2022年中国半导体IC产业研究报告（产业链、机遇洞察、发展趋势）

来源：艾瑞咨询

半导体产业是国家信息产业的基石，半导体芯片产业是我国科技自立和经济高质量增长的重要驱动力，不仅自身存在巨大的增长前景，更为重要的是芯片是人工智能、汽车电子、物联网、大数据、云计算、区块链等新兴产业发展的基础构件。

大纲目录

1、半导体及IC产品概述

2、芯火：中国半导体IC发展历程

3、相传：中国半导体IC产业链全景

4、玉汝：中国半导体IC产品机遇洞察

5、于成：中国半导体IC产业发展趋势

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IC产业特点：知识在哪里，价值就在哪里

题记

IC技术具有战略性和市场性的双重特征。前者在战略上显示了电子内容的重要性如此之高和关键，包括（1）在政治、经济、军事方面的国家信息安全；（2）在国防系统中，如武器装备、航天器、卫星等。后者体现在以互联网和物联网为核心的IC应用，通过网络、带有芯片的路由器设备和操作系统，而这些必不可少。人们普遍认为IC仍然是中间产品，最终的终端用户决定市场需求。市场驱动力和技术进步一直推动着IC的发展和应用。 2016年我国消耗了4,742亿件IC产品（72%进口），这一消耗量预计相当于237,1200个晶圆厂的总产量，每个晶圆厂的运行速度为30,000 WPM，每年生产20亿颗芯片。 2021年中国IC进口额为4330亿美元，总计5384亿颗芯片，持续对IC市场产生巨大影响。因此，集成电路产业在绿色经济、社会文化生活等方面产生价值并引领技术发展。

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集成电路（IC）与绿色经济

图1. 美国电能消耗预测：半导体支持能耗降低

工业社会的进步，使人类的体力劳动逐渐延伸到机械操作，但人们也为此付出了巨大的能源代价，例如数百万年前埋藏在地下的煤炭、石油、天然气，以维持人类工业经济的高速运转。

人们在享受工业产品带来的方便、快捷、舒适、愉悦的同时，也开始体会到工业污染带来的苦果。为了不再呼吸充满雾霾的空气，不再喝浑浊污染的河水，不再面对被风沙侵蚀的良田，不再为雨林的消失而叹息，人类开始了拯救地球的自我救赎。世界各国政府纷纷将环境保护和绿色经济提上议事日程。据宣布，自 1973 年以来，世界各地的个人、社区、民间社会、企业和政府将 6 月 5 日定为世界环境日，做出承诺并呼吁采取行动，为了人类和子生后代的利益恢复世界各地数百万公顷的生态系统。

图2. 集成电路（IC）影响人们的生活

微电子技术在节能减排和生态文明建设中发挥着重要作用。仅以灯为例：普通60W白炽灯17小时耗电1度电，普通10W节能灯100小时耗电1度电，同样照度的LED灯1000小时耗电1度电。这意味着LED灯消耗的能源仅为白炽灯的1/60。

基于半导体技术和应用能源效率展望模型（美国能源效率经济委员会，ACEEE）对美国电力消耗的预测结果显示如果技术性能保持不变，到2030年美国经济发展用电量将增至6.502*(10^12)千瓦时。根据美国能源信息署的数据，半导体技术和器件的广泛使用可使消耗电量减少至4.606*(10^12)千瓦时。如果出台一些政策鼓励半导体技术的开发和应用，电力需求可进一步减少1.242*(10^12)千瓦时。

此外，微电子技术在空气污染、水污染、土壤污染的监测与控制等改善环境方面也具有良好的潜力。与传统产业相比，微电子产业本身也是一个能耗、水消耗较低的产业。能耗最高的行业是焦化行业，每万元产值能耗为3.407吨标准煤。作为微电子制造业的代表，中芯国际万元产值能耗仅为0.115吨标准煤。微电子制造业用水量较高，每万元产值用水量为4.413立方米。由于使用中水，中芯国际每万元产值实际耗水量为0.387立方米（中芯国际90%的水为可回收中水，城市用水实际消耗量为10%），仅为棉、化纤纺织印染行业万元产值的3%。

