美國能否扭轉半導體制造業(yè)格局？

僅在過(guò)去兩年里，美國才充分認識到半導體現在與石油一樣對現代經(jīng)濟至關(guān)重要。

在數字化世界中，電動(dòng)工具通常帶有可跟蹤其位置的藍牙芯片。家電已經(jīng)添加了芯片來(lái)管理用電。2021 年，每輛汽車(chē)平均裝有約 1200 個(gè)價(jià)值 600 美元的芯片，是 2010 年的兩倍。

造成芯片短缺的供應鏈緊縮讓我們明白了教訓。據咨詢(xún)公司 AlixPartners 稱(chēng)，去年汽車(chē)制造商因缺少芯片而損失了 2100 億美元的銷(xiāo)售額。與中國的競爭引發(fā)了人們的擔憂(yōu)，即中國可能會(huì )主導關(guān)鍵的民用或軍用芯片領(lǐng)域，甚至會(huì )阻止美國獲得零部件。

現在，政府和企業(yè)正斥資數十億美元大力發(fā)展國內制造業(yè)并保障芯片供應。據半導體行業(yè)協(xié)會(huì )稱(chēng)，自 2020 年以來(lái)，半導體公司在全國提出了 40 多個(gè)項目，價(jià)值近 2000 億美元，將創(chuàng )造 4 萬(wàn)個(gè)就業(yè)崗位。

這是一個(gè)定義國際經(jīng)濟競爭輪廓并決定國家政治、技術(shù)和軍事優(yōu)勢的行業(yè)的重大****注。

“在過(guò)去的五年里，石油儲量的位置決定了地緣政治，”英特爾公司首席執行官帕特·基辛格 ( Pat Gelsinger )在 10 月份的華爾街日報會(huì )議上宣布?！拔磥?lái)五年芯片工廠(chǎng)的位置更為重要?！?/span>

隨著(zhù)石油在 1900 年代成為工業(yè)經(jīng)濟的關(guān)鍵，美國成為世界上最大的生產(chǎn)國之一。確保半導體供應更加復雜。雖然一桶石油與另一桶石油非常相似，但半導體的類(lèi)型、能力和成本卻令人眼花繚亂，并且依賴(lài)于跨越數千種投入和眾多國家的多層供應鏈。鑒于規模經(jīng)濟，美國無(wú)法自行生產(chǎn)所有這些產(chǎn)品。

“美國的前沿生產(chǎn)為零，”負責監督芯片和科學(xué)法案實(shí)施的商務(wù)部辦公室主任邁克施密特說(shuō)，該法案由拜登總統于 8 月簽署成為法律，該法案向半導體提供 520 億美元的補貼制造和研究?！拔覀冋谡?wù)撌姑绹蔀轭I(lǐng)先生產(chǎn)領(lǐng)域的全球領(lǐng)導者，并在未來(lái)創(chuàng )造自我維持的動(dòng)力。毫無(wú)疑問(wèn)，這是一組非常雄心勃勃的目標?！?/span>

最近影響最大的短缺并不一定涉及最昂貴的芯片。

福特汽車(chē)公司首席執行官吉姆法利去年 11 月在加利福尼亞州圣何塞舉行的一次芯片業(yè)高管聚會(huì )上說(shuō)，工廠(chǎng)工人，即北美的工人，自那年開(kāi)始以來(lái)只工作了整整一周 3 次年因為芯片短缺。由于缺乏簡(jiǎn)單的芯片，包括 F-150 皮卡車(chē)擋風(fēng)玻璃刮水器電機所需的 40 美分零件，導致其生產(chǎn)目標不足 40,000 輛。

直到 2014 年，總部位于圣地亞哥的ResMed Inc. 制造的治療睡眠呼吸暫停的機器每臺都只包含一個(gè)芯片，用于處理氣壓和濕度。然后 ResMed 開(kāi)始將蜂窩芯片放入設備中，將用戶(hù)睡眠模式的夜間報告卡發(fā)送到他們的智能手機和他們的醫生。

