我国芯片设计业专利竞争力的成就与政策建议.docx

我国芯片设计业专利竞争力的成就与政策建议*
申其辉
（国务院工业和信息化部 IT经济研究所，北京 100846）

摘　要：集成电路（IC）是高新技术产业发展的基石，也是国民经济的基础性和战略性产业。IC专利竞争力已经成为衡量一个国家科技发展水平的核心指标。处于IC领域龙头地位的IC设计业，是提升我国专利竞争力的关键。应采取多方面的政策措施，提升其专利竞争力，要提高政府基金绩效，重点支持IC重大专项的专利产出，把绘制专利地图作为公共服务平台建设的着力点，以IP核和SOC产品设计为突破口，迅速提高IC设计业的专利竞争力。
关键词：IC设计业；专利；竞争力
中图分类号：F49　　　　 文献标识码：A

集成电路（以下简称IC）是高新技术产业发展的基石，对传统产业也具有极大的渗透性与带动作用，是国民经济的基础性和战略性产业。我国政府一直把大力发展IC技术和产业放在极其重要的位置。IC专利竞争力是衡量一个国家科技发展水平的核心指标，也是一个国家技术安全和综合实力的重要表征。IC设计作为集成电路产业的龙头，是提升我国高技术产业专利竞争力的关键。本文第一节总结了我国IC设计专利竞争力的主要成就，第二节分析了IC设计业各领域专利竞争力的现状，第三节剖析了IC设计业专利竞争力的经济环境，第四节提出了相关对策与建议。
1 我国IC设计专利竞争力的主要成就
中国IC产业经过五十多年的发展，已经形成了很大的规模。“十五”期间IC产业高速发展，2000-2004年的IC产业的建设投资额为140亿美元，是前30年的四倍多。产业规模迅速扩大，平均增长49.6%，销售收入在全球所占份额由2000年的0.8%上升到3.7%。我国IC设计水平取得突破性进展，涌现了一批拥有专利技术的IC产品。“龙芯”、“方舟”、“众志”、“星光”、“网芯”、“展讯”、“中视一号”、“信芯”、“通心一号”等嵌入式及专用CPU，“爱国者”图像解压缩、MP3、数字电视接收机信道、信源芯片等数字音视频芯片，“华厦网芯”、“畅讯恒芯”等网络芯片为代表的一批拥有专利技术的产品相继推向市场。
1.1 IC设计业为我国高技术专利的申请增速发挥了重要作用
专利申请量和授权量是专利竞争力状况的最主要指标。随着我国IC产业规模的迅速扩大，IC专利技术的竞争力逐步提升，本土企业拥有专利数量的差距不再像以前那样悬殊，逐步改变了专利竞争中被动挨打的局面。“十五”期间我国专利技术申请的增速较快，国内专利申请的增长速度已经超越国外。自2000年，我国IC产业专利申请的年平均增长率超过40%，1985-2003年，中国受理专利申请15 969件，其中11 345件为国外申请人提出的申请，占71%。由中国申请人提出的4 624件专利中，内地专利申请量1 458件。从中国专利申请数量上看，2000年国内专利申请总量首次超过国外专利申请总量。IC产业成为专利申请量增加最快的领域之一，出现了一些拥有专利技术且在国内市场占有率较高的产品。本土IC设计企业的代表作是中星微的“星光中国芯工程”，设计出了拥有国际专利的数字多媒体芯片，获得了国家科技进步一等奖，申请国内外技术专利近四百项，在国内同行中名列前茅，商业网覆盖了16个国家和地区。

图1 2006年中国IC产业发明专利排名
Fig.1 The quantity of the invention patent of IC industry at 2006 in China
1.2 我国IC设计业的产品呈现多元化，向高端产品发展
我国已有五百家IC企业，从产品大类来分析，国内能够生产的IC产品主要是模拟电路、逻辑电路和中低端MCU，应用市场目前主要集中在消费、IC卡和通信领域的一部分：交通、通信、银行、信息管理、石油、劳动保障、身份识别、防伪等，IC卡芯片比重一直占芯片总体市场的20％左右。
表1 2006年我国IC企业发明专利排名
Table 1 The quantity of the invention patent of IC enterprises at 2006 in China
排名
企业名称
已授权专利数
已申请专利数
1
中星微
200
700
2
海思
46
300
3
大唐
40
70
4
华大电子
30
45
5
清华同方
30
40
6
华虹设计
30
40
7
昂宝
16
30
8
炬力
10
40
9
芯邦

