余麗，盛瑩婕*，許景龍，隋秀峰

1.北京理工大學(xué)，中國工程科技前沿交叉戰(zhàn)略研究中心，北京 100081

2.中共廣東省黨校（廣東行政學(xué)院）圖書館，廣東 廣州 510053

引 言

集成電路（Integrated Circuit，簡稱IC）是高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的核心組成部分，具有技術(shù)密集、資本密集和勞務(wù)密集的特性，對支撐經(jīng)濟社會發(fā)展和保障國家安全具有戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性和先導(dǎo)性作用[1]，始終是各國爭奪全球產(chǎn)業(yè)鏈分工主導(dǎo)權(quán)的角力場，逐漸成為衡量一個國家或地區(qū)綜合競爭實力的重要標(biāo) 志[2]。

新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革加速興起，促使全球集成電路產(chǎn)業(yè)進(jìn)入超級周期[3]。伴隨中美科技競爭不斷加劇，美國出口管制持續(xù)升級，國內(nèi)半導(dǎo)體領(lǐng)軍企業(yè)（如華為、中興、?？低暤龋┙舆B遭遇重創(chuàng)，我國集成電路產(chǎn)業(yè)正處于關(guān)鍵技術(shù)自主可控的歷史窗口期[4]。面對兩個大局，立足新發(fā)展階段，攻克集成電路領(lǐng)域核心技術(shù)的“卡脖子”問題，探索顛覆性技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展的重要方向，已成為當(dāng)前我國實現(xiàn)高水平科技自立自強的必然選擇[5]。

專利代表著一個國家或地區(qū)的研發(fā)創(chuàng)新能力[6]。本文將基于IncoPat 全球?qū)＠麛?shù)據(jù)庫，從知識產(chǎn)權(quán)的視角分析集成電路產(chǎn)業(yè)全球創(chuàng)新格局：首先，圍繞集成電路產(chǎn)業(yè)的材料、設(shè)計、制造、封裝與測試環(huán)節(jié)，基于文獻(xiàn)調(diào)研整理各細(xì)分領(lǐng)域的關(guān)鍵詞表，分別制定檢索策略（詳見文后附表1），從宏觀角度把握集成電路技術(shù)創(chuàng)新的世界格局；然后針對集成電路領(lǐng)域具有“卡脖子”效應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)，逐一整理關(guān)鍵詞表并制定檢索策略（詳見文后附表2），綜合文獻(xiàn)調(diào)研、專利分析、主題識別多種方法，從微觀角度摸清各項關(guān)鍵技術(shù)與世界領(lǐng)先水平的差距；最后，剖析我國集成電路領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展的主要問題，提出創(chuàng)新發(fā)展的對策建議。

合享價值度是Incopat 系統(tǒng)提出的一種專利價值綜合評價方法[7]，它考慮了專利類型、被引證次數(shù)、同族數(shù)量、IPC 等46 個影響專利價值的參數(shù)，綜合均衡計算得出，結(jié)果相對客觀真實。本文基于合享價值度將專利分為三個區(qū)間：高價值專利（8-10 分），中價值專利（5-7 分），低價值專利（1-4 分）。同時考慮專利的創(chuàng)新性和有效性，本文僅使用專利申請人已授權(quán)的發(fā)明專利進(jìn)行分析。特別說明：中國臺灣地區(qū)作為全球最大的晶圓代工地區(qū)擁有先進(jìn)的集成電路生產(chǎn)流程技術(shù)，已形成完善成熟的集成電路產(chǎn)業(yè)集群。為了摸清中國大陸集成電路發(fā)展的真實水平，查找與世界先進(jìn)國家和地區(qū)的技術(shù)差距，同時考慮到中國大陸與中國臺灣地區(qū)在集成電路技術(shù)發(fā)展的外部環(huán)境差異，本文專利分析中涉及中國的統(tǒng)計數(shù)據(jù)均未包含中國臺灣地區(qū)。

1 總體發(fā)展形勢

2000年國務(wù)院發(fā)布首個關(guān)于集成電路的政策《鼓勵軟件產(chǎn)業(yè)和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的若干政策》，中國集成電路產(chǎn)業(yè)進(jìn)入起步階段；2008年國務(wù)院批準(zhǔn)實施集成電路裝備專項，數(shù)百家企業(yè)和事業(yè)單位投入數(shù)萬名科研人員開展聯(lián)合攻關(guān)；2010年《關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》（32 號文）首次在國家宏觀政策中提出著力發(fā)展集成電路產(chǎn)業(yè)；2011年《進(jìn)一步鼓勵軟件產(chǎn)業(yè)和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的若干政策》（4 號文）增加對集成電路設(shè)計企業(yè)和軟件企業(yè)的保稅政策；2014年《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》首次設(shè)立國家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金；2020年《新時期促進(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》（8 號文）從財稅、投融資、研發(fā)、進(jìn)出口、人才、知識產(chǎn)權(quán)、市場應(yīng)用和國際合作八個方面惠及集成電路全產(chǎn)業(yè)鏈。同時，國家先后兩次啟動國家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金（大基金一期和二期），共募集資金3428.5 億元，公開投資的項目已有80 余個[8-9]，覆蓋了芯片設(shè)計、晶圓制造、封裝測試、核心零部件、關(guān)鍵材料、生態(tài)系統(tǒng)等全產(chǎn)業(yè)鏈。

