欧盟面向2030年的集成电路发展战略分析.pdf
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1、 1 第 38 卷 第 4 期2023 年 4 月全球科技经济瞭望Global Science,Technology and Economy OutlookVol.38 No.4Apr.2023摘 要:分析了欧盟实施面向 2030 年的集成电路发展战略的背景,欧盟集成电路发展具有的独特优势和面临的挑战,概述了欧盟面向 2030 年加快集成电路发展的战略目标、思路和重要部署。欧盟提出,到 2030 年先进芯片产值要占全球份额的 20%。为此欧盟将实施 欧洲芯片法案,强化对研发和创新的支持,完善产业生态系统,开展教育与技能培训行动,建立平衡的半导体伙伴关系,确保其在集成电路研究和创新方面的领导地位
2、。基于欧盟政策动向的分析,从立法引领、全局统筹、技术攻关、金融支持、人才引进和培养等方面提出了加快中国集成电路技术和产业发展的思考与建议。关键词:欧盟;集成电路;发展战略;计划部署中图分类号:F426;G311 文献标识码:A DOI:10.3772/j.issn.1009-8623.2023.04.001欧盟面向 2030 年的集成电路发展战略分析陈敬全(中国科学技术部,北京100862)集成电路是现代数字经济的核心,随着数字化转型的加速,半导体成为地缘政治竞争和全球技术竞争的重要焦点1。近年来,欧盟围绕集成电路发展做出一系列部署,加快制定欧洲芯片法案(以下简称芯片法),其核心内容是实施面向
3、2030 年的集成电路发展战略(以下简称“集成电路战略”)2-3,并制定配套文件,形成加快集成电路发展的一系列部署。本文对欧盟集成电路战略的实施背景、基础与优势、主要挑战、目标和任务进行分析,并提出加快中国集成电路发展的思考和建议。1欧盟集成电路战略的实施背景2019 年新一届欧盟委员会(以下简称“欧委会”)上台以来,将集成电路视为欧盟“技术主权”和“数字主权”的重要支撑。欧委会主席冯德莱恩将集成电路列为欧洲必须掌握和拥有的关键技术4。其主要背景如下。1.1欧盟集成电路产业在全球的地位持续下滑长期以来,欧盟在光刻机、电力电子元件、射频和模拟器件等集成电路先进制造设备领域占据世界领先地位。但随着
4、全球化浪潮带来的产业链调整,欧洲芯片产值的全球份额从 2000 年的 24%下降到2021 年的 9%(见图 1)。目前欧洲的芯片制造主要集中在技术难度较低的 22 nm 及以上相对成熟的工艺节点,不具备 7 nm 及以下制程的高端芯片制造能力。后者的制造主要集中在韩国(主要是三星公司)和中国台湾地区(主要是台积电公司)5。欧盟力图扭转这一趋势,在集成电路领域重新占据全球领导地位,推动以芯片为代表的高端制造业回归欧洲。1.2地缘政治竞争和新冠疫情暴露了欧盟集成电 路供应链的脆弱性美国对中国芯片产业的极力打压和新冠疫情的叠加严重影响了亚洲的芯片产能,导致供应紧张。同时,新冠疫情也导致全球对电子通
5、信产品的需求迅速增长,进一步造成供需失衡。2021 年,芯片短缺使全球汽车行业损失约 2 100 亿美元收入6。欧洲受到的影响尤其严重。2021 年,芯片短缺导致一些欧盟成员国的汽车产量与2019年相比下滑了1/3,重回 1975 年的水平7。欧盟工业设备、医疗设备、电子消费产品、国防、航空航天等重要部门的生产也受到芯片短缺影响5。作者简介:陈敬全(1976),男,博士,副研究员,主要研究方向为科技战略、科技政策、科研评价。收稿日期:2023-02-20 2 4619998705101520253035404550美国韩国日本欧洲中国台湾中国大陆占比(%)1.3欧盟推进绿色化和数字化“双转型”
