中美科技实力对比：关键领域视角.pdf

请务必阅读正文之后免责条款部分 Table_Summary 中美科技实力对比 ：关键领域视角 恒大研究院研究报告 宏观研究 专题报告 2018/7/23 首席 研究员 ： 任泽平 研究员 ： 连一席 lianyixievergrande 联系人 ： 谢嘉琪 xiejiaqievergrande 实习生胡雪波对数据收集 亦 有贡献 相关研究 ： 1.中美科技实力对比：全球视角 2018-7-22 导读 ： 继上篇中美科技实力对比：全球视角，本文将深入关键行业领域，以信息技术和航空航天为例，具体对比中美科技实力。 恒大研究院研究报告 立足企业恒久发展 2 服务国家大局战略 目录 1 信息技术 . 4 1.1 半导体与集成电路 . 4 1.2 软件与互联网服务 . 7 1.3 通信 . 9 2 航空航天 . 10 2.1 航天 . 10 2.1.1 空间科学：部分领域领跑全球，但整体较为薄弱 . 12 2.1.2 空间技术：基本掌握核心技术，发展最为迅速 . 13 2.1.3 空间应用：中国发展迅速，美国增速放缓 . 15 2.2 航空 . 17 2.3 差距原因：工业基础弱、资金投入少、人才缺乏与体制不成熟 . 20 恒大研究院研究报告 立足企业恒久发展 3 服务国家大局战略 图表目录 图表 1： 2017 年 ICT产业细分领域市场规模 . 4 图表 2： 全球半导体市场销售金额 . 4 图表 3： 2014 年全球半导体市场份额地域分布 . 4 图表 4： 中国半导体市场规模与自给率 . 5 图表 5： 核心集成电路领域的国产芯片占有率 . 5 图表 6： 2017 年全球半导体厂商研发支出排名 . 5 图表 7： 2016 年全球半导体厂商资本支出排名 . 5 图表 8： 2016 年全球半导体设备供应商排名 . 6 图表 9： 集成电路产业链示意图 . 6 图表 10： 2016 年全球 IC设计公司排名 . 7 图表 11： 2016 年全球晶圆代工公司排名 . 7 图表 12： “2017 全球创新企业 1000 强”软件与互联网服务公司研发投入前十 . 8 图表 13： “2017 全球创新企业 1000 强”软件公司研发投入前十 . 8 图表 14： PC 端各类操作系统市场份额 . 8 图表 15： 手机端各类操作系统市场份额 . 8 图表 16： 2017Q4 全球基础设施云服务市场份额 . 9 图表 17： 亚马逊 AWS 与阿里云营收对比 . 9 图表 18： 2017 年全球四大通信设备巨头对比 . 9 图表 19： 2017 年华为与高通对比 . 9 图表 20： 中国 5G研发试验无线技术第二阶段测试结果 . 10 图表 21： 中美航天实力指数 .11 图表 22： 航天产业链 .11 图表 23： 六国在 10个学科领域的通讯作者核心论文第一名的前沿数 . 12 图表 24： 中美英在 10 大领域的前沿覆盖率（作者核心论文数） . 12 图表 25： 史上各重型火箭发射价格与可靠度对比 . 14 图表 26： 全球重型火箭对比 . 14 图表 27： 长征五号运载系数并不高 . 15 图表 28： 中美重型火箭发动机性能指标比较 . 15 图表 29： 2018 年全球卫星市场 . 16 图表 30： 中美卫星应用对比 . 16 图表 31： 2012-2016年 GEO商业通信卫星制造 . 16 图表 32： 2016 年全球发射产值情况 . 16 图表 33： 地面设施高速增长 . 17 图表 34： 2015 年全球卫星导航系列市场收入对比 . 17 图表 35： 中美空军各类飞机数量对比 . 18 图表 36： 我国民航数量为美国的二十分之一 . 18 图表 37： 我国现役发动机多数为二代或改版二代发动机 . 19 图表 38： 全球大推力发动机对比 . 20 图表 39： 中国航空航天投入远低于美国（ 2018年数据） . 20 图表 40： 航空、航天及设备制造业人数（ R&D人员折合全时当量） . 21 恒大研究院研究报告 立足企业恒久发展 4 服务国家大局战略 1 信息技术 信息技术 （ ICT， Information and Communication Technology） 是第三次工业革命的核心技术与重要引擎。 