隨著美國、中國、意大利等國家紛紛推出5G商用服務(wù)，全球5G產(chǎn)業(yè)鏈布局已進(jìn)入沖刺階段。
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(fā)展方面處于領(lǐng)先地位，尤其在基站建設(shè)方面優(yōu)勢巨大，但是在5G半導(dǎo)體材料方面較為落后，導(dǎo)致上游原材料 “卡脖子” 嚴(yán)重。
5G是開啟工業(yè)數(shù)字化和物聯(lián)網(wǎng)新時(shí)代的新一代基礎(chǔ)生產(chǎn)力。隨著全球電子技術(shù)水平的不斷提升，人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新興應(yīng)用熱潮持續(xù)升溫，在全球消費(fèi)升級(jí)和工業(yè)轉(zhuǎn)型的雙重利好帶動(dòng)下，全球的5G通信將于2019年下半年進(jìn)入實(shí)質(zhì)性商用階段，逐步滲透進(jìn)各個(gè)行業(yè)，構(gòu)成“萬物互聯(lián)”的泛在網(wǎng)。目前，全球主要國家的5G產(chǎn)業(yè)鏈布局也已進(jìn)入沖刺階段。
5G通信是依靠半導(dǎo)體材料和器件，實(shí)現(xiàn)無線電磁波遠(yuǎn)距離傳輸、收發(fā)、處理的通信技術(shù)。與傳統(tǒng)4G等通信技術(shù)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(chǔ)性能要求，因此對(duì)器件和關(guān)鍵性半導(dǎo)體原材料的性能要求也相應(yīng)提示。
全球5G器件布局和建設(shè)主要圍繞終端、基站和傳輸三個(gè)領(lǐng)域展開，5G關(guān)鍵性半導(dǎo)體原材料的布局主要圍繞晶圓材料、硅基半導(dǎo)體材料、以及化合物半導(dǎo)體材料展開。
一、全球5G產(chǎn)業(yè)分布
(一) 5G關(guān)鍵性器件全球布局
1、終端
射頻前端模塊是5G終端的關(guān)鍵性器件，也是我國進(jìn)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占比達(dá)95%，是各國布局5G產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵戰(zhàn)略領(lǐng)域。
根據(jù) Mobile Experts 預(yù)測，全球射頻濾波器市場規(guī)模到2020年有望達(dá)到130億美元，年復(fù)合增長率為21.06%。目前全球市場全部為日、美廠商所主導(dǎo)與壟斷，技術(shù)壁壘很難打破。博通和Qorvo兩家美國廠商所占的市場份額高達(dá)90%以上。
濾波器可以篩選出特定頻率的頻點(diǎn)或者濾除該頻點(diǎn)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(zhàn)略聚焦點(diǎn)。
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(shù))，同時(shí)還能滿足更小尺寸 (高集成度) 的要求。全球 GaAs 化合物半導(dǎo)體放大器的設(shè)計(jì)和制造廠被美國的 skyworks、Qorvo 和 Avago 三家廠商壟斷，其中 Avago 是我國臺(tái)灣的穩(wěn)懋半導(dǎo)體公司，Skyworks 的代工廠商是中國大陸的宏捷科技公司和臺(tái)灣的穩(wěn)懋半導(dǎo)體公司。據(jù)Yole 報(bào)告預(yù)測，全球 RFPA 市場規(guī)模預(yù)計(jì)到2020年將達(dá)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，并能解決 CMOS 產(chǎn)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(zhàn)略聚焦點(diǎn)。
2、基站
5G基站包括大型基站、宏基站和小基站等。因全球5G頻譜規(guī)劃多為中段頻和高段頻，由小微基站和Massive MIMO天線構(gòu)成的超密集組網(wǎng)是5G基站布局的關(guān)鍵。
目前，全球5G基站的部署主要在歐、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(qū)網(wǎng)絡(luò)驗(yàn)證。美國AT&T電信公司在2018年3月采用白盒設(shè)備部署6萬個(gè)5G宏站及5G小基站，并將于2018年年底前在美國十幾個(gè)城市內(nèi)推出5G通信服務(wù)。日本 Softbank 運(yùn)營商在2016年正式啟動(dòng) 5G Project，是全球首家將 Massive MIMO 技術(shù)正式投入商用的運(yùn)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(qū)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(chǎn)業(yè)大體可以分為兩條分支產(chǎn)業(yè)鏈：光模塊產(chǎn)業(yè)鏈和光纖光纜產(chǎn)業(yè)鏈。其中光模塊負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，光纖負(fù)責(zé)傳送光信號(hào)。全球光纖預(yù)制棒主要被日本、美國和德國企業(yè)壟斷。據(jù)預(yù)測，未來5G光纖需求，在不考慮光纖復(fù)用的情況下，將達(dá)到4G光纖需求的16倍。據(jù)相關(guān)研究機(jī)構(gòu)預(yù)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(dǎo)體材料全球布局
