摘要：集成電路產業是衡量國家科技實力與經濟水平的重要標誌之一。本文通過分析我國集成電路供應鏈所處的內外環境，針對其脆弱性，研究相關重要影響因子，提出一種系統評價新思路，對我國集成電路供應鏈脆弱性進行量化分析。以暴露性、敏感性、恢復性作為集成電路供應鏈脆弱性的三個主要測度，建立指標評價體系，通過改進的灰色關聯法，將關聯度作為指標權重，分別計算三個測度對集成電路供應鏈脆弱性的影響程度，並找出重要影響指標。分析得出我國集成電路供應鏈脆弱性整體偏高，特別是在關鍵設備、EDA軟件和專業人才方面劣勢突出。為打破這種國際壟斷，本文提出在宏觀層面可適當重啟國家重大專項，加大在集成電路行業的資源投入，建成良好的集成電路供應鏈生態模式，形成集群式規模發展；在技術領域要健全人才培養體系，著力突破關鍵軟硬件技術，實現集成電路產品自主化。
關鍵詞：集成電路；供應鏈脆弱性；關鍵設備；電子設計自動化；灰色關聯法
2020年4月10日習近平總書記在中央財經委員會第七次會議中指出，新冠疫情的衝擊暴露了我國產業鏈、供應鏈存在的風險隱患。為保障我國產業安全和國家安全，要不斷優化和穩定產業鏈、供應鏈，做到拉長長板、補齊短板，打造自主可控、安全可靠的產業鏈、供應鏈。
中國目前正處在由製造業大國向製造業強國轉變的進程中，作為高端電子裝備製造基礎的集成電路產業無疑是衡量國家科技實力和經濟實力的重要標誌。集成電路產業是由傳統製造業、信息技術產業和新型材料產業等高度聚合而成。中國的集成電路產業與發達國家相比存在著很大的差距，在宏觀方面存在過度依賴全球供應鏈的支持，在全球供應鏈順暢時缺乏風險意識，對於需要長期高投入的環節缺少產業支持手段。由此，在微觀上，我國集成電路供應鏈逐漸形成了缺乏核心知識產權、電子設計自動化（Electronics Design Automation，EDA）軟件覆蓋的設計環節較少，一些集成電路製造關鍵裝備和原材料大部分依賴進口，技術創新能力相對較弱，供應鏈整合能力較差，這些都導致中國集成電路產業存在巨大的隱患，隨時有被國外限製造成停產的危險。
美國製裁中興和打壓華為事件給中國集成電路產業的發展造成了嚴重阻礙，也向中國集成電路產業發出了安全警示。中國集成電路產業要掌握主導權獨立發展，除了需要在宏觀上給予必要的產業扶持政策，同時必須深入研究中國集成電路供應鏈存在的風險點和脆弱性問題。本文結合對中國集成電路產業的相關研究，以脆弱性的三種特性為基礎，確定了評價指標體系，構建了中國集成電路製造供應鏈脆弱性評價模型，對集成電路製造供應鏈的脆弱性程度進行量化測度與評價，明確供應鏈各環節的風險點及脆弱程度，並由脆弱性的角度對中國集成電路製造供應鏈的建設與完善提出了相應的對策建議。
1 中國集成電路製造供應鏈的
脆弱性分析
1.1供應鏈脆弱性問題研究現狀
脆弱性的概念最早來源於對自然環境的研究，自然環境中所有的系統均可能存在不同程度的脆弱性，它已經成為系統安全領域不可或缺的部分。脆弱性概念的普適性很強，目前已經逐漸應用於社會、經濟系統的研究，如旅遊系統、金融系統、供應鏈系統等。
針對供應鏈脆弱性問題的研究中，Wagner 和 Bode提出，在複雜的供應鏈中，企業單一的供貨源、對供應商和客戶的過度依賴直接影響到企業的經營活動，尤其是當供應鏈的競爭對手對其進行垂直整合時，企業將面臨供應鏈中斷的風險。他們還提出，供應鏈存在高度脆弱性是由於供應鏈本身具有複雜性和不確定性，這些特性影響了供應鏈中斷的發生概率和程度。Bogataj指出，驅動供應鏈脆弱性的外部因素包括生態環境、經濟和政治環境等的重大變化，突發的災難性事件，例如地震、海嘯等，也會導致供應鏈存在高度的脆弱性，增大供應鏈中斷的風險。Kurniawan和Zailani等提出，基礎設施的不完善無法支撐先進的技術以及其他經營活動，使供應鏈的脆弱性顯著提高。他們指出，供應鏈的透明度、靈活性和可視性可以成為檢測供應鏈脆弱性程度的有效指標。
