芯片都去哪了？美國SIA年度報告揭秘，電腦吃飽、汽車(chē)跌倒

編譯 |  高歌
編輯 |  Panken
芯東西9月29日消息，本周一，美國半導體行業(yè)協(xié)會(huì )（SIA）發(fā)布了其年度行業(yè)報告。該報告共27頁(yè)，從半導體在新冠肺炎疫情中的表現、美國半導體行業(yè)在全球的地位、半導體行業(yè)對美國國內經(jīng)濟的影響等進(jìn)行了梳理和分析。根據這份報告，2021年半導體行業(yè)資本支出預計將接近1500億美元，而此前該支出從未超過(guò)1150億美元。由于疫情和新興技術(shù)等因素，2020年全球半導體銷(xiāo)售額增長(cháng)了6.8%，為4404億美元。近年來(lái)，雖然美國占全球芯片制造份額有所下滑，但是美國半導體公司研發(fā)占銷(xiāo)售額比例超過(guò)任何其他國家，是行業(yè)的重要創(chuàng )新來(lái)源。以下是芯東西對報告全文的編譯和整理。

全球缺芯，晶圓廠(chǎng)產(chǎn)能利用率超80%

在2020年和2021年，缺芯問(wèn)題引發(fā)了全球關(guān)注。報告指出，半導體行業(yè)一直在努力增加產(chǎn)能，以保障芯片供應。由于市場(chǎng)需求火熱，前端晶圓廠(chǎng)的產(chǎn)能利用率普遍超過(guò)80%，個(gè)別晶圓廠(chǎng)產(chǎn)能利用率甚至高達90%、100%。SIA預計，2021年全球晶圓廠(chǎng)產(chǎn)能利用率將進(jìn)一步提高。

如今，全球半導體行業(yè)正在加大制造和研發(fā)投資，以滿(mǎn)足未來(lái)的市場(chǎng)增長(cháng)。2021年以來(lái)，全球芯片制造商正在投資新的晶圓廠(chǎng)。此外，半導體行業(yè)的資本支出（CAPEX）創(chuàng )造了歷史紀錄。SIA預計，2021年的行業(yè)資本支出將接近1500億美元，2022年則將超過(guò)這一數字。而在2021年之前，行業(yè)年度資本支出從未超過(guò)1150億美元。當前的芯片短缺提醒了人們芯片對于汽車(chē)等行業(yè)的重要性，從長(cháng)遠來(lái)看這種重要性將會(huì )不斷加大，全球對芯片的需求也會(huì )繼續上升。汽車(chē)跌倒、電腦吃飽，誰(shuí)占了最多的芯片？

由于疫情影響和新興技術(shù)的發(fā)展，半導體市場(chǎng)增速較快。2019年，全球半導體銷(xiāo)售額為4123億美元，2020年全球半導體銷(xiāo)售額增長(cháng)6.8%至4404億美元。根據世界半導體貿易統計組織（WSTS）的數據，2021年全球半導體銷(xiāo)售額將達到5270億美元，2022年則可能達到5730億美元。

受疫情影響，各種終端對芯片的需求也發(fā)生了較大變化。根據SIA的數據，2020年半導體銷(xiāo)售額漲幅最高的終端產(chǎn)品是電腦，其銷(xiāo)售額上漲了21.2%，市場(chǎng)價(jià)值達1422億美元。2020年下降最多的則是政府終端，該業(yè)務(wù)的半導體銷(xiāo)售額降低了11.8%，僅為46億美元。備受關(guān)注的汽車(chē)行業(yè)則波動(dòng)較大，最終減少了0.3%。

整體看來(lái)，2020年全球半導體需求最高的是電腦，該終端占據了32.3%的全球半導體份額；智能手機等通信終端緊隨其后，占據了31.2%的份額。消費電子、工業(yè)、汽車(chē)3大終端分別占據12%、12%和11.4%的半導體份額。如果以地區來(lái)看，美國半導體公司的銷(xiāo)售額占據了全球接近一半的市場(chǎng)份額，韓國、日本、歐洲、中國等國家和地區企業(yè)所占市場(chǎng)份額分別為20%、10%、10%和12%。