作为 通用性技术，信息技术对其他产业与整体经济增长具有明显的辐射作用 ， 对于国家安全与军事实力同样至关重要，因此 也被认为是综合国力的重要标志。 2017 年全球 ICT 产业总体规模预计突破 52000 亿美元，其中 ICT 服务业达到 34500 亿美元， ICT 制造业突破 18000 亿美元。 站在细分领域的角度， 集成电路、软件和 IT服务、通信 分别承担着信息的计算、加工处理和传输功能， 这三类技术也成为各企业和各国竞争 发展的重要高地。 图表 1： 2017年 ICT产业细分领域市场规模 资料来源： 中国信息通信研究院 ，恒大研究院 1.1 半导体与集成电路 全球半导体产业市场规模已经从 1996年 1320亿美元增长至 2017年4122亿美元 。 根据美国半导体行业协会（ SIA） 的统计， 按照半导体企业总部所在地分类 ， 目前 美国 公司占到全球半导体 市场份额 的一半左右 ， 其次为 韩国、日本 ，中国目前 市场份额在 5%左右 。 图表 2： 全球半导体市场销售金额 图表 3： 2014年全球半导体市场份额地域分布 资料来源： WSTS，恒大研究院 资料来源： SIA,WSTS，恒大研究院 22572477 2556 248622632983 2995 2916 30563358 3352 338941221111- 1 5- 1 0-50510152025303505 0 01 , 0 0 01 , 5 0 02 , 0 0 02 , 5 0 03 , 0 0 03 , 5 0 04 , 0 0 04 , 5 0 02 0 0 5 2 0 0 6 2 0 0 7 2 0 0 8 2 0 0 9 2 0 1 0 2 0 1 1 2 0 1 2 2 0 1 3 2 0 1 4 2 0 1 5 2 0 1 6 2 0 1 7 2 0 1 8 Q 1全球半导体销售额（亿美元） 同比增长（ % ，右轴）恒大研究院研究报告 立足企业恒久发展 5 服务国家大局战略 半导体可以分为分立器件 、 光电子 、 传感器 、 集成电路 ，其中集成电路占比最高，占到 2016 年全球半导体销售金额的 81.6%。 中国目前已经成为全球最大的半导体 与集成电路 消费市场 ， 但是自给比例 仅 10%左右，每年的进口金额超过 2000 亿美元 。 图表 4： 中国半导体市场规模与自给率 图表 5： 核心集成电路领域的国产芯片占有率 资料来源： 半导体行业观察 ，恒大研究院 资料来源： 2017中国集成电路产业现状分析 ，恒大研究院 在诸多核心集成电路如 服务器 MPU、 个人电脑 MPU、 FPGA、 DSP 等 领域 ，我国都尚无法 实现 芯片 自给 。 此次中兴事件，正是由于中兴在 高端光通信芯片、路由器芯片等方面依赖博通 等供应商 ，以至于一旦被美国制裁就将面临破产风险。 对外依赖只是 中国 在核心芯片领域相当薄弱的外在表现 ， 其实质是在集成电路的各核心产业链环节缺少足够的 、长期的 资本投入、 研发投入与积累。 2017 年 美国芯片巨头 英特尔研发支出达到 130亿美元 、资本支出预计达到 120 亿美元 ， 仅研发支出就已 接近中国全部半导体企业全年的收入之和 ；高通、博通、英伟达等芯片设计厂商更是将20%左右的销售收入投入用于研发。 国内集成电路制造 领军 企业中芯国际2016 年资本开支 26.3 亿美元、研发投入仅 3.18 亿美元 ，如此悬殊的投入对比下， 中美半导体领域 的产出 差距 可想而知 。 图表 6： 2017年全球半导体厂商研发支出排名 图表 7： 2016年全球半导体厂商资本支出排名 资料来源： IC Insights，恒大研究院 资料来源： IC Insights，恒大研究院 作为 现代精密制造业的代表 ， 一颗 小小 的 微处理器上集成了数十亿个晶体管 、 需要经历数百步工艺过程 ， 这决定了 芯片领域的 “短板效应” 任何一个零件或环节出错 ， 都会导致无法达到量产的良率要求 ； 任何一个步骤都需要经过漫长的研发 、 尝试与积累 ， 绝非一朝一夕 。 这个 过程不仅需要拥有大量专业人才 ， 更需要在关键设备与 原材料 领域 供应 率先实现 突破 。 