6、迫切需 要集成电路技术和产业的有力支撑当前,欧盟将绿色化和数字化“双转型”战略作为面向未来的最高层次核心战略。集成电路是关键产业发展的基础性、战略性技术,对于支撑“双转型”至关重要。能源、制造、交通、农业等产业的数字化转型和绿色发展,特别是电动汽车、机器人等行业的快速发展和智能城市建设的推进,都将带来对更先进、更节能的芯片技术和产品的强劲需求。对欧盟而言,加快发展集成电路技术和产业不仅是一个竞争力问题,也是一个技术主权问题8。2欧盟集成电路发展的独特优势集成电路研发和产业化的技术门槛与资金门槛都非常高。尽管欧盟芯片产能并不领先,但在集成电路供应链和产业链方面却拥有不可忽视的话语权,其独特优势和
7、地位表现在以下几个方面:2.1世界一流的国际化研发中心比利时微电子研究中心(IMEC)、德国弗朗霍夫协会(FHG)和法国原子能委员会电子与信息技术实验室(CEA-Leti)是集成电路、微纳电子和纳米光学等先进技术的重要“摇篮”,均拥有世界顶尖的研发实力。以比利时微电子研究中心为例,它每年吸引全球超过 95 个国家的 5 000 余名科学家在比利时开展研究,长期保持领先当前芯片产业最先进技术 2 3 代的研发能力,并与全球 600 余个高水平研发机构和企业保持密切交流合作,构建了国际化的集成电路研发生态系统9。2.2全球领先的集成电路制造装备和材料荷兰的半导体装备制造商阿斯麦(ASML)垄断了全
8、球高端光刻机的供应,在全球拥有超过3.5万名员工10。德国巴斯夫公司(BASF)的半导体材料技术和西门子公司(Siemens)电子设计自动化(EDA)技术的实力均位列世界前五。欧洲还在晶圆制造工艺全耗尽型绝缘层上硅(FDSOI)半导体技术领域处于全球领先地位,该技术对于降低芯片能耗至关重要11。2.3具有国际竞争力的集成电路系统集成服务商意法半导体(STMicroelectronics,意法合资)、英飞凌(Infineon,德国)和恩智浦(NXP,荷兰)均为技术先进并具有国际影响力的集成电路系统集成服务商(IDM),是欧洲汽车行业的关键电子设备供应商,也是传感器和电力电子设计与制造领域的全球领
9、导者。2.4重要的集成电路市场欧洲是一个巨大的集成电路采购市场,特别是汽车产业和航空业,对芯片的需求量巨大。在欧洲经济面临下行压力的形势下,芯片消费市场仍呈现较快增长。据欧洲半导体产业协会统计,2022 年 5 月欧洲半导体销售额为 41.18 亿欧元,同比增长 29.3%;2022 年前 5 个月的半导体销售额增幅达 31.9%12。值得一提的是,阿斯麦的极紫外(EUV)光刻技术主要是基于欧洲技术尤其是比利时微电子研究中心的前沿技术研发。极紫外光刻机 95%的部件由 4.8 万家欧洲供应商组成的产业链制造13。这些部件包括蔡司公司(Zeiss)开发的光学光刻机、特图 12021 年全球六大半
10、导体供应地所占市场份额数据来源:美国半导体协会2022 年度美国半导体产业状况。陈敬全:欧盟面向 2030 年的集成电路发展战略分析 3 朗普夫公司(Trumpf)生产的工业激光器,以及弗朗霍夫协会研发的反射涂层,上述 3 种设备、材料都来自德国。其中,蔡司的极紫外光学光刻机获得了欧洲共同利益重要项目(IPCEI)的第一个纳米电子学重要项目的资助13。3欧盟集成电路发展面临的主要挑战尽管欧盟在集成电路研发和制造装备领域具有独特优势,但在集成电路产业生态等方面仍存在明显不足。3.1芯片设计和制造能力明显不足欧洲虽然拥有研发能力国际领先的比利时微电子研究中心,但没有类似美国博通(Broadcom)
