人類社會進入到信息化時代，隨處可見的都是高科技技術產品，小到遙控器，大到汽車幾乎都離不開人類工業(yè)文明的發(fā)展成果。而這些成果有不少掌握在國外公司手中，不僅賺取巨大的銷售額，還壟斷了行業(yè)市場。

對方隨意修改規(guī)則便能影響消費市場獲取技術支持，因此自研成為了突破的重點目標。其中在五大頂尖技術方面急需突破，一旦突破，將不懼任何國家壟斷，有哪五大技術呢？

01

光刻機

***作為芯片產業(yè)的核心裝備，有人稱它為“人類最精密復雜的機器”。同時，***也被稱為半導體工業(yè)皇冠上的明珠。***產業(yè)鏈主要包括上游設備及材料、中游***生產及下游***應用三大環(huán)節(jié)。***技術極為復雜，在所有半導體制造設備中技術含量最高。主要涉及系統(tǒng)集成、精密光學、精密運動、精密物料傳輸、高精度微環(huán)境控制等多項先進技術，生產一臺***往往涉及到上千家供應商。

目前，***市場競爭格局明確，主要由阿斯麥、日本尼康和佳能三家把持，其中阿斯麥更是全球絕對龍頭，市占率83.3%，幾乎壟斷了高端***（EUV）市場。日本尼康和佳能產品主要為中低端機型。國產***領域中，上海微電子一枝獨秀。國產***市場前景廣闊，同時，為了避免在芯片產能爬坡時被外界的設備供應“卡脖子”，國產***正在逐步突破。近年來，我國科技取得了巨大突破，五年內有望解決高端芯片短缺問題。

現代社會離不開芯片的支持，任何的智能終端產品都需要搭載芯片，而***就是制造芯片的重要工具。在芯片制造過程中，需要將設計好的芯片圖案復刻在晶圓表面，但即便是28nm，14nm的成熟芯片也會集成幾十億根晶體管。如何在有限的單位面積內曝光更多的晶體管數量，讓每根晶體管縱橫交錯，甚至在上百個層級中錯落有致，這就需要***運用深紫外或極紫外光源來實現了。以EUV***為例，波長為13.5nm，運用多重曝光可以輕松完成7nm及以下的高端芯片制造。只不過目前只有荷蘭ASML一家公司掌握EUV***量產技術，也是許多國家爭相突破和發(fā)展的目標。

“10nm”“7nm”“5nm”這些詞大家想必都不陌生。2018年，中微半導體成功研制7nm的刻蝕機，這是國產造芯的一大進步。（但是成功研制刻蝕機并不代表我們就有能夠制造7nm制程的芯片的實力，原因后面會講到。）這些數字指的是什么？為什么我們需要所謂7nm的***呢？ 芯片界有一個著名的定律——摩爾定律，即集成電路上可以容納的晶體管數目大約每24個月增加一倍，當然對應的理論性能也能增加一倍。但如何在同樣尺寸的芯片上增加晶體管數量呢？當然就是把晶體管做小，提高晶體管密度。

“7nm”中的數字最初指的就是晶體管中的溝道長度，它也是區(qū)分半導體加工技術換代的重要標志（當然現在的命名更多的是代表技術迭代，其實是要長于7nm的）。想把晶體管越做越小，自然需要更精密的刻刀——***，所謂7nm***就是***能刻蝕的最大分辨率。 除了光學設計部分的難題，一臺***需要實現的還有大量挑戰(zhàn)極限的事情。比如鏡片吸收光會產生熱量，因而要對系統(tǒng)進行冷卻，那如何解決過程中的振動導致精度問題呢?高分辨率的光刻自然需要高分辨率的光刻膠，如何制備呢？錫微流體如何精確控制大小與流速？整個體系如何確保高精密的機械控制？如何保證整體的可靠性呢？這一切問題都需要系統(tǒng)中任一部分完美配合才能達到，因此EUV***要比你想象的大——大約一輛公共汽車那么大。整個機器包含10萬個部件和2公里長的電纜。每臺機器發(fā)貨需要40個集裝箱、3架貨機或者20輛卡車。

