“显微镜”下的事业!卡住我国科研仪器脖子的还是芯片

科研服务行业是高端技术发展的基石，同时又具备极高的技术壁垒。其中，科实验仪器是现代科技、国家安全和工业研发的基石，其高端化水平代表了整个国家的创新能力和科学技术发展水平。
长期以来，中国产业创新与先进制造崛起面临着缺少国产高端分析仪器的“卡脖子”难题。
根据《2022年中国科学仪器行业全景图谱》，科学仪器已经成为我国第三大进口产品，仅次于石油和电子元器件，进口依赖较为严重。因此，行业自主可控势在必行，国产替代空间广阔。
大型科研仪器进口率高，国产替代势在必行
2022年9月28日，央行宣布设立设备更新改造专项再贷款，额度2000亿元以上，支持金融机构以不高于3.2%的利率向10个领域的设备更新改造提供贷款，加 上此前中央财政贴息2.5个百分点，2022年第四季度内更新改造设备的贷款主体实际贷款成本不高于0.7%。 在教育领域，政策重点支持职业院校、高等学校教学科研、实验实训等重大设备购置与更新改造。设备要求为教学、科研、实验、实训等重大设备购置。院校 要整合打包购置需求，一所院校原则上只能申请一个贷款项目，贷款金额不低于2000万元。
我国大型科研仪器普遍依赖进口，其中分析仪器进口率达到83.67%。目前我国仪器行业自研 能力较为薄弱，科学仪器进口比例较高。根据重大科研基础设施和大型科研仪器国家网络管理 平台数据，2016-2019年我国多类大型科研仪器进口率超过50%，其中分析仪器最高达 83.67%，医学科研仪器和激光器等关键仪器进口率也达75%以上。我国科研机构的高端科研仪器以进口为主。根据第一财经采访数据，中科院下属研究所2016- 2019年间采购的200万以上的科学仪器中，质谱仪、X射线类仪器、光谱色谱仪、光学显微镜 等国产设备比例不足1.5%，光学显微镜国产采购率为0。且国产科学仪器多以中低端为主（大 多不超过200万元），高端仪器份额几乎完全被海外公司占据。
国家重大科研仪器研制项目主要资助对促进科学发展、探索自然规律和开拓研究领域具有重要作用的原创性科研仪器与核心部件的研制，有利于国产科研仪 器竞争力的增强。
国家重大科研仪器研制项目含部门推荐和自由申报两类，其中自由申报指申请人通过依托单位自行申报，直接费用预算小于1000万元/项（2022年年度指 南）；部门推荐应经教育部、中国科学院、自然资源部、工信部等部门推荐申请。直接费用预算大于或等于1000万元/项。 近十年来，国家重大科研仪器研制项目每年共支出7-10亿元人民币，投入60-90个项目，其中绝大多数为自由申报项目。平均经费来看，2015年以来，自由 申报项目和部门推荐项目平均经费均呈上升趋势，自由申报项目平均可获得600-800万元经费支持，部门推荐经费项目平均金额多在6000-8000万元。参考 当前国内科学仪器企业净利润多在几千万元级别，国家研究经费对企业具备一定的支持作用。
科学仪器三大核心设备
科研仪器设备是典型的高附加值、技术密集型产业。细分市场种类主要包括光谱仪、色谱仪、质谱仪、表面分析仪、材料测试仪、生命科学仪器、实验室设备等。
其中，光谱仪、质谱仪、色谱仪为实验分析仪器重要分支。
根据仪器信息网产业研究团队发布的《高校科学仪器采购市场需求分析（2022版）》，从采购金额上看，2022年1-7月三大类仪器高校采购中，光谱、色谱、质谱国产化率分别达22%、12%、5%。
从采购台次看，光谱类设备进口海外品牌台次已低于30%，国产品牌达56%。质谱仪器进口品牌台次仍高，达73%。国产光谱、色谱、质谱采购台次较采购金额均高，以此推测国产品牌采购价格显著较进口偏低。
光谱仪
光谱仪是利用光的色散、吸收、散射等现象得到与被分析物质有关的光谱，从而对物质成分、结构进行分析、测量的物理光学仪器。
光谱仪产业链上游行业为光谱仪零部件，包括电子元器件和光学元器件，以X射线荧光光谱仪为例，其核心部件主要包括X射线探测器、脉冲幅度分析器、高压发生器、X光管、分光系统等。
下游为应用领域，包括科研院所、钢铁、矿业、环境检测、电子电器、石油化工等领域，其中分子光谱仪的下游中生物制药领域占比较高，而原子光谱仪的下游中工业、环境与食品安全行业占比更高。