1280 129515881702233226584.5% 7.6% 8.9% 11.2% 12.2%15.2%05 0 01 ,0 0 01 ,5 0 02 ,0 0 02 ,5 0 03 ,0 0 02 0 1 0 2 0 1 2 2 0 1 4 2 0 1 6 2 0 1 8 2 0 2 0中国半导体企业占市场份额比重系统 设备 核心集成电路 国产芯片占有率服务器 MP U 0%个人电脑 MP U 0%工业应用 MCU 2%可编程逻辑设备 FP GA /EP LD 0%数字信号处理设备 DSP 0%应用处理器 18%通信处理器 22%嵌入式 MP U 0%嵌入式 DSP 0%核心设备网络 NP U 15%DR A M 0%NA ND 快闪 0%NOR 快闪 5%图像处理器 5%显示处理器 5%显示驱动 0%计算机系统通用电子系统通信装备移动通信终端内存设备 半导体存储器显示及视频系统 高清电视 / 智能电视1 3 0 . 9 83 4 . 5 3 4 . 2 3 3 4 . 1 52 6 . 7 2 6 . 5 61 8 . 8 1 1 8 . 0 2 1 7 . 9 7 1 7 . 2 90%5%1 0 %1 5 %2 0 %2 5 %3 0 %0204060801 0 01 2 01 4 0英特尔 高通 博通 三星 东芝 台积电 联发科 美国镁光 英伟达 SK 海力士R& D 支出（亿美元） R& D 支出占收入比重平均值： 13%恒大研究院研究报告 立足企业恒久发展 6 服务国家大局战略 2016年全球前十名半导体设备供应商中，除了 荷兰的 ASML、新加坡的 ASM Pacific，其余 四家位于美国、四家位于日本，其中美国的应用材料公司（ AMAT）排名第一、 2016 年销售额 达 100 亿美元。 四家美国公司已经 占到全球市场份额的 50%， 即使 第二名荷兰光刻巨头 ASML 股东中 也有着英特尔的身影。 而 在此领域 国内 尚无企业上榜 ， 2016 年中国半导体设备销售仅 57.33 亿元，其中中电科电子装备集团排名第一，但销售金额也仅 9.08亿 ， 中国 前十强占全球半导体设备市场份额仅 2%。 长年占据全球 半导体设备榜首的美国 AMAT产品几乎横跨 CVD、 PVD、刻蚀、 CMP等除了光刻机外的所有半导体设备，公司的 30%员工为研发人员， 拥有 12000项专利，每年研发投入超过 15 亿美元，而国内半导体设备龙头北方华创研发支出不到 1 亿美元。 图表 8： 2016年全球半导体设备供应商排名 图表 9： 集成电路产业链示意图 资料来源： VLSI Research， SEMI， 恒大研究院 资料来源： IC Insights，恒大研究院 站在产业链的角度， 集成电路可以分为设计、制造与封装测试三个环节 ，其中垂直一体化模式称之为 IDM（ Integrated Device Manufacture），以英特尔、三星为代表； 专业化分工 则 可以分为 Fabless（ IC 设计） 、Foundry（晶圆代工） 、封测 ， Fabless 的核心是 IP，以高通为代表； Foundry的核心是制程与工艺 的先进性与稳定性 ， 以台积电为代表 ；封测相对来说对技术的要求不如前两者 。 IC 设计领域 ， 2016 年 全球前十大 Fabless 厂商 中 ， 中国上榜两家，华为海思排名第七、紫光集团排名第十，合计市场份额约 7%。考虑到博通（ Broadcom）计划将总部从新加坡迁回美国， 实际上这份全球前十Fabless 厂商中美国公司将占据 7 席，合计市场份额达到 56%，是芯片设计领域的绝对王者。 如果算上 IDM的英特尔 ，美国在 IC设计领域的份额将更高。 中国近年来在 IC 设计领域的进步不小。 2010年全球前十大 Fabless厂商中尚无一家大陆企业入围， 除了 台湾地区的联发科排名第五 ，其余九家均为美国企业 。 而 2016 年华为海思与 紫光集团双双进入前十，大陆企业在 IC设计领域的全球市场份额也由 2010年 5%左右提升一倍至约 10%。同时美国企业份额则从 69%下降至 55%左右。 尽管短期之内美国在 IC 设计领域的霸主地位难以撼动，但相对实力正在此消彼长 。 恒大研究院研究报告 立足企业恒久发展 7 服务国家大局战略 图表 10： 2016年全球 IC 设计公司排名 图表 11： 2016 年全球 晶圆代工公司排名 资料来源： IC Insights，恒大研究院 资料来源： IC Insights，恒大研究院 晶圆代工 领域 ， 全球前十大晶圆代工厂中 ， 中国占据两席 ， 中芯国际排名第四 、华虹排名第八，总共市场份额达到 7%； 美国 Global Foundries排名第二 ， 市场份额 11%。 