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美國“重振”半導體產業的棋局

時間:2021-11-12

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導語:今年9月,美國商務部以應對全球芯片危機為名,要求包括臺積電、三星在內的20多家芯片相關企業在11月8號之前提供商業機密數據。

  截止至目前,根據相關媒體報道顯示,包括臺積電在內的中國臺灣廠商,以及包括三星、SK海力士在內的韓國廠商均已提交資料,但他們表示,在提交的材料中不會披露客戶的關鍵資料。

  從美國重提他們在半導體行業的地位,到美國鼓勵半導體廠商在美國本土建廠,再到美國要求晶圓代工廠“自愿”提交數據,美國圍繞著半導體產業的發展進行了很多布局。

  美國“重奪”半導體市場地位的經驗

  從肖克利半導體實驗室走出來的“八叛逆”,讓半導體產業逐漸走向了商業化。他們圍繞著半導體產業的成功創業經歷,吸引著越來越多的半導體初創企業聚集到硅谷,硅谷也成為了半導體產業最初騰飛的地方。

  上世紀80年代中期前,美國一直穩坐世界半導體老大的位置,并占據世界半導體市場50%以上的份額。后來,日本以DRAM存儲產品為突破點,在當時日本汽車產業和全球大型計算機市場的東風下得以迅速崛起——根據相關報道顯示,20世紀70年代美國曾經占據全球半導體市場70%的份額,但后來日本通過官產學合作取得技術上的突破,在微電子、半導體、存儲器等領域超越了美國,一度使美國在世界半導體市場所占份額降低到37%。

  為了重奪半導體市場,美國政府不僅以反傾銷名義令日本政府調整產業政策。在技術趕超層面上,美國政府還在1987年聯合了14家企業建立了半導體制造技術聯盟(即Sematech)主攻IC制造工藝及其設備,以對抗日本在存儲方面的先進技術。其使命有二:其一,提高半導體技術的研究數量;其二,為聯盟內的成員企業提供研發資源,使其能夠分享成果、減少重復研究造成的浪費。

  根據維基百科顯示,1990年代中期以來,通過該聯盟已經獲得成效。1996年聯盟董事會決定中止財政補貼后,并開始將起工作重點從美國半導體產業轉移到更大的國際半導體產業。

  通過這些方式的布局,美國半導體企業重新回到世界第一的地位。這一點從當時Gartner所統計的全球前十大半導體企業的排名中便可看到這種變化。

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  1990年Gartner所統計的全球前十大半導體企業。圖片來源:維基百科

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  1996年Gartner所統計的全球前十大半導體企業。圖片來源:維基百科

  從電子復興計劃到CHIPS法案

  在與日本爭奪半導體市場的競賽中,美國恢復了其在全球市場的領導地位。隨后,隨著電子產品在全球范圍內的發展,半導體產業也再次發生了遷移,韓國和中國臺灣在這個期間成長了起來,但他們的在這個階段的成長并沒有影響到美國在全球半導體市場的地位。

  直到摩爾定律開始出現瓶頸,新技術開始在半導體產業當中迸發,這不僅為半導體產業的發展帶來了新的生機,也意味著有些半導體企業會乘勢而起。

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  2020年,美國半導體市場份額。圖片來源:SIA

  因此在這種情況下,美國開始重新重視半導體技術方面的提升。2017年,美國國防高級研究計劃局(DARPA)提出了“電子復興計劃”,并在隨后五年內投資約15億美元,計劃旨在解決摩爾定律延續面臨的障礙以及電子技術快速發展50年來面臨的挑戰?!半娮訌团d計劃”的第一階段關注新型電路材料、新體系架構和軟硬件設計創新,下一階段則側重于國防企業的技術需求和能力與電子行業的商業和制造現實的結合。意在保持美國在半導體技術的領先地位、并為美國下一波半導體發展奠定基礎。

  尤其是伴隨著5G、人工智能等新技術的發展,美國開始有針對性地進行了布局,他們所煽動的蝴蝶翅膀,也影響了接下來全球半導體產業鏈的變革。特別是在產能短缺的問題持續影響著半導體產業發展的情況下,使得美國開始重提半導體供應鏈的重要性。

  2020年6月,美國國會議員正提出《CHIPS Act》,計劃以5年250億美元的研究與建設資金并稅收抵免優惠,以加強美國半導體產業在國內建立完整生產工廠。法案包括一項計劃,即要求州和商務部制定一項聯邦計劃,該計劃將與州政府對晶圓制造代工廠的公司提供的激勵措施,對半導體設備給予40%的可退還所得稅扣抵,以吸引產生產業群聚效果,在美國建立先進且完整的半導體供應鏈體系。7月,美國推出了一項旨在振興美國本土芯片產業的法案——《美國晶圓代工業法案》(American Foundries Act of 2020.AFA)。

