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【深度觀察】美國，如何主導全球芯片產業？
2022-06-09
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作為芯片技術和產業的發源地，美國長久以來憑借先發優勢成為該領域的先驅者，通過技術、市場、產業鏈等方面引領主導著全球芯片產業的發展。
隨著全球芯片制造產能持續向亞洲轉移，以及在新冠疫情導致供應鏈受到沖擊下，美國的制造環節短板暴露，芯片產業領頭羊優勢被削弱。
看著其他國家的芯片“大樓”越建越高，這令美國有些焦慮，并采取一系列政策、市場手段介入追趕，以期重回世界半導體霸主地位。
技術和產業先發優勢
得益于在計算機和互聯網產業兩方面的提早布局，世界半導體工業最先在美國萌芽并逐步完成積累，成為其技術優勢之一。
作為技術和產業的發源地，美國一度領導全球半導體與集成電路的發展。
上世紀80年代中期前，美國一直穩坐世界半導體老大的位置，并占據世界半導體市場50%以上的份額。后來，日本以DRAM存儲產品為突破點，憑借當時汽車產業和全球大型計算機市場的東風得以迅速崛起，在微電子、半導體、存儲器等領域超越了美國，使美國在世界半導體市場所占份額降低到37%。
為了重奪半導體市場，美國政府以反傾銷名義令日本政府調整產業政策。在技術層面上，美國政府還在1987年聯合14家企業建立了半導體制造技術聯盟（即Sematech）主攻IC制造工藝及其設備，以對抗日本在存儲方面的先進技術。1990年代中期以來，通過該聯盟已經獲得成效。1996年聯盟董事會決定中止財政補貼后，開始將工作重點從美國半導體產業轉移到更大的國際半導體產業。通過這些方式的布局，美國半導體企業重新回到世界第一的地位。
1990年Gartner所統計的全球前十大半導體企業。圖片來源：維基百科
1996年Gartner所統計的全球前十大半導體企業。圖片來源：維基百科
美國早期芯片行業的發展同國防軍工密不可分，美國政府利用產業政策和科學政策培育了芯片公司的多元化生態體系。20世紀60年代，美國軍用芯片市場占比超過了80%。1999 —2001年全球共有近千億美元風險投資涌入“新經濟”創業領域，其中80%投向美國。借助“信息高速公路”戰略和科技股的創富效應，美國芯片產業走在了世界各國的前面，并延續至今。
2021年，美國半導體行業協會(SIA)發布數據顯示，全球半導體銷售額達到5560億美元，美國半導體公司的銷售額總計2580億美元，占全球市場的46%，為全球最高。韓國為銷售額全球占比為21%，歐洲和日本為9%，中國臺灣地區為8%，中國大陸為7%。
IC Insights 2022年最新報告顯示，在IDM銷售額47%份額和無晶圓廠銷售額68%份額的推動下，美國公司在2021年占據了全球IC市場總量的54%。
圖片來源：半導體產業縱橫
盡管幾十年來美國半導體地位多次受到挑戰，但由于美國市場具有較強的韌性和“跑得更快”的能力，美國半導體產業仍是全球市場的領導者。美國半導體公司在研發、設計和制造工藝技術方面保持著領先或極具競爭力的地位。
完善的產業鏈體系
得益于美國一流的大學、技術移民政策和市場驅動的創新生態系統，美國構建了全球最完善的芯片產業鏈。
美國西海岸聚集了蘋果、臉書、亞馬遜、谷歌、微軟和特斯拉全球六大科技巨頭，盡管這些企業不直接生產芯片，但卻為美國芯片產業提供了龐大的市場。20世紀的個人計算機時代，確立了以英特爾和超威半導體處理器為主的江湖地位；21世紀智能手機的興起，又催生了高通和博通這樣的通信芯片設計巨頭；而在人工智能時代，又崛起了英偉達這樣的后起之秀。近年來，美國企業在全球芯片產業的市場份額超過50%，遠遠領先于排名第二的韓國（約為20%）。
