半導(dǎo)體龍頭盤踞的美國(guó)

歷經(jīng)貿(mào)易戰(zhàn)、科技戰(zhàn)、肺炎疫情及車用芯片大缺貨，各國(guó)紛紛體認(rèn)到半導(dǎo)體是重要的戰(zhàn)略物資，半導(dǎo)體自主化將成國(guó)際發(fā)展趨勢(shì)。美國(guó)雖為全球半導(dǎo)體龍頭，但也暴露出了短板。最近，美國(guó)國(guó)會(huì)通過國(guó)防授權(quán)法案，內(nèi)容包含對(duì)半導(dǎo)體制造的獎(jiǎng)勵(lì)措施，協(xié)助英特爾、三星與臺(tái)積電等在美國(guó)當(dāng)?shù)亟◤S。

回望美國(guó)歷史，一代又一代的政客、分析機(jī)構(gòu)以及新聞工作者無不在推動(dòng)半導(dǎo)體業(yè)的發(fā)展。

里根時(shí)代：“美國(guó)半導(dǎo)體工業(yè)的健康和活力對(duì)美國(guó)未來的競(jìng)爭(zhēng)力至關(guān)重要。我們不能讓它受到危害?！_納德·里根（1987）

克林頓時(shí)代：“美國(guó)半導(dǎo)體制造商的衰落……美國(guó)主導(dǎo)科學(xué)產(chǎn)業(yè)的日子可能已經(jīng)不多了……下游電子系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)一連串下滑的第一張多米諾骨牌。”——行業(yè)評(píng)估（1999）

奧巴馬時(shí)代：“半導(dǎo)體創(chuàng)新正在放緩……中國(guó)協(xié)同努力，利用政府引導(dǎo)的超過1000億美元的產(chǎn)業(yè)政策，以有利于自己的方式重塑市場(chǎng)，這威脅到了美國(guó)產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力?！薄偨y(tǒng)科學(xué)技術(shù)顧問委員會(huì)（2016）

當(dāng)今：美國(guó)需要雄心勃勃地投資半導(dǎo)體研究。..。（或）面臨失去創(chuàng)新優(yōu)勢(shì)和全球競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)領(lǐng)先地位的風(fēng)險(xiǎn)?！雽?dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)2019年報(bào)告

半導(dǎo)體龍頭盤踞的美國(guó)

美國(guó)在半導(dǎo)體業(yè)務(wù)的制高點(diǎn)上擁有牢牢的控制權(quán)，而半導(dǎo)體業(yè)務(wù)則主導(dǎo)著整個(gè)行業(yè)。

首先來看全球整體的半導(dǎo)體廠商排名情況，前十中有5家都是美國(guó)的企業(yè)。英特爾當(dāng)然是美國(guó)最大的半導(dǎo)體生產(chǎn)商，也是世界上最大的微芯片制造商之一。美光排在第四，高通第五，德州儀器第七，英偉達(dá)第十。

而具體到各個(gè)芯片領(lǐng)域，在手機(jī)芯片上，高通多年以來一直雄霸手機(jī)SoC龍頭的位置。也就只在2020年第三季度聯(lián)發(fā)科超越了高通。

2020年第三季度手機(jī)芯片組市場(chǎng)份額 （圖片來源：Counterpoint）

在模擬芯片領(lǐng)域，德州儀器和ADI常年穩(wěn)坐第一和第二的位置，尤其是德州儀器自2011年登上模擬IC巨頭寶座之后，此后近20年幾乎未發(fā)生過易主。前十中還有Maxim（ADI正欲將其收購）、Skyworks、安森美和Microchip。

2019年全球前十大模擬芯片廠商排名

來到汽車芯片市場(chǎng)上，北美在2019年占據(jù)全球汽車芯片市場(chǎng)33％的主導(dǎo)份額。安森美是汽車CIS領(lǐng)域的龍頭，其市場(chǎng)占有率超過50%；美光是汽車內(nèi)存領(lǐng)域無可爭(zhēng)議的領(lǐng)導(dǎo)企業(yè)；ADI這幾年將汽車領(lǐng)域視作新寵，先后收購了電源巨頭Linear和Vescent Photonics公司的固態(tài)激光束控制技術(shù)。此外值得一提的還有特斯拉的FSD芯片也在行業(yè)獨(dú)樹一幟、

下圖是全球前十五的設(shè)計(jì)IP廠商排名，而在這些主要的廠商中，美國(guó)幾乎占據(jù)了大半壁江山。美國(guó)的EDA軟件工具商Synopsys和Cadence也是IP陣營(yíng)的主要參與者；SST是存儲(chǔ)器IP領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者；Achronix是唯一在批量生產(chǎn)中同時(shí)具有高性能和高密度獨(dú)立FPGA和嵌入式FPGA（eFPGA）解決方案的IP供應(yīng)商。