在一系列政策驅(qū)動和資金支持下，中國集成電路產(chǎn)業(yè)取得了突破性進(jìn)展。圖1-a 展示了兩次大基金啟動前后集成電路領(lǐng)域全球?qū)＠窬郑▓D中的百分比表示在指定時間范圍內(nèi)，某國或地區(qū)專利總數(shù)占全球?qū)＠倲?shù)的比例，下圖同）。公式（1）度量兩國或地區(qū)之間專利數(shù)量差距。

圖1-a 近20年IC 領(lǐng)域世界專利分布Fig.1-a The share of patents in the field of IC in last two decades

專利統(tǒng)計結(jié)果顯示：大基金一期啟動之前（階段一，2000年1月1日至2014年8月31日），中國IC 專利總數(shù)明顯落后于美日韓三國，僅占世界專利總數(shù)的6%；大基金一期啟動后（階段二，2014年9月1日至2019年9月30日），中國IC 領(lǐng)域奮起直追反超日韓，專利總數(shù)躍居世界第二，與美國差距從0.78 大幅縮小到0.04；大基金二期啟動后（階段三，2019年10月1日-2021年9月30日），中國IC專利總數(shù)位居世界第一，且領(lǐng)先美國8 個百分點，進(jìn)一步擴大了領(lǐng)先日韓的優(yōu)勢。

IC 領(lǐng)域高價值專利占比顯示（圖1-b），雖然我國IC 專利總數(shù)持續(xù)大幅增加，但三個階段高價值專利占比的增幅不明顯；美國始終保持著90%以上的高價值專利比率，技術(shù)壁壘強大；日本高價值專利占比在最近三年大幅下降落后于我國，但我國在IC領(lǐng)域還未形成領(lǐng)先日本高價值專利的絕對優(yōu)勢。

圖1-b 近20年IC 領(lǐng)域高價值專利分布Fig.1-b The share of high-value patents in the field of IC in last two decades

據(jù)半導(dǎo)體研究公司IC Insights 統(tǒng)計（圖2-a），2019年美國IC 企業(yè)占據(jù)全球55%的市場，而中國的全球市場份額僅有5%[10]。按照材料、設(shè)計、制造、封裝與測試四個環(huán)節(jié)，本文分別統(tǒng)計IC 細(xì)分領(lǐng)域的專利總數(shù)，如圖2-b 所示。

圖2-a 2019年IC 產(chǎn)業(yè)世界市場份額Fig.2-a The global market share of IC in 2019

圖2-b-1 IC 材料領(lǐng)域的世界專利分布Fig.2-b-1 The global share of patents in the field of IC materials

圖2-b-2 IC 設(shè)計領(lǐng)域的世界專利分布Fig.2-b-2 The global share of patents in the field of IC design

圖2-b-3 IC 制造領(lǐng)域的世界專利分布Fig.2-b-3 The global share of patents in the field of IC manufacturing

圖2-b-4 IC 封測領(lǐng)域的世界專利分布Fig.2-b-4 The global share of patents in the field of IC packaging and testing

近20年來，中國在IC 設(shè)計領(lǐng)域的專利總數(shù)始終穩(wěn)居世界第二；其他細(xì)分領(lǐng)域均是一路追趕，經(jīng)過多年技術(shù)積累，超越美日德韓等國家及中國臺灣地區(qū)，逐步上升為專利總數(shù)世界第一。為了進(jìn)一步分析技術(shù)創(chuàng)新價值，本文針對IC 四個細(xì)分領(lǐng)域在階段三專利總數(shù)排名前三的國家和地區(qū)分析高價值專利占比（如圖2-c-xa 所示）和高價值專利總數(shù)（如圖2-c-xb 所示）。

圖2-c-1a IC 材料領(lǐng)域高價值專利占比分布Fig.2-c-1a The share of high-value patents in the field of IC materials

圖2-c-2a IC 設(shè)計領(lǐng)域高價值專利占比分布Fig.2-c-2a The share of high-value patents in the field of IC design