芯片設計撐起行業(yè)地位本土沒(méi)有10nm以下芯片產(chǎn)線(xiàn)

SIA也列出了美國半導體行業(yè)的支柱和短板。具體來(lái)說(shuō)，美國半導體行業(yè)在EDA、IP核、芯片設計和半導體設備等環(huán)節處于領(lǐng)先地位，而在硅片等原材料、封裝、測試等環(huán)節處于落后。在芯片制造方面，美國本土缺少10nm以下的邏輯芯片制造能力，在模擬芯片和存儲上則處于領(lǐng)先地位。

值得注意的是，美國在芯片設計方面的優(yōu)勢已成為其保持行業(yè)地位的關(guān)鍵。芯片設計屬于技術(shù)密集環(huán)節，其研發(fā)占整個(gè)半導體行業(yè)的65%，附加值則占53%。自90年代以來(lái)，采用無(wú)晶圓廠(chǎng)模式（Fabless）的公司不斷增多。2000年，無(wú)晶圓廠(chǎng)企業(yè)的銷(xiāo)售總額占整個(gè)半導體市場(chǎng)的10%不到，2019年這一數字已接近30%。美國無(wú)晶圓廠(chǎng)企業(yè)銷(xiāo)售額占全球無(wú)晶圓廠(chǎng)的60%，也擁有全球最多的設計人才，是美國在半導體領(lǐng)域保持領(lǐng)先地位的關(guān)鍵。雖然此前美國政府對半導體投入并不如其他政府，但美國半導體公司的研發(fā)支出一直在增長(cháng)。2000年到2020年期間，其年復合增長(cháng)率為7.2%。2020年美國半導體產(chǎn)業(yè)用于研發(fā)的總投資額達440億美元。

就研發(fā)支出占行業(yè)銷(xiāo)售額比例來(lái)說(shuō)，美國半導體行業(yè)的研發(fā)支出占比僅次于制****和生物技術(shù)行業(yè)，而且其研發(fā)占比高于任何國家的半導體行業(yè)。SIA稱(chēng)，這些對研發(fā)的高水平投入推動(dòng)了美國半導體行業(yè)的創(chuàng )新，幫助其保持了在全球市場(chǎng)中的領(lǐng)先地位，并在美國各地創(chuàng )造了就業(yè)機會(huì )。

而在芯片制造上，基于先進(jìn)制程的邏輯芯片制造是美國半導體行業(yè)的短板。在存儲芯片領(lǐng)域，美國在DRAM和3D NAND閃存方面有著(zhù)較強的競爭力，美光等公司正在全面迎接EUV光刻技術(shù)的到來(lái)。此外，美國還在先進(jìn)封裝、化合物半導體和碳化硅等寬禁帶半導體制造技術(shù)上處于領(lǐng)先地位。
創(chuàng )造1600億美元收入本土廠(chǎng)商產(chǎn)能正在流失

SIA指出，美國半導體行業(yè)對其國內經(jīng)濟至關(guān)重要。據其統計，美國從事半導體設計、制造、測試和研發(fā)的人員超過(guò)27.7萬(wàn)，能夠影響2600多萬(wàn)美國工人。報告顯示，每個(gè)半導體崗位都會(huì )額外制造5.7個(gè)工作崗位。2020年，美國半導體行業(yè)就創(chuàng )造了185萬(wàn)個(gè)工作崗位。除了創(chuàng )造就業(yè)，半導體行業(yè)對GDP的影響十分重要。2020年美國半導體行業(yè)對GDP的總影響達2464億美元，還創(chuàng )造了1608億美元的收入，覆蓋范圍包括建筑、金融、休閑、酒店等不同領(lǐng)域。在出口方面，2020年美國半導體總出口額達490億美元，僅排在飛機、成品油和原油之后。