集成电路（IC）与社会生活和文化

图3.知识在哪里，价值就在哪里

集成电路首先借助音频和视频设备进入人们的生活，包括收音机、录音机、录像机、DVD和电视。

1976年，史蒂夫·沃兹尼亚克和史蒂夫·乔布斯开发了微型计算机Apple I。1981年，IBM成功地将采用英特尔8088微处理器和微软操作系统MS-DOS的个人计算机（PC）推向市场，并将这种新型计算机命名为“个人计算机， ” 开启PC时代。

1978年，美国贝尔实验室成功研制出高级移动电话系统（AMPS），并建成了蜂窝移动通信网络。根据工信部2015年通信业务统计公报数据，我国移动用户总数达到13亿，普及率达94.5%，几乎人人拥有手机。

互联网的诞生进一步改变了人们的生活方式。

集成电路带动了电脑和智能手机的普及，创造了全新的网络文化，包括各种应用程序（或APP），如收发电子邮件、浏览新闻、2011年的微信、2009年的微博、游戏、音频、视频、健康数据传感与记录、远程医疗、网络直播、网上购物、支付、旅游预订、教育、交友、餐饮等软件。它几乎涵盖了人们所需的所有信息。网络使文化的传播突破了时间和空间的限制，给人类文化的发展带来了深刻的革命。

IC技术的发展将人类带入了信息社会。 2016年全球半导体市场规模为3389.31亿美元，电子系统总市值为14570亿美元（IC Insights统计数据）。 2020年，全球半导体市场已增长至4259.6亿美元，据Statista统计，2017年至2021年电子系统市场总市值复合年增长率（CAGR）在3.3%至6.4%之间。

目前，中国很多机械企业不掌握微电子核心技术，因依赖进口集成电路及相关技术，导致产品利润率极低；其净利率仅为1%左右。举例来说，一部iPhone手机的利润为600美元，苹果的利润为360美元（占利润总额的60%），而富士康的组装收入仅为6.54美元（仅占利润总额的1.1%）。

上面例子的利润分配，展示了价值源于技术、技术源于知识的经济循环。在过去的半个世纪左右的时间里，市场已经表明“知识在哪里，价值就在哪里”。

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1.《半导体制造中的生产计划和控制：大数据分析和工业 4.0 应用（Production Planning and Control in Semiconductor Manufacturing: Big Data Analytics and Industry 4.0 Applications）》

《半导体制造中的生产计划和控制：大数据分析和工业 4.0 应用》

本书从半导体制造管理的角度系统分析了大数据分析和工业4.0的适用性。它以真实的例子进行报告，并提供案例研究作为支持证据。近年来，大数据分析和工业4.0技术频繁应用于半导体制造的管理中。然而相关研究成果大多分散在各类期刊或会议论文集中，迫切需要对这些成果进行系统整合。此外，许多相关讨论过分强调信息系统的理论框架而不是半导体制造管理的需求。而本书解决了这些问题。

半导体制造业是一个特别需要大数据分析的行业，原因如下：

• 在晶圆厂中，同时有数千至数万个晶圆批次正在生产或等待生产。这些晶圆批次伴随着大量的时间和质量相关的数据，必须收集和分析。研究者提供了一个有趣的统计数据，表明在晶圆制造阶段中，沉积是产生最多数据的阶段，其次是蚀刻和缺陷检查。每个阶段的数据生成点数量都在万亿级。

• 资金雄厚的半导体制造商更有能力投资于大数据分析的系统软硬件。相比之下，许多小工厂的应用侧重于分析大量数据的方法论。

• 半导体工厂生产设备与计算机或信息系统的集成度较高，有利于大数据的实时采集和分析。

因此，半导体制造也是较早采用大数据分析的行业之一。大数据分析已应用于协助该行业的虚拟计量、预测性维护、作业周期时间预测和预测性调度。设备健康监测、缺陷模式识别和良率预测的应用也很普遍。

