半導體：趨勢、周期和供應鏈安全

半導體是現(xiàn)代數(shù)字經(jīng)濟的核心

半導體是現(xiàn)代經(jīng)濟的基石。它無處不在，必不可少。從計算機、手機、消費電子、家電，到汽車、金融、能源、醫(yī)療，乃至工業(yè)設備、航空航天、軍事武器，都是由半導體提供動力和連接。從某種意義上說，我們的世界建立在半導體之上。

半導體是整機設備的心臟，是支撐數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展的關鍵基礎設施單元。沒有芯片，就沒有數(shù)字化（歐盟委員會，2022）。隨著數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化的發(fā)展，半導體在產(chǎn)品中的價值含量不斷提升。以汽車為例，2022年平均每輛汽車中的半導體價值是712美元，預計2025年增加到931美元（來源：Gartner）。半導體是產(chǎn)品競爭力的重要組成部分，也是影響產(chǎn)業(yè)鏈和國家安全的關鍵環(huán)節(jié)。由于芯片短缺，2021年全球減產(chǎn)了1056萬輛汽車，2022年減產(chǎn)438萬輛（來源：AutoForecast Solutions）。如果芯片供應無法保障，某些國家的坦克和導彈將成為廢鐵。

半導體是現(xiàn)代數(shù)字經(jīng)濟的核心，是國際競爭的焦點。各國紛紛開展技術競賽，把半導體芯片作為國家戰(zhàn)略。美國簽署《2022芯片與科學法案》，提供527億美元的政府補貼和25%的投資稅收抵免。歐盟發(fā)布《歐洲芯片法案》，計劃到2030年投資430億歐元，將尖端和可持續(xù)半導體的產(chǎn)量提升至全球的20%以上。日本試圖重拾昔日輝煌，努力實現(xiàn)半導體復興，發(fā)布了《半導體和數(shù)字產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略》，八大巨頭聯(lián)合設立高端芯片公司Rapidus，目標是在2027年實現(xiàn)2nm芯片量產(chǎn)。韓國發(fā)布《K—半導體戰(zhàn)略》，擬10年投資4500億美元，建設全球最大的半導體制造基地。我國堅定不移推進高水平科技自立自強，努力破解“卡脖子”難題，注冊成立國家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金二期，印發(fā)《新時期促進集成電路產(chǎn)業(yè)和軟件產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的若干政策》（國發(fā)〔2020〕8號）。

摩爾定律：半導體技術以指數(shù)級速度進步

摩爾定律是在1965年《電子學》雜志上一篇不經(jīng)意之作中提出的，只是幾行漫不經(jīng)心的文字。現(xiàn)在的表述簡潔有力——集成電路上晶體管數(shù)量每18個月（或24個月）翻一番。摩爾定律描繪了半導體的技術進步是指數(shù)方式，而非線性。但多數(shù)人難以理解這種持續(xù)不斷的指數(shù)增長，尤其是會嚴重低估最后數(shù)據(jù)的規(guī)模，低估即將到來的一切。在古印度棋盤與麥粒的故事中，在一個小小棋盤上按指數(shù)規(guī)則擺放麥粒，所需數(shù)量之巨是國王無法想象的，也是難以承擔的。

經(jīng)過五十多年的技術進步，半導體行業(yè)已非常先進。1971年第一款商用微處理器Intel 4004問世，它采用10微米制程工藝，集成了2250個晶體管。如今工藝制程達到2納米，拇指蓋大小的芯片上可包含500億個晶體管。四十年間，工藝制程縮小5000倍，晶體管數(shù)量增加2000萬倍。目前，半導體發(fā)展日益迫近物理極限、功耗極限、工藝極限和經(jīng)濟極限（魏少軍，2020），器件縮放變得越來越困難。很多人質(zhì)疑摩爾定律是否有效，像之前的那些人一樣。

我們需要注意，摩爾定律不是客觀存在的物理學定律，而是經(jīng)驗法則，是人們付出努力所獲得的結果，某種程度上也代表著人們對未來可實現(xiàn)的預期。其長期有效的根本原因在于人們的創(chuàng)造力，沒有持續(xù)的創(chuàng)造，就不會有摩爾定律，也就不會有持續(xù)的技術進步。

半導體周期：一個興衰交替的行業(yè)

摩爾定律揭示了半導體技術指數(shù)進步的大趨勢。在商業(yè)上，半導體是一個典型的周期性行業(yè)，繁榮和蕭條交替出現(xiàn)。半導體的需求是連續(xù)的，供給是階躍的，這是造成半導體周期的主要原因。

和摩爾定律一樣，半導體周期不是數(shù)學意義上的概念，而是人類行為導致的帶有周期性質(zhì)的波動現(xiàn)象，不可能用一個公式或一個具體數(shù)字進行表達。對于周期長度和周期次數(shù)，人們有著不同看法。這首先取決于如何定義。德意志銀行（2022）認為，如果當月半導體銷售額高于上個月或高于過去12個月的平均值，則一個周期將持續(xù)。更直觀的方式是把銷售額增長率作為評判標準。通過下圖中的紅線——月度銷售額的同比變化率，我們可以清晰看出周期性變化。中金公司（2022）認為，自1978年以來全球半導體經(jīng)歷了7輪大周期，目前處于第8輪大周期。近20年來，全球半導體行業(yè)每隔4-5年經(jīng)歷一輪小周期。