1、硅基半導(dǎo)體材料
硅基半導(dǎo)體市場被美國、日 本、歐洲等技術(shù)強(qiáng)國壟斷。美國是全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈最完整的國家，共有90多家本土半導(dǎo)體上市公司，涵蓋設(shè)備、材料、設(shè)計(jì)、制造、封測全產(chǎn)業(yè)鏈;在全球前20大半導(dǎo)體公司排行榜中，美國包攬8家;2018年，全球半導(dǎo)體全年銷售額約為4500億美元，美國占比約為46%。在硅晶圓領(lǐng)域，全球一半以上的半導(dǎo)體硅材料產(chǎn)能集中在日本。硅基半導(dǎo)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(dǎo)體器件都是用硅基材料制成的。
2、化合物基半導(dǎo)體材料
GaAs材料的技術(shù)和市場被日本和美國壟斷。
在襯底制備、外延片方面，日本的住友電工、Freiberger、日立電纜、以及ATX四家企業(yè)占據(jù)6英寸襯底的90%以上的國際市場。
在制造代工方面，美國晶體技術(shù)、日本住友電工、德國弗萊貝格化合物材料占據(jù)95%以上的市場。GaN材料的技術(shù)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(xué)采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(chǎn)商，占據(jù)了90%以上的市場份額。據(jù)Yole報(bào)道，隨著5G市場的到來，GaAs，GaN和SiC器件的市場需求增加，預(yù)計(jì)到2021年市場規(guī)模將分別達(dá)到130億美元、6億美元和5.5億美元。化合物基半導(dǎo)體材料可以實(shí)現(xiàn)高頻譜效率、大頻率波處理、低延時(shí)響應(yīng)等硅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(dǎo)體新材料。
二、我國5G產(chǎn)業(yè)發(fā)展總結(jié)
(一) 產(chǎn)業(yè)鏈“疏而不密”，上游原材料“卡脖子”嚴(yán)重
我國5G產(chǎn)業(yè)鏈沒有形成從設(shè)計(jì)到制造再到封測的完整鏈條，產(chǎn)能主要集中在技術(shù)水平低端、產(chǎn)業(yè)附加值低的中低端領(lǐng)域，中高端原材料的產(chǎn)業(yè)鏈條缺失環(huán)節(jié)多，“卡脖子”現(xiàn)象嚴(yán)重。
在晶圓生產(chǎn)中，純度為11個(gè)9的芯片用的電子級(jí)高純硅，只有江蘇的鑫華公司一家能實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，年產(chǎn)0.5萬噸，但是國內(nèi)一年的進(jìn)口量約為15萬噸。
在芯片設(shè)計(jì)和制造中，只有華為海思一家設(shè)計(jì)企業(yè)實(shí)現(xiàn)手機(jī)芯片的化量產(chǎn)，其下游客戶主要為國內(nèi)手機(jī)廠商; 中芯國際雖是國內(nèi)最大的代工廠，但是其28nm和14nm工藝市場認(rèn)可度不高，尚未實(shí)現(xiàn)盈利。
我國電子信息產(chǎn)業(yè)的2017年總產(chǎn)值達(dá)到18.5萬億元，但是國內(nèi)如此大的需求增量并沒有促使半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈條的完整鏈條化，產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)沒有實(shí)現(xiàn)合理的本地化和規(guī)模化。
(二) 產(chǎn)品“少而不強(qiáng)”，下游元器件進(jìn)口依賴性強(qiáng)
我國5G相關(guān)產(chǎn)品中高端品種少、技術(shù)等級(jí)低端，難以適應(yīng)信息技術(shù)梯度轉(zhuǎn)移和高速發(fā)展的要求，大部分下游元器件仍以進(jìn)口為主。
在數(shù)萬集成電路材料中，我國能夠自主規(guī)模化生產(chǎn)的產(chǎn)品占比不到1%，且多為技術(shù)含量低的產(chǎn)品。8英寸和12英寸的大尺寸硅片是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)原材料，但我國的對(duì)外依存度分別達(dá)到86%和100%，絕大多數(shù)的集成電路材料仍然掌握在國外企業(yè)手里，前4大硅片廠商市場占有率為85%，前5大光刻膠廠商市占88%，其中來自國內(nèi)供應(yīng)商僅占27%，處于國外絕對(duì)壟斷品種高達(dá)23%。