圖2-c-2b IC 設(shè)計領(lǐng)域高價值專利數(shù)量分布Fig.2-c-2b The number of high-value patents in the field of IC design

結(jié)果顯示：IC 材料領(lǐng)域，階段一中國的高價值專利占比遠(yuǎn)落后于世界先進(jìn)水平，但20年來始終堅持IC 材料的品質(zhì)積累，在階段二和階段三中國的高價值專利占比節(jié)節(jié)攀升，逐步縮小了與美日的差距。圖2-c-1b 反映出，IC 材料領(lǐng)域，三個階段美日兩國的高價值專利數(shù)量呈現(xiàn)下滑趨勢，中國在階段三高價值專利總數(shù)已經(jīng)超越美日。

圖2-c-1b IC 材料領(lǐng)域高價值專利數(shù)量分布Fig.2-c-1b The number of high-value patents in the field of IC materials

圖2-c-3a IC 制造領(lǐng)域高價值專利占比分布Fig.2-c-3a The share of high-value patents in the field of IC manufacturing

圖2-c-3b IC 制造領(lǐng)域高價值專利數(shù)量分布Fig.2-c-3b The number of high-value patents in the field of IC manufacturing

IC 設(shè)計與制造兩個領(lǐng)域，美國憑借長期的核心技術(shù)積累始終占據(jù)鰲頭；日本的高價值專利占比雖有小幅下降，但技術(shù)實力仍不可小覷；中國的高價值專利占比較為穩(wěn)定，近20年無較大波動，與美國仍有較大差距。

高價值專利數(shù)量反映出，IC 設(shè)計領(lǐng)域，中國高價值專利數(shù)量緊跟日本；與美國差距明顯，近20年的高價值專利累計數(shù)量僅占美國的24%。IC 制造領(lǐng)域，三個階段美日兩國高價值專利數(shù)量均呈現(xiàn)陡降態(tài)勢，中國則是穩(wěn)步前進(jìn)，階段三高價值專利數(shù)量已大幅領(lǐng)先美日。然而，由于前期技術(shù)積累不足，雖歷經(jīng)20年追趕，中國在IC 制造領(lǐng)域高價值專利累計數(shù)量也只占美國的59%。

IC 封裝與測試領(lǐng)域，中國臺灣地區(qū)憑借晶圓代工龐大的市場優(yōu)勢，超越日韓兩國，躋身前三甲；中國大陸的高價值專利占比落后于美國，不及中國臺灣地區(qū)。圖2-c-4b 也反映出，近20年中國大陸在IC 封裝與測試領(lǐng)域的高價值專利總數(shù)僅是美國的21%、中國臺灣地區(qū)的79%，技術(shù)創(chuàng)新能力與世界其他國家和地區(qū)先進(jìn)水平相比差距明顯。

圖2-c-4b IC 封裝與測試領(lǐng)域高價值專利數(shù)量分布Fig.2-c-4b The number of high-value patents in the field of IC packing and testing

圖2-c-4a 還反映出，近20年IC 封裝與測試領(lǐng)域的Top3 國家和地區(qū)的高價值專利占比均在萎縮，尤其是近三年呈現(xiàn)陡降態(tài)勢，高價值專利減少了30%。究其原因，半導(dǎo)體封裝經(jīng)歷了三次重大革 新[11]：20 世紀(jì)80年代從引腳插入式封裝到表面貼片封裝；20 世紀(jì)90年代球型矩陣封裝；當(dāng)下的芯片級封裝與系統(tǒng)封裝[12]等；創(chuàng)新周期較長，技術(shù)更迭速度遠(yuǎn)不如其他細(xì)分領(lǐng)域。本文的專利檢索時間起始于2000年，IC 封裝與測試領(lǐng)域在20 世紀(jì)已積累了大量成熟技術(shù)，后期創(chuàng)新發(fā)現(xiàn)難度增加。同時，專利數(shù)據(jù)具有時滯性，從申請到授權(quán)平均需要3年時間，當(dāng)下熱點研究的封裝與測試技術(shù)可能還未成為授權(quán)專利，沒有計入本文統(tǒng)計結(jié)果。

圖2-c-4a IC 封裝與測試領(lǐng)域高價值專利占比分布Fig.2-c-4a The share of high-value patents in the field of IC packing and testing

綜上，中國在IC 材料領(lǐng)域的專利總數(shù)小幅領(lǐng)先于美國，高價值專利占比持續(xù)攀升，正逐步縮小與美國的差距；IC 設(shè)計領(lǐng)域的核心技術(shù)積累不足，與美國存在較大差距；全球制造業(yè)萎縮引發(fā)創(chuàng)新動力不足，而中國IC 制造的技術(shù)創(chuàng)新仍穩(wěn)步前行，為中國IC 制造環(huán)節(jié)實現(xiàn)趕超帶來了新機遇；IC 封裝與測試領(lǐng)域，全球創(chuàng)新速率放緩，高價值專利產(chǎn)出遇到瓶頸，中國專利總數(shù)位居世界第三，落后于美國與中國臺灣地區(qū)。