1.2供應鏈脆弱性概念界定
中國集成電路製造供應鏈脆弱性是指供應鏈受到內部和外部各種因素共同影響時對供應鏈正常運行產生阻礙的程度，以及供應鏈恢復正常運行的能力。我們將中國集成電路製造供應鏈脆弱性分為暴露性、敏感性、恢復性三種特性，分別加以研究分析，建立利用三種特性對中國集成電路製造供應鏈脆弱性進行評價的模型，通過實證評價當前中國集成電路製造供應鏈的脆弱性，並提出相應的應對策略。
1.3供應鏈脆弱性分析
1.3.1 外部環境
在國際貿易摩擦加劇和新冠疫情的影響下，全球半導體市場陷入新低谷，儘管技術升級持續推進，但產業發展不確定性增加。2019年全球半導體行業營收為4121億美元，同比下滑12.1%，隨著全球經濟放緩及貿易摩擦所帶來的市場迅速變化，全球半導體市場正處於疲軟狀態，這對本身核心技術（EDA軟件、光刻機）缺失的我國集成電路製造產業帶來了巨大挑戰。
根據全球半導體協會（Semiconductor Industry Association，SIA）發佈的2019年的半導體市場數據顯示，全球十大半導體企業銷售額為2291.33億美元，佔比近55%，企業總體排序前四大企業為英特爾、三星電子、SK海力士和美光科技。從企業分佈情況看（如表1所示），美國企業仍保持領先地位，前十位中5家是美國企業，2家是韓國企業，2家是歐洲企業，1家是日本企業。從這些數據可以看到，在集成電路供應鏈中，關鍵節點集中在美國、韓國、日本等半導體高端企業，並且優勢顯著，導致我國在集成電路製造供應鏈中的脆弱性問題。
集成電路是半導體最重要的組成部分，國內的半導體行業上市公司多數分佈在集成電路產業。數字化與信息化在中國的深入推廣使中國成為集成電路的消費大國，但是中國集成電路企業的全球半導體市場份額僅佔到3%左右。中國集成電路製造供應鏈不僅缺乏競爭力也面臨著隨時被“卡脖子”的危險。
1.3.2 內部環境
集成電路製造供應鏈上遊是各類材料和製造裝備企業，中遊是集成電路設計企業，下遊是集成電路製造和封測企業。集成電路製造供應鏈架構如圖1所示。位於供應鏈上遊的集成電路材料生產和集成電路裝備製造支撐了整個供應鏈的生存和發展。作為集成電路製造供應鏈中細分領域最多的一環，集成電路的各種材料貫穿集成電路製造（晶圓製造、芯片製造）和芯片封測的整個過程。據國際半導體設備與材料產業協會(Semiconductor Equipment and Materials International, SEMI)統計，2017年全球集成電路材料產業規模達到469億美元，中國大陸地區自2016年以來市場容量高速增長(2017年同比增長12%)，顯示出巨大的市場需求潛能。
近年來，隨著國家政策的調整和國內市場需求的變化，我國集成電路產業在材料方向發展迅速，關鍵材料生產逐漸自主化，並培養出一大批具有國際競爭力的企業。但是，根據國家工信部發布的數據，在供給側，對比當前我國在集成電路材料上的需求，關鍵材料的生產、研發能力依然處於弱勢，有32%的關鍵材料在眾多大型企業處於空白，52%依賴進口。這種被“卡脖子”的情況嚴重製約了我國集成電路產業的健康發展。
