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《重新布局:半导体与美国产业政策》摘译

作者:赛迪研究院 来源: 头条号 80901/13

2022年9月,新美国安全中心发布报告《重新布局:半导体与美国产业政策》。报告是在拜登政府2022年8月签署涉及2800亿美元的《芯片与科学法案》之后,美国智库针对美国半导体产业政策进一步提出的建议报告。赛迪智库集成电路研究所对该报告进行了

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2022年9月,新美国安全中心发布报告《重新布局:半导体与美国产业政策》。报告是在拜登政府2022年8月签署涉及2800亿美元的《芯片与科学法案》之后,美国智库针对美国半导体产业政策进一步提出的建议报告。赛迪智库集成电路研究所对该报告进行了编译,期望对我国有关部门有所帮助。


该报告从半导体产业历史经验、政策导向、科技动态和地缘政治等多个维度分析全球半导体产业的变化趋势及应对策略,为美国下一步加强半导体产业链的控制提供了方向性建议。报告建议美国围绕四个主要目标制定政策:促进科技进步、确保供应链韧性和完整性、确保对“卡脖子”技术的控制及积极与盟友展开合作以保持对中国的技术优势。


一、执行摘要


美国几十年来首次考虑产业政策时,应该从官方此前在美国国内、国外规划半导体产业的行动中吸取教训。自首个集成电路发明以来,美国政府通过资助科学研究、进行军事采购,在半导体产业中发挥了重要作用,因而推动了新技术的商业化。然而,尽管美国政府——特别是国防部——与芯片行业关联甚深,但它在美国半导体行业的构建过程中只起到了支持作用,关键的创新和重要的公司都源自私营领域。其他国家也试验了不同的半导体产业政策。产业政策的成功通常离不开熟练劳动力,也与国内企业进军国际市场分不开。只是投资芯片产业,成功率较低。


现在美国政府对半导体的产业政策应聚焦4大主要目标:1)推动技术进步;2)保障半导体供应安全;3)一直控制住咽喉点(choke points);4)阻止中国的技术进步。


据相关产业政策的历史,政府可积极支持劳动力发展、资助研发和开发原型板卡。此外,对于该行业的制造、装配能力过度集中在中国及其周边地区所带来的安全挑战问题,政府也可明确介入,因为在出现地缘政治危机时该局面会带来严重的产业中断风险。


然而,首先,美国政府必须深化该产业的专业知识,这样政策制定者才能了解支撑半导体行业的复杂供应链,后者方能产生美国繁荣、安全所依赖的计算能力。


二、介绍


由于存在大量短缺,再加上因地缘政治而将半导体供应链武器化,美国政治领导人数十年来首次切实关注半导体。随着中国对其芯片产业大量补贴,加上先进处理器芯片的制造能力一直集中在东亚,因此官方愈加担忧美国半导体供应安全。


当下芯片行业依赖的供应链横跨了美欧和亚洲。一块先进芯片需要数千个制造步骤,世界上所有半导体都需要来自其他国家的材料、机器和设计。过去,大多数芯片只由少数国家的材料和机器生产,主要是美国和日本。但因该行业变得愈发复杂,对其他国家地区的依赖性也在增加,特别是中国台湾和韩国。如今半导体成为地缘政治影响和军事力量的重要组成部分,将决定未来战争的军事装备,从先进的电子战系统到自主无人机,都将严重依赖半导体,以便感知、记忆、处理和沟通信息。因而,世界上所有大国都在将半导体供应链武器化。如美国切断了华为等知名中国公司获得某些类型芯片的途径,这些芯片是用美国的工具或软件生产的。中国正在花费数十亿美元补贴该行业,旨在将先进半导体技术国产化;如果成功,这将降低中国攻台的成本。


