芯片，中国制造业的痛。说到“卡脖子”，第一个想到的就是它。
2021年，中国有一半芯片依赖进口，金额超过4000亿美元——相当于去年德国的GDP增量。整体来看，中国芯片产业呈现中低端产能过剩，高端仍待突破的格局。
以汽车芯片为例，自给率尚不足5%。中国本土汽车芯片集中于车身电子之类的简单系统，而先进传感器、车载网络、三点系统、底盘电控、ADAS（高级辅助驾驶系统）、自动驾驶等关键芯片，几乎全部需要进口。
另一个芯片的国民级痛点，是CPU，也就是手机和计算机的处理器芯片，目前还没有本土企业实现结构性突破：手机CPU自给率仍然是0%；计算机CPU自给率也仅为1%-2%。
一旦高端芯片断供，中国的手机、电脑、汽车将失去竞争力。华为断芯，不得不将芯片备胎转正，自救手机业务，便是前车之鉴。
国务院为中国芯片产业定下2025年自给率70%的目标，目前取得的突破主要在设计、研发端，生产仍需依赖三星、台积电代工。
中国芯片突围战如同一次“长征”。设备禁售、技术封锁的当下，只能依靠一次次微小的突破，走向那个燎原的远方。
02. 光刻胶：日企占据70%以上市场份额
日本信越化学，曾因限制供应导致中国晶圆厂商原材料短缺 图源：wikimedia
光刻胶是一个技术壁垒高、市场高度集中的行业，核心技术掌握在少数国际大厂手中。单单日本JSR、东京应化、信越化学及富士胶片四家企业，占据了全球70%以上的市场份额，处于垄断地位。
原材料无国界，但原材料工厂有国界。2019年，日韩发生贸易纠纷，日本企业对韩国断供包括光刻胶在内的半导体材料，最终导致当年三星手机Note 10减产10%。
目前中国光刻胶实现从0到1的突破，2020年底，南大光电生产了中国第一支通过产品验证的光刻胶——ArF光刻胶。然而，高端光刻胶仍需依赖进口——EUV光刻胶95%的产量，掌握在日本手中。
如果日本断供高端光刻胶，将影响中芯国际、华宏、士兰微等中国芯片企业的高端产品产能，制约着下游的电子产品、新能源汽车等产业。
03. 光刻机：EUV被荷兰阿斯麦垄断
上海微电子图源：上海微电子官网
光刻机，雕刻高精密度芯片的刀，被誉为半导体桂冠上的明珠。中国芯片产业卡脖子的关键之一，是上游的光刻机设备被掣肘。
如今全球光刻机市场呈现荷兰阿斯麦和日本尼康、佳能三分天下的格局，其中阿斯麦独占高端制程的EUV光刻机市场。
“就算给图纸，也造不出光刻机。”——阿斯麦高管
“就算举全国之力发展半导体制造，也很难取得成功。”——台积电创始人张忠谋
当中国走上自研光刻机的道路时，不止一次被泼凉水。的确，一台先进制程的EUV（极紫外）光刻机涵盖10万个零件，涉及790家供应商，其中大量核心技术来源于美国。光刻机组件及配套设备产业链由顶尖企业相互配合组件，包括光源、镜头、激光器、工作台等在内的组件技术往往只被全球少数几家公司掌握。
这些先天因素，加上后天元器件、技术封锁，决定了后发者中国制造光刻机的难度。
目前中国光刻机的突围种子之一，是上海微电子。有了前面ArF光刻胶的国产替代，上海微电子已经触及ArF工艺，能稳定出货90nm及以下制程低端光刻机。
中国突围的力量，让远在欧洲大陆的阿斯麦感到了压力和焦虑。
“出口管制将加快中国自主研发，15年时间里他们将做出所有的东西”“中国完全自主掌控供应链之后，欧洲供应商将彻底失去市场”。去年4月，阿斯麦CEO Peter Wennink面对媒体说。
通信、金融
04. 数据库：Oracle、IBM占据先机
数据库概念图 图源：unsplash
未来每两年，全球产生的数据量将是之前所有数据的2倍。要在浩瀚数据中检索，需要有数据库支撑。
先来看一个例子：
PubMed是全球生物医药科研人员使用的免费论文引文数据库平台，由美国国家生物技术信息中心开发管理。中国既是PubMed最大的原始数据的提供方，又是最大的数据购买方。
然而2020年4月，中美贸易摩擦期间，中国数家基础研究机构发现，PubMed无法正常使用了。这个案例反映出，如果中国无法研发国产数据库，很可能会陷入到受制于人的境地。
1990年前后，美国数据库企业IBM、Oracle涌入中国，垄断了中国在金融、通信领域的数据库市场。尽管国内BATH等互联网企业进入了这片市场，外资数据库厂商的市场份额下降至52.6%，但仍有隐忧。
去年3月，邮储银行发布数据库采购公告，交易方只有一位——Oracle。这是因为邮储银行多个核心生产系统使用Oracle数据库进行数据存储和处理，只有向Oracle采购，才能保证系统正常运作。最终，邮储银行不得不向Oracle支付了1.45亿元换回4年使用服务。