據(jù)賽迪顧問《2018年中國5G產(chǎn)業(yè)與應(yīng)用發(fā)展白皮書》預(yù)計(jì)，我國5G產(chǎn)業(yè)總體市場規(guī)模至2026年將達(dá)到1.15萬億元，國內(nèi)的現(xiàn)有產(chǎn)能，尤其是高端產(chǎn)能完全不能滿足如此大規(guī)模的需求，所形成的市場差額只能依賴進(jìn)口。我國是5G半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)的技術(shù)弱國，但又將成為5G半導(dǎo)體材料的消費(fèi)大國。
(三) 創(chuàng)新鏈和產(chǎn)業(yè)鏈“通而不暢”，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程緩慢
半導(dǎo)體材料的應(yīng)用是一個(gè)系統(tǒng)工作，需要生產(chǎn)設(shè)備、制造工藝、相關(guān)材料生產(chǎn)企業(yè)、下游應(yīng)用企業(yè)互相配合，為處于不同環(huán)節(jié)的企業(yè)相互提供具有針對(duì)性的直接的技術(shù)指導(dǎo)和產(chǎn)品顧問。
我國上下游企業(yè)乃至研究機(jī)構(gòu)都屬于剛起步階段，相關(guān)技術(shù)積累和產(chǎn)業(yè)積累很少，因此研究機(jī)構(gòu)的研發(fā)成果，下游應(yīng)用企業(yè)的市場需求，上游生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品性能等各關(guān)鍵參數(shù)不都有效的整合、聯(lián)動(dòng)、協(xié)同，導(dǎo)致我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中 “技術(shù)孤島” 的現(xiàn)象嚴(yán)重。
研發(fā)機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新鏈條與產(chǎn)業(yè)鏈條脫節(jié)，不能深入指導(dǎo)產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的生產(chǎn)企業(yè)，研發(fā)成果也不能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的應(yīng)用和推廣。而創(chuàng)新資源的多頭部署和分散投入，導(dǎo)致生產(chǎn)要素的重復(fù)投資和不充分利用，資源浪費(fèi)嚴(yán)重。
上游生產(chǎn)企業(yè)不能很好的掌握下游市場需求，生產(chǎn)布局不能適應(yīng)快速迭代更新的市場產(chǎn)品需求，對(duì)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈條中的上下游各方面資源的調(diào)動(dòng)性不足，結(jié)果就是產(chǎn)品性能落后、產(chǎn)能浪費(fèi)嚴(yán)重、服務(wù)化意識(shí)不足，對(duì)固定投資的規(guī)劃不合理。
下游應(yīng)用企業(yè)因上游企業(yè)對(duì)其的高端原材料產(chǎn)品支持力度不足，因此無法提供高質(zhì)量的產(chǎn)品，導(dǎo)致客戶因?yàn)閷?duì)國產(chǎn)產(chǎn)品的信心不足，驗(yàn)證成本較高等原因放棄購買國產(chǎn)產(chǎn)品。國產(chǎn)產(chǎn)品的滯銷又會(huì)進(jìn)一步延緩我國產(chǎn)業(yè)鏈的更新迭代，進(jìn)一步減緩創(chuàng)新性產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程同時(shí)加劇中低端產(chǎn)能的重復(fù)浪費(fèi)。
三、政策建議
(一) 踐行“材料先行”，構(gòu)建良性產(chǎn)業(yè)孕育環(huán)境
首先，踐行“材料先行”戰(zhàn)略，完善創(chuàng)新平臺(tái)的建設(shè)。依托現(xiàn)有生產(chǎn)應(yīng)用示范平臺(tái)，加強(qiáng)基礎(chǔ)研究、應(yīng)用環(huán)節(jié)研究和產(chǎn)業(yè)化的統(tǒng)籌銜接，集中優(yōu)勢資源推動(dòng)襯底材料、硅基半導(dǎo)體材料、化合物半導(dǎo)體材料的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，構(gòu)建完整創(chuàng)新鏈，形成上中下游協(xié)同創(chuàng)新的發(fā)展環(huán)境。