半导体行业暴露在地缘政治紧张局势下。世界上最先进的处理器芯片几乎都是在中国台湾生产的,这只会加剧脆弱性。中国政府聘请的分析专家现在公开谈论入侵台湾以夺取其芯片制造设施。鉴于芯片制造设施的高敏感性及其对美国技术的依赖程度,这不太可能成功。但并不影响中国专家们将其视为一种可行的战略。


将芯片行业进行完全的在岸外包是幻想,尽管可以采取多重手段减少供应链依赖对手的程度或在战争中减少风险。可以采取的方法是培养熟练的劳动力、帮助研究人员和初创企业获得先进的芯片制造工具、调整税收政策以降低美国制造业的高成本(相对于亚洲是高成本)、限制中国获得先进技术的机会。


三、美国半导体产业政策的历史


芯片行业政策的制定可从美国政府长期参与该行业的经历中学习。虽然今日不同往日,政府用于国防等目的的需求只占所有芯片采购的一小部分,国防部采购量占半导体行业收入的1%。但美国政府仍是某些类型芯片的重要客户。自芯片行业成立以来,美国政府一直试图在其中发挥作用,但其行动有时有利,有时有害。美国与其他国家的不同之处在于,美国公司有强大的激励机制以实现产品的商业化、规模化生产。


(一)国防资金资助和半导体行业的起源


半导体工业是在冷战时期的国防工业基础上产生的。如果没有军备竞赛提供的资金,微电子工业很可能会采取不同的、可能更慢的发展道路。


(二)20世纪70年代的研发资助


在推动技术研发方面,政府的支持仍然十分重要。工业界能够或愿意资助的范围之外。美国目前垄断的芯片设计软件这一新产业——它提供了一个咽喉点,令美国在半导体领域的出口控制变得如此具有影响力。


(三)产业政策与美日半导体贸易战


20世纪80年代产业政策的过度扩张对美国当下的政策制定者来说是经验教训。


那个时候美国公司面临着激烈的外国竞争,而DRAM是生产最为广泛的芯片类型。各公司的DRAM芯片之间唯一的区别是价格和DRAM故障率。20世纪70年代末,日本竞争对手已经学会生产与硅谷一样先进的DRAM芯片,但价格更低,缺陷率也低得多。当时日本公司在生产DRAM芯片方面有两大主要优势:首先,与硅谷的领头羊们不同,日本公司专注于制造质量;其次,它们的资本成本较低。每个新的芯片制造厂都需要大量的资本投资。美国和日本资本成本之间的差异部分是由于美国的利率造成的。


(四)美国半导体


政府支持芯片产业的第二大举措是建立Sematech,这是一个合作研究机构,部分由工业界资助,部分由政府资助,以加快美国公司的技术开发。但今天,美国仍需依靠荷兰和日本的光刻工具供应商。Sematech为加强芯片制造工具的生产所开展的各项行动有好有坏。该组织最大的成功是协调“路线图”,主要芯片制造商、工具制造商、芯片设计软件公司和生产芯片所需产品的其他公司可协调它们的计划,确保每一代新的芯片制造技术都具备大规模生产所需的工具和软件。


(五)美国近几十年来对半导体的政策


自20世纪90年代以来,美国政府基本上忽略了半导体行业。政府继续通过美国国家科学基金会和DARPA等机构资助半导体研发。然而,由于美国的芯片公司在20世纪90年代和21世纪初表现得非常好,而且大部分国际竞争来自其友好国家,美国政府并不觉得有必要制定某项半导体政策。美国政府出台了出口管制政策,该政策重点是使其潜在的对手如 俄罗斯和中国在芯片制造技术方面至少落后两代——直到最近,考虑到中国芯片产业的落后状况,这是一项简单的任务。在21世纪初期,大多数美国官员关注的是如何帮助中国成为“负责任的利益相关者” ,因此中国建立国内芯片产业的行动几乎没有面临任何有意义的限制。与此同时,制造能力向东亚转移的趋势仍在继续。


