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來(lái)源：半導體行業(yè)觀(guān)察 近年來(lái)，一場(chǎng)不斷升級的全球芯片之戰在激烈推進(jìn)。這場(chǎng)爭奪戰的焦點(diǎn)是：到本世紀末，預計該行業(yè)的規模將翻一番，達到 1 萬(wàn)億美元。美國政府為振興美國芯片行業(yè)投入了近 530 億美元，兩年來(lái)，該計劃的影響越來(lái)越明顯：制造先進(jìn)芯片的大公司正在獲得提振，但資金的作用是有限的。 
美國商務(wù)部長(cháng)表示，他的目標是到本世紀末將美國在全球尖端邏輯制造業(yè)的份額從目前的 0% 提高到 20%。但 276.4 億美元的補貼足以實(shí)現這一崇高目標嗎？ 要追蹤實(shí)現 20% 目標的進(jìn)展情況，需要分子和分母。分母包括全球前沿邏輯制造，而分子僅限于美國前沿邏輯制造。在未來(lái)十年，分子和分母都將發(fā)生大規模變化，因此這兩個(gè)數字都很難預測。 近半個(gè)世紀以來(lái)，摩爾定律的步伐讓“前沿”一詞不斷變化，很難確定哪種工藝技術(shù)將在五年后被視為前沿。最近，美國芯片制造業(yè)必須跟上外國發(fā)展的步伐，因為許多國家也在競相發(fā)展本土前沿制造。這兩個(gè)不斷變化的目標使得衡量實(shí)現雷蒙多部長(cháng)所述目標的進(jìn)展情況變得困難，值得更仔細地研究面臨的潛在挑戰。 芯片法案 《芯片法案》于 2022 年通過(guò)，旨在推動(dòng)美國國內半導體生產(chǎn)，旨在增強美國的芯片制造。但即使在早期階段，它也面臨著(zhù)競爭國家快速增長(cháng)的芯片行業(yè)、美國分配的政治復雜性以及制造芯片的高昂成本的挑戰。 大部分分配都分配給了英特爾和其他計劃在美國生產(chǎn)先進(jìn)芯片的大型芯片制造商，而一些在芯片制造供應鏈其他部分發(fā)揮重要作用的公司卻錯過(guò)了機會(huì )。與此同時(shí)，其他國家也加大了支出以保持競爭力。 白宮稱(chēng)這項政策是一場(chǎng)勝利。拜登總統在三月份的國情咨文演講中指出，疫情期間芯片短缺推高了手機和汽車(chē)的價(jià)格。他說(shuō)，私營(yíng)企業(yè)現在投資數十億美元在美國建造新工廠(chǎng)，而不是進(jìn)口這些芯片。 根據半導體行業(yè)協(xié)會(huì )委托波士頓咨詢(xún)集團進(jìn)行的一項新研究，到 2032 年，該計劃預計將使美國生產(chǎn)的芯片數量增加兩倍。該研究預測，建設熱潮將使美國在全球芯片生產(chǎn)中的份額在 2032 年升至約 14%，而 2020 年為 12%。 美國市場(chǎng)份額總體小幅增長(cháng)在一定程度上反映了歐洲國家、韓國、日本、臺灣和中國也在加大對各自芯片行業(yè)的投資，突顯出全球生產(chǎn)更多最先進(jìn)半導體的競爭正在擴大和加速。 無(wú)論如何，蘭德公司技術(shù)分析高級顧問(wèn)吉米·古德里奇 (Jimmy Goodrich) 表示，這筆資金將極大地推動(dòng)美國制造最尖端的芯片，并可能改變美國落后于世界大部分地區的產(chǎn)業(yè)軌跡。波士頓咨詢(xún)公司估計，如果沒(méi)有該計劃，到 2032 年，美國的份額將下降到 8%。 Goodrich說(shuō)：“《芯片法案》將阻止這種衰退，讓大勢恢復正常，回到更穩定的軌道上�！薄斑@可能會(huì )略微增加美國的整體芯片產(chǎn)量，但更顯著(zhù)的增長(cháng)將是先進(jìn)芯片生產(chǎn)的相對份額�！