全球5G產業鏈布局，中國落後在哪裡？

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編者按

隨著美國、中國、意大利等國家紛紛推出5G商用服務，全球5G產業鏈布局已進入衝刺階段。

賽迪研究院兩位研究員李茜和申勝飛的研究顯示，中國在5G發展方面處於領先地位，尤其在基地台建設方面優勢巨大，但是在5G半導體材料方面較為落後，導致上遊原材料 “卡脖子” 嚴重。

撰文 | 李 茜 申勝飛

5G是開啟工業數字化和物聯網新時代的新一代基礎生產力。隨著全球電子技術水準的不斷提升，人工智能、大數據、物聯網等新興應用熱潮持續升溫，在全球消費升級和工業轉型的雙重利好帶動下，全球的5G通信將於2019年下半年進入實質性商用階段，逐步滲透進各個行業，構成“萬物互聯”的泛在網。目前，全球主要國家的5G產業鏈布局也已進入衝刺階段。

5G通信是依靠半導體材料和器件，實現無線電磁波遠距離傳輸、收發、處理的通信技術。與傳統4G等通信技術相比，5G需滿足全頻譜接入、高頻段乃至毫米波傳輸、高頻譜效率三大基礎性能要求，因此對器件和關鍵性半導體原材料的性能要求也相應提示。

全球5G器件布局和建設主要圍繞終端、基地台和傳輸三個領域展開，5G關鍵性半導體原材料的布局主要圍繞晶圓材料、矽基半導體材料、以及化合物半導體材料展開。

一、全球5G產業分布

(一) 5G關鍵性器件全球布局

1、終端

射頻前端模塊是5G終端的關鍵性器件，也是我國進口依賴度最大的器件，其中放大器和濾波器在射頻前端中的佔比達95%，是各國布局5G產業鏈的關鍵戰略領域。

根據 Mobile Experts 預測，全球射頻濾波器市場規模到2020年有望達到130億美元，年複合增長率為21.06%。目前全球市場全部為日、美廠商所主導與壟斷，技術壁壘很難打破。博通和Qorvo兩家美國廠商所佔的市場份額高達90%以上。

濾波器可以篩選出特定頻率的頻點或者濾除該頻點以外的頻率，其中毫米波MEMS濾波器和FBAR濾波器，能夠匹配5G的高頻譜傳輸性能，是各國的戰略聚焦點。

5G終端的放大器能將更多頻段 (全頻譜通信) 的電磁波放大到更高的頻段 (中高頻和毫米波技術)，同時還能滿足更小尺寸 (高集成度) 的要求。全球 GaAs 化合物半導體放大器的設計和製造廠被美國的 skyworks、Qorvo 和 Avago 三家廠商壟斷，其中 Avago 是我國台灣的穩懋半導體公司，Skyworks 的代工廠商是中國大陸的宏捷科技公司和台灣的穩懋半導體公司。據Yole 報告預測，全球 RFPA 市場規模預計到2020年將達到25億美元。GaAs射頻功率放大器因其工作頻率和工作電壓高，並能解決 CMOS 產品擊穿電壓低、襯底絕緣性差、高頻損耗大等先天缺陷，是全球5G射頻模塊布局的戰略聚焦點。

2、基地台

5G基地台包括大型基地台、宏基地台和小基地台等。因全球5G頻譜規劃多為中段頻和高段頻，由小微基地台和Massive MIMO天線構成的超密集組網是5G基地台布局的關鍵。

目前，全球5G基地台的部署主要在歐、美、日、韓和中國展開。

2018年2月，德國電信與華為公司成功完成全球首次5G高階毫米波73GHz (E-band) 多小區網絡驗證。美國AT&T電信公司在2018年3月採用白盒設備部署6萬個5G宏站及5G小基地台，並將於2018年年底前在美國十幾個城市內推出5G通信服務。日本 Softbank 運營商在2016年正式啟動 5G Project，是全球首家將 Massive MIMO 技術正式投入商用的運營商。2017年9月，韓國LG U+攜手華為在首爾成功完成了5G密集城區外場第一階段測試，涵蓋了毫米波28GHz的覆蓋和容量測試。

3、光通信

光通信產業大體可以分為兩條分支產業鏈：光模塊產業鏈和光纖光纜產業鏈。其中光模塊負責實現光電轉換，光纖負責傳送光信號。全球光纖預製棒主要被日本、美國和德國企業壟斷。據預測，未來5G光纖需求，在不考慮光纖複用的情況下，將達到4G光纖需求的16倍。據相關研究機構預測，2018-2020年光纖需求分別為3.8億芯公里、4.2億芯公里和4.8億芯公里，增速分別為28.4%、10.5%和14.3%。

