|
來源：半導(dǎo)體行業(yè)觀察 近年來，一場不斷升級的全球芯片之戰(zhàn)在激烈推進。這場爭奪戰(zhàn)的焦點是：到本世紀(jì)末，預(yù)計該行業(yè)的規(guī)模將翻一番，達(dá)到 1 萬億美元。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，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(wù)部長表示，他的目標(biāo)是到本世紀(jì)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現(xiàn)這一崇高目標(biāo)嗎？ 要追蹤實現(xiàn) 20% 目標(biāo)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(fā)生大規(guī)模變化，因此這兩個數(shù)字都很難預(yù)測。 近半個世紀(jì)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(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。這兩個不斷變化的目標(biāo)使得衡量實現(xiàn)雷蒙多部長所述目標(biāo)的進展情況變得困難，值得更仔細(xì)地研究面臨的潛在挑戰(zhàn)。 芯片法案 《芯片法案》于 2022 年通過，旨在推動美國國內(nèi)半導(dǎo)體生產(chǎn)，旨在增強美國的芯片制造。但即使在早期階段，它也面臨著競爭國家快速增長的芯片行業(yè)、美國分配的政治復(fù)雜性以及制造芯片的高昂成本的挑戰(zhàn)。 大部分分配都分配給了英特爾和其他計劃在美國生產(chǎn)先進芯片的大型芯片制造商，而一些在芯片制造供應(yīng)鏈其他部分發(fā)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(tǒng)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(yè)現(xiàn)在投資數(shù)十億美元在美國建造新工廠，而不是進口這些芯片。 根據(jù)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)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(yù)計將使美國生產(chǎn)的芯片數(shù)量增加兩倍。該研究預(yù)測，建設(shè)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(yè)的投資，突顯出全球生產(chǎn)更多最先進半導(dǎo)體的競爭正在擴大和加速。 無論如何，蘭德公司技術(shù)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(qū)的產(chǎn)業(yè)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(fù)正常，回到更穩(wěn)定的軌道上�！薄斑@可能會略微增加美國的整體芯片產(chǎn)量，但更顯著的增長將是先進芯片生產(chǎn)的相對份額�！� 事實上，《芯片法案》的撥款主要集中在需要數(shù)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(yù)測，在這一領(lǐng)域，美國的份額將從零增長到 28%。這比負(fù)責(zé)監(jiān)督這項資助的商務(wù)部長吉娜·雷蒙多 (Gina Raimondo) 最近預(yù)測的到本世紀(jì)末將占 20% 的份額更為樂觀。 “由于《芯片法案》，現(xiàn)在每家能夠大規(guī)模生產(chǎn)尖端半導(dǎo)體的公司都在美國擴張，我們增強了我們國家的供應(yīng)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(dǎo)的研究和勞動力發(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（稱為晶圓廠）如雨后春筍般涌現(xiàn)。 政治手段 政府收到了數(shù)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(dá) 85 億美元的補助用于多個項目，以及臺灣半導(dǎo)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(nèi)存制造商美光計劃在紐約和愛達(dá)荷州建造價值高達(dá) 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(huán)境審查延長導(dǎo)致工作放緩，但業(yè)內(nèi)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(yù)計將把最先進的芯片生產(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芯片制造轉(zhuǎn)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(dān)心新工廠建設(shè)所需的資金數(shù)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(yè)增長支出以增加現(xiàn)金流。德州儀器預(yù)計將根據(jù)《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(chǎn)設(shè)施的計劃，該設(shè)施將由《芯片法案》下的政府資助。 三月份的一項支出法案規(guī)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(yù)計這些資金將流向英特爾。 這一變化導(dǎo)致該辦公室撥款取消了 SkyWater 和芯片制造設(shè)備制造商 Applied Materials 等公司正在規(guī)劃的商業(yè)芯片研究和生產(chǎn)設(shè)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(quán)。這家位于明尼蘇達(dá)州布盧明頓的代工廠為軍方和其他客戶生產(chǎn)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(zhí)行官 Tom Sonderman 表示�！叭绻畽C制到位以支持研發(fā)設(shè)施，SkyWater 將研究這些機會，”他說。 據(jù)知情人士透露，Applied Materials 仍計劃建造其研究中心，最初預(yù)計耗資 40 億美元，但可能不會在一個設(shè)施中建造，而且部分設(shè)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(jì)末才能投入運營。