全球5G产业链布局，中国落后在哪里？

pixabay.com

编者按

随着美国、中国、意大利等国家纷纷推出5G商用服务，全球5G产业链布局已进入冲刺阶段。

赛迪研究院两位研究员李茜和申胜飞的研究显示，中国在5G发展方面处于领先地位，尤其在基站建设方面优势巨大，但是在5G半导体材料方面较为落后，导致上游原材料 “卡脖子” 严重。

撰文 | 李 茜    申胜飞

●　●　●

5G是开启工业数字化和物联网新时代的新一代基础生产力。随着全球电子技术水平的不断提升，人工智能、大数据、物联网等新兴应用热潮持续升温，在全球消费升级和工业转型的双重利好带动下，全球的5G通信将于2019年下半年进入实质性商用阶段，逐步渗透进各个行业，构成“万物互联”的泛在网。目前，全球主要国家的5G产业链布局也已进入冲刺阶段。

5G通信是依靠半导体材料和器件，实现无线电磁波远距离传输、收发、处理的通信技术。与传统4G等通信技术相比，5G需满足全频谱接入、高频段乃至毫米波传输、高频谱效率三大基础性能要求，因此对器件和关键性半导体原材料的性能要求也相应提示。

全球5G器件布局和建设主要围绕终端、基站和传输三个领域展开，5G关键性半导体原材料的布局主要围绕晶圆材料、硅基半导体材料、以及化合物半导体材料展开。

一、全球5G产业分布

(一) 5G关键性器件全球布局

1、终端

射频前端模块是5G终端的关键性器件，也是我国进口依赖度最大的器件，其中放大器和滤波器在射频前端中的占比达95%，是各国布局5G产业链的关键战略领域。

根据 Mobile Experts 预测，全球射频滤波器市场规模到2020年有望达到130亿美元，年复合增长率为21.06%。目前全球市场全部为日、美厂商所主导与垄断，技术壁垒很难打破。博通和Qorvo两家美国厂商所占的市场份额高达90%以上。

滤波器可以筛选出特定频率的频点或者滤除该频点以外的频率，其中毫米波MEMS滤波器和FBAR滤波器，能够匹配5G的高频谱传输性能，是各国的战略聚焦点。

5G终端的放大器能将更多频段 (全频谱通信) 的电磁波放大到更高的频段 (中高频和毫米波技术)，同时还能满足更小尺寸 (高集成度) 的要求。全球 GaAs 化合物半导体放大器的设计和制造厂被美国的 skyworks、Qorvo 和 Avago 三家厂商垄断，其中 Avago 是我国台湾的稳懋半导体公司，Skyworks 的代工厂商是中国大陆的宏捷科技公司和台湾的稳懋半导体公司。据Yole 报告预测，全球 RFPA 市场规模预计到2020年将达到25亿美元。GaAs射频功率放大器因其工作频率和工作电压高，并能解决 CMOS 产品击穿电压低、衬底绝缘性差、高频损耗大等先天缺陷，是全球5G射频模块布局的战略聚焦点。

2、基站

5G基站包括大型基站、宏基站和小基站等。因全球5G频谱规划多为中段频和高段频，由小微基站和Massive MIMO天线构成的超密集组网是5G基站布局的关键。

目前，全球5G基站的部署主要在欧、美、日、韩和中国展开。

2018年2月，德国电信与华为公司成功完成全球首次5G高阶毫米波73GHz (E-band) 多小区网络验证。美国AT&T电信公司在2018年3月采用白盒设备部署6万个5G宏站及5G小基站，并将于2018年年底前在美国十几个城市内推出5G通信服务。日本 Softbank 运营商在2016年正式启动 5G Project，是全球首家将 Massive MIMO 技术正式投入商用的运营商。2017年9月，韩国LG U+携手华为在首尔成功完成了5G密集城区外场第一阶段测试，涵盖了毫米波28GHz的覆盖和容量测试。

3、光通信

光通信产业大体可以分为两条分支产业链：光模块产业链和光纤光缆产业链。其中光模块负责实现光电转换，光纤负责传送光信号。全球光纤预制棒主要被日本、美国和德国企业垄断。据预测，未来5G光纤需求，在不考虑光纤复用的情况下，将达到4G光纤需求的16倍。据相关研究机构预测，2018-2020年光纤需求分别为3.8亿芯公里、4.2亿芯公里和4.8亿芯公里，增速分别为28.4%、10.5%和14.3%。

