觀點 | 手機晶元國產化現狀與趨勢分析

【摘要】為更好地保障通信信息安全，使我國在晶元領域擺脫依賴進口的現狀，首先分析了智能手機主要採用的晶元與晶元供應商格局的基本情況，然後從晶元設計與晶元製造兩方面剖析了手機晶元國產化的發展進程，指出了目前存在的問題並對未來發展趨勢作出判斷。

【關鍵詞】晶元 國產化 大規模集成電路 晶元設計 晶元製造 存儲晶元

1 引言

晶元是半導體元件產品的統稱，是集成電路的載體，由晶圓分割而成。1960年，美國仙童公司製造出第一塊可實際使用的單片集成電路[1]。我們現在所說的晶元，則是超大規模集成電路發展的傑出代表。據Gartner預測，2017年全球半導體行業總營收將突破4000億美元大關[2]。按收入統計，IC Insights所公布的2016年全球半導體排名TOP20中[3]，美國佔據8家，日本、歐洲、中國台灣地區各有3家，韓國擁有2家，新加坡1家，中國大陸暫未有企業上榜。其中純晶元代工企業3家，晶元設計公司5家，其餘公司則同時具備晶元設計和製造的能力。這一榜單基本反映了晶元行業主導競爭的全球格局分布。10 nm及其後續7 nm、5 nm、3 nm製造工藝、4G+/5G通信技術、高性能低功耗移動晶元平台、大容量存儲晶元、物聯網、車聯網等是晶元行業聚焦的熱點，知識產權（IP, Intellectual Property）、先進位造/封裝技術、關鍵設備/原料、高級技術人才是主要的競爭壁壘。

據有關部門統計，2016年中國集成電路進口額高達2271億美元[4]，對外依存度仍處於高位。近些年，在國家政策的引導下，國內集成電路產業發展穩步提升，本文梳理了在此輪國內集成電路大發展中智能手機晶元產業鏈國產化情況，分析現狀及存在問題，並對未來的發展趨勢作出判斷。

2 國家政策扶持

晶元在智能手機行業中擁有重要地位，是製造業的尖端領域之一，也是先進技術的代表行業之一。鑒於晶元行業的重要性以及我國在該領域的落後現實，工業和信息化部於2014年頒布《國家集成電路產業推進綱要》[5]（以下簡稱「綱要」），綱要根據全球的發展趨勢以及我國的產業現狀，提出了集成電路行業發展的主要任務和發展重點，即著力發展集成電路設計業，加速發展集成電路製造業，提升先進封裝測試業發展水平，推動集成電路關鍵裝備和材料相關技術的突破。

綱要中制定了我國晶元產業中長期發展目標，到2020年，集成電路產業與國際先進水平的差距逐步縮小，全行業銷售收入年均增速超過20%，企業可持續發展能力大幅增強。移動智能終端、網路通信、雲計算、物聯網、大數據等重點領域集成電路設計技術達到國際領先水平，產業生態體系初步形成。16/14 nm製造工藝實現規模量產，封裝測試技術達到國際領先水平，關鍵裝備和材料進入國際採購體系，基本建成技術先進、安全可靠的集成電路產業體系。到2030年，集成電路產業鏈主要環節達到國際先進水平，一批企業進入國際第一梯隊，實現跨越發展。

為配合集成電路產業發展，從中央到地方成立了多隻產業基金，國家集成電路產業投資基金，以及北京、湖北、合肥、深圳、貴州、湖南、上海、廈門、四川、遼寧、廣東、陝西、南京、無錫、崑山[6]等地方基金目標規模已超過3000億元，各地也紛紛出台相應政策以促進相關項目在當地的落實推進。

3 手機主要晶元及主流供應商

智能手機屬於較為複雜的電子設備，它集成了種類繁多的器件。現階段智能手機主要採用的晶元如圖1所示：

圖1 智能手機硬體框圖

從圖1可以看出，現階段一部智能手機中，主要使用的晶元包括主晶元（應用處理器，AP）、基帶晶元、射頻晶元、存儲晶元、攝像頭晶元、顯示/觸控晶元、指紋識別晶元、電源管理晶元、連接晶元（Wi-Fi、藍牙等）等。另外，部分智能手機也會搭載專用的音頻晶元、用於圖像處理的DSP晶元、虹膜識別晶元、感光晶元、協處理晶元等。手機主要晶元及供應商匯總如表1所示：

表1 手機主要晶元及供應商

從技術、專利、市場表現等方面來比較可知，國外晶元供應商在主要手機晶元領域，例如SoC、存儲、攝像頭等，處於領導或領先位置，可喜的是國內晶元企業已在不少領域實現了零的突破，正奮起直追業界先進。