如今，银行、通信企业的很多数据仍存储在外企的数据库中，仍无法摆脱对这些企业产品的完全切割。
一旦国外企业新型数据库产品退出中国市场，大量数据很可能面临着迁移过程中的丢失、损坏。
科研
05. 透射电镜：一根灯丝卖出上万美元
透射电镜 图源：unsplash
透射电子显微镜是利用高能电子束，充当照明光源而进行放大成像的大型显微分析设备。相比于光学显微镜，透射电子显微镜可以看到看清小于0.2um的细微结构。
目前中国还无法生产高精度的透射电子显微镜，上游的灯丝也是被卡脖子的领域——灯丝全部依赖进口，一根卖出上万美元的高价。
世界上生产透射电镜的厂商只有3家，分别是日本电子、日立、美国FEI。
对于国外厂商的依赖，可能会限制中国原子分子级别的微观结构的研究进度。在透射电镜已经成为半导体工艺标配的今天，这也将严重影响中国制造关键材料的更新与创新。
仪器仪表只占工业总产值的4%，但它对国民经济的影响超过60%。这是个技术壁垒高、研发周期长的行业。2011年之后，国家设立专项基金扶持国产透射电镜研发。我们仍需等待中国透射电镜的新突破。
智能制造
06. 旋转编码器：德国企业垄断中国市场20年
伺服电机，工业机器人的心脏。高精度编码器是伺服电机的核心技术之一，尤其是尤其工业机器人上用的旋转编码器，目前国内严重依赖进口。
千禧年后，德国企业海德汉开始布局中国市场，并在20年间，垄断了中国市场的旋转编码器。
如果没有这套硬件，中国的工业机器人无法完成高精度的任务，也意味着在高端制造领域的遗憾。
07. 核心工业软件：落后20年
操作系统概念图 图源：pixabay
工业软件，工业制造的大脑和神经，也是中国制造业的软肋。中国核心工业软件产业发展落后发达国家约20年，80%市场被外企垄断。
2020年，中美贸易摩擦期间，美国企业MathWorks封锁了包括哈工大在内的部分中国用户对工业软件MATLAB的使用。
哈工大学生们自发组织写代码，希望完成对MATLAB的替代。实现这个软件的基础功能并不难，难的是他们无法形成MATLAB多年版本更迭后累积的经验。
先发优势，让外企凭借技术优势、产品成熟度垄断了大多数国内头部企业。国内工业软件在产品完整性、集成度上难以与国外企业竞争。
国内自主研发的工业软件产品大多集中于产业链中低端领域，同类产品竞争激烈，但在高端制造场景，中国工业软件的身影缺位了。
比如以汽车制造、航空航天为代表高端制造业软件，基本被法国达索、德国西门子、美国PTC垄断。
如今，中国制造业往智能制造转型，工业软件还承担者连接数字经济和实体经济的枢纽作用，中国不能在工业软件领域被卡脖子。
中国工业软件突围，需要打破如今发展过程中“小、散、差”的现状，也需要拓宽制造应用场景和生态。
按注册资本排名前十家工业软件专精特新企业数据来源：企查查
08. 触觉传感器：95%依赖进口
中国近几年机器人技术发展迅猛，工业机器人三大核心零部件——控制器、伺服电机、减速器，几乎都有了国产替代。
然而，机器人的另一项先进技术，也是代表着未来和真正实现智能的技术，却还处于空白状态，这就是触觉传感器。
触觉传感器是一项号称“比芯片还难”的技术，不仅可以用于机器人，还有如汽车传感器、光纤传感器、环境监测传感器等，中国目前95%依赖进口。
中国本土制造商的产品主要集中在气体和温度传感器，在机器人触觉传感器上，由于对精度和稳定性有严苛要求，因此本土厂商最多只能做到单点触觉反馈，在多维传感器上，还没有本土厂商能达到要求。
新能源
09. 燃料电池关键材料：8个卡脖子领域
宝马氢燃料电池 图源：宝马官网
氢——人类的终极绿色能源。氢能是中国3060新国运的关键。
这其中，氢燃料电池以巡航里程长、加氢时间短、载重量大、环境适应性好等优点，被视作是对目前主流锂电池应用市场的补充。
在氢能装备中，中国有八项卡脖子的技术，分别是氢燃料电池中的催化剂、扩散层、质子交换膜、膜电极、双极板、电堆以及上车之后的系统中的空气压缩机、氢循环泵。
以催化剂为例，日本的田中贵金属工业株式会社、英国老牌企业Johnson Matthey、比利时的Umicore、美国企业3M主导了市场。
中国正在加速追赶，但在中国实现第二代催化剂层量产的时候，美国早已瞄准了第三代生产工艺。如果美国发起对中国氢能产业链的封锁，不仅会影响中国双碳的推动步伐，中国的氢能汽车也会陷入发展瓶颈。
医疗
10. 医学影像设备元器件：80%市场被外企掌控
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