四、其他国家的产业政策经验


其他国家或地区,如中国台湾、欧洲、韩国、日本,尤其是中国,为建立自己的半导体产业已尝试了不同类型的产业政策。事实上,半导体制造集中在东亚的部分原因是,该地区各政府花费了大量补贴来支持芯片制造。这些产业政策中部分旨在支持特定的领域或公司,部分则是为了吸引外国投资。那些获得成功的例子都是在金融支持的基础上注重培训和人力资本;而且都坚持要求被支持对象通过销往全球市场来证明其竞争力。简单地注资芯片行业偶尔会在短期内“奏效”,但要建立起稳定的半导体行业,那绝非长期可行的战略。


(一)台湾和台积电的创建


产业政策成功的最好例子之一是中国台湾决定建立一个芯片产业。早在20世纪60年代,台湾领导人就决定,吸引半导体封装和组装的外包工厂将是该岛的一项有价值的业务。而台湾当时拥有封装业务所需的大量低技能劳动力。台湾领导人希望加强与美国和日本的商业联系。他们还有一个优势,那就是有相当数量的台湾公民在海外从事半导体行业的工作有助于传授知识。60年后,台湾的半导体产业是世界级的,而台湾最大的公司台积电是世界上最大的上市公司之一。然而,台湾在世界芯片产业中发挥核心作用的道路是漫长而曲折的。通过外包装配工作,台湾的领导人认识了美国的高层管理人员。


(二)新加坡工业政策的成与败


与中国台湾一样,新加坡自20世纪60年代以来一直是半导体组装的中心,现在则是重要的芯片制造中心。半个多世纪以来,新加坡政府一直试图吸引外国芯片公司进入,提供良好的基础设施、税收减免和训练有素的劳动力。在某些方面,新加坡的产业政策确实很成功,政府几十年一直身体力行地帮助 建立一个半导体产业。然而,新加坡的芯片产业未能出现这样一家公司:在芯片供应链的任何环节中不可或缺或获得高利润。因此,新加坡也成为 因此,新加坡也是一个警示故事,说明即使是最有能力的政府官僚机构也在设法寻找或培育最有利可图的公司。


(三)欧洲工业政策的失败


自芯片产业成立以来,欧洲公司一直在该产业中发挥着作用,但在许多情况下它们一直在努力与美国对手竞争,特别是在半导体市场最有利可图的细分领域,如芯片设计。芯片产业的早期,主要的欧洲政府,如意大利、法国和 德国都希望拥有自己的半导体制造设施,征收关税并支持国内的领军企业,并试图让美国公司在欧洲开设制造中心。这一策略 成功地吸引了欧洲的芯片制造设施,但也创造了一个分散的半导体领域,只注重服务国内市场而非全球市场。正因如此,欧洲的芯片公司规模太小,且没有充分关注技术前沿。


(四)日本对内存芯片生产的支持:短期成功,长期失败


在日本,产业政策在该国半导体行业的建设中发挥了重要作用。然而,日本芯片制造部门的兴衰提供了一个警示故事,即产业政策和廉价资本在长期的芯片产业中所具有的局限性。在第一块集成电路发明后不久,日本就进入了半导体行业,从美国公司获得了技术许可,但严重限制了美国芯片制造商在日本开设工厂的能力,并对从美国进口的产品征收相当大的关税。日本还向其芯片公司注入了廉价资本。


(五)中国庞大的半导体补贴及其复杂的结果


最能说明产业政策困难的案例是政府注资芯片产业最为积极的国家:中国。在许多方面,中国本应该是所有国家中最有机会提升半导体价值链的国家。过去的几十年里,中国领导人已把半导体作为一个关键的工业政策目标。半导体是一个关键的工业政策目标。中国公司深入参与了电子组装领域,因此,可以向该行业的世界领先者学习。然而,尽管有中国政府的大力支持,中国的芯片制造商一直在奋力追赶前沿技术。20世纪80年代和90年代,这些投资主要集中在简单的组装上,这与几十年前的中国台湾和韩国很相似。