(二) 5G半导体材料全球布局

1、硅基半导体材料

硅基半导体市场被美国、日 本、欧洲等技术强国垄断。美国是全球半导体产业链最完整的国家，共有90多家本土半导体上市公司，涵盖设备、材料、设计、制造、封测全产业链;在全球前20大半导体公司排行榜中，美国包揽8家;2018年，全球半导体全年销售额约为4500亿美元，美国占比约为46%。在硅晶圆领域，全球一半以上的半导体硅材料产能集中在日本。硅基半导体因其适度的禁带宽度和良好的电子迁移率可满足绝大部分功率和频率器件的要求，全球90%以上的半导体器件都是用硅基材料制成的。

2、化合物基半导体材料

GaAs材料的技术和市场被日本和美国垄断。

在衬底制备、外延片方面，日本的住友电工、Freiberger、日立电缆、以及ATX四家企业占据6英寸衬底的90%以上的国际市场。

在制造代工方面，美国晶体技术、日本住友电工、德国弗莱贝格化合物材料占据95%以上的市场。GaN材料的技术和市场被美国、日本和欧洲等国家垄断。日本的住友电工和三菱化学采用的氢化物气沉积法是目前最主流的方法，其中日本住友电工是全球最大的GaN晶圆生产商，占据了90%以上的市场份额。据Yole报道，随着5G市场的到来，GaAs，GaN和SiC器件的市场需求增加，预计到2021年市场规模将分别达到130亿美元、6亿美元和5.5亿美元。化合物基半导体材料可以实现高频谱效率、大频率波处理、低延时响应等硅基材料不能很好满足的5G通信的要求，是“超越摩尔定律”的半导体新材料。

二、我国5G产业发展总结 

 (一) 产业链“疏而不密”，上游原材料“卡脖子”严重

我国5G产业链没有形成从设计到制造再到封测的完整链条，产能主要集中在技术水平低端、产业附加值低的中低端领域，中高端原材料的产业链条缺失环节多，“卡脖子”现象严重。

在晶圆生产中，纯度为11个9的芯片用的电子级高纯硅，只有江苏的鑫华公司一家能实现量产，年产0.5万吨，但是国内一年的进口量约为15万吨。

在芯片设计和制造中，只有华为海思一家设计企业实现手机芯片的化量产，其下游客户主要为国内手机厂商; 中芯国际虽是国内最大的代工厂，但是其28nm和14nm工艺市场认可度不高，尚未实现盈利。

我国电子信息产业的2017年总产值达到18.5万亿元，但是国内如此大的需求增量并没有促使半导体产业链条的完整链条化，产业链上下游企业没有实现合理的本地化和规模化。

 (二) 产品“少而不强”，下游元器件进口依赖性强

我国5G相关产品中高端品种少、技术等级低端，难以适应信息技术梯度转移和高速发展的要求，大部分下游元器件仍以进口为主。

在数万集成电路材料中，我国能够自主规模化生产的产品占比不到1%，且多为技术含量低的产品。8英寸和12英寸的大尺寸硅片是半导体产业的基础原材料，但我国的对外依存度分别达到86%和100%，绝大多数的集成电路材料仍然掌握在国外企业手里，前4大硅片厂商市场占有率为85%，前5大光刻胶厂商市占88%，其中来自国内供应商仅占27%，处于国外绝对垄断品种高达23%。

据赛迪顾问《2018年中国5G产业与应用发展白皮书》预计，我国5G产业总体市场规模至2026年将达到1.15万亿元，国内的现有产能，尤其是高端产能完全不能满足如此大规模的需求，所形成的市场差额只能依赖进口。我国是5G半导体材料产业的技术弱国，但又将成为5G半导体材料的消费大国。

 (三) 创新链和产业链“通而不畅”，产业化进程缓慢

半导体材料的应用是一个系统工作，需要生产设备、制造工艺、相关材料生产企业、下游应用企业互相配合，为处于不同环节的企业相互提供具有针对性的直接的技术指导和产品顾问。

我国上下游企业乃至研究机构都属于刚起步阶段，相关技术积累和产业积累很少，因此研究机构的研发成果，下游应用企业的市场需求，上游生产企业的产品性能等各关键参数不都有效的整合、联动、协同，导致我国半导体产业链中 “技术孤岛” 的现象严重。

