| “十五五”超常规攻关：六大重点领域，哪些“卡脖子”难题待破？ |
| 行业动态 综合 产业动态 2025年11月05日 |
 | 文章来源：制造前沿公众号 文章版权：转载信息 作者： | 阅读量：62 | |
| 内容摘要：『制造前沿』公众号：本文将逐一剖析这六大战略性领域的中国发展现状、全球领先者格局，并深入研判我国在这些领域面临的主要“卡脖子”薄弱环节，以期为相关决策提供参考。
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10月28日发布的《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十五个五年规划的建议》，明确了“十五五”时期我国经济社会发展的指导方针和主要目标。
《建议》明确指出，需完善新型举国体制，采取超常规措施，在集成电路、工业母机、高端仪器、基础软件、先进材料、生物制造等重点领域，实现全链条推动和关键核心技术的决定性突破。
这段话虽然简短，但信息密度极高，清晰地指明了未来五年中国科技攻坚战的战略方向、组织方式和主攻战场。它是对当前国际科技竞争格局和中国自身发展需求的直接回应。
这一战略部署深刻反映了中国在当前及未来一段时期内，应对全球科技竞争、保障产业链供应链安全、实现高水平科技自立自强的紧迫性和决心。
『制造前沿』本文将逐一剖析这六大战略性领域的中国发展现状、全球领先者格局，并深入研判我国在这些领域面临的主要“卡脖子”薄弱环节，以期为相关决策提供参考。
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一、 集成电路：规模与瓶颈并存的追赶之路
集成电路被誉为“现代工业的粮食”，是信息技术产业的核心，既是中美科技博弈的核心战场，也是全球产业链重构的关键枢纽，其发展水平直接关系到国家安全和经济命脉。在政策端，国家大基金三期3440亿元注资将于2025年第四季度落地，其中60%投向设备、材料等“卡脖子”环节。
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中国发展现状
中国集成电路产业在规模上取得了显著增长。产量方面，2024年中国集成电路产量达到了约4514.2亿块，展现了庞大的市场需求和生产能力。截至 2023年底，中国在全球晶圆月产能中的份额为19.1%，落后韩国和中国台湾几个百分点。预计到2025年，中国的产能份额预计将达20.1%，与领先国家或地区大致持平，2026年则有望以22.3%的份额占据榜首。
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然而，这种增长存在明显的结构性失衡。中国的优势主要集中在成熟制程（28纳米及以上）。据预测，到2027年，中国大陆在全球成熟制程产能中的份额有望从2023年的31%扩张至39% 。但在代表技术前沿的先进制程（7纳米及以下）方面，中国大陆的产能份额在2023年仅为8% 。未来几年，由于受到 EUV 光刻机等半导体设备无法获取的限制，短期内扩张能力受限。这表明，中国虽是集成电路生产大国，但在技术尖端领域仍是追赶者。
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全球领先国家
全球集成电路产业格局高度集中，不同环节由不同国家和地区主导：
先进制程制造：中国台湾（台积电）和韩国（三星）处于绝对领先地位。2023年，台湾在全球先进制程产能中占据了高达68%的份额，韩国则占12% 。它们掌握着3纳米及以下最先进工艺节点的量产能力。
半导体设备：美国（应用材料、泛林集团、科磊）、荷兰（ASML）和日本（东京电子）垄断了全球市场。尤其在光刻机领域，荷兰ASML是全球唯一的EUV（极紫外）光刻机供应商 。
半导体材料：日本（信越化学、JSR）在光刻胶、硅片等关键材料领域拥有压倒性优势。美国在电子气体、抛光材料等方面也实力雄厚。
EDA（电子设计自动化）软件：美国（Synopsys、Cadence、Mentor Graphics）形成三巨头垄断格局，是芯片设计的“画笔”和“尺子”。
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主要“卡脖子”薄弱环节