而且，要制造芯片僅有一臺***可不夠，它的工作環(huán)境非常挑剔。首先光刻需要的房間全部為純凈的黃光，因為短波長的光會造成光刻膠變性，無法實現功能。因此黃光對于光刻，就像暗房對于膠片一樣。此外，光刻所需的無塵環(huán)境要求每立方米的空氣中不能有超過10個顆粒，并且顆粒大小小于0.5微米，每小時要凈化30萬立方米的空氣。廠房對地基要求也很嚴格，不能有任何微小的振動，因而某種意義上講廠房需要類似“懸浮”。光刻需要的電能也達到非?？植赖牧考?，一臺EUV工作24小時，耗電量達到3萬度。這就是為什么我們擁有了7nm的刻蝕能力，也不等于能夠制造7nm的芯片。毫不夸張地說，***是在挑戰(zhàn)人類文明的極限，是人類工藝的巔峰之作。

02光 刻 膠

光刻膠又稱光致抗蝕劑，是指通過紫外光、電子束、離子束、X射線等的照射或輻射，其溶解度發(fā)生變化的耐蝕劑刻薄膜材料，在半導體工業(yè)、PCB、平板顯示等領域得到廣泛應用。目前，全球缺芯背景下晶圓廠產能擴張正逐步迎來落地，半導體光刻膠市場需求穩(wěn)步向上。光刻膠同樣是半導體行業(yè)的關鍵技術之一，屬于原材料的一種，而且和***的聯系非常密切。光刻膠作為一種光敏化學材料，需要涂抹在晶圓表面，用于保護襯底基座，并且在接收***的曝光光源時承擔媒介的作用，將芯片圖案轉移到晶圓上。

我國光刻膠產業(yè)鏈中，上游主要為原材料及設備，包括樹脂、溶劑、單體、光引發(fā)劑、生產設備以及檢測設備等；中游為光刻膠，主要包括PCB光刻膠、面板光刻膠、半導體光刻膠；下游為應用領域，光刻膠廣泛應用于PCB、半導體、面板顯示、芯片等。目前，光刻膠生產制造主要被日本JSR、東京應化、信越化學、住友化學等制造商所壟斷，尤其在高分辨率的KrF和ArF光刻膠領域，其核心技術基本由美國和日本制造商所掌握。中國本土企業(yè)在光刻膠市場的份額較低，與國外光刻膠制造商仍存在差距。數據顯示，東京應化市場占比最大達27%，杜邦、JSR、住友化學市場占比分別為17%、13%、13%。

雖然我們反復強調光刻膠在半導體制產業(yè)中的重要地位，但當前的國產替代進度，真的不怎么樣。首先，擺在光刻膠面前第一道繞不過去的坎，就是上文所說的產品配套測試需要的***?？蛇@恰恰也是中國目前遭到限制的領域之一，而且比光刻膠還要嚴格。無論是國內企業(yè)還是阿斯麥（AMSL，荷蘭公司，美資控股）方面都做了不小的努力，試圖尋求一種方法繞過美國的封鎖，但至今收效甚微。 另一方面，國內也不只是無法生產光刻膠，整體產業(yè)鏈都比較薄弱，供應鏈整合能力不強。樹脂、單體等上游核心原材料的國產化率也并不高，現有工藝與國際先進水平有不小的差距，作為光刻膠核心原材料的專用化學品本身同樣依賴進口。國內企業(yè)只在PCB光刻膠上游有一定競爭力，但在面板和半導體光刻膠上游，供應商仍然普遍受困于技術積累不足、產能低、投入水平不高、打不開市場等問題。

再次，客戶高度特化的需求同樣是個問題。在技術發(fā)展以及加速升級的驅動下，當前光刻膠下游的終端應用產品，表現出了趨向定制化和多樣化的特征：下游不同客戶的需求差異明顯，即使同一客戶的不同應用需求也不一致。這就導致光刻膠的整體生產缺乏統(tǒng)一的工藝，每一類光刻膠使用的原料在化學結構、性能上均有所區(qū)別，要求使用不同品質等級的專用化學品。這就迫使制造商需要有能力設計出符合不同需求設計不同配方，并有相應的生產工藝完成生產。這屬于行業(yè)的核心技術之一，對企業(yè)的技術能力要求比較高，目前本土企業(yè)還比較欠缺。