� 事實(shí)上，《芯片法案》的撥款主要集中在需要數百億美元資本支出的尖端芯片工廠(chǎng)，波士頓咨詢(xún)公司的報告預測，在這一領(lǐng)域，美國的份額將從零增長(cháng)到 28%。這比負責監督這項資助的商務(wù)部長(cháng)吉娜·雷蒙多 (Gina Raimondo) 最近預測的到本世紀末將占 20% 的份額更為樂(lè )觀(guān)。 “由于《芯片法案》，現在每家能夠大規模生產(chǎn)尖端半導體的公司都在美國擴張，我們增強了我們國家的供應鏈彈性和國家安全，”芯片計劃辦公室主任邁克·施密特 (Mike Schmidt) 在一份聲明中表示。 《芯片法案》旨在重振美國芯片行業(yè)，并在對國家安全日益重要的領(lǐng)域抵御來(lái)自中國的日益激烈的競爭。它概述了對芯片工廠(chǎng)的 390 億美元直接補助，以及對政府主導的研究和勞動(dòng)力發(fā)展計劃的資助，以及其他努力。因此，亞利桑那州、德克薩斯州、紐約州、俄勒岡州和俄亥俄州的新芯片制造工廠(chǎng)（稱(chēng)為晶圓廠(chǎng)）如雨后春筍般涌現。 政治手段 政府收到了數百份來(lái)自渴望獲得資金的公司提出的補助申請。資金最多的是英特爾，該公司獲得了高達 85 億美元的補助用于多個(gè)項目，以及臺灣半導體制造公司、三星電子和美光科技，這三家公司分別獲得了超過(guò) 60 億美元的項目補助。 全球最大的代工芯片制造商臺積電將投資超過(guò) 650 億美元在亞利桑那州建廠(chǎng)。三星將在德克薩斯州投資約 450 億美元，內存制造商美光計劃在紐約和愛(ài)達荷州建造價(jià)值高達 1250 億美元的新工廠(chǎng)。 盡管與其他一些國家相比，勞資糾紛、成本上漲和環(huán)境審查延長(cháng)導致工作放緩，但業(yè)內高管對該計劃的推出大體上感到滿(mǎn)意。 一些人表示，該計劃的成功仍存在疑問(wèn)，因為尚不清楚所有承諾的芯片工廠(chǎng)是否會(huì )全部建成。此外，臺積電和三星預計將把最先進(jìn)的芯片生產(chǎn)留在臺灣和韓國。 臺積電發(fā)言人表示，這一決定是基于將先進(jìn)芯片制造轉移到美國的實(shí)際困難，而不是出于政治考慮。三星拒絕置評。 一些投資者擔心新工廠(chǎng)建設所需的資金數額。激進(jìn)投資者埃利奧特投資管理公司（Elliott Investment Management）持有德州儀器 25 億美元的股份，并于上個(gè)月致信其董事會(huì )，敦促放緩制造業(yè)增長(cháng)支出以增加現金流。德州儀器預計將根據《芯片法案》獲得補助。 一些公司錯過(guò)了機會(huì )。大約兩年前，美國芯片制造商 SkyWater Technology 公布了在印第安納州西拉斐特建造一座價(jià)值 18 億美元的研究和生產(chǎn)設施的計劃，該設施將由《芯片法案》下的政府資助。 三月份的一項支出法案規定，將《芯片法案》中的 35 億美元資金保留用于制造國防工業(yè)芯片的安全項目，預計這些資金將流向英特爾。 這一變化導致該辦公室撥款取消了 SkyWater 和芯片制造設備制造商 Applied Materials 等公司正在規劃的商業(yè)芯片研究和生產(chǎn)設施的資金。 SkyWater 最近決定取消該項目并放棄對該土地的選擇權。這家位于明尼蘇達州布盧明頓的代工廠(chǎng)為軍方和其他客戶(hù)生產(chǎn)老一代芯片。 “該項目被擱置，沒(méi)有明確的推進(jìn)計劃，但這一概念是可行的，”SkyWater 首席執行官 Tom Sonderman 表示�！