中国的集成电路产业面临着全链条式的“卡脖子”困境，尤其在先进制程方面，瓶颈尤为突出：
光刻设备：这是最核心、最紧迫的瓶颈。用于7纳米及以下制程的EUV光刻机被荷兰ASML公司垄断，且受美国出口管制影响，中国大陆无法获得 。国产光刻机目前仅能满足90纳米及以上制程需求，虽然28纳米浸没式光刻机在研发中，但与世界顶尖水平存在代际差距 。
关键材料：高端光刻胶是另一大难题。例如，用于先进制程的ArF和EUV光刻胶，市场被日本JSR、信越化学等企业垄断，国产化率不足5% 。此外，在先进封装基板、高纯度电子特气、CMP抛光材料等方面，国产化率同样很低，严重依赖进口 。
核心EDA软件：芯片设计离不开EDA软件，而这一领域被美国三巨头绝对控制，是中国芯片设计产业的“命门”。
制造工艺与良率：即便拥有设备，先进的制造工艺（know-how）和确保高良率的工程能力也需要长时间的积累，这是台积电和三星的核心竞争力之一，也是中国大陆晶圆厂需要攻克的难关。
先进封装与测试设备：虽然中国在封测领域有一定基础，但在Chiplet（芯粒）等前沿封装技术所需的设备和材料上，以及在高端测试设备（如SoC测试机、存储器测试机）上，国产化率依然偏低 。
二、 工业母机：制造业的“心脏”亟待强健
工业母机，即数控机床，是制造机器的机器，其精度和稳定性决定了一个国家整体工业制造的水平。
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中国发展现状
工业母机的水平和质量直接决定了机器制造的精度、速度和质量，也影响了现代制造业的发展水平和方向。中国是全球最大的工业母机生产国和消费国，产业营收已连续十三年位居全球第一，产业规模庞大并成功构建了完整产业体系。
自工业和信息化部组织实施“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项以来，我国数控机床领域取得显著成效，突破了高速切削，多轴联动加工等多项关键核心技术。龙门五轴机床、8万吨模锻压力机等，一大批国之重器填补了国内空白，国产中高端数控系统市场占有率大幅提升，形成了在航空航天、电力装备、船舶、汽车等领域的高端制造能力。
然而，产业结构呈现“大而不强”的特征，在高档数控机床、增材制造装备、基础工艺装备等方面仍存在产业基础能力薄弱、供给与需求不匹配、产业生态建设不完善等问题。产品主要集中在低端和部分中端市场，高端市场严重依赖进口。这种“低端内战，中端争夺，高端失守”的局面长期存在 。
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全球领先国家
高端工业母机领域由德国和日本主导，它们在技术、品牌和市场份额上拥有绝对优势。
德国：以西门子（Siemens）、通快（Trumpf）、德玛吉森精机（DMG MORI）等为代表，其产品以高精度、高可靠性和领先的控制系统闻名于世。
日本：以发那科（FANUC）、山崎马扎克（Yamazaki Mazak）、大隈（Okuma）等为代表，在数控系统、伺服电机等核心零部件领域技术实力雄厚，并在精密加工领域独树一帜。
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主要“卡脖子”薄弱环节
中国工业母机的核心瓶颈在于基础不牢，关键核心零部件和技术受制于人：
三大核心零部件：
高档数控系统：作为机床的“大脑”，高端市场长期被德国西门子和日本发那科垄断。国产高端数控系统市场占有率不足30% 。
伺服电机与驱动系统：高性能伺服系统直接影响机床的加工精度和响应速度，国产伺服驱动电机市场占有率不足20% ，高端产品依赖进口。
精密传动部件：如高精度滚珠丝杠、导轨、高精度轴承等，是保证机床精度的关键。这些部件的技术和市场同样由日本、德国等国企业掌控 。
关键基础材料与工艺：制造高刚性、高稳定性机床所需的高品质铸件，以及主轴等关键部件的热处理工艺，国内水平与国际先进水平存在差距 。
设计与软件能力：整机设计能力、可靠性设计、精度保持性技术以及配套的工业软件（如CAM软件）是我们的短板。我们往往能模仿“形”，但难以掌握其“神”，即设计背后的理论和经验积累 。
高端人才短缺：缺乏顶尖的研发设计人才和能熟练操作、维护高端机床的高级技工 。