2 “卡脖子”技術(shù)能力分析

“卡脖子”技術(shù)是指技術(shù)攻克難度大、需求方難以在短時間內(nèi)突破或找到替代方案的關(guān)鍵技術(shù)，具有技術(shù)壁壘高、市場壟斷性強、處于價值鏈核心地位的特點[13]。

2018年《科技日報》推出“亟待攻克的核心技術(shù)”專欄報道了35 項“卡脖子”技術(shù)，其中有6 項與集成電路相關(guān)，包括高端光刻膠[14]、極紫外光刻機[15]、EDA[16]、FPGA 芯片[16-17]、DRAM 芯片[16]和射頻前端芯片[18]。文獻(xiàn)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，中國在大尺寸硅片領(lǐng)域仍被其他國家和地區(qū)壟斷[19]，存在“卡脖子”風(fēng)險。

本文將針對上述7 項關(guān)鍵技術(shù)逐一闡述當(dāng)今世界最新發(fā)展態(tài)勢，基于市場份額、專利總數(shù)、高價值專利占比、企業(yè)專利占比、專利主題等分析指標(biāo)（專利檢索時段為2000年1月1日至2021年9月30日），從知識產(chǎn)權(quán)的視角對比中國與世界先進(jìn)水平的差距，探究引發(fā)我國IC 領(lǐng)域“卡脖子”效應(yīng)的短板與痛點。

2.1 12 英寸硅片

單晶硅片的尺寸決定了半導(dǎo)體應(yīng)用中芯片的成本。硅片的尺寸越大，在單片硅上可制造的芯片數(shù)量越多，單個芯片的成本也越低[20]。目前，全球超過90%的半導(dǎo)體硅片都是大尺寸硅片，67%是12 英寸（300mm）硅片，已成為主流產(chǎn)品[21]，主要用于邏輯芯片、存儲芯片等高端領(lǐng)域，硅片質(zhì)量要求更高。

據(jù)IC Insights 統(tǒng)計，2018年12 英寸硅片全球前五家廠商（日本信越化學(xué)、日本SUMCO、中國臺灣地區(qū)環(huán)球晶圓、德國Siltronic 和韓國SK Siltron）的市場總占比高達(dá)93%，而中國大陸硅片市場份額只占全球的5%，且主要集中在8 英寸及以下半導(dǎo)體硅片，12英寸半導(dǎo)體硅片幾乎全部依賴進(jìn)口[22]。目前，中國已擁有12 英寸硅片量產(chǎn)能力；然而無論是技術(shù)還是成本或是市場，與國際成熟的企業(yè)相比，中國硅片企業(yè)仍處于弱勢[23]。

圖3 顯示，日本信越化學(xué)（ShinEtsu）以絕對技術(shù)優(yōu)勢占據(jù)12 英寸硅片領(lǐng)域的龍頭，在高中低端均有專利布局；中國的12 英寸硅片專利總數(shù)大幅落后于世界頭部企業(yè)，僅有少量高價值專利，尚處在對大尺寸硅片高附加值知識產(chǎn)權(quán)的積累階段。

圖3 12 英寸硅片全球?qū)＠植糉ig.3 The global share of patents of 12-inch wafer

人工分析專利主題發(fā)現(xiàn)，12 英寸硅片的頭部企業(yè)專利大多為單晶硅制造方法、工藝與設(shè)備，聚焦新工藝（如退火晶圓、柴式拉晶法、單晶硅晶圓等）的知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)；中國專利涉及薄膜、外延、對位等硅片制造環(huán)節(jié)，較少涉及大尺寸硅片制造的成套工藝。

2.2 高端光刻膠

光刻膠是光刻工藝使用的重要材料，其純度要求較高，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，技術(shù)壁壘高[24]。目前，國際上使用量最高的半導(dǎo)體光刻膠為KrF 光刻膠和ArF 光刻膠。KrF 光刻膠應(yīng)用于8 英寸硅片，主要制造3D NAND 產(chǎn)品；ArF 光刻膠應(yīng)用于12 英寸硅片，制造邏輯芯片、AI 芯片、5G 芯片等高端產(chǎn)品[25]。

