专利 半导体厂商必争之地「半导体工艺厂商」

在半导体这个资本密集型、技术密集型的产业中，随着半导体企业的增多，专利的分量也在与日俱增，对专利的保护意识也明显加强。现在，一颗芯片往往由数十亿甚至上百亿个晶体管组成，每个晶体管或者组件都可以申请专利。而半导体领域的芯片巨头们无疑是坐拥专利池的佼佼者，过往在专利上的积累，正让他们收获新的营收来源，华为就是一个很好的例子。

半导体专利的发展演变

在过去的60年历史长河中，半导体行业逐渐形成了现在集成设备制造商（IDM）、无晶圆厂（Fabless）、代工厂（Foundry）的成熟产业模式。在这一演变过程中，半导体专利也发生了重大的变化[1]。

在1960年至1970年的早期阶段，集成电路的设计是一项艰巨的任务，彼时EDA工具尚没有，工程师必须手动创建电路和布局，所以这期间半导体行业以IDM模式为主，这些制造商的专利涉及各个方面。早期的IDM代表者如德州仪器和英特尔等，积累了广泛的专利，包括从设计到制造，甚至还有逻辑和存储产品，下图1是德州仪器的4MB CMOS DRAM。虽然现在德州仪器已不再生产任何存储产品或逻辑处理器，但他们过往所积累的庞大的专利也在为其带来可观的收入。

图1：德州仪器早期的DRAM(1989-1990)

到1980年左右，EDA工具开始兴起，导致了集成电路的设计标准化，这些标准化也逐渐使芯片设计和制造分离，更多的玩家进入，Fabless和Foundry开始出现。

Fabless厂商主要专注于设计自己的产品，像高通和华为，他们在通信领域申请了大量的专利。在5G、WiFi 6、音视频编解码、光传输、光智能等领域华为已经形成了高价值的专利包。华为在2022年6月表示，截至2021年年底，华为在全球累计申请的专利数量超过了20万件，累计授权量超过11万件，PCT超过6万件。据证券时报的报道，并且华为在中国的专利申请量还在持续上升，2020年华为专利申请突破了1万件，2021年为12000件。而且近两年来，华为持续向芯片先进工艺技术研究，譬如3D芯片堆叠专利和EUV光刻机的专利等等，虽然面临着出口许可的难题，但继续进行专利研究也是华为保持竞争力的一种方式。

图2：华为芯片堆叠专利（图源：华为）

图3：华为反射镜、光刻装置及其控制方法专利（图源：国家知识产权局）

提到高通的专利，最为印象深刻的是，2017-2019年苹果和高通围绕在手机基带芯片上的专利战，跌宕起伏，几乎可以写出一整本的编年史来，虽然最终两家握手言和，但苹果却因此与高通签订了长达六年的专利许可协议，苹果依然需要向高通继续支付高昂的专利费。此后，虽然苹果也在积极研发基带芯片，但是似乎不太乐观，今年7月份，据知名苹果分析师郭明錤爆料称，苹果5G基带芯片的研发可能已经失败。这也意味着高通将继续吃到苹果在基带芯片上的红利。

而晶圆代工厂在工艺节点的演进过程中，也面对着不同的在制造方面上的挑战，比如缺陷密度、蚀刻选择性和高纵横比结构的填充。台积电是晶圆代工领域的龙头，据台湾“中央社”报道，截至2022年5月，台积电全球专利申请总数超过7.5万件，获准超过5.2万件，在全球前20大半导体制造厂中，台积电在专利强度位居第一，专利数量则居第二，仅次于三星。

外包半导体（产品）封装和测试（OSAT）模式诞生于20世纪90年代末，OSAT厂商主要集中在亚洲，他们在测试、封装等领域也积累了大量的专利。值得一提的是，封测是我国半导体产业链中较为成熟的领域，据智慧芽的数据统计，长电科技以超过3000件有效专利的数量居于我国封测领域的榜首。

图4：中国大陆半导体OSAT厂商的专利统计（图源：智慧芽）

软件现在在芯片的发展中作用越来越凸显，软件被业内人士称之为是芯片这一硬件的“灵魂”，包括半导体制造软件、EDA工具软件等等，软件也可以获得专利保护。

总之，现在包括IDM、代工厂、无晶圆厂和软件公司等都在各自的领域申请专利。随着更多的跨界厂商（如谷歌、亚马逊这样的云厂商）加入自研芯片阵列，来自不同群体的专利组合将会更加丰富，专利与专利的碰撞结合也会产生新的技术。