叭绻畽C制到位以支持研發(fā)設施，SkyWater 將研究這些機會(huì )，”他說(shuō)。 據知情人士透露，Applied Materials 仍計劃建造其研究中心，最初預計耗資 40 億美元，但可能不會(huì )在一個(gè)設施中建造，而且部分設施可能位于美國境外。 資金缺口 該計劃的影響還受到芯片工廠(chǎng)高昂成本的限制。一家先進(jìn)的芯片工廠(chǎng)的成本可能超過(guò) 200 億美元，而計劃中的美國工廠(chǎng)要到本世紀末才能投入運營(yíng)。這些現實(shí)意味著(zhù)，即使是歷史性的 390 億美元補助計劃本身也無(wú)法顯著(zhù)地使全球份額向美國傾斜。 行業(yè)組織 SEMI 首席執行官、芯片制造商 GlobalFoundries 前首席執行官 Ajit Manocha 表示：“這也許只能支持幾家大型工廠(chǎng)，但我認為這是起點(diǎn)。我非�？隙�，商務(wù)部和政府總體上都明白，我們還有一個(gè)巨大的缺口需要彌補�！� Manocha 表示，如果國會(huì )通過(guò)進(jìn)一步補充芯片法案資金，那么這個(gè)缺口可能需要數千億美元才能填補，而且需要十年時(shí)間。 芯片公司認為該計劃是長(cháng)期努力的良好開(kāi)端，可能需要更多資金，盡管目前尚不清楚立法者是否有意愿通過(guò)進(jìn)一步撥款來(lái)支持該行業(yè)。 行業(yè)高管表示，在沒(méi)有更多補助資金的情況下，購買(mǎi)芯片制造設備的稅收減免最終可能會(huì )產(chǎn)生更深遠的影響�！缎酒ò浮钒▽υ撛O備的 25% 稅收抵免，一些高管估計，這已經(jīng)為該行業(yè)注入了數百億美元。 英特爾首席執行官帕特·基辛格在接受采訪(fǎng)時(shí)表示，稅收激勵是長(cháng)期保持該計劃勢頭的最重要機制，其他機制還包括支持供應鏈和國內創(chuàng )新。 稅收抵免將于 2026 年到期，行業(yè)游說(shuō)者已經(jīng)在準備推動(dòng)延期。 “先進(jìn)”困惑 摩爾定律的動(dòng)態(tài)特性預測芯片上的晶體管數量大約每?jì)赡攴环ㄔ诔杀颈３植蛔兊那闆r下），這導致創(chuàng )新源源不斷，新工藝技術(shù)發(fā)展迅速�；仡櫼幌屡_積電過(guò)去十年的發(fā)展。2014 年，它是第一家大批量生產(chǎn) 20 納米技術(shù)的公司�，F在，在 2024 年，該公司正在大規模生產(chǎn) 3 納米范圍內的邏輯技術(shù)。相比之下，英特爾目前正在大規模生產(chǎn)其intel 4。（2021 年，英特爾將其7 納米處理器更名為intel 4。） 如今，先進(jìn)技術(shù)和前沿技術(shù)的定義充其量也只是模糊的。 就在 2023 年，臺積電的年度報告還將小于 16 納米的任何技術(shù)都定義為前沿技術(shù)。Trend Force最近的一份報告將 16 納米作為“先進(jìn)節點(diǎn)”和成熟節點(diǎn)的分界線(xiàn)。Trend Force 預測，2023 年至 2027 年間，美國先進(jìn)節點(diǎn)制造業(yè)的增長(cháng)率將從 12.2% 增長(cháng)至 17%，而雷蒙多部長(cháng)則表示，到 2030 年，“前沿”制造業(yè)的增長(cháng)率將從 0% 增長(cháng)至 20%。 這種不明確的狀況可以追溯到 2020 年半導體行業(yè)協(xié)會(huì ) (SIA) 的一項研究，該研究成為美國《CHIPS 法案》的推動(dòng)力。