“顯微鏡”下的事業!卡住我國科研儀器脖子的還是芯片

科研服務行業是高端技術發展的基石，同時又具備極高的技術壁壘。其中，科實驗儀器是現代科技、國家安全和工業研發的基石，其高端化水平代表了整個國家的創新能力和科學技術發展水平。
長期以來，中國產業創新與先進制造崛起面臨著缺少國產高端分析儀器的“卡脖子”難題。
根據《2022年中國科學儀器行業全景圖譜》，科學儀器已經成為我國第三大進口產品，僅次于石油和電子元器件，進口依賴較為嚴重。因此，行業自主可控勢在必行，國產替代空間廣闊。
大型科研儀器進口率高，國產替代勢在必行
2022年9月28日，央行宣布設立設備更新改造專項再貸款，額度2000億元以上，支持金融機構以不高于3.2%的利率向10個領域的設備更新改造提供貸款，加 上此前中央財政貼息2.5個百分點，2022年第四季度內更新改造設備的貸款主體實際貸款成本不高于0.7%。 在教育領域，政策重點支持職業院校、高等學校教學科研、實驗實訓等重大設備購置與更新改造。設備要求為教學、科研、實驗、實訓等重大設備購置。院校 要整合打包購置需求，一所院校原則上只能申請一個貸款項目，貸款金額不低于2000萬元。
我國大型科研儀器普遍依賴進口，其中分析儀器進口率達到83.67%。目前我國儀器行業自研 能力較為薄弱，科學儀器進口比例較高。根據重大科研基礎設施和大型科研儀器國家網絡管理 平臺數據，2016-2019年我國多類大型科研儀器進口率超過50%，其中分析儀器最高達 83.67%，醫學科研儀器和激光器等關鍵儀器進口率也達75%以上。我國科研機構的高端科研儀器以進口為主。根據第一財經采訪數據，中科院下屬研究所2016- 2019年間采購的200萬以上的科學儀器中，質譜儀、X射線類儀器、光譜色譜儀、光學顯微鏡 等國產設備比例不足1.5%，光學顯微鏡國產采購率為0。且國產科學儀器多以中低端為主（大 多不超過200萬元），高端儀器份額幾乎完全被海外公司占據。
國家重大科研儀器研制項目主要資助對促進科學發展、探索自然規律和開拓研究領域具有重要作用的原創性科研儀器與核心部件的研制，有利于國產科研儀 器競爭力的增強。
國家重大科研儀器研制項目含部門推薦和自由申報兩類，其中自由申報指申請人通過依托單位自行申報，直接費用預算小于1000萬元/項（2022年年度指 南）；部門推薦應經教育部、中國科學院、自然資源部、工信部等部門推薦申請。直接費用預算大于或等于1000萬元/項。 近十年來，國家重大科研儀器研制項目每年共支出7-10億元人民幣，投入60-90個項目，其中絕大多數為自由申報項目。平均經費來看，2015年以來，自由 申報項目和部門推薦項目平均經費均呈上升趨勢，自由申報項目平均可獲得600-800萬元經費支持，部門推薦經費項目平均金額多在6000-8000萬元。參考 當前國內科學儀器企業凈利潤多在幾千萬元級別，國家研究經費對企業具備一定的支持作用。
科學儀器三大核心設備
科研儀器設備是典型的高附加值、技術密集型產業。細分市場種類主要包括光譜儀、色譜儀、質譜儀、表面分析儀、材料測試儀、生命科學儀器、實驗室設備等。
其中，光譜儀、質譜儀、色譜儀為實驗分析儀器重要分支。
根據儀器信息網產業研究團隊發布的《高校科學儀器采購市場需求分析（2022版）》，從采購金額上看，2022年1-7月三大類儀器高校采購中，光譜、色譜、質譜國產化率分別達22%、12%、5%。
從采購臺次看，光譜類設備進口海外品牌臺次已低于30%，國產品牌達56%。質譜儀器進口品牌臺次仍高，達73%。國產光譜、色譜、質譜采購臺次較采購金額均高，以此推測國產品牌采購價格顯著較進口偏低。
光譜儀
光譜儀是利用光的色散、吸收、散射等現象得到與被分析物質有關的光譜，從而對物質成分、結構進行分析、測量的物理光學儀器。
光譜儀產業鏈上游行業為光譜儀零部件，包括電子元器件和光學元器件，以X射線熒光光譜儀為例，其核心部件主要包括X射線探測器、脈沖幅度分析器、高壓發生器、X光管、分光系統等。
下游為應用領域，包括科研院所、鋼鐵、礦業、環境檢測、電子電器、石油化工等領域，其中分子光譜儀的下游中生物制藥領域占比較高，而原子光譜儀的下游中工業、環境與食品安全行業占比更高。