圖2 手機晶元產業鏈地區分布示意圖

從圖2的全球手機晶元產業鏈分布來看，主流供應商主要集中在美國、日本、韓國及中國台灣，但中國內地已在大部分環節和領域展開了布局。

4 手機晶元國產化進展

半導體晶元行業中常見有兩種商業模式[7]及三類企業。第一種商業模式是IDM（Integrated Design and Manufacture，集成器件製造），擁有從設計到製造、封裝測試以及市場銷售等全部職能，代表廠商有英特爾。第二種商業模式是垂直分工模式，主要由兩類企業（設計公司與代工商）分工協作。其中晶元設計公司只做設計，沒有工廠（即Fabless），代表廠商有高通、聯發科、英偉達等。代工廠（Foundry）則主要進行晶圓代工製造服務，代表廠商有台積電、格羅方德、中芯國際等。另外還有一類企業聚焦於IP設計領域，為Fabless廠商提供各類IP，代表廠商有ARM、Imagination等。

在經濟全球化的大浪潮下，國產化概念在某種程度上被弱化，但晶元的國產化對於國民經濟及國家安全等仍然具有重要的戰略意義，本文在對手機晶元國產化情況進行梳理之前，對「國產化」進行了定義：即擁有自主知識產權，掌握核心技術，國內公司全資擁有或具有控股權，掌握企業實際運營。接下來將從晶元設計和晶元製造兩方面來梳理分析手機晶元的國產化情況，其中晶元製造部分包含封裝測試。

4.1 晶元設計

晶元設計作為半導體行業中極為重要的一環，研發成本和技術壁壘相對稍低，是相對容易突破的環節，在手機晶元產業鏈中亦是如此。表2是手機晶元領域中有代表性的國產廠商及其在行業中的地位，在一定程度上反應了晶元國產化的水平。

表2 有代表性的國產手機晶元廠商及其業界地位

功耗、成本等原因促使手機晶元集成化程度提高，SoC中包含的模塊愈加豐富，技術門檻提升。另外，為達到更好的平台性能，一般SoC廠商會同時提供射頻晶元（Transceiver）、電源管理晶元PMIC等，提高業務收入的同時也加深與下游手機廠商的聯繫。客觀上有利於領導廠商保持競爭優勢，同時，展訊這樣的國產中低端SoC廠商在由中低端向中高端技術突破、以及開拓更多客戶時遭遇更大的挑戰。

由於存儲晶元的特殊性，其設計和製造一般由同一家廠商完成，技術和資金門檻更高，且業內早已形成寡頭壟斷的格局，想要取得突破的難度較大。國產廠商在手機的其他功能晶元領域已具有一定規模市場，但在存儲晶元領域仍處於技術研發和建廠階段。現階段國內已有的存儲晶元項目如表3所示：

表3 國內主要存儲晶元項目及其進展

綜合來看整體看來，除了SoC（以及相關射頻、電源管理晶元）領域的海思（海思麒麟970在業界率先將神經網路處理器NPU引入SoC）、指紋識別領域的匯頂（旭日大數據顯示，匯頂出貨量104.2kk，已接近業界領導廠商FPC的123KK），國內公司已接近業界先進水平，其它手機晶元設計領域國產廠商尚處於中低端、小眾或起步階段，整體實力相對薄弱，追趕國際先進水平任重道遠。

4.2 晶元製造

相比於晶元設計領域，晶元製造的國產化進程門檻更高。中芯國際是國內晶元製造廠商的突出代表，2016年中芯國際收入29億美元[12]，再創歷史新高，在IC Insights「2017年McClean報告中位列晶圓代工市場第四位。其晶元製造業務涵蓋邏輯晶元（SoC）、圖像感測晶元、NOR Flash、電源管理晶元等，提供0.35 μm到28 nm的多種製程服務。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、深圳等地擁有多座晶圓代工廠，但在先進位程方面與業界先進水平差距仍較大，落後2~3個世代，以至於海思為保證產品競爭力，將主力手機晶元交給了台積電代工。

中芯國際在先進位程與特色製程兩個領域齊頭並進，與高通、華為合作研發「14 nm」工藝，在物聯網領域提供工藝、製造和晶元設計的一站式服務。

在晶元生產領域的另一重要環節是封測測試。長電科技通過收購星科金朋，來突破一直難以進入國際一流客戶供應鏈的瓶頸，順利躋身全球封測領域三甲位置[13]。在最新的股權調整後，中芯國際成為長電科技最大的股東，由此，國內晶元製造和封測的兩個龍頭企業實現了強強聯合。今年上半年，長電科技先進技術Fan out和SiP封裝業務拓展順利，高端封裝市場佔比得到持續提高。