根据国际半导体技术路线图（ITRS），半导体制造中的大数据问题可以沿着五个维度来定义，即所谓的五个V：

• 数量（Volume）：数据的大小（大小）；

• 速度（Velocity）：创建和分析数据的速度；

• 多样性（Variety）：数据的类型，例如结构化数据（例如表格数据）、半结构化数据（例如 XML 及其衍生物）和非结构化数据（例如传感器数据、社交媒体数据等）；

• 准确性（Veracity）：某些数据源固有的不可靠性（例如，不精确和不确定的数据）、数据质量；

• 价值（Value）：利用大数据分析提取的信息的价值。

有人认为，准确性（数据质量）是最关键的维度。常见的数据质量问题包括缺乏准确性、可用性和上下文感知。尽管如此，与其他行业相比，半导体制造的数据质量相对较好。此外，也有人还强调了专家判断或主题专业知识（SME）在数据收集、数据处理、参数选择、模型构建、模型和极限优化以及解决方案部署和维护中的重要性。

本书将对上述问题进行了分析和讲解，并且作者提出了自己的观点。

2.《打造半导体超级力量：塑造芯片产业的韩国科学技术院七位工程师（Making a Semiconductor Superpower: The Seven Engineers from KAIST Who Shaped the Chip Industry）》

《打造半导体超级力量：塑造芯片产业的韩国科学技术院七位工程师》

本书提供了有关韩国半导体界的真实故事。它探讨了六位有影响力的半导体工程师的生活和职业生涯，二十世纪他们在韩国最有影响力的半导体教授 Kim Choong-Ki 博士的指导下就读于韩国科学技术院 (KAIST) 。 Kim Choong-Ki的学生因在工业界、政府和学术界担任重要职务而被称为“金氏黑手党”。半导体工程师和电子工程师、科学技术史学家以及东亚研究的学者和学生都会对本书感兴趣。

“他们被称为‘金氏黑手党’。Kim Choong-Ki（金正基）本人不会这么说。但韩国半导体工程师对他以前的学生的低声评价是真实的：他们无处不在。 … Kim 是韩国第一位系统教授半导体工程的教授。从 1975 年韩国刚刚开始生产第一批晶体管到 2008 年从教师岗位退休，金先生培训了 100 多名学生，有效地培养了韩国前两代半导体专家。” （来源：IEEE Spectrum，2022 年 10 月。）

到2000年代中期，韩国已成为世界半导体市场的主导力量，到2010年代中期，其存储器全球市场份额已攀升至60%以上。 2017年，韩国旗舰电子公司三星电子成为全球营收第一的半导体制造商，另一家韩国半导体公司SK海力士排名第三。自2000年代初以来，三星显示器和LG显示器这两家韩国电子公司已成为薄膜晶体管液晶显示器（TFT-LCD）市场和有机发光二极管（OLED）市场的主要参与者。）市场也是如此。 2018年，半导体占韩国全部出口的21%，占GDP的6.7%，其份额在2020年代初期有所增加。对于一个 1959 年才开始组装第一台收音机、并在 20 世纪 80 年代中期才开始制造过时存储芯片的国家来说，这确实是一项令人惊叹的成就。

已经出版了许多书籍和文章来解释韩国半导体行业如何在如此短的时间内取得如此辉煌的成功。这些作品通常强调韩国政府和个体企业的作用和贡献，但几乎完全忽视了韩国学界的作用和贡献。相反，他们关注的是韩国政府如何为该行业的发展制定有效的计划，韩国企业集团的负责人如何做出正确的决定进入或支持半导体行业，或者韩国半导体公司的组织和运营情况如何成功的结果。此外，无论是由经济分析师还是企业管理教授撰写，这些著作都认为 20 世纪 80 年代和 90 年代在美国接受培训的韩国工程师是最先进的知识和技术从美国至韩国顺利流动的便捷而重要的渠道。然而，几乎没有研究清楚地解释什么实际上是从美国带到韩国的，或者这些转让的技术和知识如何成功传播到韩国半导体行业并在韩国实施。半导体器件的研发和制造需要的不仅仅是少数受过高等教育、经验丰富的美国培训明星工程师：还需要数十名甚至数百名普通工程师。本书弥合了这些缺失。

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IC芯片现在为什么这么缺货?

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