全球光刻膠市場排名前三的廠商均是日系企業(yè)，分別是日本合成橡膠（JSR）、日本東京應(yīng)化（TOK）和日本信越化學(xué)（ShinEtsu）[26]。目前，我國已經(jīng)實現(xiàn)G/I 線光刻膠的量產(chǎn)（廣泛應(yīng)用于6 英寸硅片），正開始小批量生產(chǎn)KrF 光刻膠，但自給率不足5%[27]，ArF 光刻膠還處于技術(shù)突破階段，尚未實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)[28]。由于我國尚不具備極紫外光刻（EUV）和電子束光刻膠的研發(fā)與生產(chǎn)能力，在折射率、光敏度、分辨率、線邊緣粗糙度等光刻性能參數(shù)上與國際差距明顯[29]。

圖4 顯示，我國在KrF 與ArF 光刻膠領(lǐng)域僅有幾個專利申請人，其專利總數(shù)只占頭部6 家企業(yè)的8%，高端光刻膠核心技術(shù)被日系企業(yè)壟斷。

圖4 高端光刻膠全球?qū)＠植糉ig.4 The global share of patents of high-level photoresist

人工分析專利主題發(fā)現(xiàn)，ArF 與KrF 光刻膠的頭部企業(yè)專利涉足各類化合物（如膜、抗蝕劑、光阻等）研制，還包括適用于精密細(xì)加工的圖案成形方法；我國專利則停留在光刻膠制備方法的創(chuàng)新階段。

2.3 極紫外光刻機

光刻技術(shù)的不斷升級推動了集成電路不斷升 級[30]。光刻機是實現(xiàn)光刻工藝的關(guān)鍵設(shè)備，其性能直接決定了芯片的制程。光刻機涉及精密光學(xué)、精密運動、高精度環(huán)境控制等多項先進(jìn)技術(shù)，對技術(shù)指標(biāo)提出了非常高的要求[31]。

第五代光刻機——極紫外光刻（EUV）是目前最先機的光刻機，主要用于10nm 及以下先進(jìn)制程的芯片制造，研發(fā)周期長達(dá)十余年，是光刻機皇冠上的明珠[32]。目前，全球只有荷蘭ASML（阿斯麥）公司能生產(chǎn)EUV 光刻機，徹底壟斷了EUV 國際市場。我國生產(chǎn)的最先進(jìn)光刻機為90nm 浸沒式光刻機，與國外先進(jìn)水平至少存在15-20年差距[33]，短時間內(nèi)還難以實現(xiàn)國產(chǎn)替代。

圖5 顯示，荷蘭阿斯麥公司在極紫外光刻機（EUV）領(lǐng)域的專利數(shù)量遙遙領(lǐng)先于我國。我國EUV專利總數(shù)已超越日系頭部兩家企業(yè)，但由于日系企業(yè)在高端光刻膠領(lǐng)域構(gòu)筑了高不可攀的技術(shù)壁壘，我國光刻材料與設(shè)備的技術(shù)水平仍遠(yuǎn)落后于世界巨頭。

圖5 EUV 光刻機全球?qū)＠植糉ig.5 The global share of patents of EUV

人工分析專利主題發(fā)現(xiàn)，頭部企業(yè)在光刻引擎與組件、光顯示裝置與設(shè)備等技術(shù)上擁有大量高價值專利；我國EUV 專利主要包括仿真系統(tǒng)、計算方法和加工技術(shù)，屬于點的突破，尚未掌握整機制造技術(shù)。

2.4 EDA

EDA（電子設(shè)計自動化，Electronic Design Auto- mation），涵蓋了IC 設(shè)計、布線、驗證和仿真各個方面，被喻為“芯片之母”[34]。

全球EDA 產(chǎn)業(yè)頭部三家供應(yīng)商分別為Synopsys、Cadence 和Mentor Graphic，其市場總占有率接近八成，壟斷著我國芯片設(shè)計市場95%以上的份額[35]。不僅如此，三家龍頭企業(yè)均可提供完整的前后端技術(shù)解決方案，其技術(shù)鏈條完整性和技術(shù)水平成熟度無可匹敵。我國企業(yè)研發(fā)的EDA 工具大多還無法支持28nm 以下的先進(jìn)制程[36]，尚未實現(xiàn)全工具鏈覆蓋，缺乏平臺式的產(chǎn)品服務(wù)，與國際領(lǐng)先梯隊差距明顯。

圖6 顯示，根據(jù)申請人專利總數(shù)排名，EDA 領(lǐng)域我國機構(gòu)排名前500 的高價值專利僅有607 件，不敵美國前6 名企業(yè)；我國專利布局兼顧各價值層次；美系企業(yè)則聚焦核心技術(shù)知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)，頭部6家企業(yè)高價值專利平均占比高達(dá)95%。