根據2022年1-6月份中國政府采購網可統計到的光譜儀采購信息，光譜儀中標數量為410套，中標金額約1.69億，其中國產光譜儀中標數量為233套，平均單價為17.12萬元，進口光譜儀中標數量為180套，平均中標單價為70.71萬元。
從數量來看，國產光譜儀占比已超50%，但主要集中在低價光譜儀區域；從金額來看，2022H1進口光譜儀約占我國光譜儀市場的75%，且品牌所屬地也集中在英、美、德、日四個國家，證明在高單價光譜儀領域我國進口依賴度高。
光譜儀向小型化、便攜化趨勢發展，中國光譜儀的增量市場增大，正在朝著實現國產替代邁進。
質譜儀：百億藍海國產替代可期
質譜儀是高端分析儀器，行業技術壁壘高筑，高端質譜儀存在卡脖子問題。
質譜儀行業集中度高，目前全球質譜儀市場主要被歐美日本等發達國家占據，國外企業掌握質譜儀最核心的技術。
全球市占率排名靠前的廠商主要是SCIEX（丹納赫旗下品牌）、安捷倫、賽默飛等，而國內質譜儀對外依賴度大，80%左右仍來自于進口，競爭格局與全球類似。
國產質譜儀與國外主要差距在于整機可靠性、核心元器件精密制造技術和用戶體驗。
在海關統計中，質譜類產品主要有質譜聯用儀和其他質譜儀兩類。2021年中國質譜儀進口金額為16.15億美元，出口金額為1.20億美元，按照質譜儀均價15萬美元（100萬人民幣左右計算），對應10000臺進口質譜儀可供國產替代，發展潛力巨大。
色譜儀
色譜儀是一種分離分析儀器，具有穩定、靈敏、多用、自動化等特點，主要應用在化學工業、醫藥板塊、食品工業、法醫學、分子生物學研究等。
色譜儀按照依據的色譜法可以分為液相色譜儀與氣相色譜儀等。從區域分布來看，全球色譜儀市場規模主要分布在北美、歐洲、中國、日本四地，其中北美市場占比31%，歐洲市場占比26%，中國市場占比16%，日本市場占比10%。
儀器設備是智能時代的核心
儀器設備是個核心，我們半導體的芯片和零部件，都需要依賴儀器設備來制造。半導體的芯片、核心元部件都要依賴于儀器設備來制造，所以儀器設備的水平，決定了半導體芯片和核心元部件的水平。同時，由儀器設備生產而來的半導體的芯片和核心部件，又用于儀器設備中，反向決定了儀器設備的水平，決定其在人工智能、物聯網方面做出應用。所以，儀器設備是核心。
現在國產很多設備領域有著喜人的進展。不少本土企業產品已經能夠用于28nm產線，部分產品，如中微公司的CCP刻蝕機甚至已經進入了臺積電最先進的5nm邏輯芯片產線。其它領域也取得了可觀的成績，光刻、蝕刻、量測、等離子注入的設備等設備，在2020年國產化率已經占到7%。另外，中國的硅片生產設備，晶圓制造設備的能力也在提升。比如，晶盛機電的單晶生長爐、雙面研磨機；華海清科的12寸CMP大規模被應用，已經出貨上百臺，在28納米以上制程已經使用，同時14納米制程也在認證中。盛美半導體，自主研發兆聲波技術，在單片清洗領域接近國際水平。在晶圓制造設備上，北方華創的刻蝕、薄膜沉積設備、清洗設備都獲得大量訂單。中微公司12英寸高端刻蝕設備已在邏輯和存儲芯片端已被5納米制程和128層邏輯芯片批量采購。
所有的儀器設備的制造原理都包含了光、聲、熱、電、磁、機械，把這些所有部件組合到生一個系統里，就會使得這個系統具有強大的功能。光學儀器里包括成像儀器、光譜儀器、智能儀器。專用儀器設備，包括工業儀器、醫療儀器、地質儀器、科學儀器、氣象儀器、天文儀器。特別要指出的是，現在，國產光譜分析儀已經占很大的市場，在空間遙感、激光通信、光電對抗、化學分析、激光醫療等。這些儀器里面的核心部件就是芯片。這些芯片也需要依賴于集成電路的設備，與設備密切相關。
另外，當下熱門的智慧城市的建設，也要通過儀器設備來實現。智慧城市實際就是互聯網+物聯網+模型和控制。分為感知+互聯+分析+反應四個層面，智慧城市的五大應用是城市綜合管理、交通物流貿易、能源環境安全、醫療文化教育、城市社區安居。要傳感器全面透徹的實時感知，以及寬帶泛在的互通互聯實現數據傳輸，并實現智慧融合的判斷分析，再加上處理模型實現及時快捷的行動反應等，這些核心也還是芯片。
總而言之，我們的社會生產、生命健康，以及科學前沿，都需要儀器設備。核心元部件，非常重要。提高設備水平，就是看核心元部件。核心元部件，也是包括了原理、材料、設計，與工藝，是全鏈條的。儀器設備是核心，有了好的儀器設備，我們才能好的半導體芯片，做了半導體芯片，儀器設備的功能增強，發展新的儀器設備，功能創新，功能增強。