，必不可少。從計(jì)算機(jī)、手機(jī)、消費(fèi)電子、家電，到汽車(chē)、金融、能源、醫(yī)療，乃至工業(yè)設(shè)備、航空航天、軍事武器，都是由半導(dǎo)體提供動(dòng)力和連接。從某種意義上說(shuō)，我們的世界建立在半導(dǎo)體之上。
半導(dǎo)體是整機(jī)設(shè)備的心臟，是支撐數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施單元。沒(méi)有芯片，就沒(méi)有數(shù)字化（歐盟委員會(huì)，2022）。隨著數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的發(fā)展，半導(dǎo)體在產(chǎn)品中的價(jià)值含量不斷提升。以汽車(chē)為例，2022年平均每輛汽車(chē)中的半導(dǎo)體價(jià)值是712美元，預(yù)計(jì)2025年增加到931美元（來(lái)源：Gartner）。半導(dǎo)體是產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的重要組成部分，也是影響產(chǎn)業(yè)鏈和國(guó)家安全的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。由于芯片短缺，2021年全球減產(chǎn)了1056萬(wàn)輛汽車(chē)，2022年減產(chǎn)438萬(wàn)輛（來(lái)源：AutoForecast Solutions）。如果芯片供應(yīng)無(wú)法保障，某些國(guó)家的坦克和導(dǎo)彈將成為廢鐵。
半導(dǎo)體是現(xiàn)代數(shù)字經(jīng)濟(jì)的核心，是國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。各國(guó)紛紛開(kāi)展技術(shù)競(jìng)賽，把半導(dǎo)體芯片作為國(guó)家戰(zhàn)略。美國(guó)簽署《2022芯片與科學(xué)法案》，提供527億美元的政府補(bǔ)貼和25%的投資稅收抵免。歐盟發(fā)布《歐洲芯片法案》，計(jì)劃到2030年投資430億歐元，將尖端和可持續(xù)半導(dǎo)體的產(chǎn)量提升至全球的20%以上。日本試圖重拾昔日輝煌，努力實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體復(fù)興，發(fā)布了《半導(dǎo)體和數(shù)字產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略》，八大巨頭聯(lián)合設(shè)立高端芯片公司Rapidus，目標(biāo)是在2027年實(shí)現(xiàn)2nm芯片量產(chǎn)。韓國(guó)發(fā)布《K—半導(dǎo)體戰(zhàn)略》，擬10年投資4500億美元，建設(shè)全球最大的半導(dǎo)體制造基地。我國(guó)堅(jiān)定不移推進(jìn)高水平科技自立自強(qiáng)，努力破解“卡脖子”難題，注冊(cè)成立國(guó)家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金二期，印發(fā)《新時(shí)期促進(jìn)集成電路產(chǎn)業(yè)和軟件產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的若干政策》（國(guó)發(fā)〔2020〕8號(hào)）。
摩爾定律：半導(dǎo)體技術(shù)以指數(shù)級(jí)速度進(jìn)步
摩爾定律是在1965年《電子學(xué)》雜志上一篇不經(jīng)意之作中提出的，只是幾行漫不經(jīng)心的文字。現(xiàn)在的表述簡(jiǎn)潔有力——集成電路上晶體管數(shù)量每18個(gè)月（或24個(gè)月）翻一番。摩爾定律描繪了半導(dǎo)體的技術(shù)進(jìn)步是指數(shù)方式，而非線(xiàn)性。但多數(shù)人難以理解這種持續(xù)不斷的指數(shù)增長(zhǎng)，尤其是會(huì)嚴(yán)重低估最后數(shù)據(jù)的規(guī)模，低估即將到來(lái)的一切。在古印度棋盤(pán)與麥粒的故事中，在一個(gè)小小棋盤(pán)上按指數(shù)規(guī)則擺放麥粒，所需數(shù)量之巨是國(guó)王無(wú)法想象的，也是難以承擔(dān)的。