圖6 EDA 全球?qū)＠植糉ig.6 The global share of patents of EDA

人工分析專利主題發(fā)現(xiàn)，我國EDA 專利涵蓋芯片設(shè)計、封裝、測試等環(huán)節(jié)，還有新興技術(shù)融合（如集成電路協(xié)同設(shè)計云平臺）。頭部企業(yè)更傾向于技術(shù)創(chuàng)新，如可定制的芯片設(shè)計方案、軟件安全性、適用于FinFET 工藝等。高端芯片設(shè)計的核心技術(shù)仍被美系企業(yè)壟斷。

2.5 FPGA 芯片

FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列，F(xiàn)ield Programmable Gate Array）芯片被稱為數(shù)字芯片領(lǐng)域的“萬能芯片”，在物理運算邏輯持續(xù)更迭的領(lǐng)域具有應(yīng)用優(yōu)勢，如工業(yè)控制、網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)中心、汽車電子等[37]。由于技術(shù)壁壘高、更新?lián)Q代速度快，全球FPGA 市場長期被Xilinx、Altera、Lattice、Microsemi 四家美國企業(yè)壟斷，總市場占有率高達(dá)97%，而國產(chǎn)FPGA 市場份額不足1%[38]。此外，國際巨頭Xilinx 和Altera早在2011年就推出了28nm 制程FPGA 產(chǎn)品，而我國直到2019年才實現(xiàn)量產(chǎn)，失去先發(fā)優(yōu)勢[39]。

圖7 顯示，F(xiàn)PGA 領(lǐng)域三家頭部公司專利總數(shù)量超過1000 項，形成了抵御同行競爭對手的技術(shù)壁壘；雖然我國在FPGA 領(lǐng)域的專利申請機構(gòu)超過500家，但專利總數(shù)仍不敵世界三巨頭。

圖7 FPGA 全球?qū)＠植糉ig.7 The global share of patents of FPGA

2.6 DRAM 芯片

存儲芯片是大數(shù)據(jù)時代的基石。DRAM（動態(tài)隨機存取存儲，Dynamic Random Access Memory）芯片長期被國外壟斷[40]，頭部公司三星電子（Samsung Tech）、SK 海力士（SK Hynix）和美光科技（Micron Tech）總市場占有率高達(dá)95%[41]。三家企業(yè)均為IDM（Integrated Device Manufacture）廠商[42]，芯片設(shè)計與制造工藝同步發(fā)展，具有率先推進(jìn)和驗證新技術(shù)的優(yōu)勢。中國大陸企業(yè)在DRAM 全球市場占有率幾乎為零。

目前，中國大陸企業(yè)已經(jīng)實現(xiàn)1Xnm 芯片量產(chǎn)（19nm 制程），但相比國際最先進(jìn)的1anm（采用EUV 技術(shù)實現(xiàn)10nm 制程）落后4年[43]。加上美國對高端光刻機EUV 的出口限制，中國短期難以有效填補在高端存儲器領(lǐng)域的空白。

圖8 顯示，美系公司IBM 和Micron Tech 憑借多年的技術(shù)積累引領(lǐng)DRAM 世界先進(jìn)水平；兩大企業(yè)的DRAM 專利數(shù)量均超越中國總數(shù)；尤其是Micron Tech 的高價值專利占比高達(dá)96%。韓國Samsung Tech 和SK Hynix 的DRAM 專利布局均衡，兼顧高中低各個層次。

圖8 DRAM 全球?qū)＠植糉ig.8 The global share of patents of DRAM

2.7 RFFE 芯片

RFFE（射頻前端，Radio Frequency Front End）芯片是實現(xiàn)手機及各類移動終端通信功能的核心元器件。無線通訊網(wǎng)絡(luò)每升級一代，就帶來了更多的頻段和制式，對應(yīng)需要更多的射頻芯片[44]。

全球射頻前端芯片市場長期被Skyworks、Broadcom、Qorvo 等美國企業(yè)占據(jù)，全球市場總占有率高達(dá)93%，甚至沒有一家亞洲廠商能夠進(jìn)入產(chǎn)業(yè)頂尖行列[45]。三大領(lǐng)軍企業(yè)全部采用了IDM 經(jīng)營模式，擁有設(shè)計、制造和封測的全產(chǎn)業(yè)鏈能力，綜合實力令人難以望其項背[46]。在國產(chǎn)化浪潮以及5G 強勁需求帶動下，我國射頻前端芯片廠商正在突破各個細(xì)分領(lǐng)域，如射頻開關(guān)、射頻PA（PowerAmplifier，功率放大器）和濾波器等，逐步實現(xiàn)了中低端機型射頻前端進(jìn)口替代[18]。然而，中國大陸企業(yè)主要集中在無晶圓設(shè)計領(lǐng)域，受到芯片集成化發(fā)展趨勢的影響，中國整體技術(shù)水平與國際領(lǐng)軍企業(yè)仍有巨大差距。