集成電路製造裝備整合了集成電路的製造工藝，只要擁有相關裝備就能夠保證生產並確保達到要求的工藝水平。即“一代器件，一代設備”，新的產品就意味著要有新的裝備。因此，集成電路裝備的生產同樣是整個集成電路製造供應鏈中的決定性因素。
2 中國集成電路製造供應鏈
脆弱性測度
2.1構建評價指標體系的原則
影響中國集成電路製造供應鏈脆弱性的因素的多種多樣的，並具有動態性、內生性、複雜性和關聯性，各種因素相互影響、相互作用。因此，構建綜合評價指標體系，在選擇測度指標時儘量遵循代表性、科學性、層次性、目的性及可比性等原則，選取具有代表性的關鍵指標，由集成電路專家對相關性較高的指標進行合理取捨。
2.2影響因素及評價模型的確定
2.2.1 影響因素
根據張倩、行業專家及筆者總結，可將中國集成電路製造供應鏈脆弱性影響因素分為暴露性、敏感性、恢復性三個主要方面。
暴露性是集成電路製造供應鏈暴露於外界環境，承擔的壓力、風險的程度。集成電路製造供應鏈的暴露性與脆弱性呈正向關係，也就是說暴露性越大，其存在的脆弱性就越高，集成電路製造供應鏈就越容易受到外界因素的影響；集成電路製造供應鏈敏感性是指由於供應鏈內部的不完善、不匹配和存在的短板，使得供應鏈在運作時對外界影響的敏感程度，能夠反映不利事件對集成電路製造供應鏈造成損失的程度。脆弱性與敏感性也呈正向關係，即敏感性越強，其脆弱性越強，集成電路製造供應鏈因外界影響而熔斷的風險程度就越高；集成電路製造供應鏈的恢復性是指供應鏈對不利事件的適應能力和恢復能力，反映了集成電路製造供應鏈對不利事件的風險防範能力。恢復性和脆弱性呈負向關係，即供應鏈在受到外界環境因素的不利影響後，如果影響的強度能夠在供應鏈自身彈性恢復範圍內，則供應鏈能夠以較高的水平恢復正常運作。
根據相關研究結果、行業特性和脆弱性的特點，選取暴露性、敏感性和恢復性3 個準則層，指標涉及專業人才、關鍵軟硬件技術設備、社會環境和行業管理等方面，包括22個指標。在遵循科學、系統和可操作性等原則的基礎上，建立了中國集成電路製造供應鏈脆弱性三級評價指標體系，如表3 所示。
2.2.2 模型構建
根據集成電路製造供應鏈脆弱性指標體系的準則層三個指標——即暴露性、敏感性和恢復性對供應鏈脆弱性的影響方向和影響程度，建立了集成電路製造供應鏈脆弱性評價模型：
脆弱性（T）=暴露性（T1）+敏感性（T2）-恢復性（T3）
其中，準則層三個指標的評價公式表示為：
3 中國集成電路製造供應鏈
脆弱性評價
3.1數據收集
本文設計的中國集成電路製造供應鏈脆弱性評價體系指標包括定性指標和定量指標，指標體系所涵蓋的範圍較大。本文從《集成電路產業發展報告（2018—2019）》、張倩、王曉川、冷紫瑩等文獻中獲得相關指標，通過問卷調查的形式，採用李克特五級量表打分，請有關專家、學者針對給出的定量指標及定性指標加以評分。
3.2數據分析
灰色關聯分析法能夠衡量系統因素間的緊密程度，也能夠對由多層次綜合指標體系所描述的總體的優劣程度做出評判。中國集成電路行業並沒有非常明確、精準的評價信息或方向，總體來說是一個灰色體系，同時集成電路供應鏈是一個快速發展、不斷變化的系統。因此在進行多因素分析時應著重體現其動態發展趨勢，確定各因素對系統發展趨勢的影響程度，而灰色關聯分析法能夠通過幾何曲線直觀的反應這種需求。