三、 高端仪器：科研与工业的“眼睛”依赖进口
高端科学仪器是科学研究和高技术产业发展的基石，是进行观测、测量、分析和控制的工具。
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中国发展现状
中国科学仪器行业企业数量众多，但规模普遍偏小，产品集中在中低端市场，同质化竞争严重 。在高端科学仪器领域，市场长期被外资品牌占据，国产化率极低。据美国化学会的数据，2018年全球科学仪器行业TOP 20，美国8家，欧洲7家，日本5家，没有一家中国企业。数据显示，我国每年进口近千亿美元仪器设备，仅次于石油和半导体。其中，90%的高端仪器被国外公司垄断。
例如，在价值超过千万元的冷冻电镜或核磁共振波谱仪等顶级设备中，国产化率几乎为零 。
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全球领先国家
高端仪器市场是一个技术壁垒极高的领域，由少数几家跨国巨头主导。
美国：拥有赛默飞世尔（Thermo Fisher Scientific）、丹纳赫（Danaher）、安捷伦（Agilent）、沃特世（Waters）等一批巨头，产品线覆盖生命科学、材料分析、环境监测等几乎所有领域，技术实力全球领先 。
德国：以布鲁克（Bruker）、蔡司（Zeiss）、徕卡（Leica）等为代表，在核磁共振、质谱、光学显微镜等领域技术精湛。
日本：拥有岛津（Shimadzu）、日本电子（JEOL）、日立高新（Hitachi High-Tech）等知名企业，在电子显微镜、色谱仪、光谱仪等领域具有强大竞争力 。
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主要“卡脖子”薄弱环节
中国在高端仪器领域的差距是全方位的，从核心部件到整机再到软件和生态，技术差距可能长达10-20年 。我国50万元以上的高端科学仪器中进口设备占比高达70.9%，尤其是在关键核心部件上未能实现自主可控，这已成为制约科技创新的重要瓶颈。
核心关键部件：这是最大的瓶颈。例如：
质谱仪的离子源、质量分析器和检测器。
核磁共振波谱仪的高场超导磁体、探头和射频单元 。
电子显微镜的电子枪、电磁透镜系统和高精度探测器 。
这些核心部件技术极其复杂，涉及精密物理、电子、真空、材料等多学科交叉，国内几乎为空白，完全依赖进口。
中国科学院电工所原副所长，微纳加工技术与智能电气设备研究部主任韩立指出，如果将整机仪器比作“搭积木”，那么核心关键部件就是其中最基础、最关键的“积木块”。他指出，尽管国家通过专项对整机研发给予了一定支持，但统计显示对关键部件研发的支持比例可能不足15%，与国际顶尖水平存在显著差距。他特别提到“十四五”相关专项中部件项目流标现象严重，部分项目甚至因技术挑战过高而无人承接，凸显出核心部件研发的严峻形势。调研发现，近30%的受调研企业存在关键技术空白，部分领域虽有产品，但在可靠性和性能上与国外存在差距，而一些关键耗材与芯片同样面临“卡脖子”风险。
系统集成与工程化能力：即使能够获得部分核心部件，如何将它们整合成一台性能稳定、指标先进的仪器，需要深厚的工程经验和系统设计能力，这也是我们的薄弱环节 。
软件与算法：高端仪器的灵魂在于其背后的控制软件、数据分析软件和算法。这些软件不仅决定了仪器的自动化水平和用户体验，更内嵌了数十年的科学应用知识和数据模型。国产仪器在这方面差距巨大 。
应用与生态：缺乏与顶尖科研用户的深度互动，难以形成“研发-应用-反馈-改进”的良性循环，导致国产仪器“不好用”、“不愿用”的困境。
四、 基础软件：数字世界的“地基”仍由他人构建
基础软件包括操作系统、数据库、中间件、编译器等，是信息系统的基石，其自主可控程度决定了国家的信息安全水平。
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中国发展现状
在国家信创（信息技术应用创新）政策的强力推动下，中国基础软件市场规模正以极高的复合增长率（预测高达47.94%）快速扩张 。涌现出了麒麟、统信（操作系统）、达梦、人大金仓（数据库）等一批国产厂商 。然而，从市场份额来看，国产基础软件仍然处于非常初级的阶段。