其次，科學(xué)做好產(chǎn)業(yè)布局，避免重復(fù)建設(shè)。鼓勵(lì)地方政府、研究機(jī)構(gòu)、相關(guān)企業(yè)，圍繞華為、中興等龍頭企業(yè)，依托區(qū)域優(yōu)勢，合理配置產(chǎn)業(yè)鏈、創(chuàng)新鏈、資源聯(lián)，合理規(guī)劃晶圓生產(chǎn)、芯片設(shè)計(jì)、芯片制造、芯片封測等產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)的產(chǎn)能布局，充分挖掘龍頭企業(yè)的帶動(dòng)性，避免各環(huán)節(jié)間的不匹配單線發(fā)展，搭建協(xié)調(diào)發(fā)展促進(jìn)的產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)境。
第三，加強(qiáng)人才培養(yǎng)和創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)建設(shè)。依托重點(diǎn)企業(yè)、聯(lián)盟、高等學(xué)校、職業(yè)院校、公共實(shí)訓(xùn)基地和公共服務(wù)平臺(tái)，通過開展聯(lián)合攻關(guān)和共同實(shí)施重大項(xiàng)目培養(yǎng)一批工學(xué)、工程研究生，培育一批產(chǎn)業(yè)工人、技術(shù)骨干與創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)。
(二) 專利導(dǎo)航創(chuàng)新，加快自主化進(jìn)程
首先，建立專利導(dǎo)航5G半導(dǎo)體材料的工作機(jī)制，為研發(fā)創(chuàng)新提供方向支持。加強(qiáng)專利布局，開展知識(shí)產(chǎn)權(quán)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估預(yù)警，定期為相關(guān)政府、機(jī)構(gòu)和企業(yè)提供預(yù)警研究成果，協(xié)助其化解產(chǎn)業(yè)發(fā)展風(fēng)險(xiǎn)。
第二，借助金融支持，突破關(guān)鍵工藝和專用裝備的制約。加強(qiáng)政、銀、企信息對(duì)接，重點(diǎn)發(fā)展光刻機(jī)、離子注入機(jī)等核心生產(chǎn)設(shè)備，提高生產(chǎn)設(shè)備的一致性、可靠性、壽命和精度，縮小與國外企業(yè)的質(zhì)量差距，弱化國外企業(yè)對(duì)我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的制約性。
第三，加快重點(diǎn)新材料初期市場培育。完善供產(chǎn)需銜接平臺(tái)建設(shè)，合理配置產(chǎn)業(yè)鏈、創(chuàng)新鏈、資源鏈，避免各環(huán)節(jié)不匹配的單線發(fā)展。完善重點(diǎn)項(xiàng)目的應(yīng)用示范推廣機(jī)制，依托新材料首批次應(yīng)用保險(xiǎn)補(bǔ)償機(jī)制和應(yīng)用示范指導(dǎo)目錄，加快新材料從實(shí)驗(yàn)室到企業(yè)的轉(zhuǎn)化進(jìn)程，釋放市場需求。以市場應(yīng)用倒逼自主化，完善面向市場需求和終端客戶的服務(wù)平臺(tái)的建設(shè)，加快針對(duì)市場需求的研發(fā)迭代速度，從而推動(dòng)自主化進(jìn)程。
(三) 實(shí)行進(jìn)出口預(yù)警，搭建良性對(duì)外交流平臺(tái)
首先，制定新材料產(chǎn)品、企業(yè)統(tǒng)計(jì)辦法和進(jìn)出口商品統(tǒng)計(jì)目錄，組織開展統(tǒng)計(jì)監(jiān)測和預(yù)警，及時(shí)發(fā)布統(tǒng)計(jì)信息，引導(dǎo)行業(yè)規(guī)范有序發(fā)展。加強(qiáng)對(duì)新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r的預(yù)警監(jiān)測，合理調(diào)整進(jìn)出口政策，維護(hù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展利益。
第二，優(yōu)化政府公共服務(wù)，加強(qiáng)國際新材料創(chuàng)新合作和政策法規(guī)等信息引導(dǎo)，鼓勵(lì)新材料企業(yè)統(tǒng)籌利用兩個(gè)市場、兩種資源，提升在全球價(jià)值鏈中的地位。支持企業(yè)在境外設(shè)立新材料企業(yè)和研發(fā)機(jī)構(gòu)，通過海外并購實(shí)現(xiàn)技術(shù)產(chǎn)品升級(jí)和國際化經(jīng)營，加快融入全球新材料市場與創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)。
第三，充分利用現(xiàn)有雙邊、多邊合作機(jī)制，拓寬新材料國際合 作渠道，結(jié)合“一帶一路”建設(shè)，促進(jìn)新材料產(chǎn)業(yè)人才團(tuán)隊(duì)、技術(shù)資本、標(biāo)準(zhǔn)專利、管理經(jīng)驗(yàn)等交流合作。支持國內(nèi)企業(yè)、高等院校和科研院所參與大型國際新材料科技合作計(jì)劃，鼓勵(lì)國外企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)在我國設(shè)立新材料研發(fā)中心和生產(chǎn)基地。