  今年2月,美國發起了100 天半導體供應鏈審查。作為審查的一部分,美國商務部對半導體供應鏈各個環節(從設計和制造到組裝、測試和封裝,以及材料和半導體設備)的風險進行了分析,并為解決這些風險,包括長期和短期。在6月公布的審查結果顯示,在過去的20 年中,美國已從占全球半導體產量的37%下降到了12%。

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  美國半導體制造份額。圖片來源:SIA

  在這樣的情況下,美國或許已經將半導體制造視為是本輪全球半導體競賽中的重點。

  美國再次上演“重振”半導體行業地位?

  從半導體企業的類型上看,以IDM模式運營的半導體公司和晶圓代工廠均擁有生產芯片的能力。從目前市場情況上看,無論是成熟工藝擴產還是先進工藝布局,都受到了業界的關注。其中,根據Yole在2020年發布的一則報告中,顯示出了在先進工藝向前發展的過程中,致力于先進工藝的廠商越來越少(這也是晶圓代工領域的崛起為半導體產業帶來的變化之一)。

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  130mm~5/3nm晶圓制造廠商變化。圖片來源:Yole

  高端芯片對先進工藝的需求較大,尤其是在5G的較量當中,先進工藝對其發展起到了重要的作用。因此,美國在芯片制造方面不僅在呼吁美國半導體企業在本土建立芯片制造工廠,還在鼓勵臺積電、三星等致力于先進工藝的半導體企業在美建廠。根據外媒在今年5月的報道顯示,按照美國政府的計劃,未來將會有6~7家半導體工廠在美國本土建設,這其中包括5nm、3nm產線。

  而后,英特爾、臺積電、三星、格芯等公司在美建廠的計劃均浮出水面。另一方面,在美國政府的呼吁之下,我們也看到美國各州也開啟了半導體的“爭奪戰”。

  美國的亞利桑那州是英特爾最大的生產基地,基于他們在1980年便在此處進行芯片制造,使得該地區的半導體產業鏈較為完整,而這也是吸引半導體廠商來此建廠的原因之一。

  除了亞利桑那州以外,今年10月,德克薩斯州州長Greg Abbott宣布成立國家半導體中心德克薩斯工作組。這是為了協調向美國商務部提出的將德州建設為國家半導體技術中心(NSTC)和國家先進封裝制造工程(NAPMP)未來基地的提案。據外媒報道顯示,德克薩斯州有200多家半導體制造企業,自2015年以來,該州的半導體制造企業增長了近35%。而這也使得德州成為了芯片制造的熱選建廠地址之一。

  從各家的選址上看,臺積電選擇了在美國亞利桑那州菲尼克斯建設一座300mm晶圓廠;今年3月,英特爾首席執行官帕特·蓋爾辛格在演講中提到,英特爾將投資200億美元在亞利桑那州新建兩座晶圓廠;今年7月,格芯宣布將在其總部紐約州馬耳他市附近建設第二座工廠,并將投資10億美元提高產能;三星在美國的芯片制造工廠雖然還未正式敲定,但地點大概率會在德州、亞利桑那州和紐約州之一。

  但從最近的一些報道上看,臺積電、三星、英特爾都在爭取美國政府在芯片制造上的補貼,同樣美國各州也在極力爭取美國政府的芯片制造政策向其傾斜。但從美國的政策補貼情況上看,他們所能提供的依舊是杯水車薪。

  正如張忠謀在前不久的演講中所說的,美國過去半導體制造市場占有率曾達42%,目前降至17%,美國政府積極推動半導體在美國制造,希望讓半導體制造市場占有率回升。但目前美國供應鏈不完整,且生產成本高,這可能也會導致美國半導體在本地制造的計劃不會成功。

  另一方面,對于先進工藝本身而言,工藝越前發展所要的研發投入也就越高——三星準備投入1160億美元在3nm制程的研發和生產。從這一點上看,先進工藝的玩家越少,各大廠商肯投入的資本也越來越高,跑在前面的廠商也得到的回報也會越大。尤其是在全球都在重視先進工藝的發展之時,當地的相關政策也會進行一定的幫助(例如韓國的K半導體戰略計劃就是針對韓國在未來芯片制造領域的地位而制定的計劃)。而這也意味著,美國要想再次“重振”其芯片制造在半導體地位之旅不會很容易。


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