2020 年 SIA 報告根據美國芯片制造總量得出的結論是，1999 年至 2019 年間，美國芯片產(chǎn)量從 37% 下降至 10%。為了激起美國對失去制造業(yè)領(lǐng)導地位的擔憂(yōu)，它指出中國新芯片工廠(chǎng)的快速增長(cháng)，盡管按照任何定義，這些工廠(chǎng)都不能被視為尖端工廠(chǎng)。 SIA 和波士頓咨詢(xún)集團發(fā)布的關(guān)于半導體供應鏈彈性的2024 年新報告通過(guò)改變先進(jìn)技術(shù)話(huà)語(yǔ)的衡量標準，進(jìn)一步混淆了情況。該報告將 10 納米范圍內的半導體定義為“先進(jìn)邏輯”，并預測美國在先進(jìn)邏輯領(lǐng)域的地位將從 2022 年的 0% 上升到 2032 年的 28%。該報告還預測，“前沿”的定義到 2030 年將涵蓋 3 納米以下的技術(shù)，但未能提供美國在 3 納米以下領(lǐng)域地位的任何預測。 這引出了一個(gè)問(wèn)題：Raimondo 實(shí)現 20% 前沿技術(shù)的目標應該在現在被視為“先進(jìn)邏輯”的范圍內進(jìn)行評估，還是應該將標準保持在更嚴格的“前沿”定義下？正如報告中所見(jiàn)，如果以“先進(jìn)邏輯”為評估基礎，美國制造業(yè)將以較大的優(yōu)勢實(shí)現 20% 的目標。然而，如果堅持更嚴格的“領(lǐng)先優(yōu)勢”概念，20%的目標可能更難實(shí)現。
美國《芯片法案》下最新的資助機會(huì )通知將前沿邏輯定義為5nm及以下�！缎酒ò浮返脑S多邏輯激勵措施都是針對4nm和3nm級別的項目，這些項目大概符合當今前沿的定義。 英特爾已宣布計劃在亞利桑那州建造一座20A和一座18A工廠(chǎng)，在俄亥俄州建造兩座前沿工廠(chǎng)，將最新的High NA EUV光刻技術(shù)引入其俄勒岡州的研發(fā)工廠(chǎng)，并在新墨西哥州擴建其先進(jìn)封裝。 臺積電宣布將利用其激勵措施開(kāi)發(fā)4nm FinFet、3nm和2nm，但未能確定將為每種工藝分配多少產(chǎn)能。同樣，三星也透露了利用《芯片法案》資金建設4nm和2nm以及先進(jìn)封裝的計劃。與臺積電一樣，三星尚未公布其在每個(gè)節點(diǎn)的預期產(chǎn)量。 然而，到臺積電和三星的4nm項目完成時(shí)，它們不太可能按照行業(yè)標準被視為前沿。臺積電目前已開(kāi)始量產(chǎn) 3 納米芯片，預計明年將實(shí)現 2 納米技術(shù)的量產(chǎn)。英特爾和臺積電都預計到本世紀末將實(shí)現 2 納米以下技術(shù)的量產(chǎn)。 此外，中國臺灣當局還計劃在本世紀末突破 1 納米，這可能會(huì )導致“領(lǐng)先”的標準更加狹窄。 這樣一來(lái)，美國的成功將取決于行業(yè)的發(fā)展速度。到目前為止，《芯片法案》為尖端制造撥款的計劃是為兩家 4 納米制造廠(chǎng)和六家 2 納米或更低制造廠(chǎng)做出貢獻。如果“尖端”的范圍如預期的那樣在 2030 年縮小到 3 納米技術(shù)，那么為尖端制造而建造的制造廠(chǎng)中約四分之一將不會(huì )為美國的整體尖端產(chǎn)能做出貢獻。 如果“前沿”的概念進(jìn)一步縮小，那么計入美國前沿產(chǎn)能的制造設施將更少。例如，如果中國臺灣在 1 納米技術(shù)上取得成功，那么即使是 2 納米“前沿”定義的有效性也會(huì )受到進(jìn)一步質(zhì)疑。在這種情況下，中國臺灣不僅要追逐一個(gè)不斷變化的目標，而且會(huì )在此過(guò)程中改變該行業(yè)其他部門(mén)的目標，這將極大地增加美國實(shí)現 20% 目標的難度。