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來源：半導體行業觀察 近年來，一場不斷升級的全球芯片之戰在激烈推進。這場爭奪戰的焦點是：到本世紀末，預計該行業的規模將翻一番，達到 1 萬億美元。美國政府為振興美國芯片行業投入了近 530 億美元，兩年來，該計劃的影響越來越明顯：制造先進芯片的大公司正在獲得提振，但資金的作用是有限的。 
美國商務部長表示，他的目標是到本世紀末將美國在全球尖端邏輯制造業的份額從目前的 0% 提高到 20%。但 276.4 億美元的補貼足以實現這一崇高目標嗎？ 要追蹤實現 20% 目標的進展情況，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。在未來十年，分子和分母都將發生大規模變化，因此這兩個數字都很難預測。 近半個世紀以來，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將在五年后被視為前沿。最近，美國芯片制造業必須跟上外國發展的步伐，因為許多國家也在競相發展本土前沿制造。這兩個不斷變化的目標使得衡量實現雷蒙多部長所述目標的進展情況變得困難，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，旨在推動美國國內半導體生產，旨在增強美國的芯片制造。但即使在早期階段，它也面臨著競爭國家快速增長的芯片行業、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先進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揮重要作用的公司卻錯過了機會。與此同時，其他國家也加大了支出以保持競爭力。 白宮稱這項政策是一場勝利。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的價格。他說，私營企業現在投資數十億美元在美國建造新工廠，而不是進口這些芯片。 根據半導體行業協會委托波士頓咨詢集團進行的一項新研究，到 2032 年，該計劃預計將使美國生產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中的份額在 2032 年升至約 14%，而 2020 年為 12%。 美國市場份額總體小幅增長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的投資，突顯出全球生產更多最先進半導體的競爭正在擴大和加速。 無論如何，蘭德公司技術分析高級顧問吉米·古德里奇 (Jimmy Goodrich) 表示，這筆資金將極大地推動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業軌跡。波士頓咨詢公司估計，如果沒有該計劃，到 2032 年，美國的份額將下降到 8%。 Goodrich說：“《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。”“這可能會略微增加美國的整體芯片產量，但更顯著的增長將是先進芯片生產的相對份額。” 事實上，《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，波士頓咨詢公司的報告預測，在這一領域，美國的份額將從零增長到 28%。這比負責監督這項資助的商務部長吉娜·雷蒙多 (Gina Raimondo) 最近預測的到本世紀末將占 20% 的份額更為樂觀。 “由于《芯片法案》，現在每家能夠大規模生產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，并在對國家安全日益重要的領域抵御來自中國的日益激烈的競爭。它概述了對芯片工廠的 390 億美元直接補助，以及對政府主導的研究和勞動力發展計劃的資助，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（稱為晶圓廠）如雨后春筍般涌現。 政治手段 政府收到了數百份來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 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 650 億美元在亞利桑那州建廠。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達荷州建造價值高達 1250 億美元的新工廠。 盡管與其他一些國家相比，勞資糾紛、成本上漲和環境審查延長導致工作放緩，但業內高管對該計劃的推出大體上感到滿意。 一些人表示，該計劃的成功仍存在疑問，因為尚不清楚所有承諾的芯片工廠是否會全部建成。此外，臺積電和三星預計將把最先進的芯片生產留在臺灣和韓國。 臺積電發言人表示，這一決定是基于將先進芯片制造轉移到美國的實際困難，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建設所需的資金數額。激進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，并于上個月致信其董事會，敦促放緩制造業增長支出以增加現金流。德州儀器預計將根據《芯片法案》獲得補助。 一些公司錯過了機會。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值 18 億美元的研究和生產設施的計劃，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芯片研究和生產設施的資金。 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為軍方和其他客戶生產老一代芯片。 “該項目被擱置，沒有明確的推進計劃，但這一概念是可行的，”SkyWater 首席執行官 Tom Sonderman 表示。“如果政府機制到位以支持研發設施，SkyWater 將研究這些機會，”他說。 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，但可能不會在一個設施中建造，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高昂成本的限制。一家先進的芯片工廠的成本可能超過 200 億美元，而計劃中的美國工廠要到本世紀末才能投入運營。這些現實意味著，即使是歷史性的 390 億美元補助計劃本身也無法顯著地使全球份額向美國傾斜。 行業組織 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，但我認為這是起點。我非常肯定，商務部和政府總體上都明白，我們還有一個巨大的缺口需要彌補。” Manocha 表示，如果國會通過進一步補充芯片法案資金，那么這個缺口可能需要數千億美元才能填補，而且需要十年時間。 芯片公司認為該計劃是長期努力的良好開端，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進一步撥款來支持該行業。 行業高管表示，在沒有更多補助資金的情況下，購買芯片制造設備的稅收減免最終可能會產生更深遠的影響。《芯片法案》包括對該設備的 25% 稅收抵免，一些高管估計，這已經為該行業注入了數百億美元。 英特爾首席執行官帕特·基辛格在接受采訪時表示，稅收激勵是長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新。 稅收抵免將于 2026 年到期，行業游說者已經在準備推動延期。 “先進”困惑 摩爾定律的動態特性預測芯片上的晶體管數量大約每兩年翻一番（在成本保持不變的情況下），這導致創新源源不斷，新工藝技術發展迅速。回顧一下臺積電過去十年的發展。2014 年，它是第一家大批量生產 20 納米技術的公司。現在，在 2024 年，該公司正在大規模生產 3 納米范圍內的邏輯技術。相比之下，英特爾目前正在大規模生產其intel 4。（2021 年，英特爾將其7 納米處理器更名為intel 4。） 如今，先進技術和前沿技術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 納米的任何技術都定義為前沿技術。Trend Force最近的一份報告將 16 納米作為“先進節點”和成熟節點的分界線。Trend Force 預測，2023 年至 2027 年間，美國先進節點制造業的增長率將從 12.2% 增長至 17%，而雷蒙多部長則表示，到 2030 年，“前沿”制造業的增長率將從 0% 增長至 20%。 這種不明確的狀況可以追溯到 2020 年半導體行業協會 (SIA) 的一項研究，該研究成為美國《CHIPS 法案》的推動力。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，美國芯片產量從 37% 下降至 10%。為了激起美國對失去制造業領導地位的擔憂，它指出中國新芯片工廠的快速增長，盡管按照任何定義，這些工廠都不能被視為尖端工廠。 SIA 和波士頓咨詢集團發布的關于半導體供應鏈彈性的2024 年新報告通過改變先進技術話語的衡量標準，進一步混淆了情況。該報告將 10 納米范圍內的半導體定義為“先進邏輯”，并預測美國在先進邏輯領域的地位將從 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，但未能提供美國在 3 納米以下領域地位的任何預測。 這引出了一個問題：Raimondo 實現 20% 前沿技術的目標應該在現在被視為“先進邏輯”的范圍內進行評估，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，如果以“先進邏輯”為評估基礎，美國制造業將以較大的優勢實現 20% 的目標。然而，如果堅持更嚴格的“領先優勢”概念，20%的目標可能更難實現。
美國《芯片法案》下最新的資助機會通知將前沿邏輯定義為5nm及以下。《芯片法案》的許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，在俄亥俄州建造兩座前沿工廠，將最新的High NA EUV光刻技術引入其俄勒岡州的研發工廠，并在新墨西哥州擴建其先進封裝。 臺積電宣布將利用其激勵措施開發4nm FinFet、3nm和2nm，但未能確定將為每種工藝分配多少產能。同樣，三星也透露了利用《芯片法案》資金建設4nm和2nm以及先進封裝的計劃。與臺積電一樣，三星尚未公布其在每個節點的預期產量。 然而，到臺積電和三星的4nm項目完成時，它們不太可能按照行業標準被視為前沿。臺積電目前已開始量產 3 納米芯片，預計明年將實現 2 納米技術的量產。英特爾和臺積電都預計到本世紀末將實現 2 納米以下技術的量產。 此外，中國臺灣當局還計劃在本世紀末突破 1 納米，這可能會導致“領先”的標準更加狹窄。 這樣一來，美國的成功將取決于行業的發展速度。到目前為止，《芯片法案》為尖端制造撥款的計劃是為兩家 4 納米制造廠和六家 2 納米或更低制造廠做出貢獻。如果“尖端”的范圍如預期的那樣在 2030 年縮小到 3 納米技術，那么為尖端制造而建造的制造廠中約四分之一將不會為美國的整體尖端產能做出貢獻。 如果“前沿”的概念進一步縮小，那么計入美國前沿產能的制造設施將更少。例如，如果中國臺灣在 1 納米技術上取得成功，那么即使是 2 納米“前沿”定義的有效性也會受到進一步質疑。在這種情況下，中國臺灣不僅要追逐一個不斷變化的目標，而且會在此過程中改變該行業其他部門的目標，這將極大地增加美國實現 20% 目標的難度。因此，美國領導層在發展自身制造領域的同時，必須密切關注國外制造領域的發展。 