結果，用戶(hù)的常規使用率從略高于一半攀升至約 87%。由于持續使用設備的睡眠呼吸暫?；颊叩乃劳雎瘦^低，因此相對簡(jiǎn)單的芯片可以幫助挽救生命。

在芯片短缺期間，當對其機器的需求上升時(shí)，ResMed無(wú)法獲得足夠的蜂窩芯片，部分原因是競爭對手的設備被召回。一些供應商違背供應協(xié)議?；颊呙媾R長(cháng)達數月的等待。

首席執行官米克·法雷爾 (Mick Farrell ) 表示，盡管他的訂單相對較小，但他懇求長(cháng)期供應商優(yōu)先供應他的設備?！拔乙笤絹?lái)越多，請優(yōu)先考慮我們，”他說(shuō)?！斑@是一個(gè)生死攸關(guān)的案例——我們不只是要求讓你感覺(jué)更好的東西?！?/span>

該公司重新設計了在新加坡和悉尼組裝的機器，以用更容易獲得的其他芯片替換供不應求的芯片。它尋找新的芯片供應商。它甚至倒退了時(shí)鐘并發(fā)布了一個(gè)沒(méi)有蜂窩芯片的設備版本。

盡管芯片短缺情況有所緩解，而且該公司最新的呼吸設備也重新使用了蜂窩芯片，但 Farrell 先生擔心芯片供應可能成為瓶頸。

5 月，他是一群醫療技術(shù) CEO 之一，他們在電話(huà)會(huì )議上向商務(wù)部長(cháng)吉娜·雷蒙多 (Gina Raimondo) 請求幫助。雷蒙多女士的工作人員要求其他聯(lián)邦機構將醫療設備指定為必不可少的設備，并幫助將買(mǎi)家直接與制造商聯(lián)系起來(lái)，繞過(guò)分銷(xiāo)商。

這種請求也讓拜登政府在雷蒙多女士的領(lǐng)導下努力通過(guò)芯片和科學(xué)法案變得更加緊迫。長(cháng)期以來(lái)，美國一直對產(chǎn)業(yè)政策持謹慎態(tài)度，在該政策下，政府而非市場(chǎng)將資源引導至特定行業(yè)。許多經(jīng)濟學(xué)家批評產(chǎn)業(yè)政策是在挑選贏(yíng)家。但許多共和黨和民主黨立法者認為，半導體應該是一個(gè)例外，因為它們與石油一樣，具有重要的民用和軍用用途。

該法案通過(guò)后不久，曾推動(dòng)國會(huì )通過(guò)該法案兩年的英特爾公司在俄亥俄州破土動(dòng)工了一項耗資 200 億美元的項目。商務(wù)部將在下個(gè)月公布有關(guān)如何授予法律制造業(yè)補貼的指導方針。

美國科學(xué)家和工程師從 1940 年代開(kāi)始發(fā)明半導體并將其商業(yè)化，如今美國公司仍然主導著(zhù)半導體供應鏈中最賺錢(qián)的環(huán)節：芯片設計、將這些設計轉化為實(shí)際半導體的軟件工具，以及與日本的競爭對手和荷蘭，價(jià)值數百萬(wàn)美元的機器將芯片設計蝕刻到制造廠(chǎng)或晶圓廠(chǎng)內的晶圓上。

但半導體的實(shí)際制造越來(lái)越多地外包給亞洲。根據波士頓咨詢(xún)集團和 SIA 的數據，美國在全球芯片制造中的份額已從 1990 年的 37% 下降到 2020 年的 12%，而中國大陸的份額已從大約零上升到約 15%。臺灣和韓國各占20%多一點(diǎn)。

先進(jìn)邏輯芯片（計算機、智能手機和服務(wù)器的大腦）的最前沿制造商是臺積電（代工廠(chǎng)）和韓國三星電子公司，英特爾位居第三。內存芯片主要由總部位于美國和亞洲的公司在亞洲制造。低端模擬芯片在消費和工業(yè)產(chǎn)品中通常只執行一些任務(wù)，但在世界各地都有生產(chǎn)。