11、、英伟达(Nvidia)和高通(Qualcomm)这样有影响力的芯片设计公司。即便垄断了极紫外光刻机的生产,却没有能够使用极紫外光刻机的芯片生产线。近年来,英飞凌、意法半导体等欧洲领先的集成电路系统集成服务商加强了生产能力以适应不断增长的需求,但没有一家欧洲公司投资最先进制程的芯片制造工厂。目前欧洲最先进的芯片生产线是英特尔在爱尔兰莱克斯利普(Leixlip)工厂的 14 nm 芯片生产线,但其定位并不是大规模代工,产能有限14。欧洲芯片设计和制造业的落伍是全球产业分工演化的结果,在乌克兰危机推高欧洲能源成本和制造业成本的情况下,要想改变这一状况困难重重。3.2贸易和产业政策容易受地缘政治冲突
12、和全球 性事件影响半导体是中美竞争的焦点,地缘政治对欧盟半导体产业链影响巨大。例如,虽然极紫外光刻机主要基于欧洲技术研发,但阿斯麦公司的前两大股东资本研究与管理公司(CRMC)和贝莱德集团(BLK)均为美国公司15,因此受制于美国对华政策而不能自由出货;新冠疫情造成的芯片供需失衡对欧洲汽车产业产生了严重影响;乌克兰危机进一步加剧了欧洲芯片短缺,原因之一是乌克兰生产的氖气占全球供应量的一半,而氖气是制造芯片的关键16。3.3对高端芯片的需求预期不足欧盟缺乏大型计算机制造商和手机制造商,汽车等制造业向外转移,芯片需求不足5。智能手机、数据中心、物联网、电动汽车、智能城市、自动驾驶和人工智能的快速发
13、展将提高对高端芯片的需求。由于欧盟对新兴技术和产业监管过于严格、创新生态不足,上述重要产业发展前景并不乐观,难以拉高对高端芯片的长远需求。由于本土需求不足,欧盟难以在高端芯片领域构筑集成电路产业生态。3.4半导体产业支持政策面临诸多掣肘欧盟长期坚持所谓的自由市场原则,财政资金传统上倾向于支持基础研究和产业共性技术研发,而不是工业生产。欧盟为维护欧洲单一市场的竞争性和统一性,需制定严格的竞争规则,不易对特定行业予以特殊支持。欧盟可用于扶持特定产业的主要是欧盟区域政策,但该政策的目的是支持欠发达地区发展,不利于产业区域集聚和供应链配套。此外,欧盟成员国利益诉求各不相同,增加了出台统一产业政策的难度
14、。例如,2018 年 12 月欧盟启动了微电子领域的欧洲共同利益重要项目(IPCEI),堪称支持半导体产业创新的重要突破。项目强调支持高风险和开创性的科研和创新,不会影响欧洲的公平竞争环境;并且该项目由参与的成员国出资,欧盟并无财政资金投入17。4欧盟加快集成电路发展的战略目标与思路目前集成电路发展面临重大挑战,欧盟从2020 年开始,谋划要在未来 10 年重新占据全球集成电路领导地位,密集出台一系列支持集成电路技术研发、构建芯片产业生态的举措,明确了集成电路发展的战略目标与思路。4.1密集出台战略文件和立法计划2020 年 12 月,欧盟成员国签署联合声明,提出建立欧洲处理器和半导体生态系统
15、18。2021 年3 月,欧委会发布2030 年数字指南针:数字 10 年的欧洲之路,强调芯片对于欧盟推进数字化和绿色化“双转型”至关重要19。2021 年 5 月,欧盟新产业政策宣布支持和扩大对半导体等六大战略领域的投资,以促进战略自主20。2021 年 7 月,欧委会启动建立欧洲处理器和半导体技术联盟。2021 年 7 月,欧委会主席冯德莱恩在盟情咨文中宣布尽快出台芯片法。2021 年 11 月,欧盟理事会批准欧委会启动 10 个欧洲伙伴关系行动,其中“关键数字技术”欧洲伙伴关系行动主要聚焦集成电路研发和创新。2022 年 2 月,欧委会发布以集成电路战略为核心内容的芯片法建议稿,该立法建