值得注意的是，相比2013年，美國半導體制造商逐漸開(kāi)始更多地將前端晶圓廠(chǎng)產(chǎn)能設在新加坡、中國臺灣、歐洲、日本等地區。2013年，約57%的美國半導體制造商晶圓產(chǎn)能位于美國；2020年，這一數字降到了43%。

過(guò)去十年，海外芯片制造產(chǎn)出的平均增長(cháng)率是美國的五倍。事實(shí)上，全球3/4的芯片制造能力集中在東亞地區，中國大陸很可能在2030年占據全球最大的芯片制造份額。這也是美國半導體行業(yè)協(xié)會(huì )呼吁美國出臺激勵法案的重要原因之一。同時(shí)，美國政府對芯片研究投資占GDP的比重基本持平，相比其他國家有所不足，削弱了芯片制造、研究實(shí)力。為了改善這一局面、創(chuàng )造高薪崗位，美國兩黨通過(guò)了CHIPS芯片法案，但該法案仍有待美國國會(huì )撥款。

此外，美國國會(huì )還考慮制訂名為FABS法案的芯片制造法案，該法案將包含半導體投資稅收抵免政策，以幫助加強其半導體生態(tài)系統。SIA認為通過(guò)這些法案，美國芯片制造將會(huì )迎來(lái)復興，并確保其在人工智能、量子計算、5G/6G等基于半導體的關(guān)鍵技術(shù)上處于領(lǐng)先地位。最后，SIA提出了4點(diǎn)建議，分別為：1、加強投資美國半導體行業(yè)，包括制定投資稅收抵免政策等，以刺激創(chuàng )新；2、加強美國技術(shù)人才實(shí)力，改善教育體系，并吸引外國技術(shù)人才移民；3、促進(jìn)自由貿易和知識產(chǎn)權保護，擴大信息技術(shù)協(xié)定；4、加強和盟友合作，認識到半導體供應鏈的全球屬性，塑造更有利于增長(cháng)、創(chuàng )新和供應鏈彈性的監管和法律環(huán)境。
半導體抗疫五大領(lǐng)域盤(pán)點(diǎn)

對于全球來(lái)說(shuō)，2021年最重要的事情還是抗擊新冠肺炎病毒疫情，半導體行業(yè)也不例外。SIA稱(chēng)，疫情期間，半導體行業(yè)在五大領(lǐng)域發(fā)揮了自己的作用，對抗擊疫情作出了自己的貢獻。1、芯片進(jìn)入更多醫療設備，十萬(wàn)美元降至數千美元半導體是當前許多醫療設備重要的組成部分，能夠提供如操作控制、數據處理和存儲、無(wú)線(xiàn)連接和電源管理等功能。由于半導體能夠提供以前非半導體器件的功能，醫療設備的性能有所提升，成本則有所下降，有助于應對疫情和改善整體醫療環(huán)境。SIA舉了兩個(gè)具體的例子來(lái)驗證這一說(shuō)法。第一個(gè)是便攜式超聲設備，該設備可以檢測患者肺部病變等病毒癥狀，快速識別與新冠病毒相關(guān)的急性肺炎特征，而無(wú)需等待核酸檢測。這種設備之前采用壓電晶體作為超聲波探頭，這使得超聲波檢測設備的價(jià)格一般超過(guò)10萬(wàn)美元。通過(guò)半導體芯片替代壓電晶體，設備成本僅需數千美元，可以更便捷地探測、評估患者身體內部情況。第二個(gè)是呼吸機。在疫情期間，呼吸機用于幫助嚴重肺損傷的患者進(jìn)行輔助呼吸。呼吸機系統使用半導體傳感器和處理器來(lái)監測生命信號。傳感器用于確定患者每次呼吸的速度、體積和氧氣量，并根據患者的需要準確調節氧氣水平。處理器控制電機速度，輔助患者進(jìn)行呼吸。2、先進(jìn)傳感器、模擬芯片實(shí)現密集人群測溫對于許多重新開(kāi)放的工作場(chǎng)所和公共設施來(lái)說(shuō)，對大量人員進(jìn)行體溫檢查十分重要。當前的熱像儀或非接觸式額頭紅外溫度計是兩種常用的方式，這些設備也依靠傳感器和模擬芯片等半導體將溫度等數據轉化為數字讀數。3、AI、超算加速疫苗研發(fā)大流行迅速產(chǎn)生了大量可以用于開(kāi)放新冠病毒疫苗的數據，但是其龐大的數據量使研究人員很難快速找到所需的數據。而尖端半導體技術(shù)正在簡(jiǎn)化疫苗研究人員對數據的搜集過(guò)程。美國的一家半導體公司工程師開(kāi)發(fā)了一個(gè)名為Deep Search的平臺，該平臺使用自然語(yǔ)言處理來(lái)標記研究論文，以便研究人員通過(guò)搜索引擎可以更快地發(fā)現所需論文。在疫情初期，產(chǎn)業(yè)界、學(xué)術(shù)界、國際政府機構等組成了COVID-19高性能計算聯(lián)盟（The COVID-19 High Performance Computing Consortium），該聯(lián)盟成員擁有超算平臺和AI部署能力，在疫情初期幫助大學(xué)、公司和醫院將疫苗建模和模擬潛在治療時(shí)間從幾周縮短到了幾分鐘，大大節省了疫苗的開(kāi)發(fā)時(shí)間。