經(jīng)過(guò)五十多年的技術(shù)進(jìn)步，半導(dǎo)體行業(yè)已非常先進(jìn)。1971年第一款商用微處理器Intel 4004問(wèn)世，它采用10微米制程工藝，集成了2250個(gè)晶體管。如今工藝制程達(dá)到2納米，拇指蓋大小的芯片上可包含500億個(gè)晶體管。四十年間，工藝制程縮小5000倍，晶體管數(shù)量增加2000萬(wàn)倍。目前，半導(dǎo)體發(fā)展日益迫近物理極限、功耗極限、工藝極限和經(jīng)濟(jì)極限（魏少軍，2020），器件縮放變得越來(lái)越困難。很多人質(zhì)疑摩爾定律是否有效，像之前的那些人一樣。
我們需要注意，摩爾定律不是客觀(guān)存在的物理學(xué)定律，而是經(jīng)驗(yàn)法則，是人們付出努力所獲得的結(jié)果，某種程度上也代表著人們對(duì)未來(lái)可實(shí)現(xiàn)的預(yù)期。其長(zhǎng)期有效的根本原因在于人們的創(chuàng)造力，沒(méi)有持續(xù)的創(chuàng)造，就不會(huì)有摩爾定律，也就不會(huì)有持續(xù)的技術(shù)進(jìn)步。
半導(dǎo)體周期：一個(gè)興衰交替的行業(yè)
摩爾定律揭示了半導(dǎo)體技術(shù)指數(shù)進(jìn)步的大趨勢(shì)。在商業(yè)上，半導(dǎo)體是一個(gè)典型的周期性行業(yè)，繁榮和蕭條交替出現(xiàn)。半導(dǎo)體的需求是連續(xù)的，供給是階躍的，這是造成半導(dǎo)體周期的主要原因。
和摩爾定律一樣，半導(dǎo)體周期不是數(shù)學(xué)意義上的概念，而是人類(lèi)行為導(dǎo)致的帶有周期性質(zhì)的波動(dòng)現(xiàn)象，不可能用一個(gè)公式或一個(gè)具體數(shù)字進(jìn)行表達(dá)。對(duì)于周期長(zhǎng)度和周期次數(shù)，人們有著不同看法。這首先取決于如何定義。德意志銀行（2022）認(rèn)為，如果當(dāng)月半導(dǎo)體銷(xiāo)售額高于上個(gè)月或高于過(guò)去12個(gè)月的平均值，則一個(gè)周期將持續(xù)。更直觀(guān)的方式是把銷(xiāo)售額增長(zhǎng)率作為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)下圖中的紅線(xiàn)——月度銷(xiāo)售額的同比變化率，我們可以清晰看出周期性變化。中金公司（2022）認(rèn)為，自1978年以來(lái)全球半導(dǎo)體經(jīng)歷了7輪大周期，目前處于第8輪大周期。近20年來(lái)，全球半導(dǎo)體行業(yè)每隔4-5年經(jīng)歷一輪小周期。
圖全球半導(dǎo)體銷(xiāo)售額及同比增長(zhǎng)率
當(dāng)前半導(dǎo)體正處于蕭條周期。如下圖所示。按銷(xiāo)售額同比增長(zhǎng)率的正負(fù)判斷，本輪周期從2020年一季度進(jìn)入上行周期，經(jīng)過(guò)2021年的極度繁榮后，于2022年三季度進(jìn)入下行周期。迄今整個(gè)周期已持續(xù)3.5年，其中上行10個(gè)季度，下行4個(gè)季度。按銷(xiāo)售額同比增長(zhǎng)率的曲線(xiàn)判斷，本輪周期從2019年二季度開(kāi)始上行，2021年二季度達(dá)到波峰；之后進(jìn)入下行周期。迄今整個(gè)周期已持續(xù)4年多，其中上行9個(gè)季度，下行8個(gè)季度。有專(zhuān)家預(yù)測(cè)，當(dāng)前或已達(dá)下行周期底部附近，有望回升。
圖全球半導(dǎo)體季度銷(xiāo)售額同比增速
來(lái)源：根據(jù)WSTS數(shù)據(jù)整理
半導(dǎo)體在國(guó)際貿(mào)易中的價(jià)值絲毫不亞于石油
在很多人的印象中，石油、鐵礦石和糧食是國(guó)際貿(mào)易的大宗商品。我國(guó)是世界最大的原油進(jìn)口國(guó)，但其進(jìn)口額遠(yuǎn)不及集成電路。根據(jù)海關(guān)總署數(shù)據(jù)，2015年我國(guó)（大陸地區(qū)，下同）集成電路進(jìn)口額超過(guò)原油，成為最大進(jìn)口商品，并持續(xù)至今；2018年集成電路進(jìn)口額超過(guò)2萬(wàn)億元，并持續(xù)至今；2022年進(jìn)口額高達(dá)2.77萬(wàn)億元，占進(jìn)口總額的15.3%。如下圖所示。