16、议是欧盟 2020 年以来出台的集成电路政策文件的集大成者,下一步提交至欧洲议会和欧盟理创新战略与政策 4 事会批准。4.2设立雄心勃勃的发展愿景和战略目标欧盟集成电路未来 10 年的发展愿景是:建立充满活力的欧洲集成电路发展生态系统,吸引生产、设计和研发方面的投资以及全球最优秀人才,使欧盟先进和可持续(主要指能效高和安全性好)芯片的产值到 2030 年占全球份额的 20%,确保欧洲在全球集成电路研究和创新方面的领导地位,支撑欧盟加速绿色和数字转型,提高欧盟安全保障能力20。欧盟计划到 2030 年将其在全球先进芯片产值中的份额提高到 20%,这一目标是当前比例(不到 10%)的两倍。考虑到
17、2030 年全球的芯片产值预计将翻一番(超过 1 万亿美元),这意味着欧洲的芯片产值须在当前基础上翻两番7,要实现上述愿景极具挑战性。因此,欧盟提出了集成电路发展的五大战略目标1:一是强化科学研究和技术的领先地位,尤其是确保欧洲在芯片制造装备和先进材料等多项突破性技术方面继续保持世界一流;二是聚焦先进、节能和安全的芯片,提升欧洲在芯片制造和封装方面的创新能力和生产能力,保障芯片的长期供应;三是完善支撑欧洲芯片产能大幅提升的政策环境,吸引对芯片制造业的投资;四是解决欧洲严重的技能短缺问题,吸引和培养创新型人才与熟练型劳动力;五是监测全球芯片供应链动向,预测突发事件,在更加平衡的能力和共同利益的基
18、础上建立国际伙伴关系,提升供应链弹性和安全性。4.3欧盟集成电路发展的主要思路欧盟通过强化研发部署、突破产业政策和完善产业生态等多措并举,力图加快集成电路技术和产业发展,重塑欧洲优势。具体而言:一是大力支持集成电路研发,巩固欧盟在科技创新和高端制造装备领域的全球领先地位。为此芯片法不仅支持 2 nm 以下先进芯片、芯片异构与 3D 集成等工艺研发,还前瞻性地布局人工智能芯片和量子芯片研发,力图抢占数字经济未来产业的制高点。二是以突破性产业政策补足欧盟在芯片制造环节的短板。芯片法不同于欧盟长期秉持的“自由市场”理念,提出依据欧洲“同类首创”(first-of-a-kind)原则对芯片制造业进行补
19、贴,显示了扶持高端芯片制造业的决心。三是通过财政金融同步发力、公私合作、欧盟和成员国协同推进,与所谓“志同道合”的合作伙伴建立平衡的半导体伙伴关系,构建集成电路技术和产业可持续发展的生态系统,为欧洲芯片赢得可靠的全球市场,并确保供应链安全。5欧盟面向2030年的集成电路发展战略部署为确保实现欧盟 2030 年的集成电路发展目标,欧盟通过芯片法1等文件做出一系统部署,主要内容如下。5.1实施欧洲芯片计划作为芯片法草案的重要内容,欧盟从2022 年开始已先行启动实施欧洲芯片计划(Chips for Europe Initiative)。该计划旨在将欧洲的卓越研发能力转化为产业创新能力,提升研究与技
20、术机构(RTO)、关键生产设备供应商、集成设计制造商和主要产业用户的创新能力,弥合从实验室到生产线的差距。主要行动包括:(1)建设大规模涉及集成电路的基础设施平台。该平台将建立在现有和新的设计库之上,集成大量前沿技术,服务创新型中小企业、研究与技术机构和芯片用户等。结合现有电子设计自动化工具,该平台将支持设计新型组件和系统,开发新功能,如低能耗、高安全性、开源设计、新的系统集成方法和 3D 组装能力等。(2)支持开发新的芯片生产线。这包括全耗尽型绝缘层上硅(10 nm 及以下)、前沿节点(2 nm以下)、量子芯片以及 3D 异构系统集成与先进封装等 4 条试验线。这些试验线将与设备供应商密切协