4、遠程辦公、網(wǎng)課基礎設施在疫情期間，半導體是公司遠程辦公和學(xué)校網(wǎng)課通訊的基礎設施。隨著(zhù)疫情發(fā)展，遠程辦公、教育的趨勢還在持續，頂級企業(yè)的網(wǎng)絡(luò )使用率已增長(cháng)了30%-50%，就連物流和交付都很大程度上依賴(lài)于基于芯片的通信服務(wù)。封城時(shí)，商店物品、雜貨和餐廳食品的運輸十分普遍。雜貨配送公司利用智能手機App來(lái)連接購物者和顧客，這些基于半導體的服務(wù)使取貨和送貨都變得簡(jiǎn)便、安全。5、新型傳感器助力弱勢群體抗疫半導體技術(shù)更是加強了對老年人、糖尿病患者和聽(tīng)力障礙者等弱勢群體的保護。疫情爆發(fā)后，實(shí)時(shí)監控系統能夠幫助醫生對這些人群提供遠程醫療幫助和指導。由于新型半導體傳感器的出現，可穿戴設備可以提供對血糖等健康指標的監測服務(wù)。此外，半導體還改善了聽(tīng)力障礙者的處境。當疫情來(lái)臨時(shí)，許多感染新冠病毒的人患有聽(tīng)力損失問(wèn)題，所以幾家聽(tīng)力護理公司推出了允許患者遠程護理的醫療平臺。在部分地區，遠程醫療平臺的用戶(hù)增加了700%以上。
結語(yǔ)：缺芯推動(dòng)美政府加大芯片制造投資

雖然美國半導體行業(yè)在芯片制造份額上有所下滑，但是高通、蘋(píng)果、英特爾、IBM等國際巨頭不僅手握大量市場(chǎng)份額，更是在專(zhuān)利、研發(fā)投入上處于領(lǐng)先地位。全球缺芯的當下，中國半導體玩家固然獲得了擴大市場(chǎng)份額、實(shí)現國產(chǎn)替代的機會(huì )，但也讓美國政府和行業(yè)意識到了制造環(huán)節的重要性，開(kāi)始推進(jìn)芯片制造領(lǐng)域的投資和立法。未來(lái)，中、美雙方在半導體領(lǐng)域的博弈與合作，將成為影響行業(yè)發(fā)展走向的重要因素。來(lái)源：SIA