我們為專家提供了文獻中選取的定性指標，同時也有具體數值的定量指標，比如一些產業上的數據，然後由專家來判斷進行打分，並採用李克特5級量表打分，選擇1，3，4，5作為脆弱性等級分界點，把脆弱性等級劃分為3個等級, 分別為“低度脆弱性”、“中度脆弱性”和“高度脆弱性”。根據脆弱性的等級劃分, 賦予每個脆弱等級相同的權重, 均為1/3, 得出脆弱性指標範圍, 並以此確定脆弱度等級，如表4所示。
得到決策矩陣後，利用改進的灰色關聯分析法，通過確定反映系統行為特徵的參考數列和影響系統行為的比較數列尋求系統中各子系統(或要素) 之間的數值關係。具體步驟如下。
令m個指標n個專家的決策矩陣為X=(Xij)(m×n)，運用改進的灰色關聯法確定各指標的權重，具體計算步驟如下:
1)取每一項指標的專家最高評分組成比較數列X作為灰色關聯法的比較數列。
XO=(XO(1),XO(2),⋯,XO(m))
2)求出n位專家對每一項指標評分結果的平均值Xi，
Xi=Yi/n
其中，Yi為n位專家對第i項指標的評分之和。
3)計算Xi與比較數列X0之間差的平方，求出準則層指標距離Bk，
其中k表示準則層中三個指標的下標；q表示各準則層中的指標個數。
4)計算準則層各指標權重Wk
5)計算準則層各指標的歸一化權重Wk^*
本專業學者及業內專家對每個指標進行主觀的判斷給出相應的評分，根據改進的灰色關聯度算法可以計算出各個指標的權重值。這樣得到的權重既能夠反應客觀事實也能夠反映專家的憑經驗的主觀判斷。
1）根據決策矩陣，計算出比較數列X0和m個指標各自的平均值Xi的基礎上得到指標間的距離Bk。
B1=(0.803，0.340，0.230，0.730)
B2=(0.613，1.250，0.672，0.613，0.613)
B3=(0，0.264，0.049，0.043，0.077，0.340，0.038，0.340，0.033)
2）計算一級指標權重並作歸一化處理得到Wk^*。
W1^*=(0.206，0.277，0.302，0.215)
W2^*=(0.214，0.153，0.206，0.214，0.214)
W3^*=(0.114，0.098，0.118，0.119，0.115，0.093，0.120，0.093，0.120)
3）分別計算三個特性的綜合評價值TP並得到最終集成電路供應鏈脆弱性的量化結果T。
T1=3.160 T2=2.477 T3=3.684
T=T1+T2-T3=1.952
從實證分析可以看出當前我國集成電路製造供應鏈脆弱性較高。其中暴露性T1=3.160、敏感性T2=2.477、恢復性T3=3684，各指標量化結果中R1、R3和S5是最高的。通過集成電路供應鏈的實證分析，結合表4所給出的等級劃分區間，可以看出當前我國集成電路供應鏈脆弱性較高。
暴露性和敏感性的評價值表明我國集成電路產業的相關設備材料、產品市場佔有率和技術研發方面有較大的提升空間，意味著存在被嚴重“卡脖子”的風險。在供應鏈的具體環節所存在的風險也不完全一致，其中知識產權密集的環節（包括光刻機、EDA等）風險最大，也最不容易突破技術壁壘。
恢復性指標值揭示出隨著國家對集成電路產業的重視。通過多年的努力，我國集成電路供應鏈的恢復性雖然已經達到了一個相對合理的水平，但隨著全球供應鏈受到“逆全球化”思潮的衝擊，單純依靠市場和常規產業扶持政策已經不能很好地應對風險，需要從供應鏈的角度重新識別風險點，找到供應鏈上中下遊各環節的驅動機制，針對核心環節加大投入，解決整個供應鏈的脆弱性問題。
4 對策建議
本文以中國集成電路製造供應鏈為研究對象，利用改進的灰色關聯分析方法，在行業專家驗證的基礎上獲得關鍵定性和定量評價指標，將指標關聯度作為權重實現對供應鏈脆弱性的量化描述，得到供應鏈脆弱性的綜合評價。在此基礎上，提出對策建議如下：