10

合计
402
1275
产品包括以8位MCU接触式卡和非接触式卡、32位CPU接触式卡和非接触式卡、RF模块、射频读写IC和智能标签等芯片。在新兴的热点领域，目前我国自主设计的芯片产品已涉及CPU/DSP、高档集成电路卡、数字电视（DTV）和多媒体、2G-3G手机以及信息安全等领域。在家电、电表等消费类电子产品用的MCU、LCD和AS集成电路等方面，已形成一批IC设计的骨干企业。
1.3 我国IC设计方法不断改进
近年来，我国IC设计水平不断提高，IC设计实现群体性突破。IC设计已从逆向设计过渡到正向设计，全定制的设计方法也开始得到应用。2004年有69%的IC设计公司应用0.25微米及以下的工艺技术来设计IC。目前国内IC的设计水平已能自行设计0.18微米、500万门以上的IC，在核心技术取得了一些进展。“中国芯工程”进展顺利，方舟、龙芯、星光等具有自主知识产权的IC产品相继研发成功。中国IC设计业主要产品的设计规格为0.35-0.18微米，最高设计水平为65纳米。64位通用CPU芯片“龙芯2号”采用0.18微米CMOS工艺，集成度达1350万个元件。上海展讯公司已开发出TD-SCDMA核心芯片、GSM和CDMA双模芯片，集成度超过4000万门。在EDA工具方面，华大IC设计中心成功开发了全套EDA工具软件包——熊猫九天系列。深圳海思3G基站用上行数据链路芯片设计工艺65纳米，中星微“星光”系列设计工艺90纳米，中兴通讯2.5G时钟设计工艺90纳米。珠海炬力的移动多媒体播放器芯片，全球市场的占有率超过50%。深圳芯邦微电子的USB闪存控制芯片，世界市场占有率达40%以上。晶门科技的LCD驱动器芯片，世界市场占有率超过35%。

图2 2004-2006年中国IC设计业销售收入及增长率
Fig.2 The quantity and rates of growth of sale income of
IC design industry at 2004-2006 in China

2 IC设计业各领域专利竞争力的现状
本土企业规模扩大，为增强专利竞争力奠定了组织基础。1986年，国内第一家以IC设计为产品的企业——北京IC设计中心成立。现在规模较大的五百家设计企业，主要分布在全国四个区域的7个国家IC设计产业化基地。2006年，设计业销售额突破1亿美元的设计公司由2005年的2家增加到5家，包括珠海炬力、中国华大、中星微、上海华虹和深圳海思。中芯国际和上海华虹NEC已分别跃居为全球第3名和全球第7名的芯片代工企业。专利水平明显提升，在某些领域缩小了与跨国公司的差距。
2.1 CPU设计水平
CPU是超大规模集成电路的标志性产品，CPU专利技术是信息产业获得发展主动权的关键。2002年，我国第一款自主研发的CPU面市。随着“龙芯”，“北大众志”和“芯豪”等一批国内自主设计开发的CPU相继问世，表明我国已经初步掌握了超大规模IC设计和CPU设计的主要关键技术，为我国CPU产业的发展奠定了基础。CPU产品已经从以军品为主开始向民用领域转移，从低性能CPU向高性能CPU迈进，从仿制向自主开发转型，出现专利竞争力的战略性转变。
2.2 数字信号处理器（DSP）设计水平
DSP芯片是通信、网络、无线移动和信息家电的核心关键器件。中国已成为全球最大的DSP市场，国内DSP市场的年成长率高达到40%以上。2001年，中星微研制的“星光1号”图像处理芯片，是中国第一个拥有自主知识产权的百万门级超大规模数字影像专用芯片。此后推出的“中国芯”星光系列芯片产品，大规模打入国际市场，销售覆盖欧、美、日、韩等16个国家和地区。2002年，成功开发出我国第一枚水平较高的发声图像处理芯片“星光2号”。“星光中国芯工程”为3G多媒体内容、信息应用及服务的标准化打下了坚实的基础。中科院微电子研究所研制了芯片“同心”，运算能力突破每秒10亿次，属于乘累加大关的高性能、低功耗、可重构、嵌入式数字信号处理器芯片，申请了6项国家发明专利。
2.3 微控制器（MCU）设计水平
国产MCU芯片的技术研发起步较晚，“九五”期间我国组织了MCU的科技攻关。厦门微电子集成技术研究中心已研发了CM2000系列8位MCU芯片，用于电脑外设、显示器和家电控制等领域。上海矽创等初步完成了技术经验的积累。无锡上华的OTP工艺生产线已进入生产阶段。另外，杭州士兰微、深圳国威、中电华大等的MCU，在普通电话机、遥控器、电子玩具等应用领域占有一定的市场份额。国内小家电产业的规模巨大，对4位低端MCU的需求一直较大。在2004年国内MCU产品结构中，8位MCU仍然是市场的主力产品。随着MP3、电子游戏机等产业的发展，对16位、32位的高端MCU的需求越来越大。这也成为中国IC设计业努力攻占的重镇。
2.4 系统芯片（SOC）设计水平
2005年，全球系统级芯片(SOC)设计大多数采用以IP为主的预定制模块，而2003年的比例只有50%。国内移动通信类SOC的开发主要集中在华为、中兴、大唐等公司，数字家电类SOC的开发主要集中在海尔、华大、华虹等。IP产业链的不完善已经成为制约中国SOC设计业发展的瓶颈，本土设计业的SOC产品的市场业绩还有待改善。
3 我国IC设计业专利竞争力的经济环境
国内IC市场规模和产业规模持续扩大，产业链下游的产能迅速扩大，保障了IC设计业专利竞争力的高速发展，为提升我国IC设计业专利竞争力改善了经济环境，公共财政的大力支持成为IC设计专利竞争力的推进器。
3.1 国内IC市场规模持续扩大
我国已经成为全球第二大半导体市场。