越高端的芯片同樣需要越高端的光刻膠支持，日本JSR、富士化學、東京應化、信越化學這些日企掌握了全球9成以上的光刻膠市場，對中高端的DUV，EUV光刻膠有極大的話語權。所以如果想要順利完成高端芯片的制造，那么突破光刻膠核心技術也是一大關鍵。

03EDA 工 業(yè) 軟 件

從一般意義上講，所有跟電子設備和裝備相關的設計，仿真，驗證，實驗等相關都可以納入EDA的范疇，類似于CAE。從納米級的器件晶體管，到IC集成電路，PCB，顯卡，收音機，家用電器，手機電腦，車載電子系統(tǒng)，天線，大型相控陣雷達，其實都和EDA相關。目前大家對EDA的解讀主要在于集成電路設計，這個屬于行業(yè)理解范疇，而通常講的EDA，主要是指EDA軟件，是工業(yè)軟件一個子類，也是一直以來國內發(fā)展最弱的工業(yè)軟件之一。

EDA行業(yè)的上游主要包括硬件設備、操作系統(tǒng)、開發(fā)工具及其他輔助性軟件等供應商。EDA行業(yè)中游為EDA企業(yè)。EDA行業(yè)的下游主要包括集成電路設計、制造、封測企業(yè)。國內EDA市場一直被國際三巨頭控制，國內企業(yè)面臨的專利壁壘主要來自Synopsys，Mentor Graphics和Cadence雖然在中國大陸不具有明顯的專利布局優(yōu)勢，但兩家公司進入中國大陸較早，扎根本地市場程度較深，國內公司對其產品具有較高的依賴性。

一款芯片誕生之初離不開設計，就像蓋一棟高樓大廈之前，需要設計好圖紙。按照圖紙來規(guī)劃樓層的框架，每一個空間面積內的細節(jié)分布也需要通過精密的設計來完成。同樣的道理，芯片具備怎樣的功能，性能和制程都離不開EDA工業(yè)軟件。使用EDA來完成芯片設計過程中的布局、布線、版圖等一系列工作。那么EDA到底難在哪里呢？原因主要有以下3點：

EDA是集成電路相關知識的沉淀，產品的成熟、完善需要較長時間。

客戶對于新產品接受度低，從而導致新產品缺乏工程應用場景來打磨產品。

海外EDA龍頭與IP商、代工廠組成生態(tài)圈，增加后來者趕超的難度。

近年來，受益于產業(yè)政策、產業(yè)環(huán)境、投資支持、行業(yè)需求、人才回流等各方面利好的影響，中國EDA市場逐漸興起。根據中國半導體行業(yè)協(xié)會的數據，2020年中國 EDA市場規(guī)模約93.1億元，同比增長27.7%，占全球市場份額的9.4%。隨著中國集成電路產業(yè)的快速發(fā)展，中國的集成電路設計企業(yè)數量快速增加，EDA工具作為集成電路設計的基礎工具，也將受益于高度活躍的下游市場，不斷擴大市場規(guī)模。

但目前國內集成電路在先進工藝節(jié)點的技術發(fā)展上，較國際最先進水平仍有較大差距，先進設備等關鍵生產元素的獲取也受到了一定限制。盡管不需要投入太多的硬件設施搞研發(fā)，可EDA涉及到大量的專利技術，對于后來者而言，是一道必須繞過的門檻，在更多的路徑上進行探索。

04高 端 醫(yī) 療 器 械

醫(yī)療器械作為現代醫(yī)療衛(wèi)生體系建設的重要支柱之一，具有高度的戰(zhàn)略性、帶動性和成長性。我國高度重視醫(yī)療器械產業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展，主管部門出臺多項政策鼓勵國產醫(yī)療器械加快創(chuàng)新，推動高端醫(yī)療器械國產化，促進新技術的推廣和應用，推動國內高端醫(yī)療器械產業(yè)快速發(fā)展。高端醫(yī)療器械涉及到醫(yī)藥、機械、電子、塑料等多個行業(yè)，是一個多學科交叉、知識密集、資金密集的高技術產業(yè)。目前，我國高端醫(yī)療器械產品主要包括影像設備、治療設備、體外診斷和植入介入產品四類，具有使用量大、應用面廣、技術含量高的特點。