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全球领先国家
美国在基础软件领域处于绝对的、一家独大的垄断地位。
操作系统：微软的Windows、谷歌的Android、苹果的iOS/macOS占据了全球绝大部分市场。
数据库：甲骨文（Oracle）、微软（SQL Server）、IBM（DB2）等商业数据库在金融、电信等关键行业长期占据主导地位。
中间件：IBM、Oracle等公司产品是大型企业应用的首选。
工业软件：在CAD、CAE、EDA等领域，美国（如Autodesk, Ansys, Cadence）和欧洲（如Dassault Systèmes, Siemens）企业形成绝对垄断 。
据统计，美国在全球基础软件市场的收入占比超过80%，而中国仅占4%左右 。
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主要“卡脖子”薄弱环节
中国基础软件的瓶颈不仅在于技术本身，更在于难以逾越的生态壁垒。
生态系统缺失：这是最根本的瓶颈。一个成熟的基础软件需要海量的应用软件、硬件驱动、开发者社区和专业人才支持。国产操作系统（大多基于Linux内核二次开发）面临的最大挑战就是应用软件的匮乏和软硬件兼容性问题 。目前国产操作系统的市场占有率不足10% 。
核心技术掌握不深：尽管有国产产品，但在数据库的内核稳定性、性能优化，操作系统的内核调度、安全机制等方面，与国外主流产品仍存在差距。产品在性能、稳定性和成熟度上尚需市场长期检验 。
用户习惯与信任：在关键行业，用户长期使用国外成熟软件，已经形成固定的工作流程和信任度。替换成本高、风险大，导致国产软件难以进入核心业务系统。
工业软件短板：这是基础软件领域“卡脖子”最严重的环节之一。工业软件融合了工业知识和软件技术，其研发需要长期的工业实践积累。在高端CAD（计算机辅助设计）、CAE（计算机辅助工程）等领域，中美差距巨大 。
五、 先进材料：从“材料大国”到“材料强国”的跨越
先进材料是制造业和新兴产业的物质基础，是支撑高端装备和重大工程的“骨架”和“血液”。
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中国发展现状
中国在先进材料领域呈现出“亮点与短板并存”的局面。一方面，凭借强大的产业化能力，中国在部分领域已实现“并跑”甚至“领跑”。例如，在锂离子电池正极材料（特别是磷酸铁锂LFP）、负极材料（石墨）和稀土功能材料等方面，中国产能和市场份额全球领先 。在石墨烯等前沿领域，中国的专利数量也位居世界前列 。
另一方面，在许多附加值更高、技术难度更大的高性能关键战略材料方面，中国仍处于追赶阶段。
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全球领先国家
先进材料领域技术高度分散，不同材料由不同国家领先。
美国：在基础研究、前沿材料（如高温合金、高熵合金、先进复合材料）的研发和航空航天应用方面实力强大 。
日本：在碳纤维（东丽、帝人）、高端电池材料（高镍三元正极材料）、半导体材料、特种陶瓷等领域技术积累深厚，处于全球领先地位 。
德国：在高性能钢材、特种聚合物、精密陶瓷等领域拥有传统优势，以巴斯夫（BASF）、科思创（Covestro）等化工巨头为代表。
韩国：在高端电池材料、显示材料等领域与日本展开激烈竞争。
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主要“卡脖子”薄弱环节
高端产品性能差距：虽然产能巨大，但在产品的高端牌号上存在差距。例如，在锂电池正极材料领域，高性能的高镍三元正极材料前驱体、电池电解质功能添加剂等仍部分依赖进口，产品在能量密度、制造精度和一致性上与日韩先进水平存在差距 。
高性能纤维材料：以碳纤维为例，日本东丽等公司垄断了T800及以上级别的高性能碳纤维市场，这是航空航天、国防军工等领域的关键材料。中国虽能生产中低端碳纤维，但在高性能产品的稳定性、成本控制上差距明显。
半导体关键材料：如前所述，大尺寸硅片、高端光刻胶、电子特气等，是中国半导体产业的系统性短板。
高熵合金等前沿材料：虽然研究活跃，但在基础原材料供应、制备工艺和产业化应用方面，仍处于起步阶段，部分基础原料依赖进口 。