圖9 顯示，中國射頻前端芯片專利申請人有172 家，其專利總數(shù)已超越美國頭部四家企業(yè)，在高中低區(qū)間均有專利布局。日本Murata 憑借自身雄厚的技術(shù)實力占據(jù)射頻前端芯片專利申請人榜首。

圖9 RFFE 全球?qū)＠植糉ig.9 The global share of patents of FRFE

3 問題與對策

統(tǒng)計上述7 項“卡脖子”專利的我國企業(yè)專利占比、我國高價值專利占比、領(lǐng)域內(nèi)專利數(shù)量第一的企業(yè)高價值專利占比三項指標(biāo)，如表1 所示，表現(xiàn)出三類特征：

表1 “卡脖子”技術(shù)的專利質(zhì)量分析Table 1 The patent quality analysis of “Bottlenecks of Technology”

（1）專利總數(shù)偏少，原始創(chuàng)新能力不足。如12英寸硅片和高端光刻膠領(lǐng)域，我國專利申請機構(gòu)總數(shù)和專利總數(shù)均為個位數(shù)，導(dǎo)致企業(yè)專利占比和高價值專利占比虛高。圖1 和圖2 已反映出，上述兩個領(lǐng)域的專利布局與世界頭部企業(yè)差距明顯，技術(shù)創(chuàng)新活躍度不高。同時，我國EUV 領(lǐng)域的專利申請人多達(dá)137 個，但專利總數(shù)不敵阿斯麥一家公司；且企業(yè)專利占比最低，高價值專利比率偏小。說明我國在EUV 領(lǐng)域研究投入仍顯不足，科研成果尚不能實現(xiàn)高價值轉(zhuǎn)化。

關(guān)鍵材料和前道設(shè)備的專利布局薄弱，為我國集成電路整個產(chǎn)業(yè)鏈的良性發(fā)展帶來巨大隱患。其他國家和地區(qū)頭部企業(yè)依靠長期的技術(shù)積累和鏈?zhǔn)讲季中纬闪藦姶蟊趬?，而我國專利大多是點技術(shù)的突破，尚未形成支撐細(xì)分領(lǐng)域的鏈?zhǔn)綄＠Ｗo(hù)機制，短時間內(nèi)難以實現(xiàn)一個細(xì)分領(lǐng)域全產(chǎn)業(yè)鏈的覆蓋。如硅片生產(chǎn)需要的涂層來自日本、設(shè)備來自德國，2020年我國集成電路進(jìn)口數(shù)量高達(dá)5435 億個[47]，EUV 更是缺乏購入渠道。

集成電路的行業(yè)性質(zhì)決定了其高度全球化的特點，從材料、制造、封裝到應(yīng)用，每一個環(huán)節(jié)都不是孤立存在的。需要具有開放式創(chuàng)新思維，引導(dǎo)行業(yè)組織、產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟和領(lǐng)軍企業(yè)利用全球的市場、技術(shù)、資本和人才資源，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)開放式創(chuàng)新，加強國際交流與深層次合作，積極引進(jìn)海外高端人才，形成合力推動實現(xiàn)技術(shù)水平和市場規(guī)模的同步提升。

（2）高價值專利占比偏低，核心技術(shù)積累匱乏。如EDA 與FPGA 芯片領(lǐng)域，專利申請人均已超過500，專利總數(shù)也已超越世界頭部企業(yè)，但是高價值專利占比遠(yuǎn)落后于國際先進(jìn)水平。說明我國在EDA 與FPGA 領(lǐng)域，雖然科技創(chuàng)新密集活躍，但仍未掌握關(guān)鍵核心技術(shù)，受制于人的局面沒有得到根本改變。

EDA 與FPGA 領(lǐng)域低附加值科技創(chuàng)新產(chǎn)能過剩，無法有效解決“卡脖子”問題。顛覆性技術(shù)有可能改變傳統(tǒng)技術(shù)路線和產(chǎn)業(yè)壁壘[48]，為產(chǎn)業(yè)絕地反擊帶來新的機遇。如超越硅基的先進(jìn)材料正在為打造速度更快、體積更小的元器件創(chuàng)造機遇[49]，系統(tǒng)級封裝（System in Package, SiP）可實現(xiàn)一顆芯片兼具多種功能[50]，光子計算為實現(xiàn)超高速率、超低功耗的AI 芯片提供了新的技術(shù)路徑，半導(dǎo)體量子點技術(shù)是實現(xiàn)大規(guī)模實用化量子計算的最佳候選體系之 一[51]。