(二) 5G半導體材料全球布局

1、矽基半導體材料

矽基半導體市場被美國、日 本、歐洲等技術強國壟斷。美國是全球半導體產業鏈最完整的國家，共有90多家本土半導體上市公司，涵蓋設備、材料、設計、製造、封測全產業鏈;在全球前20大半導體公司排行榜中，美國包攬8家;2018年，全球半導體全年銷售額約為4500億美元，美國佔比約為46%。在矽晶圓領域，全球一半以上的半導體矽材料產能集中在日本。矽基半導體因其適度的禁帶寬度和良好的電子遷移率可滿足絕大部分功率和頻率器件的要求，全球90%以上的半導體器件都是用矽基材料製成的。

2、化合物基半導體材料

GaAs材料的技術和市場被日本和美國壟斷。

在襯底製備、外延片方面，日本的住友電工、Freiberger、日立電纜、以及ATX四家企業佔據6英寸襯底的90%以上的國際市場。

在製造代工方面，美國晶體技術、日本住友電工、德國弗萊貝格化合物材料佔據95%以上的市場。GaN材料的技術和市場被美國、日本和歐洲等國家壟斷。日本的住友電工和三菱化學採用的氫化物氣沉積法是目前最主流的方法，其中日本住友電工是全球最大的GaN晶圓生產商，佔據了90%以上的市場份額。據Yole報導，隨著5G市場的到來，GaAs，GaN和SiC器件的市場需求增加，預計到2021年市場規模將分別達到130億美元、6億美元和5.5億美元。化合物基半導體材料可以實現高頻譜效率、大頻率波處理、低延時響應等矽基材料不能很好滿足的5G通信的要求，是“超越摩爾定律”的半導體新材料。

二、我國5G產業發展總結

(一) 產業鏈“疏而不密”，上遊原材料“卡脖子”嚴重

我國5G產業鏈沒有形成從設計到製造再到封測的完整鏈條，產能主要集中在技術水準低端、產業附加值低的中低端領域，中高端原材料的產業鏈條缺失環節多，“卡脖子”現象嚴重。

在晶圓生產中，純度為11個9的芯片用的電子級高純矽，只有江蘇的鑫華公司一家能實現量產，年產0.5萬噸，但是國內一年的進口量約為15萬噸。

在芯片設計和製造中，只有華為海思一家設計企業實現手機芯片的化量產，其下遊客戶主要為國內手機廠商; 中芯國際雖是國內最大的代工廠，但是其28nm和14nm工藝市場認可度不高，尚未實現盈利。

我國電子信息產業的2017年總產值達到18.5兆元，但是國內如此大的需求增量並沒有促使半導體產業鏈條的完整鏈條化，產業鏈上下遊企業沒有實現合理的本地化和規模化。

(二) 產品“少而不強”，下遊元器件進口依賴性強

我國5G相關產品中高端品種少、技術等級低端，難以適應信息技術梯度轉移和高速發展的要求，大部分下遊元器件仍以進口為主。

在數萬集成電路材料中，我國能夠自主規模化生產的產品佔比不到1%，且多為技術含量低的產品。8英寸和12英寸的大尺寸矽片是半導體產業的基礎原材料，但我國的對外依存度分別達到86%和100%，絕大多數的集成電路材料仍然掌握在國外企業手裡，前4大矽片廠商市場佔有率為85%，前5大光刻膠廠商市佔88%，其中來自國內供應商僅佔27%，處於國外絕對壟斷品種高達23%。

據賽迪顧問《2018年中國5G產業與應用發展白皮書》預計，我國5G產業總體市場規模至2026年將達到1.15兆元，國內的現有產能，尤其是高端產能完全不能滿足如此大規模的需求，所形成的市場差額只能依賴進口。我國是5G半導體材料產業的技術弱國，但又將成為5G半導體材料的消費大國。

(三) 創新鏈和產業鏈“通而不暢”，產業化進程緩慢

半導體材料的應用是一個系統工作，需要生產設備、製造工藝、相關材料生產企業、下遊應用企業互相配合，為處於不同環節的企業相互提供具有針對性的直接的技術指導和產品顧問。

