我国芯片设计业专利竞争力的成就与政策建议

1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。1.1IC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15969件，其中11345件为国外申请人提出的申请，占71%。由中国申请人提出的4624件专利中，内地专利申请量1458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。2200464030303016107003001221150070454040304002004006008001000120014001600中星微海思大唐华大电子清华同方华虹设计昂宝炬力12345678已授权专利数已申请专利数将申请专利数图12006年中国IC产业发明专利排名Fig.1ThequantityoftheinventionpatentofICindustryat2006inChina1.2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12006年我国IC企业发明专利排名Table1ThequantityoftheinventionpatentofICenterprisesat2006inChina排名企业名称已授权专利数已申请专利数1中星微2007002海思463003大唐40704华大电子30455清华同方30406华虹设计30407昂宝16308炬力10409芯邦10合计4021275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3器芯片，世界市场占有率超过35%。图22004-2006年中国IC设计业销售收入及增长率Fig.2ThequantityandratesofgrowthofsaleincomeofICdesignindustryat2004-2006inChina2IC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。2.1CPU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4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32004-2008年中国IC市场规模及增长速度Fig.3ThesizeandgrowthspeedofICmarketat2004-2008inChina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。3.2IC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。5图42004-2006年中国IC产业产量与销售收入增长情况F