材料制备工艺与装备：先进材料的性能往往取决于精密的制备工艺和专有设备，这是我们的另一大短板。例如，生产高性能材料所需的超高纯冶炼、精密涂布、气相沉积等设备，也面临被“卡脖子”的风险。
六、 生物制造：潜力巨大的新兴赛道面临核心要素制约
生物制造利用生物体（如微生物、细胞）或生物分子（如酶）进行物质加工与合成，是生物经济的核心，在医药、化工、能源、食品等领域拥有广阔前景。
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中国发展现状
中国生物制造产业正进入高速发展期，根据易凯资本测算，2023年中国生物制造市场规模接近 4200 亿元，未来十年保持接近 17%高速增长，2033 年市场将达到近 2 万亿元。
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中国拥有全球最大的发酵产能（占全球70%以上）和完善的工业基础设施，在传统发酵产品和部分大宗生物基产品制造上具备显著优势 。在合成生物学等前沿技术研究方面，中国的论文和专利数量也名列前茅，展现出强大的发展潜力 。
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全球领先国家
美国：是全球生物技术和生物制造的创新策源地。在基础研究、生命科学工具、基因编辑（CRISPR）、细胞治疗、mRNA疫苗等颠覆性技术领域处于全球领先地位，拥有强大的创新生态和风险投资体系 。
欧盟（特别是德国、瑞士、丹麦）：拥有强大的制药和工业生物技术产业基础，在酶制剂、工业菌种、生物工艺等方面技术实力雄厚。
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主要“卡脖子”薄弱环节
尽管产业规模和潜力巨大，但中国生物制造的核心产业增加值占工业增加值的比重仅为2.4%，远低于美国的11%和欧洲的6.2% 。这反映出我国生物制造产业仍处于价值链的中低端，核心环节受制于人。
核心菌种/细胞株与知识产权：工业核心菌种和酶制剂是生物制造的“芯片”，但中国80%以上的酶制剂、高端乳酸菌剂等依赖进口 。在核心菌种专利方面，中国拥有量仅占全球的2%-4% ，缺乏自主知识产权的底层技术平台。
关键装备：高端生物反应器、大规模色谱分离纯化系统、高端检测分析仪器（如质谱仪）等关键装备和设备，目前主要由欧美发达国家供应，核心环节国产化率低，存在“卡脖子”风险 。
关键原料与耗材：高品质、性能稳定的细胞培养基、纯化填料、关键试剂和耗材等上游供应链，也高度依赖进口，不仅成本高昂，且供应链脆弱 。
从研发到产业化的转化能力：虽然基础研究成果丰硕，但如何高效地将实验室的菌种改造和发酵工艺，放大到工业化生产规模并保持高效率和低成本，即“菌株-工艺-工程”一体化设计能力，仍是我国生物制造产业需要提升的关键。
总结
综合分析六大领域，可以发现中国面临的“卡脖子”问题具有共性特征：
产业结构性失衡：在多数领域，中国凭借市场和成本优势占据了中低端环节的巨大份额，但在高附加值、高技术壁垒的核心环节和高端产品上，与世界先进水平存在显著差距。
基础能力薄弱：问题的根源往往不在于单一产品，而在于更深层次的基础科学、基础材料、基础工艺和基础软件。这些是支撑整个现代工业体系的“底盘”，其短板导致上层应用“头重脚轻根底浅”。
核心部件与设备依赖进口：无论是芯片制造的光刻机、工业母机的数控系统，还是高端仪器的探测器、生物制造的反应器，核心硬件的自主可控是实现产业安全的命脉。
生态系统建设滞后：软件的“应用生态”、仪器的“用户生态”、产业的“人才生态”等软实力，是比单一技术突破更难构建的长期挑战。
“十五五”规划建议将这六大领域列为攻关重点，正是抓住了问题的要害。中国在“十五五”期间将以前所未有的决心和力度，以新型举国体制为抓手，不仅要在单点技术上寻求突破，更要着眼于全产业链的系统性提升，加强基础研究投入，补齐核心部件、材料和软件的短板，培育健康的产业生态。未来，中国必须在这些关系国计民生的战略性领域取得决定性突破，为实现高水平科技自立自强，真正实现从“制造大国”向“制造强国”的转变。
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