台积电为纯晶圆代工领域绝对龙头，市场份额达到 59%。 除了销售收入的差距 ， 华虹最高水平制程只有 90nm，主要产品都是为电源管理 IC、射频器件芯片代工。中芯国际量产的 28nm制程 良率 尚未完全稳定， 而台积电 已经导入 10nm制程 为苹果 iPhone8的 A11处理器 、 华为 mate10的麒麟 970等手机芯片 代工，并且计划今年将量产 7nm制程。从“ 28nm-20nm-14nm-10nm-7nm”的工艺升级路径来看， 中芯国际与台积电的技术 工艺 水平差了三代 。 小结：中国是 全球最大的半导体与集成电路消费市场，但是 90%依赖进口， 自给比例仅 10%左右，每年的进口金额超过 2000 亿美元 。 中国在集成电路领域的资本与研发投入方面都与美国存在较大差距。细分领域来看，中国在半导体关键设备与材料方面最为欠缺 ； 在 IC 设计领域华为海思、紫光展讯等近年来进步较大，但差距 仍大 ；在制造领域 ，台积电实力 强大 ， 中芯国际 与国际最先进制程差了三代工艺水平。 1.2 软件与互联网服务 以功能分类，软件可以分为系统软件、支撑软件和应用软件 ，其中系统软件负责管理和 调度各种硬件资源和程序 ； 应用软件负责面向特定领域实现特定功能 ； 支撑软件位于两者之间，负责支持其他软件的编写与维护，如编程软件、数据库管理软件等。 目前的多数互联网服务，实际上也是应用软件 。 根据普华永道思略特发布的 “ 2017 全球创新企业 1000 强榜单”， 其中 软件与互联网服务公司 按照研发投入排名的创新十强榜单中，中国凭借 BAT 占据第 7、第 8 及第 10 名，前 五 名清一色为美国企业 亚马逊、谷歌、微软、甲骨文、 Facebook。 美国前三强软件与互联网服务公司亚马逊、谷歌、微软的研发支出均超过百亿美元，相比 BAT 中最高 的阿里巴巴也仅达到 25 亿美元。 恒大研究院研究报告 立足企业恒久发展 8 服务国家大局战略 图表 12： “ 2017全球创新企业 1000 强” 软件与互联网服务公司研发投入前十 图表 13： “ 2017全球创新企业 1000强” 软件公司研发投入前十 资料来源： 普华永道 思略特 ，恒大研究院 资料来源： 普华永道 思略特 ，恒大研究院 如果不包含互联网服务公司， 在软件领域创新十强榜单中除了德国的 SAP 外其余均为美国公司，中国公司无一上榜。 软件领域中国创新排名最靠前的是金山软件， 2017 年研发投入达 2.6 亿美元， 而 第一名的微软达到 119.9亿美元。 在系统软件领域 ， 当前 PC 操作 系统基本上被 Windows 垄断 ， Windows装机量接近整体市场的 88%， Windows与 Mac OS合计超过 97%； 手机 操作系统则被 IOS 与 Android 两家瓜分 ，两家合计超过 98%。 数据库系统 则是甲骨文独占鳌头 。 在这些基础软件与底层系统 领域 ，中国目前 仍是 空白。 图表 14： PC 端各类操作系统市场份额 图表 15： 手机端各类操作系统市场份额 资料来源： NetMarketShare，恒大研究院 资料来源： NetMarketShare，恒大研究院 操作系统开发是一件系统工程， Windows 7 开发大约有 23 个 小组超千人团队，需要代码量 5 千万行，缺乏顶层设计的研发注定缺乏效率 。中国当前的操作系统研发大多是基于 Linux 开源内核进行二次开发，如果以两弹一星模式、倾举国之力进行攻关，相信技术难题可解， 政用、军用的自主可控 需求也可以得到满足 ， 但短期商用的可能性微乎其微 ， 根本原因在于操作系统开发并不符合商业的投入产出比逻辑 。 Windows、 IOS、 Android 等底层操作系统相当于大厦地基，在此之上已经形成了 应用程序库与开发者社区相互影响、相互促进 、相互依赖 的成熟 生态 。如果 没有革命性的体验变革，从头开始研发相当于把大厦推倒重建，投入产出不成正比， 因此 商业公司 鲜有 涉足 ，而更适合大学与科研机构 作为 学术 课题 进行研发 。 云计算 实际上是对互联网上的计算 、 存储和网络三类资源 和应用 进行系统管理与调配 。 按照服务形式，云计算主要可以分为三类 基础设施即服务（ IaaS， Infrastructure-as-a-Service），平台即服务（ PaaS，8 7 . 