后摩爾時代，突破潛在顛覆性技術(shù)將極有可能為我國集成電路行業(yè)實現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)自主可控帶來新的發(fā)展機遇[52]。需要瞄準(zhǔn) 5G、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智能網(wǎng)聯(lián)汽車等現(xiàn)實應(yīng)用需求，開拓一系列顛覆性技術(shù)研究領(lǐng)域，搶占集成電路技術(shù)創(chuàng)新競爭高地。

（3）專利布局均衡的細(xì)分領(lǐng)域尚未形成規(guī)模效應(yīng)。如DRAM 與RFFE 領(lǐng)域，我國高價值專利占比最接近世界頭部企業(yè)，在低中高三個價值區(qū)間均有專利分布。雖然我國在DRAM 芯片領(lǐng)域的企業(yè)專利占比最高，在RFFE 芯片領(lǐng)域的專利總數(shù)已超越頭部公司，但是企業(yè)之間的專利數(shù)量相差不大，尚未形成絕對的領(lǐng)導(dǎo)企業(yè)，還不具備與世界巨頭競爭國際市場份額的能力。

DRAM 與RFFE 領(lǐng)域由于缺乏市場份額，產(chǎn)品得不到大規(guī)模的應(yīng)用，技術(shù)無法實現(xiàn)迭代更新，核心競爭能力仍被巨頭公司牢牢控制。日益復(fù)雜的宏觀政治環(huán)境與技術(shù)“脫鉤”導(dǎo)致全球市場逐步萎縮，進(jìn)一步加大了我國集成電路產(chǎn)業(yè)進(jìn)軍國際高端市場的阻力。

隨著5G 逐步普及，汽車智能化進(jìn)程有序推進(jìn)，AI、云計算等新技術(shù)日趨成熟，集成電路需求迅速擴張，為我國IC 產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了廣闊的市場空間[53]。需要構(gòu)建“以國內(nèi)大循環(huán)為主體的新國際國內(nèi)雙循環(huán)”格局，通過政策支持取得市場突破，依托中國大陸海量數(shù)據(jù)和豐富的應(yīng)用場景，利用好中國大陸超大規(guī)模市場優(yōu)勢，形成持續(xù)的市場拉動，通過市場實時反饋指導(dǎo)技術(shù)的迭代更新并維持創(chuàng)新的連續(xù)性，從而促進(jìn)中國集成電路產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢細(xì)分領(lǐng)域進(jìn)入到全球主流供應(yīng)鏈體系。

4 總結(jié)與展望

本文從知識產(chǎn)權(quán)的視角，首先宏觀統(tǒng)計了集成電路領(lǐng)域全球?qū)＠植记闆r，我國通過實施大基金一期與二期，極大激發(fā)了集成電路產(chǎn)業(yè)的整體技術(shù)創(chuàng)新活躍度，專利數(shù)量實現(xiàn)了從大幅落后到縮小差距再到局部領(lǐng)先的大邁進(jìn)，尤其是集成電路材料領(lǐng)域高質(zhì)量專利占比逐步縮小了與世界先進(jìn)水平的差距。

接著，本文逐一分析了我國集成電路領(lǐng)域7 項“卡脖子”技術(shù)的全球?qū)＠季智闆r，對比頭部企業(yè)知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)內(nèi)容，查找各項技術(shù)與世界先進(jìn)水平的差距，總結(jié)了我國集成電路產(chǎn)業(yè)存在的三方面問題：一是大尺寸硅片、高端光刻膠和EUV 領(lǐng)域的專利總數(shù)偏少，原始創(chuàng)新能力不足；二是EDA 和FPGA 領(lǐng)域的高價值專利占比偏低，核心技術(shù)積累匱乏；三是DRAM 和RFFE 領(lǐng)域的專利分散，市場集中度不高。

面對百年未有之大變局，我國集成電路需要以開放式創(chuàng)新思維擁抱產(chǎn)業(yè)變革帶來的新機遇，在大尺寸硅片、高端光刻膠和EUV 領(lǐng)域積極融入國際創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)中，全方位加強國際科技合作；緊抓新一輪世界科技革命的重大機遇，突破潛在的顛覆性技術(shù)，在EDA 和FPGA 領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)自主可控；扭住擴大內(nèi)需的戰(zhàn)略基點，借助5G、數(shù)據(jù)中心、智慧物聯(lián)、智能家居等新興產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的契機，培育壯大DRAM 與RFFE 領(lǐng)域的國內(nèi)市場，走出一條適合中國國情的集成電路創(chuàng)新發(fā)展路徑。

利益沖突聲明

所有作者聲明不存在利益沖突關(guān)系。

附表1：

續(xù)表

附表2：