在醫(yī)療器械的產業(yè)鏈中，上游為電子器件供應、材料供應等基礎設備支撐，中游為醫(yī)療器械的制造和檢測，下游為醫(yī)療機構、實驗室等其他終端市場。高端醫(yī)療器械行業(yè)涉及到醫(yī)藥、機械、電子、塑料等多個行業(yè)，是一個多學科交叉、知識密集、資金密集的高技術產業(yè)。目前，我國高端醫(yī)療器械目前仍然主要依賴進口，僅占市場約30%。2020年，我國提出需要加快補齊高端醫(yī)療器械短板，加快關鍵核心技術攻關，實現高端醫(yī)療器械自主可控，全國各地、各部門紛紛響應號召，加速高端國產設備研發(fā)。

我國醫(yī)療器械整體國產化率較低的主要原因是：核心技術不足，核心產品和技術的國內自主可控化程度低。尤其是高端醫(yī)療器械核心技術，如呼吸機核心部件渦輪風機、傳感器、芯片等依賴歐美進口的配件，國產渦輪風機和傳感器關鍵性能指標較進口醫(yī)療器械配件差，無法及時捕捉患者呼吸頻率變化而迅速加、減壓力，且無法達到呼吸機對可靠性、安全性的嚴格要求。只有提高國產供應商的各種元器件研發(fā)水平，才能保證醫(yī)療器械的整體質量。供應鏈的國產化和本地化是國產醫(yī)療器械走向自主可控和擺脫進口的必由之路，除保持在注塑、機械、電子行業(yè)的傳統(tǒng)優(yōu)勢外，還需要向芯片、精密控制等高端技術攻關。

由于國產醫(yī)療設備產業(yè)發(fā)展長期落后于發(fā)達國家，醫(yī)院在采購高端醫(yī)療設備時沒有足夠的選擇余地，外企對醫(yī)療設備售后服務市場的壟斷之所以沖不破，也與本土企業(yè)和醫(yī)療機構的“內憂”尚未得到解決有很大關系。

醫(yī)療行業(yè)是人類最復雜的學科之一，涉及到方方面面的科學技術多如牛毛，也因此造就了龐大的高端醫(yī)療器械市場。類似達芬奇手術機器人、核磁共振儀、高速離心機、冷凍電子顯微鏡、高效液相色譜儀等等都是頂級的高端醫(yī)療器械設備，而他們都有不少共同點，價格昂貴，且核心市場被國外公司壟斷。

達芬奇手術機器人是美國直觀醫(yī)療公司制造的設備，一臺售價大約2500萬人民幣，可以幫助外科醫(yī)生完成精密的手術，在工作臺上操作機械臂，反應靈敏的同時還能過濾不自覺的抖動，讓操作十分精細。這樣一臺手術機器人有價無市，被全球各大醫(yī)院搶購，還未必能買得到?？捎捎诟叨酸t(yī)療器械對專業(yè)學科知識要求太高，對企業(yè)的研發(fā)環(huán)境，人才儲備等提出了很大的要求，導致目前為止還是國外公司占主要話語權。

05工 業(yè) 機 器 人

工業(yè)機器人是在工業(yè)生產中使用的機器人的總稱，是一種通過編程或示教實現自動運行，具有多關節(jié)或多自由度，能對環(huán)境和工作對象作出自主判斷和決策，并能夠代替人工完成各類繁重、乏味或有害環(huán)境下體力勞動的自動化機器。工業(yè)機器人是我國智能制造2025的核心抓手之一，是我國機器換人、制造業(yè)產業(yè)升級的核心環(huán)節(jié)。

工業(yè)機器人上游為控制器減速器、伺服系統(tǒng)、減速器、傳感器、末端執(zhí)行器等核心零部件生產，中游為工業(yè)機器人本體生產及基于終端行業(yè)特定需求的工業(yè)機器人系統(tǒng)集成，下游應用主要包括汽車、3C電子、家電制造等對自動化、智能化需求高的終端行業(yè)。目前工業(yè)機器人的市場份額計劃都被日本企業(yè)壟斷，全球十大工業(yè)機器人企業(yè)中日本占到了7家。伴隨著我國信息化的高速發(fā)展，近年來我國的傳感器行業(yè)發(fā)展飛快。從競爭格局來看，我國傳感器行業(yè)TOP5占據了國內傳感器市場40%以上的份額，行業(yè)競爭格局逐漸成熟。