8 8 %9 . 6 8 % 1 . 9 2 %0 . 5 4 %Wi n dow s Mac OS Lin ux 其他7 1 . 5 3 %2 6 . 7 1 %0 . 1 5 %0 . 1 0 % 1 . 5 1 %And roid iOS 诺基亚 ser ies 40 Win dows Pho ne 其他恒大研究院研究报告 立足企业恒久发展 9 服务国家大局战略 Platform-as-a-Service），软件即服务（ Software-as-a-Service）。 其中IaaS 和 PaaS 管理的是最 底层的硬件资源和基础应用 （如数据库），因此也 被视作下一代信息社会的基础设施 。 图表 16： 2017Q4 全球基础设施云服务市场份额 图表 17： 亚马逊 AWS与阿里云营收对比 资料来源： Synergy Research，恒大研究院 资料来源： 公司年报， 恒大研究院 ；注：阿里 云收入为每年二季度至次年一季度 根据美国市场研究机构 Synergy Research统计 ， 目前全球基础设施云服务（ IaaS+PaaS+托管私有云）市场中， 亚马逊 AWS 市场占有率接近35%，其余为微软 Azure、 IBM、谷歌，阿里云排名第五，全球市场份额不到 5%。 在 SaaS领域 ， 微软 收购 LinkedIn后超越 Salesforce成为第一，其余排名靠前的 Adobe、 Oracle、 SAP均是传统软件领域的领先企业 。 由于中国在传统软件领域的薄弱， 在 SaaS 领域 没有代表性的头部企业 出现 。 小结： 中国在软件领域相当薄弱 ， 尤其在系统软件和支撑软件领域，在互联网服务领域 BAT 尚能与亚马逊、谷歌、 Facebook 一较高下，但在研发投入方面远不及美国同行。在云计算 领域，阿里云发展很快，但目前的体量仅为亚马逊 AWS 的 1/10。 1.3 通信 通信是信息社会的 “神经网络”。 当前全球四大通信设备巨头华为、爱立信、诺基亚、中兴，中国占据其二 。 华为 2017 年销售额 925.5 亿美元，研发投入 137.9 亿美元， 大幅超越传统通信 设备 巨头爱立信与诺基亚 。 与美国无线通信巨头高通相比，华为的收入与研发投入体量同样领先。 在过去 十年内，华为在研发领域累计投入近 4000 亿人民币，目前拥有超过 7 万份专利（超过 90%是发明专利） 。 图表 18： 2017 年 全球四大通信 设备 巨头对比 图表 19： 2017年 华为与高通对比 资料来源： 普华永道，公司年报 ，恒大研究院 资料来源： 普华永道， 公司年报，恒大研究院 恒大研究院研究报告 立足企业恒久发展 10 服务国家大局战略 从代理交换机起家、 2004 年建立海思半导体进行集成电路的自主研发，华为通过 30年的积累成为全球通信设备第一，并在此基础上进入企业级核心路由器与移动终端市场。根据市场研究机构 IDC数据， 目前 2018第一季度华为的以太网交换机市场份额达到 8.1%、企业级路由器市场份额达到 25.1%，仅次于思科；在移动终端市场， 2016 年华为智能手机出货超过 1.3 亿部，仅次于苹果与三星。 在 下一代通信技术 5G 的标准制定上 ， 以华为为代表的 中国 企业 也 开始崭露头角 。 3GPP 定义了 5G 的三大应用场景 eMBB（ 3D/超高清视频等大流量移动宽带业务）、 mMTC（大规模物联网业务）、 URLLC（无人驾驶和工业自动化等 超高可靠超低时延通信 业务）。 在 2017年 11月美国 Reno举行的 3GPP RAN1#87 会议中， 华为主导的 Polar 码成为 eMBB 场景下控制信道编码最终方案，而高通主导的 LDPC 码成为数字信道编码方案 ，中美平分秋色 。 这也是 作为通信物理层技术的 信道编码标准制定以来第一次由中国公司推动，显示出中国在全球通信领域话语权的提高。 5G 芯片方面 ，今年 2 月华为在 2018 世界移动通信大会（ MWC） 上发布了 全球首款 3GPP标准的 5G商用基带芯片巴龙 5G01， 可以提供 2.3Gbps的传输速度，支持高低频、 也支持独立或非独立方式组网。 华为也成为首个具备“ 5G 芯片 -终端 -网络能力”的 5G 解决方案提供商。 在国家 5G 测试项目中 ， 华为在第二阶段领先爱立信 、 诺基亚贝尔等厂商率