在芯片設計、晶圓代工、芯片設計生產一體化、電子設計自動化（EDA）、設備和封測領域，美國均有全球領先的企業。
芯片設計前十名的美國公司合計占據了超過55%的全球市場份額。英特爾和超威半導體是全球最大的兩家計算機處理器芯片公司，合計占有90%以上市場份額。全球五大芯片設備公司，有三家是美國企業。全球晶圓代工排名第三的格芯占有約9%的全球市場份額。美光是全球第三大動態隨機存取存儲器存儲芯片廠商，同時也名列全球六大閃存廠商。德州儀器和亞德諾半導體（ADI）是全球最大的兩家模擬芯片企業。安靠科技是全球第二大封測代工廠。泰瑞達是全球第二大測試設備公司。
目前，其他國家都不具備美國這樣完整的芯片生態體系，也缺乏相應的人才和科研資源。美國政府將芯片視為戰略性、基礎性和先導性的產業，制定了關鍵的技術路線圖，明確不以短期盈利能力為目標。美國政府正在人才、投資、稅收、基礎設施建設等方面創造一個良好的產業環境，來確保美國保持其在技術前沿的領先地位。
美國半導體產業在半導體研發和芯片設計方面處于全球領先地位。對于美國公司而言，無晶圓廠企業和集成設備制造商（IDMs）合計占全球半導體銷售份額的近50%，主要是因為美國能及時獲得高技能工程人才以及蓬勃發展的創新生態系統，尤其是來自一流大學的創新生態系統。
美國半導體設計能力全球領先。半導體設計是知識和技術密集型產業，占整個半導體產業研發的65%和附加值的53%。專注于半導體設計的公司通常會將其年銷售額的12%～20%投入研發?，F代復雜芯片的開發，需要數百名工程師的多年努力，有時還需要利用外部IP和設計支持服務。隨著芯片變得越來越復雜，開發成本迅速上升。目前，美國無晶圓廠公司約占全球無晶圓廠公司總銷售額的60%，一些擁有設計能力的大的IDM公司也都是美國公司。
美國半導體產業的研發支出一直處于高位。2021年，包括fabless公司在內的美國半導體公司的研發和資本支出總額為906億美元。其中研發方面的投資總額為502億美元，過去二十年，復合年增長率約為5.9%。平攤到每名員工的總投資（以研發、新廠房和設備總投資衡量）增長到創紀錄的206000美元。就研發支出占銷售額的百分比（18%）而言，美國半導體行業僅次于制藥和生物技術行業，這遙遙領先中國大陸的7.6%，也領先于中國臺灣的11%。
圖片來源：鳳凰網
美國主導下的全球化產業鏈分工，是一個三元結構的體系：分別由消費國、生產國、資源國構成。消費國為美國、南歐的歐洲各國，生產國是中國、德國、日本、韓國等國，資源國則是俄羅斯、中東石油國、巴西、澳大利亞、委內瑞拉等國。
美國作為全球化分工體系的最頂端，不僅負責向全球提供輸出需求，還輸出流動性和制度與技術方面的標準和協議，負責全球化的全局統籌與組織。在這一體系下，美國在芯片領域也成為了游戲的設計者與規則制定者，決定著設計框架的國際使用。
深究美國半導體龍頭地位無可撼動的背后，光是上市公司的規模就達90多家，涵蓋設備、材料、設計、制造、封測全產業鏈。
國際知名市場調研機構Gartner公布的2021年全球前十半導體企業名單中，來自美國的半導體公司就占據七席，分別是英特爾、美光科技、高通、博通、德州儀器（TI）、英偉達、AMD，可見實力的雄厚。七家企業總計占到33.2%的市場份額，這顯示了美國在電腦及手機CPU芯片，存儲芯片，汽車電子芯片，AI智能芯片等多個半導體領域的強大掌控力，美國仍是半導體領域的領頭羊。
圖片來源：Gartner
伴隨著5G、人工智能等新技術的發展，美國開始有針對性地進行布局，他們所煽動的蝴蝶翅膀，也影響了接下來全球半導體產業鏈的變革。特別是在產能短缺的問題持續影響著半導體產業發展的情況下，使得美國開始重提半導體供應鏈的重要性。
制造領域介入追趕
邁入全球化時代后，世界迎來了產業與貿易分工體系的重組，服務外包浪潮的興起讓美國將傳統的制造業、高新技術產業中的生產制造環節大規模外遷。然而長期向海外轉移卻讓美國制造業開始萎縮，芯片制造產業亦是如此。