研发机构的创新链条与产业链条脱节，不能深入指导产业链各环节的生产企业，研发成果也不能实现系统的应用和推广。而创新资源的多头部署和分散投入，导致生产要素的重复投资和不充分利用，资源浪费严重。

上游生产企业不能很好的掌握下游市场需求，生产布局不能适应快速迭代更新的市场产品需求，对整个产业链条中的上下游各方面资源的调动性不足，结果就是产品性能落后、产能浪费严重、服务化意识不足，对固定投资的规划不合理。

下游应用企业因上游企业对其的高端原材料产品支持力度不足，因此无法提供高质量的产品，导致客户因为对国产产品的信心不足，验证成本较高等原因放弃购买国产产品。国产产品的滞销又会进一步延缓我国产业链的更新迭代，进一步减缓创新性产品的产业化进程同时加剧中低端产能的重复浪费。

三、政策建议

 (一) 践行“材料先行”，构建良性产业孕育环境

首先，践行“材料先行”战略，完善创新平台的建设。依托现有生产应用示范平台，加强基础研究、应用环节研究和产业化的统筹衔接，集中优势资源推动衬底材料、硅基半导体材料、化合物半导体材料的研发和产业化进程，构建完整创新链，形成上中下游协同创新的发展环境。

其次，科学做好产业布局，避免重复建设。鼓励地方政府、研究机构、相关企业，围绕华为、中兴等龙头企业，依托区域优势，合理配置产业链、创新链、资源联，合理规划晶圆生产、芯片设计、芯片制造、芯片封测等产业链环节的产能布局，充分挖掘龙头企业的带动性，避免各环节间的不匹配单线发展，搭建协调发展促进的产业链环境。

第三，加强人才培养和创新团队建设。依托重点企业、联盟、高等学校、职业院校、公共实训基地和公共服务平台，通过开展联合攻关和共同实施重大项目培养一批工学、工程研究生，培育一批产业工人、技术骨干与创新团队。

 (二) 专利导航创新，加快自主化进程

首先，建立专利导航5G半导体材料的工作机制，为研发创新提供方向支持。加强专利布局，开展知识产权风险评估预警，定期为相关政府、机构和企业提供预警研究成果，协助其化解产业发展风险。

第二，借助金融支持，突破关键工艺和专用装备的制约。加强政、银、企信息对接，重点发展光刻机、离子注入机等核心生产设备，提高生产设备的一致性、可靠性、寿命和精度，缩小与国外企业的质量差距，弱化国外企业对我国半导体产业的制约性。

第三，加快重点新材料初期市场培育。完善供产需衔接平台建设，合理配置产业链、创新链、资源链，避免各环节不匹配的单线发展。完善重点项目的应用示范推广机制，依托新材料首批次应用保险补偿机制和应用示范指导目录，加快新材料从实验室到企业的转化进程，释放市场需求。以市场应用倒逼自主化，完善面向市场需求和终端客户的服务平台的建设，加快针对市场需求的研发迭代速度，从而推动自主化进程。

 (三) 实行进出口预警，搭建良性对外交流平台

首先，制定新材料产品、企业统计办法和进出口商品统计目录，组织开展统计监测和预警，及时发布统计信息，引导行业规范有序发展。加强对新材料产业发展状况的预警监测，合理调整进出口政策，维护产业发展利益。

第二，优化政府公共服务，加强国际新材料创新合作和政策法规等信息引导，鼓励新材料企业统筹利用两个市场、两种资源，提升在全球价值链中的地位。支持企业在境外设立新材料企业和研发机构，通过海外并购实现技术产品升级和国际化经营，加快融入全球新材料市场与创新网络。

第三，充分利用现有双边、多边合作机制，拓宽新材料国际合 作渠道，结合“一带一路”建设，促进新材料产业人才团队、技术资本、标准专利、管理经验等交流合作。支持国内企业、高等院校和科研院所参与大型国际新材料科技合作计划，鼓励国外企业和科研机构在我国设立新材料研发中心和生产基地。

原文首发于2019年2月15日出版的《原材料工业研究》，《知识分子》获作者授权转载。

制版编辑 | 皮皮鱼

更多精彩文章：

点击“阅读原文”，与知识分子一起悦读2019。