根据2022年1-6月份中国政府采购网可统计到的光谱仪采购信息，光谱仪中标数量为410套，中标金额约1.69亿，其中国产光谱仪中标数量为233套，平均单价为17.12万元，进口光谱仪中标数量为180套，平均中标单价为70.71万元。
从数量来看，国产光谱仪占比已超50%，但主要集中在低价光谱仪区域；从金额来看，2022H1进口光谱仪约占我国光谱仪市场的75%，且品牌所属地也集中在英、美、德、日四个国家，证明在高单价光谱仪领域我国进口依赖度高。
光谱仪向小型化、便携化趋势发展，中国光谱仪的增量市场增大，正在朝着实现国产替代迈进。
质谱仪：百亿蓝海国产替代可期
质谱仪是高端分析仪器，行业技术壁垒高筑，高端质谱仪存在卡脖子问题。
质谱仪行业集中度高，目前全球质谱仪市场主要被欧美日本等发达国家占据，国外企业掌握质谱仪最核心的技术。
全球市占率排名靠前的厂商主要是SCIEX（丹纳赫旗下品牌）、安捷伦、赛默飞等，而国内质谱仪对外依赖度大，80%左右仍来自于进口，竞争格局与全球类似。
国产质谱仪与国外主要差距在于整机可靠性、核心元器件精密制造技术和用户体验。
在海关统计中，质谱类产品主要有质谱联用仪和其他质谱仪两类。2021年中国质谱仪进口金额为16.15亿美元，出口金额为1.20亿美元，按照质谱仪均价15万美元（100万人民币左右计算），对应10000台进口质谱仪可供国产替代，发展潜力巨大。
色谱仪
色谱仪是一种分离分析仪器，具有稳定、灵敏、多用、自动化等特点，主要应用在化学工业、医药板块、食品工业、法医学、分子生物学研究等。
色谱仪按照依据的色谱法可以分为液相色谱仪与气相色谱仪等。从区域分布来看，全球色谱仪市场规模主要分布在北美、欧洲、中国、日本四地，其中北美市场占比31%，欧洲市场占比26%，中国市场占比16%，日本市场占比10%。
仪器设备是智能时代的核心
仪器设备是个核心，我们半导体的芯片和零部件，都需要依赖仪器设备来制造。半导体的芯片、核心元部件都要依赖于仪器设备来制造，所以仪器设备的水平，决定了半导体芯片和核心元部件的水平。同时，由仪器设备生产而来的半导体的芯片和核心部件，又用于仪器设备中，反向决定了仪器设备的水平，决定其在人工智能、物联网方面做出应用。所以，仪器设备是核心。
现在国产很多设备领域有着喜人的进展。不少本土企业产品已经能够用于28nm产线，部分产品，如中微公司的CCP刻蚀机甚至已经进入了台积电最先进的5nm逻辑芯片产线。其它领域也取得了可观的成绩，光刻、蚀刻、量测、等离子注入的设备等设备，在2020年国产化率已经占到7%。另外，中国的硅片生产设备，晶圆制造设备的能力也在提升。比如，晶盛机电的单晶生长炉、双面研磨机；华海清科的12寸CMP大规模被应用，已经出货上百台，在28纳米以上制程已经使用，同时14纳米制程也在认证中。盛美半导体，自主研发兆声波技术，在单片清洗领域接近国际水平。在晶圆制造设备上，北方华创的刻蚀、薄膜沉积设备、清洗设备都获得大量订单。中微公司12英寸高端刻蚀设备已在逻辑和存储芯片端已被5纳米制程和128层逻辑芯片批量采购。
所有的仪器设备的制造原理都包含了光、声、热、电、磁、机械，把这些所有部件组合到生一个系统里，就会使得这个系统具有强大的功能。光学仪器里包括成像仪器、光谱仪器、智能仪器。专用仪器设备，包括工业仪器、医疗仪器、地质仪器、科学仪器、气象仪器、天文仪器。特别要指出的是，现在，国产光谱分析仪已经占很大的市场，在空间遥感、激光通信、光电对抗、化学分析、激光医疗等。这些仪器里面的核心部件就是芯片。这些芯片也需要依赖于集成电路的设备，与设备密切相关。
另外，当下热门的智慧城市的建设，也要通过仪器设备来实现。智慧城市实际就是互联网+物联网+模型和控制。分为感知+互联+分析+反应四个层面，智慧城市的五大应用是城市综合管理、交通物流贸易、能源环境安全、医疗文化教育、城市社区安居。要传感器全面透彻的实时感知，以及宽带泛在的互通互联实现数据传输，并实现智慧融合的判断分析，再加上处理模型实现及时快捷的行动反应等，这些核心也还是芯片。
总而言之，我们的社会生产、生命健康，以及科学前沿，都需要仪器设备。核心元部件，非常重要。提高设备水平，就是看核心元部件。核心元部件，也是包括了原理、材料、设计，与工艺，是全链条的。仪器设备是核心，有了好的仪器设备，我们才能好的半导体芯片，做了半导体芯片，仪器设备的功能增强，发展新的仪器设备，功能创新，功能增强。