1）從下遊需求切入，面向供應鏈組織重大專項
集成電路不僅是信息、通信等技術的基礎，也是新基建和國防事業的基石。國家已經通過各類重大專項，直接對集成電路產業的進行投入，在先進技術、安全可靠、自主可控等方面建立了較完整的產業體系。然而，由於供應鏈受複雜的市場環境和技術路徑依賴等因素影響，下遊用戶通常會選擇技術領先、價格合理、生態完善的集成電路產品。比如國產中央處理器(Central Processing Unit,CPU)雖然已達到較高的技術水平，然而在價格、生態方面並沒有形成較大優勢，國產CPU的開發機構雖然獲得相關的基金支持，但下遊企業的技術選型風險沒有保障，產品難於推廣，難於達到“從輸血到造血”的轉變，更難於形成良性的技術和市場生態。
建議在國家政策支持下調整投入方向，加強供應鏈及生態體系佈局，在扶持集成電路供應鏈骨幹企業突破核心技術的同時，以重大國家工程為先導，圍繞國家核心需求，支持用戶方積極選擇國產集成電路產品，推進集成電路製造國產化進程，達到供應鏈的自主可控。
總之，國家政策應當從面向企業的支持，轉變為面向供應鏈的支持，以構建集成電路供應鏈良性生態。
2）重要技術需要競爭，關鍵技術需要備份
由前文數據分析可知，我國集成電路供應鏈痛點主要是EDA軟件和關鍵設備（光刻機等），而封裝、測試等技術已經相對完備。對關鍵技術研發的大力支持符合國家的戰略。按照一般的市場規律，企業的創新動力通常來自競爭的壓力。然而，直接針對少數核心企業的直接支持可能會影響中小企業的發展，也不利於培育顛覆性技術產生的環境。因此，應當在封裝、測試等較為成熟的產業鼓勵競爭和創新，在“卡脖子”的關鍵技術方面也需專門安排企業和技術“備份”，避免“一家獨大”，避免形成技術性的尋租空間。
總之，重要的技術有競爭，關鍵的技術有備份，有利於集成電路供應鏈在國內循環中的發展，也有利於激勵技術突破，增強供應鏈的國際競爭力。
3）健全人才培養體系，創新管理體制機制
據統計我國目前集成電路產業從事人員不足40萬，按照2020年集成電路產業突破1萬億大關，至少需要再增加近30萬相關人員，所以我國集成電路專業人才存在巨大缺口。高校要打破學術型人才壟斷格局，擴大工程專業研究生比例，通過學校與企業聯合培養，避免單純的模仿學術型培養方式，以滿足社會對集成電路應用型人才的剛需，同時設法提高專業人才的自主創新能力，並鼓勵在本領域進行創業。
圍繞核心產品，積極發揮產業集群骨幹企業的中堅傳到作用，帶動集群內中小企業的協同發展，快速將創新成果產業化，同時加強與集群外部先進科技企業的合作，提升集群的信息化發展水平。由政府牽頭、企業參與制定相關管理體制機制，建立集成電路產業自主創新示範區，形成以集成電路龍頭企業為中心的供應鏈聯盟，合理調用多種生產要素，創建優質生產條件，創造可持續的創新群落生態，通過知識共享和技術引導提高整個行業的自主學習和創新能力。
作者：張雲濤，陳家寬，溫浩宇（西安電子科技大學經濟與管理學院）
聲明：本文內容系作者個人觀點，不代表傳感器專家網觀點或立場。更多觀點，歡迎大家留言評論。
轉載請超鏈接註明：頭條資訊 » 中國集成電路製造供應鏈脆弱性研究
免責聲明
：非本網註明原創的信息，皆為程序自動獲取互聯網，目的在於傳遞更多信息，並不代表本網贊同其觀點和對其真實性負責；如此頁面有侵犯到您的權益，請給站長發送郵件，並提供相關證明(版權證明、身份證正反面、侵權鏈接)，站長將在收到郵件24小時內刪除。