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

5 問題分析及未來展望

5.1 存在的問題

手機晶元國產化現階段存在的問題主要體現在以下5個方面：

（1）僅在部分領域單兵突破，整體上與先進水平差距較大

國內手機晶元相關的從業公司中，從行業影響力來看，僅少數公司在部分領域取得了突破，例如海思的麒麟晶元、匯頂的指紋識別晶元等，多數公司仍扮演著各自領域的中低端產品或服務供應者的角色，整體上與業界先進水平差距較大，這些公司在技術和資金密集的半導體行業激烈的市場競爭中謀求發展的難度也較大。

（2）產業鏈整體實力尚薄弱，上游關鍵設備和原料仍依賴進口

如果說在晶元設計和製造領域國內公司尚有布局，那麼在上游關鍵設備以及硅晶圓等原材料市場，國內則基本處於空白。關鍵設備和原料市場主要被ASML、美國應材、日本信越等幾家寡頭所壟斷。不過，國內首座12吋硅晶圓廠新勝半導體即將量產[143]，有望逐步改善目前12吋硅晶圓99%依賴進口的局面，是建立自主供應鏈的重要一步。

（3）核心技術（專利）、人才缺乏

由於起步較晚，核心技術（專利）和人才缺乏是制約國內包括手機晶元行業在內的半導體產業發展最大的桎梏。CPU、GPU、通信等方面核心IP被國際領導廠商牢牢掌握，國內多數公司主要通過取得國際廠商授權來進行相應產品開發。部分設計公司和Foundry在業務開展之初主要依賴從日、韓、中國台灣等地挖來技術人才以開展相關業務，面臨一定的專利訴訟風險，同時上述地區的領導廠商也因此對人才外流、技術保密等做了更多的防範和部署。

國內各類晶元人才儲備嚴重不足，支撐產業高速發展的人才缺口較大。若按照2020年達到一萬億產值來計算，需要的人員規模是70萬人，但目前人才儲備不到30萬，缺口較大[154]。高等教育在集成電路方面比較薄弱，專業化、體系化、產學結合、創新人才引進等方面仍有很多工作待開展。

（4）低層次、高頻度競爭不利於可持續發展

國內多數手機晶元廠商起步較晚，業務起始於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採取薄利多銷的策略，價格戰成為最常用的手段。例如，展訊為了與聯發科爭奪市場，高調發起價格戰導致2016年毛利率急速下降[165]。低端產品、低價、低毛利，這樣的商業模式不利於在資金和技術密集的晶元行業的可持續發展。產品上市可能會面臨市場供應過剩，伴隨著高額的資金投入，則可能導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、台積電、高通、英特爾、三星、海力士、格羅方德等紛紛加大了在國內的投資，拓寬了布局，以最大限度分享內地的集成電路政策紅利。表4是國際公司在國內的投資項目的情況：

國際巨頭加大在內地布局是一把雙刃劍，一方面給當地帶來稅收和GDP，同時帶來就業和產業鏈配套，對人才培養也是利好。另一方面，國際巨頭在內地布局多採用獨資或合資方式，掌控了核心技術和公司運營，在一定程度上增強了其全球運營的實力，不利於本土民族晶元企業的成長。

表4 手機晶元行業部分國際公司在內地的布局情況

5.2 未來展望

《國家集成電路產業推進綱要》已經在產業政策方面指明晶元行業的發展方向和目標，國內廠商需在政府統籌下，穩步推進。除滿足消費和工業需求外，還要兼顧在通信、信息安全等領域的發展，降低對國際半導體企業的依賴。

人才培養方面，教育部在2016年聯合其它部門發布了《教育部等七部門關於加強集成電路人才培養的意見》，為解決晶元人才缺口奠定了教育培養制度基礎。

在國家統一戰略部署下，統籌協調各地的資源投入，集中扶植一批業內龍頭企業，積极參与全球晶元產業分工，配套建設從原料、設備到設計、製造、封測等完整產業鏈，在掌握核心技術的基礎上取得部分領域的市場優勢地位，力爭在智能手機領域率先實現國產晶元的高度自給。

6 結束語

在國家大力推進集成電路產業發展的大背景下，本文以智能手機晶元作為切入點，梳理了手機晶元國產化進展的情況。從手機主要採用的晶元入手，總結了各類晶元主要供應商的全球分布，然後從晶元設計和晶元製造兩個維度，探討了晶元的國產化進程，包括對主要的參與廠商及其在產業鏈中地位進行了歸納匯總，最後總結了手機晶元國產化過程中存在的主要問題，並對未來發展進行了展望。

受限於研究資源，本文主要從宏觀和定性的角度進行研究和分析，後續可以進一步從關鍵技術/知識產權、市場表現、資源投入等角度進行細緻、定量的研究，在搭建模型的基礎上，可以嘗試研究發布例如「手機晶元國產化指數」等定量化成果。

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