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出，還要考慮美國境外新工廠的增長。具體來說，要將其全球尖端產能份額提高 20%，美國不僅要跟上外國競爭對手的步伐，還必須超越它。 這意味著美國必須與亞洲競爭，幾十年來，亞洲的政府補貼和寬松的監管環境推動了制造創新。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，但看起來大多數芯片制造產能至少到 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每月總產量可達 5 萬片晶圓，而臺積電目前在臺灣運營著 4 家制造廠，每家每月可生產多達 10 萬片晶圓。此外，臺灣公司已宣布計劃在臺灣再建立 7 家制造廠，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 家制造廠的計劃，總投資額為 4,710 億美元，并在此過程中建立一個制造巨型集群。三星將參與該巨型集群，這表明韓國將擴大其尖端產能。即使是近年來并非邏輯芯片制造大本營的日本，也已采取措施建立其領先的制造能力。 日本政府目前正在與初創公司 Rapidus 合作，啟動 2 納米芯片的生產，并計劃建設 2 納米和 1 納米制造廠。盡管美國已采取果斷措施啟動芯片制造，但亞洲各國政府也在組織努力，以建立或保持其領先地位。 亞洲并不是唯一一個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的增長可能會進一步使美國將其尖端市場份額提高 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 后工藝技術的制造廠，生產 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，生產 12/16 納米技術。盡管德累斯頓工廠可能不被認為是尖端的，但臺積電的參與可能會在不久的將來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短而成功的建設過程形成了鮮明對比。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。安全與新興技術中心稱，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協助該公司征地，減輕了該公司建設所需承擔的行政負擔。美國獲得監管部門批準和完成建設所需的時間更長，為其他國家超越美國的增長提供了充足的準備時間。 此外，《芯片法案》獎勵的經濟利益需要時間才能實現。盡管有頭條新聞聲稱《芯片法案》撥款已經頒發，但實際獎項尚未頒發。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。這只是漫長的盡職調查過程的開始。每個接受者都必須協商一份長篇條款清單，并且根據每個項目的資助額度，可能還需要獲得國會批準。 作為盡職調查的一部分，資助接受者可能還需要完成環境評估并獲得政府許可。獲得半導體工廠的政府許可可能需要12 到 18 個月。環境評估可能需要更長的時間。例如，根據《國家環境政策法》，環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，但實際條款清單和資助的道路仍需要時間才能完成。 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。商務部估計，在完成審批和設計階段后，一座尖端晶圓廠需要 3-5 年才能建成。此外，四家芯片制造商中有兩家已經宣布推遲《芯片法案》激勵措施涵蓋的建設項目。考慮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，任何新晶圓廠開始生產可能需要 6-9 年的時間。為了實現《芯片法案》到 2030 年實現 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化，以保持與歐洲和亞洲的競爭力。 美國前沿技術的未來 在摩爾定律下，“前沿”的含義不斷變化，半導體行業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始。美國芯片法案的真正考驗將在未來幾年發生，屆時 CHIPS 辦公室必須做的不僅僅是監控美國國內的半導體進展，還必須促進 CHIPS 法案項目的及時完成，并衡量其與海外擴張相比的競爭力。商務部必須不斷評估其目標是否仍然與全球半導體行業的發展保持一致。 因此，美國是否能取得成功，很大程度上取決于實現 20% 目標的重要性。目標是建立穩定的先進邏輯制造供應，以抵御外國供應側沖擊，還是在東亞技術進步的背景下占據并保持技術領先地位？如果是前者，那么遵守“先進邏輯”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，但對美國來說，這仍然是一個有分寸、合理的目標。如果是后一種情況，實現 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，無疑需要在前沿領域投入比已分配的 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能力，許多國家還將繼續在未來幾十年這樣做。如果美國想要跟上其他行業的步伐，就必須保持對尖端技術的穩定支持。這將是一項昂貴的舉措，但部長雷蒙多等一些領軍人物已經建議出臺第二部《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% 終點線邁進所急需的動力。因此，盡管美國在半導體行業的命運撲朔迷離，但有一點是肯定的： 《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未來的序幕。 |