五、市场动态和产业政策的影响


如今,美国的产业政策不仅要考虑当前的芯片产业结构,而且考虑未来一段时间内重塑芯片产业的主要趋势。半导体行业的变化比任何其他行业都要快。产业的变化比经济的任何其他部分都要快,据预测每个芯片产生的计算能力将成倍增长。旨在解决当前动态问题的政府计划,在被批准和实施时,就已经过时了。


今天,半导体行业为三个主要终端市场和几个较小市场提供芯片。智能手机和个人电脑分别消耗了25%和20%的芯片,另有25%的芯片则用于数据中心和其他IT基础设施,如电话网络。余下产业被划分为较小的市场,如汽车、工业和其他消费电子市场。


对某些类型的芯片需求的转变将有利于某些公司和某些国家。如英特尔。它仍然是该行业最大的公司之一,在过去数十年里,它是个人电脑需求增长的最大受益者。在过去的十余年里,它还在数据中心方面建立了主导地位,现在这一地位正在被削弱。这意味着美国在个人电脑和数据中心芯片方面是相对自力更生。但英特尔竞争地位的恶化令美国更加依赖外国制造,特别是中国台湾。


与个人电脑、数据中心终端市场不同的是,芯片行业智能手机细分领域一直依赖中国台湾和韩国制造。智能手机中的许多关键芯片是由美国公司设计的,如高通公司和苹果公司。如果台湾停止制造芯片,那么世界上制造智能手机的能力就会暂时停滞不前。然而,个人电脑和智能手机现在已经是成熟的技术,所以半导体行业的增长将出现在其它终端市场。美国的增长市场是在数据中心和其他高性能计算的应用。


六、产业政策对半导体产业的影响


美国政府对半导体产业的政策重点应该围绕四个主要目标制定:促进技术进步;保证半导体供应的安全;保持对咽喉点的控制;减缓中国的技术进步。


(一)促进技术进步


美国每年消费约四分之一的芯片。确保技术进步对美国许多行业的健康发展至关重要,并最终影响到整个美国经济。


芯片行业在研发方面的支出比例高于制药业除外的任何其他行业。尽管芯片制造的成本正在上升,新的封装技术将令其性能进一步提高。


(二)保证供应的弹性和完整性


芯片行业在和平时期能提供大量的芯片。但过去两年里,汽车芯片的短缺已广为人知。新冠疫情期间芯片的“短缺”并不是芯片的 "短缺 "并不是因为行业未能生产更多芯片,而是因为需求方面出现巨大的、出乎意料的激增,特别是在汽车行业。


虽然芯片行业在和平时期具有令人印象深刻的复原力,但制造业和装配业集中在东亚,这加大了对地缘政治压力的脆弱性。市场力量和东亚政府的补贴吸引了本产业愈发进入该地区。但短期的经济利益和国家安全的当务之急并不一致。需要一定程度的产业政策,以免对因地缘政治引起的供应中断过度脆弱,无论是用于国防目的的芯片供应还是为整个经济提供的更为广泛的供应。


(三)保留对“咽喉点”的控制


某些美国芯片制造商、设备制造商和芯片设计软件公司在半导体供应链中发挥着实际上不可替代的作用。针对半导体的行业政策应寻求培育这些掌握了咽喉点的公司,以便对付俄罗斯和中国等对手政府。因为美国公司以及研发自美国的技术在半导体制造设备和芯片设计软件方面发挥着至关重要的作用,那么禁止获取这些技术实际上就是阻止了先进半导体的制造。


七、结论


自从冷战时期的军备竞赛中出现第一块集成电路以来,半导体在维持美国实力方面发挥了重要作用。如今,世界各地的政府,从日本到韩国,再到欧洲,特别是中国,都在为其芯片产业的发展倾注资金。除了技术趋势和变化中的商业模式,该行业的未来也将被政府政策所左右。

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