盡管美國在大量研發(fā)領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，但在制造業(yè)方面卻落后。

芯片制造商正斥資數十億美元興建新工廠(chǎng)，以提高該國在制造業(yè)中的份額，但仍然存在重大障礙，包括美國工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生人數增長(cháng)緩慢。

從 2016 年左右開(kāi)始，美國官員開(kāi)始阻撓中國采購一線(xiàn)芯片公司和技術(shù)的努力。去年 7 月，當一家加拿大研究公司報告稱(chēng)中國最大的芯片制造商中芯國際已開(kāi)始制造7 納米芯片時(shí)，華盛頓的許多人都感到措手不及——這種復雜程度超出了它的能力。

10 月 7 日，美國政府毫無(wú)征兆地對向中國出口芯片相關(guān)產(chǎn)品實(shí)施了有史以來(lái)最廣泛的限制。長(cháng)期以來(lái)，美國一直愿意讓中國的半導體能力進(jìn)步，只要美國保持領(lǐng)先。新的控制措施走得更遠，試圖在美國及其盟友領(lǐng)先的同時(shí)阻止中國。

與此同時(shí)，美國官員希望聯(lián)邦補貼將導致工廠(chǎng)足夠大和先進(jìn)，以在未來(lái)很長(cháng)一段時(shí)間內保持競爭力和盈利能力。雷蒙多女士在接受采訪(fǎng)時(shí)說(shuō)：“我們必須想辦法利用我們擁有的每一個(gè)杠桿……來(lái)推動(dòng)這些公司變得更大?！?“我需要英特爾考慮將俄亥俄州那個(gè)價(jià)值 200 億美元的設施變成一個(gè)價(jià)值 1000 億美元的設施。我們必須說(shuō)服臺積電或三星，他們可以從每月 20,000 片晶圓增加到 100,000 片，并在美國取得成功并盈利。這就是這里的全部游戲?！?/p>

這一雄心壯志出現在芯片制造商的微妙時(shí)刻，他們中的許多人已經(jīng)看到對大流行初期炙手可熱的電子產(chǎn)品的需求急劇下降。英特爾正在經(jīng)濟低迷時(shí)期削減資本支出，臺積電本周表示，需求疲軟可能導致其削減今年的資本支出。

為了滿(mǎn)足芯片公司的投資需求，雷蒙多女士已與私人基礎設施投資者接洽以參與芯片項目，仿效布魯克菲爾德資產(chǎn)管理公司對英特爾亞利桑那州晶圓廠(chǎng)的共同投資。去年 11 月，她在巴克萊**** (Barclays Bank) 在新加坡舉辦的一次投資會(huì )議上向 700 名基金經(jīng)理提出了這個(gè)想法。

她還與包括蘋(píng)果公司在內的芯片客戶(hù)接洽，商討購買(mǎi)這些晶圓廠(chǎng)生產(chǎn)的芯片?！拔覀儗⑿枰罂蛻?hù)承諾購買(mǎi) [晶圓廠(chǎng)的產(chǎn)出]，這將有助于降低交易風(fēng)險并表明這些芯片有市場(chǎng)，”她說(shuō)。

這些努力似乎在 12 月得到了回報，當時(shí)臺積電宣布將在菲尼克斯北部一片廣闊的灌木叢中建造的設施中將投資增加到 400 億美元用于尖端芯片。這里以前是野驢和土狼的家園，現在到處都是建筑起重機，并運送了一些世界上最先進(jìn)的制造設備。

在那個(gè)月拜登和包括雷蒙多女士在內的高級政府官員出席的儀式上，蘋(píng)果公司首席執行官蒂姆庫克和Advanced Micro Devices Inc. 首席執行官蘇姿豐承諾購買(mǎi)該設施的部分產(chǎn)品。

盡管如此，臺積電在一封公開(kāi)信中告訴商務(wù)部，盡管對其計劃以及地方、州和潛在的聯(lián)邦補貼感到興奮，但成本高于在國內建立類(lèi)似業(yè)務(wù)的成本。臺積電創(chuàng )始人張忠謀去年 11 月表示，差距可能達到 50%。臺積電稱(chēng)已派出600多名美國工程師赴臺培訓。