图3 2004-2008年中国IC市场规模及增长速度
Fig.3 The size and growth speed of IC market at
2004-2008 in China
如图3所示，2000-2005年，本土企业IC产量和销售收入的年均增长速度超过30%，是同期全球最高的。2005年，中国IC市场规模达到3803亿元，比2004年的2908亿元增长31%。从2000年以来，中国IC产业处于高速成长期，2005年全球半导体市场增长仅为8%，而中国IC市场需求的增幅达到31%。手机和数字消费类电子产品是推动国内IC市场增长的主要动力。数字消费产品市场的主要动力来自模拟电视向数字电视转换和支持高清数字电视市场的新压缩技术。无线宽带、数字电视和机顶盒、RFID卡以及汽车电子是国内市场热点领域。国内IC市场规模在“十一五”期间将持续增长，年平均增长速度大约在30%左右。到2010年，我国将成为超过1200亿美元的大市场。
3.2 IC产业规模持续扩大，设计、制造和封装测试三业协调发展
我国已经形成IC设计、芯片制造、芯片封装测试三业共同发展的局面，有利IC设计技术水平的升级。“十五”期间，我国IC产业产值年均增长41%。2005年中国IC业的总产量为260亿多块，与2004年同期相比增长36.7%；销售收入约750亿元人民币，同比增长37.5%。占全球销售总额的4.5%。2006年，中国IC产业销售收入突破1000亿元，达1095亿元，同比增长达到55.96%；国内集成电路总产量达到383.29亿块，同比增长46.8%。我国IC产业从100亿元增长到500亿元花了5年时间，而从500亿元到1000亿元只用了2年。尽管我国IC产业规模发展较快，但与美国、日本相比，与韩国相比，差距较大。例如，2006年韩国三星公司销售收入达到192亿美元，而我国IC产业总规模折合美元只有132亿美元，不如一家跨国公司的销售收入。这也说明，发展我国IC设计业的产业规模还有巨大潜在空间。

图4 2004-2006年中国IC产业产量与销售收入增长情况
Fig.4 The output and growth of sale income of IC design industry at 2004-2006 in China