當前，美國企業雖然在EDA、核心IP、集成電路設計、制造、設備等領域的市場份額仍超50%，依舊保持著領先地位，但晶圓制造份額卻在這幾十年里持續下跌。
根據SIA《在不確定的時代加強全球半導體供應鏈》的數據顯示，美國半導體制造產業在全球的份額從1990年37%跌落到2020年的12%，遠低于美國在其他行業的份額。SIA警告，如果不采取行動，到2030年，美國在制造業中的份額將降至10%。這使得美國推出一系列支持半導體行業的相關政策，希望重獲領導地位，并確保供應鏈安全。
美國半導體制造業市場份額不斷縮減
圖片來源：SIA
隨著電子產品在全球范圍內的發展，半導體產業發生遷移，韓國和中國臺灣在這個期間成長了起來。當前，摩爾定律開始出現瓶頸，新技術開始在半導體產業當中迸發，這不僅為半導體產業的發展帶來了新的生機，也讓新興半導體國家乘勢而起。
在全球缺芯潮持續洶涌的情況下，隨著云計算、物聯網、人工智能及電動汽車等產業方興未艾，半導體芯片在科技產業中的作用進一步凸顯?？梢哉f，芯片的地位或將比以往任何時候重要，誰掌握了芯片話語權，誰就能未來的政治經濟地緣上勝出或占據有利地位。因此，全球半導體競爭已達到前所未有的白熱化。
在這種情況下，美國開始重新重視半導體技術方面的提升。2017年，美國國防高級研究計劃局（DARPA）提出了“電子復興計劃”，并在隨后五年內投資約15億美元，計劃旨在解決摩爾定律延續面臨的障礙以及電子技術快速發展50年來面臨的挑戰。為了解決芯片短缺問題制定了一項又一項的法案，還試圖通過“錢海戰術”挽回自己的霸主地位。
臺積電創始人張忠謀曾在公開活動上，直接對美國政府花錢招攬半導體公司本土設廠的政策給出了否定的看法，他直言：“美國供應鏈不完整，且生產成本高，美國半導體在本地制造不可能會成功?！?/span>
圖片來源：觀察者網
美國深諳自己在全球政治、科技領域的地位，不斷通過“芯片聯盟”、“高技術壁壘”、“向全球勒索芯片數據”、“半導體斷供”來手段維系自身產業主導地位，以及遏制新興半導體國家的發展。于是，盡管以半導體產業為核心的高科技產業經歷數十年的發展，已形成了高度全球化的大格局，但美國卻開動歷史倒車，利用自身的政治等方面力量介入，逆全球化半導體產業發展。
圖片來源：SIAC官網
這也勢必將倒逼新興半導體國家破釜沉舟，走上自主創新之路。一方面以當前世界現有科技成果為基礎和目標，借助全球化擺脫在很多關鍵領域的資源不足和技術短板，同時靈活運用自身在全球產業鏈上優勢，向產業界提供互惠互利的對策并繼續強化優勢項，進而切實“加強長板，補足短板”。
寫在最后
半導體產業作為全球化最徹底的產業，由多個國家和地區共同串成了完整的產業鏈：位于美國、歐洲、日本的芯片設計領域，位于中國大陸、中國臺灣、新加坡、韓國的晶圓制造領域，被日本掌控的芯片高端材料和設備領域，荷蘭ASML一家獨大的EUV光刻機等。
目前，沒有任何一個國家或地區可以實現完全的自給自足，美國想要憑借其自身意愿進而約束整個產業是相當困難的。
正如法國哲學家圣西門所說：“對全人類來說，只有一種共同利益，那就是科學的進步?！?/span>
美國曾經在主導全球芯片產業過程中，為世界的科技進步做過貢獻，但如今卻用過時的冷戰思維，將科技問題政治化、工具化、意識形態化，不但無法阻止其他國家科技發展的腳步，還會逆時代潮流而行，有悖于全球科技進步的規律，無益于全人類的福祉。
免責聲明：本文原創作者徐曉穎，本文僅代表作者個人觀點，不代表薩科微及行業觀點，只為轉載與分享，支持保護知識產權，轉載請注明原出處及作者，如有侵權請聯系我們刪除。
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