因此，美國領(lǐng)導層在發(fā)展自身制造領(lǐng)域的同時(shí)，必須密切關(guān)注國外制造領(lǐng)域的發(fā)展。 其他因素 衡量《芯片法案》是否成功，不僅要考慮美國建造的尖端制造設施的產(chǎn)出，還要考慮美國境外新工廠(chǎng)的增長(cháng)。具體來(lái)說(shuō)，要將其全球尖端產(chǎn)能份額提高 20%，美國不僅要跟上外國競爭對手的步伐，還必須超越它。 這意味著(zhù)美國必須與亞洲競爭，幾十年來(lái)，亞洲的政府補貼和寬松的監管環(huán)境推動(dòng)了制造創(chuàng )新。盡管亞洲制造公司將為美國芯片制造能力的提高做出貢獻，但看起來(lái)大多數芯片制造產(chǎn)能至少到 2030 年仍將留在亞洲。 例如，臺積電在亞利桑那州的首兩家制造廠(chǎng)每月總產(chǎn)量可達 5 萬(wàn)片晶圓，而臺積電目前在臺灣運營(yíng)著(zhù) 4 家制造廠(chǎng)，每家每月可生產(chǎn)多達 10 萬(wàn)片晶圓。此外，臺灣公司已宣布計劃在臺灣再建立 7 家制造廠(chǎng)，其中 2 家包括臺積電的 2 納米設施。 在韓國，總統公布了到 2047 年新建 16 家制造廠(chǎng)的計劃，總投資額為 4,710 億美元，并在此過(guò)程中建立一個(gè)制造巨型集群。三星將參與該巨型集群，這表明韓國將擴大其尖端產(chǎn)能。即使是近年來(lái)并非邏輯芯片制造大本營(yíng)的日本，也已采取措施建立其領(lǐng)先的制造能力。 日本政府目前正在與初創(chuàng )公司 Rapidus 合作，啟動(dòng) 2 納米芯片的生產(chǎn)，并計劃建設 2 納米和 1 納米制造廠(chǎng)。盡管美國已采取果斷措施啟動(dòng)芯片制造，但亞洲各國政府也在組織努力，以建立或保持其領(lǐng)先地位。 亞洲并不是唯一一個(gè)不斷擴大尖端芯片制造能力的地區。歐盟內部半導體制造業(yè)的增長(cháng)可能會(huì )進(jìn)一步使美國將其尖端市場(chǎng)份額提高 20% 的努力變得更加困難。 歐盟最近批準了《歐盟芯片法案》，這是一項價(jià)值 470 億美元的一攬子計劃，旨在到 2030 年將歐盟在全球半導體中的份額提高到 20%。英特爾和臺積電都已承諾擴大歐洲的半導體制造能力。在德國馬格德堡，英特爾尋求建造一座采用 18A 后工藝技術(shù)的制造廠(chǎng)，生產(chǎn) 1.5 納米級的半導體。 另一方面，臺積電計劃在德累斯頓建造一座制造廠(chǎng)，生產(chǎn) 12/16 納米技術(shù)。盡管德累斯頓工廠(chǎng)可能不被認為是尖端的，但臺積電的參與可能會(huì )在不久的將來(lái)導致歐洲境內出現更多的尖端投資。 除了《芯片法案》下的貨幣融資外，美國還面臨著(zhù)可能阻礙其成功的非貨幣障礙。臺積電在亞利桑那州的建設困難已廣為人知，與其在日本熊本的簡(jiǎn)短而成功的建設過(guò)程形成了鮮明對比。與臺積電一樣，英特爾在美國俄亥俄州的建設也面臨挫折和延誤。安全與新興技術(shù)中心稱(chēng)，許多亞洲國家/地區都提供基礎設施支持，放寬監管以加速物流和公用事業(yè)流程。 例如，在美光在中國臺灣境內擴張期間，中國臺灣投資主管部門(mén)協(xié)助該公司征地，減輕了該公司建設所需承擔的行政負擔。美國獲得監管部門(mén)批準和完成建設所需的時(shí)間更長(cháng)，為其他國家超越美國的增長(cháng)提供了充足的準備時(shí)間。 此外，《芯片法案》獎勵的經(jīng)濟利益需要時(shí)間才能實(shí)現。