我國上下遊企業乃至研究機構都屬於剛起步階段，相關技術積累和產業積累很少，因此研究機構的研發成果，下遊應用企業的市場需求，上遊生產企業的產品性能等各關鍵參數不都有效的整合、聯動、協同，導致我國半導體產業鏈中 “技術孤島” 的現象嚴重。

研發機構的創新鏈條與產業鏈條脫節，不能深入指導產業鏈各環節的生產企業，研發成果也不能實現系統的應用和推廣。而創新資源的多頭部署和分散投入，導致生產要素的重複投資和不充分利用，資源浪費嚴重。

上遊生產企業不能很好的掌握下遊市場需求，生產布局不能適應快速迭代更新的市場產品需求，對整個產業鏈條中的上下遊各方面資源的調動性不足，結果就是產品性能落後、產能浪費嚴重、服務化意識不足，對固定投資的規劃不合理。

下遊應用企業因上遊企業對其的高端原材料產品支持力度不足，因此無法提供高質量的產品，導致客戶因為對國產產品的信心不足，驗證成本較高等原因放棄購買國產產品。國產產品的滯銷又會進一步延緩我國產業鏈的更新迭代，進一步減緩創新性產品的產業化進程同時加劇中低端產能的重複浪費。

三、政策建議

(一) 踐行“材料先行”，構建良性產業孕育環境

首先，踐行“材料先行”戰略，完善創新平台的建設。依托現有生產應用示範平台，加強基礎研究、應用環節研究和產業化的統籌銜接，集中優勢資源推動襯底材料、矽基半導體材料、化合物半導體材料的研發和產業化進程，構建完整創新鏈，形成上中下遊協同創新的發展環境。

其次，科學做好產業布局，避免重複建設。鼓勵地方政府、研究機構、相關企業，圍繞華為、中興等龍頭企業，依托區域優勢，合理配置產業鏈、創新鏈、資源聯，合理規劃晶圓生產、芯片設計、芯片製造、芯片封測等產業鏈環節的產能布局，充分挖掘龍頭企業的帶動性，避免各環節間的不匹配單線發展，搭建協調發展促進的產業鏈環境。

第三，加強人才培養和創新團隊建設。依托重點企業、聯盟、高等學校、職業院校、公共實訓基地和公共服務平台，通過開展聯合突破和共同實施重大項目培養一批工學、工程研究生，培育一批產業工人、技術骨乾與創新團隊。

(二) 專利導航創新，加快自主化進程

首先，建立專利導航5G半導體材料的工作機制，為研發創新提供方向支持。加強專利布局，開展知識產權風險評估預警，定期為相關政府、機構和企業提供預警研究成果，協助其化解產業發展風險。

第二，借助金融支持，突破關鍵工藝和專用裝備的製約。加強政、銀、企信息對接，重點發展光刻機、離子注入機等核心生產設備，提高生產設備的一致性、可靠性、壽命和精度，縮小與國外企業的質量差距，弱化國外企業對我國半導體產業的製約性。

第三，加快重點新材料初期市場培育。完善供產需銜接平台建設，合理配置產業鏈、創新鏈、資源鏈，避免各環節不匹配的單線發展。完善重點項目的應用示範推廣機制，依托新材料首批次應用保險補償機制和應用示範指導目錄，加快新材料從實驗室到企業的轉化進程，釋放市場需求。以市場應用倒逼自主化，完善面向市場需求和終端客戶的服務平台的建設，加快針對市場需求的研發迭代速度，從而推動自主化進程。

(三) 實行進出口預警，搭建良性對外交流平台

首先，制定新材料產品、企業統計辦法和進出口商品統計目錄，組織開展統計監測和預警，及時發布統計信息，引導行業規範有序發展。加強對新材料產業發展狀況的預警監測，合理調整進出口政策，維護產業發展利益。

第二，優化政府公共服務，加強國際新材料創新合作和政策法規等信息引導，鼓勵新材料企業統籌利用兩個市場、兩種資源，提升在全球價值鏈中的地位。支持企業在境外設立新材料企業和研發機構，通過海外並購實現技術產品升級和國際化經營，加快融入全球新材料市場與創新網絡。

第三，充分利用現有雙邊、多邊合作機制，拓寬新材料國際合 作渠道，結合“一帶一路”建設，促進新材料產業人才團隊、技術資本、標準專利、管理經驗等交流合作。支持國內企業、大專院校和科研院所參與大型國際新材料科技合作計劃，鼓勵國外企業和科研機構在我國設立新材料研發中心和生產基地。

原文首發於2019年2月15日出版的《原材料工業研究》，《知識分子》獲作者授權轉載。