21、作,支持从实验室到原型工厂的过渡,提供测试、试验和验证新的原型系统设计的平台,有利于集成新的突破性技术,如量子技术、人工智能或神经形态计算,以及提升安全性或能源效率的新技术,显著缩短开发周期。试验线将和前述设计平台相连接,确保新的芯片和系统设计充分发挥新技术的潜力,实现尖端技术创新。(3)建立芯片认证体系。未来的先进芯片必须满足绿色、可信和安全的标准,这在很大程度上取决于底层技术特性21。欧盟将制定共同标准,并在适当情况下,对可信电子产品进行认证,以满足安全和嵌入式系统应用的共同要求。芯片认证应涵盖价值链直至最终产品,并在公共采购中得到体现,在国际标准化活动中得到推广。(4)完善实施机制。成立
22、欧洲半导体委员会,陈敬全:欧盟面向 2030 年的集成电路发展战略分析 5 其应由欧委会和欧盟成员国高级代表组成,作为成员国之间的协调平台,向欧委会提供芯片法实施的建议并协助解决芯片供应链安全监测和风险应对问题。在芯片法发布并生效前,为立法而成立的欧洲半导体专家组代为履行该委员会职能,委托即将成立的欧盟芯片联合执行体(Chips Joint Undertaking)组织实施欧洲芯片计划。欧洲处理器和半导体技术联盟将与利益相关方共同为该计划提供决策咨询。5.2强化对研发和创新的支持欧盟将通过多个渠道加大集成电路研发支持力度,力图扩大和巩固在该领域的全球研发领先地位。(1)成立欧盟芯片联合执行体。
23、该联合执行体通过对目前已启动的“关键数字技术”欧洲伙伴计划(European Partnerships)进行聚焦调整后成立,欧委会将对其提供 110 亿欧元资助,重点支持方向包括:尺寸低于 2 nm 的集成电路技术、人工智能颠覆性技术、超低功耗节能处理器、新型材料、不同材料的芯片异构与 3D 集成、新型的集成电路设计解决方案以及开源 RISC-V 计算架构、先进的半导体设计工具开发和量子芯片研发等。欧盟芯片联合执行体将加强与材料、制造、智能网络和医疗保健等领域的欧洲伙伴计划和应用芯片的下游产业的协作22。此外,在量子芯片研究方面还将加强与欧盟量子技术旗舰项目的协作。(2)强化现有渠道对集成电路
24、技术的倾斜支持。芯片法草案于 2022 年 2 月发布后,欧委会明确表示将压缩对其他领域的资助以强化对集成电路研发的支持。欧委会将通过“地平线欧洲”计划中“数字、工业和空间”领域的预算直接投资36亿欧元支持集成电路研发,占“地平线欧洲”计划955 亿欧元预算的 3.7%,这尚未包括欧洲创新理事会和欧洲研究理事会通过自下而上的申请立项提供的相关资助23。此外,欧委会投资 7 500 亿欧元用于“下一代欧盟”复苏计划,并将其资金总规模的20%用于投资数字转型,半导体作为 7 个优先领域中的一部分将得到进一步支持;欧委会用于“单一市场、创新和数字”领域的 330 亿欧元战略投资中,预计有 1.5%4
25、%的比例用于支持芯片研发24。(3)通过欧洲共同利益重要项目进一步支持产业研发和创新。欧洲共同利益重要项目是欧委会支持成员国在重要战略领域实施的跨境合作项目,通过大规模投资支持关键领域的突破性创新和产业应用。欧委会正在会同其成员国酝酿启动微电子领域新的欧洲共同体利益重要项目,该项目将聚焦人工智能处理器、边缘计算、电动汽车、先进通信、安全和能源效率等领域,推动整个半导体供应链的协同创新。5.3构建欧洲芯片生态系统芯片行业具有极高的进入壁垒,其技术复杂、资本密集度高、投资回报周期长且风险高,自由市场条件下难以获得资本融资。为此,欧盟改变其在芯片产业政策上的保守倾向,进行了以下突破:(1)实施欧洲“
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