圖我國(guó)集成電路和原油的進(jìn)口額占進(jìn)口總值的比例
來(lái)源：根據(jù)海關(guān)總署數(shù)據(jù)整理
可以用“三個(gè)最大”來(lái)表示我國(guó)半導(dǎo)體的進(jìn)出口情況。半導(dǎo)體是我國(guó)進(jìn)口額最大的商品；我國(guó)是全球最大的半導(dǎo)體進(jìn)口國(guó)，2021年進(jìn)口額占世界的37.2%；我國(guó)是全球最大的半導(dǎo)體出口國(guó)，2021年出口額達(dá)2076億美元，占世界的20.1%（來(lái)源：彼得森國(guó)際經(jīng)濟(jì)研究所，2022）。
半導(dǎo)體是韓國(guó)的經(jīng)濟(jì)命脈，是韓國(guó)出口額最大的產(chǎn)品。2022年出口額達(dá)1308億美元（來(lái)源：韓國(guó)科學(xué)技術(shù)信息通信部），占出口總額的19.1%。在美國(guó)，半導(dǎo)體是第五大出口商品，2022年出口額611億美元，僅次于成品油、原油、天然氣和飛機(jī)（來(lái)源：SIA）。
半導(dǎo)體市場(chǎng)高度集中
半導(dǎo)體是一個(gè)快速迭代、風(fēng)險(xiǎn)極高的行業(yè)，制造芯片是一個(gè)復(fù)雜漫長(zhǎng)的過(guò)程。為保持競(jìng)爭(zhēng)力，必須不斷地將巨額資金投入到研發(fā)投資、設(shè)備采購(gòu)和新工廠(chǎng)建設(shè)。根據(jù)SIA數(shù)據(jù)（2023），過(guò)去二十多年，美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)研發(fā)和資本支出額占銷(xiāo)售額的比例維持在30%左右，去年為35%；研發(fā)支出占銷(xiāo)售額的比例在15%以上，2022年為18.75%，僅次于制藥和生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)，是第二高的行業(yè)。不只是美國(guó)，所有玩家的研發(fā)支出占銷(xiāo)售額的比例都必須保持較高水平，歐洲為15%，中國(guó)臺(tái)灣11%，韓國(guó)9.1%，日本8.3%，中國(guó)大陸7.6%。高額的資本支出和研發(fā)投資對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)必不可少。
芯片的生產(chǎn)發(fā)生在一個(gè)全球性的、復(fù)雜的供應(yīng)鏈中，并且在一些重要環(huán)節(jié)呈過(guò)于集中趨勢(shì)，只有少數(shù)幾家公司（甚至只有一家）能參與其中。例如，只有中國(guó)臺(tái)灣和韓國(guó)能夠制造10納米以下先進(jìn)制程的邏輯芯片，各占92%和8%的產(chǎn)能（來(lái)源：SIA，2021）；只有荷蘭ASML一家公司可以生產(chǎn)7nm先進(jìn)制程的EUV光刻機(jī)；在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，Cadence、Synopsys、Ansys和西門(mén)子EDA四家美國(guó)企業(yè)占據(jù)EDA軟件90%以上的份額（來(lái)源：Griffin Securities，2023）；自1997年至今，美國(guó)一直占有全球最大的半導(dǎo)體市場(chǎng)份額，去年占48%（來(lái)源：SIA，2023）。
人才也呈集中化趨勢(shì)，華人對(duì)芯片行業(yè)舉足輕重。英偉達(dá)黃仁勛、臺(tái)積電張忠謀、AMD蘇姿豐、聯(lián)發(fā)科蔡力行，是半導(dǎo)體領(lǐng)域最引人矚目的華裔企業(yè)家。在TRI公布的2020年全球十大芯片設(shè)計(jì)廠(chǎng)商中，有八家掌舵人是華人。
“世界秩序由硅決定，芯片力量令人恐懼。”（日經(jīng)中文網(wǎng)，2022）。近年受新冠疫情和地緣政治等多重因素影響，全球缺“芯”日益嚴(yán)重，進(jìn)一步暴露出半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的脆弱性。半導(dǎo)體是高水平科技自立自強(qiáng)的重要領(lǐng)域，是必須打贏的一場(chǎng)攻堅(jiān)戰(zhàn)。