在美國之外，歐洲也有自己的計劃，在大約 10 年內將其在全球生產(chǎn)中的份額翻一番，而臺灣、中國大陸和其他亞洲國家的當局正在向該行業(yè)投入資金。臺積電除了在亞利桑那州的項目外，還在日本建設一家芯片廠(chǎng)，并正在尋找對歐洲的潛在投資。

美國的高成本和合格勞動(dòng)力稀缺阻礙了之前將電子制造業(yè)回流的努力。印第安納州普渡大學(xué)校長(cháng) Mung Chiang 表示，計算機和工程專(zhuān)業(yè)的學(xué)生被芯片設計或軟件所吸引，而美國公司在這些領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，而不是制造業(yè)。

“即使他們說(shuō)，‘是的，半導體制造聽(tīng)起來(lái)很不錯，我想去做，’好吧，他們在哪里可以學(xué)到真實(shí)的、活生生的經(jīng)驗？”

作為回應，普渡大學(xué)創(chuàng )建了一個(gè)專(zhuān)門(mén)的半導體項目，希望到 2030 年，每年可以親自和在線(xiàn)頒發(fā) 1,000 多個(gè)證書(shū)和學(xué)位。7 月，總部位于明尼蘇達州布盧明頓的晶圓代工廠(chǎng)SkyWater Technology表示，它將在普渡大學(xué)校園內建造一座價(jià)值 18 億美元的晶圓廠(chǎng)，預計將得到 Chips 資金的支持。

開(kāi)發(fā)國內人才供應只是成功的一半。美國在半導體的許多關(guān)鍵投入方面也依賴(lài)外國。

在硅晶片上刻印微小電路藍圖的激光器使用純化的氖氣，這些氖氣由通常從鋼鐵廠(chǎng)附屬的大型空氣分離裝置中收獲的原始氖氣制成。這些設施在從空氣中分離氧氣以用于煉鋼爐時(shí)會(huì )產(chǎn)生氖氣。

由于鋼鐵行業(yè)在過(guò)去半個(gè)世紀中大部分遷出美國，目前國內生產(chǎn)的氖氣非常少。大多數來(lái)自烏克蘭、俄羅斯和中國，但俄羅斯對烏克蘭的入侵使中國成為世界的主要來(lái)源。

“這對美國來(lái)說(shuō)是一種風(fēng)險嗎？絕對是，”Electronic Fluorocarbons LLC 的執行副總裁 Matthew Adams 說(shuō)，這家總部位于馬薩諸塞州的公司進(jìn)口、凈化和銷(xiāo)售氖氣和其他氣體?！伴L(cháng)期禁止從中國向美國出口霓虹燈將在庫存耗盡后關(guān)閉很大一部分半導體生產(chǎn)?！?/p>

用于芯片制造的少數其他原材料，例如鎢，可轉化為六氟化鎢并用于在芯片上構建部分晶體管，同樣主要來(lái)自中國。要真正將美國芯片行業(yè)與中國脫鉤，就需要取消幾十年的全球化，行業(yè)領(lǐng)袖表示這是不切實(shí)際的。

即使美國不能成功確保整個(gè)半導體供應鏈的安全，它也有機會(huì )扭轉最近在一個(gè)制造業(yè)領(lǐng)域接連失去領(lǐng)導地位的歷史格局，包括乘用車(chē)、鐵路設備、機床、消費電子和太陽(yáng)能板。

信息技術(shù)與創(chuàng )新基金會(huì )總裁Rob Atkinson說(shuō)：“我認為我們以前從未這樣做過(guò)：以一種有意識的、有針對性的方式嘗試在我們曾經(jīng)是領(lǐng)導者但后來(lái)失去的行業(yè)中重新獲得市場(chǎng)份額，”該創(chuàng )新基金會(huì )倡導政府支持制造業(yè)。