3.3 产业链下游的产能迅速扩大，保障了IC设计业专利竞争力的高速发展
IC制造技术是一种包括众多技术的集合型技术，涉及的门类众多，铜互连、光刻、刻蚀、离子注入等是其中的关键技术。目前国内芯片制造技术水平得到了迅速提升。8英寸0.25-0.18微米的制程，已经取代5/6英寸0.6-0.35微米，成为芯片制造技术的主流，而中芯国际(北京)12英寸厂建成后，使国内IC制造技术已达到0.11微米，并正努力将工艺提升到90纳米，到2010年国内芯片制造的主流技术将发展到8/12英寸、0.18-0.09微米的水平。本土IC制造业的主流技术从2000年的0.5微米到现在的0.18微米，升级了三代；设计业主流技术已达0.18微米，少数企业达到0.13微米，正在导入90纳米的先进技术。中芯国际、华虹NEC、宏力半导体和先进半导体在全球数字和模拟代工领域已经有很强的制造竞争力；已经具备90nm线宽、12英寸晶圆的制造能力。从2000年华虹NEC8英寸0.35微米，发展到2005年中芯国际(北京)12英寸0.11微米，我国IC芯片制造技术正迅速发展。目前0.18-0.25微米已成为芯片制造业的主流技术，部分企业的制造技术已提升至0.13微米，个别企业已在开发90纳米的技术。IC制造能力大幅度提高，规模生产已达到12英寸0.11微米的水平。
4 提升芯片设计业专利竞争力的对策与建议
国内电子整机产品的迅速发展，为本土IC企业提供了广阔的市场空间。通信、家电、计算机和数字3C等整机产品的快速发展，移动无线互联网及其应用形成的巨大产业，急剧扩大了国内IC市场的需求。众多智能化、个性化的移动多媒体信息终端产品，数字3G新型电子产品，各类计算机应用系统设备及嵌入式智能产品，对专用芯片及SOC系统级芯片有巨大需求，能有效地延长IC产业的价值链。我国提出要优先发展信息产业，IC作为信息产业的核心与基础，更要发挥先导性作用。这些都将会对我国IC专利竞争力产生强大的促进作用。
4.1 提高政府基金绩效，优先扶持IC设计业的专利产出
对IC专利技术创新实行优惠政策，已经成为各国政府的共识。发达国家的IC总投资数额很大，研发投入的绝对值一直保持着增长势头。美国一直实施对集成电路倾斜的政策，高度重视研发投入，研发经费维持占GDP的2.5%左右，居世界前列。1987年美国国会通过立法成立一个旨在帮助美国IC企业提高半导体工艺水平的公司——Semitek公司，经费一半由美国防部出，另一半由12家大公司分摊。美国政府2005年财政预算中，仅《网络与信息技术研究开发计划》一项就高达20亿美元。20世纪80年代以来，韩国政府在计算机和集成电路领域实施重点扶持的政策，公共财政的投入占了总投入的一半以上。韩国政府近几年在信息技术研发的财政投入超过10亿美元。面对这种态势，我国政府应不断增加IC技术创新的财政支持力度。IC前沿专利技术的研发风险大、成本高，需要巨额资金，很难靠一家企业独立承担，因此，政府应加大对IC设计业专利技术研发的财政支持。世界IC专利技术的发展趋势是，以技术联盟进行重大技术研发。行业主管部门应调整电子发展基金等政府基金的支持重点，积极支持产业联盟组织形式的IC重大科技项目的研发投入，才能快速提升我国IC的专利竞争力。
4.2 绘制专利地图应成为公共服务平台建设的着力点
推进公共服务平台建设，要找准支撑企业提升IC专利竞争力的着力点。专利分析工作是IC产业提升专利竞争力的前提和基础。知识产权损害预警机制是保障IC产业健康安全发展的基础性和前瞻性工作。我国尚未建立一个统一协调的、针对高科技产业知识产权损害的预警机制。面对跨国公司的“专利遏制”，政府应尽快建立健全专利竞争力损害的预警机制。建立和完善专利技术预警机制的着力点首先绘制专利地图。只有绘制了专利地图，摸清了跨国公司的“专利势力范围”，才能帮助企业找准专利技术创新的突破口。企业在技术引进和再创新时，应充分研究已授权和公示的专利全面情况，但这对我国IC企业来讲，是很难做到的事情。而我国知识产权管理部门和公共服务机构又没有很好地提供IC产业的专利地图，来指导本土企业实施的专利战略。政府应该吸取DVD专利事件的惨痛教训，进行重点领域的专利地图绘制，并定期发布预警。企业参照专利地图，才能对重点领域的专利风险作出准确的分析和判断，企业一旦陷入与跨国公司的IC专利讼诉时，也才能采取有效的应对措施。电子发展基金等科技财政应支持公共服务平台，做好建库、规范、评测、交易等公共服务项目条件准备，为芯片产业发展搭建技术服务平台。
4.3 以IP核和SOC产品设计为突破口，提高我国IC设计业专利竞争力
如何确定专利技术创新的突破点，是IC专利战略的第一步。在IC领域，韩国的存储器是重点突破的成功典范。韩国半导体产业在一无技术二缺人才的情况下，走出了一条选准关键技术突破口，实现IC专利竞争力强国的成功之路。我国应该学习韩国开发存储器的经验，从少数技术方面入手，重点突破。现代IC设计产业分工给提升我国芯片专利竞争力提供了一个机遇，因为分工的结果出现了IP核。采用IP核复用方法的设计已经开始普及，尤其是在功能复杂、输入输出接口众多的SOC产品设计中，应用IP核复用技术的设计是必须采用的设计方法。以IP核复用为基础，通过EDA设计工具进行设计的SOC芯片已经成为了IC产业的发展趋势，这对于我国的IC产业来说，既是挑战也是机遇。20世纪90年代以来，IC设计业发生了一次质的飞跃，即由ASIC设计方法向SOC设计方法转变，由此出现了SOC系统级芯片。IP核作为SOC不可缺少的组成部分，已成为IC产业中增长最快的一部分，2004年销售总额急增到29.4亿美元。要以重大项目为抓手提升SOC系统级芯片设计水平。
为了解决IP核创造、复用、交易和保护等关键问题，我国在北京和上海建立了两个中心：信息产业部软件与集成电路促进中心(CSIP)和上海硅知识产权交易中心(SSIPEX)，它们为IC设计的复用IP核提供了便利条件，支持了企业开发并掌握IC设计的关键技术。但是，由上海硅知识产权交易中心有限公司承担的项目“集成电路IP开发服务台”，投资总额为4 200万，电子发展基金才资助了1 000万元。中央科技基金的这种支持力度是远远不能满足项目资金的实际需求。而且，电子基金每年占中央财政收入的比例较低。在近些年，电子基金占中央财政收入的比例在千分之二左右徘徊。2007年的财政支持力度虽然有所增加，但仍低于千分之二的比例，远低于22年前设立电子基金的第一年（1986年），当年中央财政收入是2 122.01亿元，电子基金为1亿元，比例超过千分之四，达到4.71‰。这种现象与电子信息产业在全国经济中的重要地位极不相称。目前电子基金的规模相对较小，很难满足提升我国电子信息专利竞争力的需求。如何根据电子信息产业发展的高速需要，以及电子信息产业在我国的战略地位，齐心协力将电子基金在中央财政收入中的比例，恢复到22年前（1986年）电子基金第一年的4.71‰水平，是一个值得探讨的课题。