現代化社會的構建離不開工業(yè)制造，基礎的制造業(yè)覆蓋汽車、輪船、飛機、手機等等上百種行業(yè)。這些行業(yè)所需的零部件是怎么制造出來的呢？汽車的框架，底盤等關鍵部件又是如何組裝的呢？答案是工業(yè)機器人。

相信很多人都看過這樣一個場景，一條汽車制造生產線的周圍有許多機器人手臂在忙活著，動作靈敏，精細，在機器人的操作下完成復雜的零部件組裝工作，這就是工業(yè)機器人，也是發(fā)展高端制造業(yè)的必備設施?？墒俏覈I(yè)機器人行業(yè)的發(fā)展還面臨著以下問題：

核心零部件國產化率低，制約國產機器人發(fā)展：三大核心零部件仍然是制約國產機器人發(fā)展的最大瓶頸。三大核心零部件占工業(yè)機器人成本70%左右。盡管近年來核心零部件的國產化率逐步提升，但仍然制約著整機制造的利潤水平、性能提升，導致大部分國產整機企業(yè)處于虧損狀態(tài)。隨著外資品牌價格逐漸降低，國產品牌面臨更加嚴峻的局面。

競爭加劇，平均價格持續(xù)下降，國產品牌盈利狀況較差：2018年以來，以工業(yè)機器人四大家族為代表的國外工業(yè)機器人企業(yè)加大了在中國產能布局，全球工業(yè)機器人產業(yè)鏈向中國大陸轉移，增加了國內競爭強度。同時，全球工業(yè)機器人平均價格整體持續(xù)下行。在工業(yè)機器人產業(yè)鏈上，整機制造業(yè)毛利率最低，在10%-20%左右。在國產品牌核心零部件國產化率尚低的情況下，工業(yè)機器人價格持續(xù)下行，導致盈虧平衡點銷售數量持續(xù)上移，對國產品牌盈利能力形成較大沖擊。

高端技術人才較為缺乏，人才培養(yǎng)重研發(fā)輕應用：工業(yè)機器人行業(yè)屬于技術密集型行業(yè)，對從業(yè)人員的行業(yè)經驗和技術水平具有較高要求。在核心零部件和本機制造領域，掌握核心技術的研發(fā)技術人員及具備豐富經驗積累的裝配人員較為缺乏；在系統(tǒng)集成領域，缺乏具備跨學科能力的專業(yè)人才，現場調試、維護操作與運行管理等應用型人才的培養(yǎng)力度依然有所欠缺。

新一輪經濟周期下實體經濟面臨下行壓力，導致自動化需求下降：新一輪經濟周期下，尤其是2018年以來，全球實體經濟增長乏力、國內汽車行業(yè)下滑，中小企業(yè)景氣度不高，削弱了汽車工業(yè)、通用工業(yè)企業(yè)的固定資產投資計劃，自動化資本支出需求下滑。

機器人標準、檢測認證等體系有待進一步健全：中國工業(yè)機器人產業(yè)起步較晚，原有部分標準已滯后于市場發(fā)展，能夠有效覆蓋和引導產業(yè)發(fā)展的產品標準、檢測認證等體系尚未健全完善，不利于引導整體產業(yè)的健康有序發(fā)展。

在科技領域，技術變革將激發(fā)新的增量市場，對產業(yè)格局產生較大的影響。隨著新興技術的發(fā)展，未來國產機器人品牌可抓住市場新機會，與外資品牌形成差異化競爭，立足并發(fā)展于全球市場。

06結 語

在各類頂尖技術中，大部分都集中在了半導體，這是人類工業(yè)文明的基礎，也是科技創(chuàng)新的重要基石。***、光刻膠、EDA工業(yè)軟件這些或許只是冰山一角，還有更多的半導體技術仍需展開探索。如果能掌握核心技術，打破國外供應商壟斷，相信行業(yè)市場將迎來另一番局面。

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審核編輯黃宇