芯片巨头庞大的专利池，正在转化为新的收入来源

专利作为知识产权的重要载体，不仅反映了企业的创新能力和核心竞争力，专利的授权也是企业不斐的一笔收入。虽说专利制度的本质是激励创新，但专利授权收费可以说是一个互利互惠的事情，对于中小企业而言，通过专利授权可使得半导体公司能够专注于他们的核心优势，省去重复造轮子的过程。

接下来，我们将以英特尔和华为两家在专利上的授权为例进行分析。

作为全球半导体行业的老大，英特尔在专利方面也有着举足轻重的地位。据insights.greyb的统计，英特尔在全球共有21万多项专利，英特尔官网显示，目前英特尔在全球拥有大约70,000项专利资产（有效专利）。下图是英特尔自2000年开始至2021年的专利申请情况，过去两年英特尔专利申请量的下降并不意味着专利申请量减少，因为一项专利申请最多可能需要 18 个月才能公布[3]。

图5：英特尔每年申请专利数量一览（图源：insights.greyb）

全球顶级的半导体企业包括IBM、三星、高通、英飞凌、台积电、美光、苹果、AMD等都在使用英特尔专利来推进他们的研究。

图6：引用英特尔专利组合的公司（图源：insights.greyb）

除了授权专利之外，专利转让也是企业获取营收的一个途径。过去几年，英特尔一直是苹果收购专利的重要来源。2019年，英特尔宣布退出基带芯片的研究，并将其在该领域的团队、相关技术专利和研发设备打包以10亿美元的价格卖给了苹果。这一趋势在2020年也延续了下来，苹果在2020年获得了约4600项专利，其中3650项来自英特尔。2022年8月，英特尔又将近5000项专利转让给IPValue Management Group集团内一家新成立的公司。这些专利涵盖广泛的领域，如“微处理器、逻辑设备、计算系统、内存以及存储、连接和通信、封装、半导体架构和设计以及半导体制造。”

2019年至2021年间，华为通过专利许可获得了13亿美元的收入，每年大约4亿美元的营收相较于年收入高达6000多亿元人民币的华为来说，仅占全年营收的1%。华为表示，专利收费不是为了收费而收费，当然专利费也不能要的太低，要的低了就遏制了整个社会的创新，没人愿意再投入研发，会形成事实垄断。他还警告公司要做好“持久战”的准备，使专利许可成为一种普遍现象[2]。

2021年3月，华为正式宣布收取5G专利许可使用费，按照适用于5G手机售价的合理百分比费率，单台手机许可费不超过2.5美元。作为最早研发5G的公司之一，华为可以说是收费最晚，也收费最低的厂商了。

来到2022年，华为表示，已与智能手机、汽车和电信等行业的公司签署了20多项新的专利许可协议或扩展协议。

其中在智能手机领域，过去5年，已有超过20亿部智能手机获得了华为4G/5G专利许可。诺基亚自2017年就开始向华为预订专利许可，2022年12月23日，华为周五宣布与诺基亚续签专利许可协议，最新的延期反映了华为的实力。12月初，华为与OPPO还宣布签署全球专利交叉许可协议，涵盖蜂窝通信标准基础专利，包括5G标准。华为和三星集团就各自的标准必要专利包签署了类似协议。

在汽车领域，目前每年约有800万辆获得了华为4G/5G专利许可的智能汽车交付给消费者。今年以来，华为与大约15家汽车制造商达成协议，包括梅赛德斯-奔驰、奥迪、保时捷和宝马在内的几家汽车制造商都在寻求在其车辆中添加更多通信技术，华为授权给汽车制造商的专利主要涉及4G等通信技术，但交易条款各不相同。

此外，专利战在半导体行业是一个司空见惯的现象，几乎同行业甚至上下游之间都有大大小小的专利战，其实专利战的背后归根结底无外乎两种目的，一是专利费收取的问题，二是限制竞争对手的发展。

结语

专利费的收取只是专利所带来的最微小的益处，专利更深远的意义是，为企业本身构筑一道高高的专利墙，减少竞争对手在市场中的份额，并限制新竞争对手的进入。如今，专利已经不仅是厂商自身争夺市场的利器，更是全球科技产业的竞争关键。谁能率先申请专利，谁就拥有更多的话语权和主动权。在当下全球各国自主可控的发展态势下，专利将是国与国、企业与企业之间无形的较量。