参考文献：
[1] 绍春光,申其辉.电子百强企业自主创新的成就与政策建议[J].中国科技投资,2007(10):15-17.
[2] 申其辉.以产业联盟提升企业的专利竞争力[J].中国科技投资,2008(02):30-32．
[4] 信息产业部经运司.中国电子信息统计年鉴[M].北京:电子工业出版社,2006.
[5] 信息产业部，财政部.“十五”电子发展基金成果汇编[M].北京:电子工业出版社,2005.

The Achievements and Policy Advice of IC Design
Industry in China
SHEN Qi-hui
(IT Economic Research Institute, China Center of Information Industry Development, Beijing 100846, China)
Abstract: The IC is the base of new high technology industry, which is also the basic and strategic industry of national economy. The competence of IC patent has become the core indicator of the developing level of a country. With the leading position of IC area, the IC design is the key of increasing the patent-competence of China. We should take various actions and policies to enhance its patent-competence, to improve the performance of government fund, to fully support the patent output of IC key projects, to take drawing the map of IC patent as the impetus of public service platform, and to rapidly improve the patent competitiveness of IC design industry through IP core and SOC products.
Key words: IC designing industry; patent; competence
* 基金项目：电子信息产业发展基金资助项目（信部运[2006]634号）；国家社会科学基金资助项目（05&ZD032）。
作者简介：申其辉（1966-），男，江西南康人，国务院工业和信息化部IT经济研究所高级经济师，博士后，主要研究方向为电子信息产业、传媒经济。