這些現(xiàn)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(yè)組織 SEMI 首席執(zhí)行官、芯片制造商 GlobalFoundries 前首席執(zhí)行官 Ajit Manocha 表示：“這也許只能支持幾家大型工廠，但我認(rèn)為這是起點。我非�？隙�，商務(wù)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(shù)千億美元才能填補，而且需要十年時間。 芯片公司認(rèn)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(yè)。 行業(yè)高管表示，在沒有更多補助資金的情況下，購買芯片制造設(shè)備的稅收減免最終可能會產(chǎn)生更深遠(yuǎn)的影響�！缎酒ò浮钒▽υ撛O(shè)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(shù)百億美元。 英特爾首席執(zhí)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(yīng)鏈和國內(nèi)創(chuàng)新。 稅收抵免將于 2026 年到期，行業(yè)游說者已經(jīng)在準(zhǔn)備推動延期。 “先進”困惑 摩爾定律的動態(tài)特性預(yù)測芯片上的晶體管數(shù)量大約每兩年翻一番（在成本保持不變的情況下），這導(dǎo)致創(chuàng)新源源不斷，新工藝技術(shù)發(fā)展迅速。回顧一下臺積電過去十年的發(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(xiàn)在，在 2024 年，該公司正在大規(guī)模生產(chǎn) 3 納米范圍內(nèi)的邏輯技術(shù)。相比之下，英特爾目前正在大規(guī)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“先進節(jié)點”和成熟節(jié)點的分界線。Trend Force 預(yù)測，2023 年至 2027 年間，美國先進節(jié)點制造業(yè)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(yè)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(dǎo)體行業(yè)協(xié)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(jù)美國芯片制造總量得出的結(jié)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(dǎo)地位的擔(dān)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(fā)布的關(guān)于半導(dǎo)體供應(yīng)鏈彈性的2024 年新報告通過改變先進技術(shù)話語的衡量標(biāo)準(zhǔn)，進一步混淆了情況。該報告將 10 納米范圍內(nèi)的半導(dǎo)體定義為“先進邏輯”，并預(yù)測美國在先進邏輯領(lǐng)域的地位將從 2022 年的 0% 上升到 2032 年的 28%。該報告還預(yù)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(yù)測。 這引出了一個問題：Raimondo 實現(xiàn) 20% 前沿技術(shù)的目標(biāo)應(yīng)該在現(xiàn)在被視為“先進邏輯”的范圍內(nèi)進行評估，還是應(yīng)該將標(biāo)準(zhǔn)保持在更嚴(yán)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(chǔ)，美國制造業(yè)將以較大的優(yōu)勢實現(xiàn) 20% 的目標(biāo)。然而，如果堅持更嚴(yán)格的“領(lǐng)先優(yōu)勢”概念，20%的目標(biāo)可能更難實現(xiàn)。
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(dāng)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(shù)引入其俄勒岡州的研發(fā)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(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(shè)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(jié)點的預(yù)期產(chǎn)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(yè)標(biāo)準(zhǔn)被視為前沿。臺積電目前已開始量產(chǎn) 3 納米芯片，預(yù)計明年將實現(xiàn) 2 納米技術(shù)的量產(chǎn)。英特爾和臺積電都預(yù)計到本世紀(jì)末將實現(xiàn) 2 納米以下技術(shù)的量產(chǎn)。 此外，中國臺灣當(dāng)局還計劃在本世紀(jì)末突破 1 納米，這可能會導(dǎo)致“領(lǐng)先”的標(biāo)準(zhǔn)更加狹窄。 這樣一來，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(yù)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中約四分之一將不會為美國的整體尖端產(chǎn)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(chǎn)能的制造設(shè)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”定義的有效性也會受到進一步質(zhì)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(biāo)，而且會在此過程中改變該行業(yè)其他部門的目標(biāo)，這將極大地增加美國實現(xiàn) 20% 目標(biāo)的難度。