盡管有頭條新聞聲稱(chēng)《芯片法案》撥款已經(jīng)頒發(fā)，但實(shí)際獎項尚未頒發(fā)。相反，英特爾、臺積電、三星和美光收到了初步條款備忘錄，但不具有約束力。這只是漫長(cháng)的盡職調查過(guò)程的開(kāi)始。每個(gè)接受者都必須協(xié)商一份長(cháng)篇條款清單，并且根據每個(gè)項目的資助額度，可能還需要獲得國會(huì )批準。 作為盡職調查的一部分，資助接受者可能還需要完成環(huán)境評估并獲得政府許可。獲得半導體工廠(chǎng)的政府許可可能需要12 到 18 個(gè)月。環(huán)境評估可能需要更長(cháng)的時(shí)間。例如，根據《國家環(huán)境政策法》，環(huán)境影響聲明的平均完成和審查期為 4.5 年。盡管最近宣布了初步條款，但實(shí)際條款清單和資助的道路仍需要時(shí)間才能完成。 即使盡職調查和條款清單能夠迅速完成，受助者仍將面臨數年的建設。商務(wù)部估計，在完成審批和設計階段后，一座尖端晶圓廠(chǎng)需要 3-5 年才能建成。此外，四家芯片制造商中有兩家已經(jīng)宣布推遲《芯片法案》激勵措施涵蓋的建設項目�？紤]到獲得許可和完成盡職調查需要 2-3 年，新建需要 3-5 年，再加上一年的延遲，任何新晶圓廠(chǎng)開(kāi)始生產(chǎn)可能需要 6-9 年的時(shí)間。為了實(shí)現《芯片法案》到 2030 年實(shí)現 20% 的目標，美國必須做的不僅僅是提供資金——它必須確保盡職調查和許可流程得到簡(jiǎn)化，以保持與歐洲和亞洲的競爭力。 美國前沿技術(shù)的未來(lái) 在摩爾定律下，“前沿”的含義不斷變化，半導體行業(yè)中外國競爭日益激烈，最近宣布的近 280 億美元用于前沿制造的撥款只是旅程的開(kāi)始。美國芯片法案的真正考驗將在未來(lái)幾年發(fā)生，屆時(shí) CHIPS 辦公室必須做的不僅僅是監控美國國內的半導體進(jìn)展，還必須促進(jìn) CHIPS 法案項目的及時(shí)完成，并衡量其與海外擴張相比的競爭力。商務(wù)部必須不斷評估其目標是否仍然與全球半導體行業(yè)的發(fā)展保持一致。 因此，美國是否能取得成功，很大程度上取決于實(shí)現 20% 目標的重要性。目標是建立穩定的先進(jìn)邏輯制造供應，以抵御外國供應側沖擊，還是在東亞技術(shù)進(jìn)步的背景下占據并保持技術(shù)領(lǐng)先地位？如果是前者，那么遵守“先進(jìn)邏輯”的概念就足夠了；與最初承諾的“前沿”相比，這種成就的程度將較小，但對美國來(lái)說(shuō)，這仍然是一個(gè)有分寸、合理的目標。如果是后一種情況，實(shí)現 20% 的基準將使美國在全球供應鏈中占據更有利的地位。然而，要做到這一點(diǎn)，無(wú)疑需要在前沿領(lǐng)域投入比已分配的 280 億美元更多的資金。 各國政府正加大力度投入，建立更強大的半導體生產(chǎn)能力，許多國家還將繼續在未來(lái)幾十年這樣做。如果美國想要跟上其他行業(yè)的步伐，就必須保持對尖端技術(shù)的穩定支持。這將是一項昂貴的舉措，但部長(cháng)雷蒙多等一些領(lǐng)軍人物已經(jīng)建議出臺第二部《芯片法案》，以擴大其初步努力；在全球競賽中，另一項補貼計劃將為美國提供向 20% 終點(diǎn)線(xiàn)邁進(jìn)所急需的動(dòng)力。因此，盡管美國在半導體行業(yè)的命運撲朔迷離，但有一點(diǎn)是肯定的： 《芯片法案》的完成不應被視為結論，而應被視為美國芯片制造業(yè)未來(lái)的序幕。 |