因此，美國領(lǐng)導(dǎo)層在發(fā)展自身制造領(lǐng)域的同時，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(shè)施的產(chǎn)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(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(jiān)管環(huán)境推動了制造創(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，但看起來大多數(shù)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每月總產(chǎn)量可達(dá) 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(chǎn)多達(dá) 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(shè)施。 在韓國，總統(tǒng)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(chǎn)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(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 2 納米芯片的生產(chǎn)，并計劃建設(shè) 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(lǐng)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(qū)。歐盟內(nèi)部半導(dǎo)體制造業(yè)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(zhǔn)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(dǎo)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(dǎo)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，生產(chǎn) 1.5 納米級的半導(dǎo)體。 另一方面，臺積電計劃在德累斯頓建造一座制造廠，生產(chǎn) 12/16 納米技術(shù)。盡管德累斯頓工廠可能不被認(rèn)為是尖端的，但臺積電的參與可能會在不久的將來導(dǎo)致歐洲境內(nèi)出現(xiàn)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(shè)困難已廣為人知，與其在日本熊本的簡短而成功的建設(shè)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(shè)也面臨挫折和延誤。安全與新興技術(shù)中心稱，許多亞洲國家/地區(qū)都提供基礎(chǔ)設(shè)施支持，放寬監(jiān)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(nèi)擴張期間，中國臺灣投資主管部門協(xié)助該公司征地，減輕了該公司建設(shè)所需承擔(dān)的行政負(fù)擔(dān)。美國獲得監(jiān)管部門批準(zhǔn)和完成建設(shè)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(zhǔn)備時間。 此外，《芯片法案》獎勵的經(jīng)濟利益需要時間才能實現(xiàn)。盡管有頭條新聞聲稱《芯片法案》撥款已經(jīng)頒發(fā)，但實際獎項尚未頒發(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。這只是漫長的盡職調(diào)查過程的開始。每個接受者都必須協(xié)商一份長篇條款清單，并且根據(jù)每個項目的資助額度，可能還需要獲得國會批準(zhǔn)。 作為盡職調(diào)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(dǎo)體工廠的政府許可可能需要12 到 18 個月。環(huán)境評估可能需要更長的時間。例如，根據(jù)《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(diào)查和條款清單能夠迅速完成，受助者仍將面臨數(shù)年的建設(shè)。商務(wù)部估計，在完成審批和設(shè)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(jīng)宣布推遲《芯片法案》激勵措施涵蓋的建設(shè)項目�？紤]到獲得許可和完成盡職調(diào)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(chǎn)可能需要 6-9 年的時間。為了實現(xiàn)《芯片法案》到 2030 年實現(xiàn) 20% 的目標(biāo)，美國必須做的不僅僅是提供資金——它必須確保盡職調(diào)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(shù)的未來 在摩爾定律下，“前沿”的含義不斷變化，半導(dǎo)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始。美國芯片法案的真正考驗將在未來幾年發(fā)生，屆時 CHIPS 辦公室必須做的不僅僅是監(jiān)控美國國內(nèi)的半導(dǎo)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(wù)部必須不斷評估其目標(biāo)是否仍然與全球半導(dǎo)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現(xiàn) 20% 目標(biāo)的重要性。目標(biāo)是建立穩(wěn)定的先進邏輯制造供應(yīng)，以抵御外國供應(yīng)側(cè)沖擊，還是在東亞技術(shù)進步的背景下占據(jù)并保持技術(shù)領(lǐng)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(biāo)。如果是后一種情況，實現(xiàn) 20% 的基準(zhǔn)將使美國在全球供應(yīng)鏈中占據(jù)更有利的地位。然而，要做到這一點，無疑需要在前沿領(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(dǎo)體生產(chǎn)能力，許多國家還將繼續(xù)在未來幾十年這樣做。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(wěn)定支持。這將是一項昂貴的舉措，但部長雷蒙多等一些領(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% 終點線邁進所急需的動力。因此，盡管美國在半導(dǎo)體行業(yè)的命運撲朔迷離，但有一點是肯定的： 《芯片法案》的完成不應(yīng)被視為結(jié)論，而應(yīng)被視為美國芯片制造業(yè)未來的序幕。 |