圖1：全球TOP15 半導(dǎo)體IP廠商排名

圖2：半導(dǎo)體IP廠商所屬國(guó)家

就晶圓處理設(shè)備而言，美國(guó)實(shí)力也非常強(qiáng)勁，在全球晶圓處理設(shè)備供應(yīng)商前5名中，美國(guó)就占據(jù)了3席，分別是排名第一的應(yīng)用材料，市占率19%左右；第二的Lam Research，市占率13%左右；以及排名第5的KLA，市占率6%左右。

上圖所示為2019年全球排名前15的半導(dǎo)體設(shè)備廠商（單位：百萬美元）

30年前，全世界制造的所有微芯片中，有超過三分之一來自以硅谷命名的美國(guó)公司（硅是制造包含數(shù)百萬個(gè)微型晶體管的微芯片的關(guān)鍵成分）。如今，這一數(shù)字已降至僅12％。根據(jù)美國(guó)工業(yè)貿(mào)易協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù)，目前全球約80％的生產(chǎn)主要集中在亞洲，主要是臺(tái)灣，韓國(guó)和日本。但即使美國(guó)有無與倫比的設(shè)計(jì)能力，如果沒有美國(guó)國(guó)內(nèi)穩(wěn)定的制造設(shè)施，也可能倒退。除了英特爾之外，美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)基本上已經(jīng)將大量資本支出的代工模式交給臺(tái)積電來做。

政策先行，向芯片本地化進(jìn)擊

2019年，美國(guó)國(guó)會(huì)頒布了兩項(xiàng)重要立法，旨在激發(fā)美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)的創(chuàng)新和競(jìng)爭(zhēng)能力。首先，參議員 John Cornyn和Mark Warne提出了兩黨的美國(guó)《CHIPS法案》，隨后是Tom Cotton和Chuck Schumer的參議員提出了2020年《代工法》（Foundries Act of 2020）。這兩項(xiàng)法律已合并，并且該法律的合并版本包含在2020年《國(guó)防授權(quán)法》（NDAA）中，該法案于2020年底通過成為法律。這項(xiàng)立法將擴(kuò)大聯(lián)邦在半導(dǎo)體研究和技術(shù)開發(fā)方面的投資，引入激勵(lì)措施在美國(guó)設(shè)立半導(dǎo)體制造設(shè)施，并擴(kuò)大對(duì)該行業(yè)投資的稅收抵免。他們認(rèn)為在這些領(lǐng)域進(jìn)行投資是正確的事情，現(xiàn)在是正確的時(shí)機(jī)。

根據(jù)美國(guó)國(guó)家最高審計(jì)委員會(huì)的資料，美國(guó)可能需要從東亞國(guó)家進(jìn)口大約90%的芯片，而即使是輕微的供應(yīng)暫?？赡軙?huì)對(duì)整個(gè)人工智能以及美國(guó)的半導(dǎo)體行業(yè)產(chǎn)生不利影響。

為此，美國(guó)國(guó)家人工智能安全委員會(huì)（NSCAI）建議美國(guó)政府增加國(guó)內(nèi)晶圓廠投資，以在人工智能領(lǐng)域超越中國(guó)。他們指出，美國(guó)政府需要為美國(guó)的晶圓廠提供更多的稅收優(yōu)惠，以便吸引設(shè)施投資需求。

他們同時(shí)強(qiáng)調(diào)，隨著人工智能逐漸成為全球技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的核心，許多國(guó)家正在縮小與美國(guó)的競(jìng)爭(zhēng)力差距，中國(guó)有能力在大規(guī)模投資的基礎(chǔ)上在10年內(nèi)超過美國(guó)。

美國(guó)參議院通過了一項(xiàng)7410億美元的國(guó)防法案，其中包括向GlobalFoundries這樣的計(jì)算機(jī)芯片制造商提供至多250億美元的支持，以確保未來穩(wěn)定的國(guó)內(nèi)芯片供應(yīng)。

美國(guó)歷來沒有為芯片廠提供聯(lián)邦援助。但這次多重重大事件，使美國(guó)開始意識(shí)到，全球供應(yīng)鏈的中斷可能會(huì)中斷從5G智能手機(jī)到噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)等關(guān)鍵技術(shù)所需的關(guān)鍵原料的供應(yīng)，并引發(fā)美國(guó)認(rèn)識(shí)到了自主可控的重要性。

就在近日，據(jù)CNBC報(bào)道，美國(guó)總統(tǒng)拜登將領(lǐng)導(dǎo)其政府對(duì)美國(guó)主要供應(yīng)鏈進(jìn)行審查，包括半導(dǎo)體，大容量電池和稀土金屬的供應(yīng)鏈。白宮計(jì)劃審查國(guó)內(nèi)制造和供應(yīng)鏈中的空白。

盡管完全建立全球最復(fù)雜的供應(yīng)鏈?zhǔn)遣磺袑?shí)際的，但我們可以并且應(yīng)該重新平衡我們的供應(yīng)鏈以使其更具彈性。

三大晶圓廠與美國(guó)“牽手”

在GlobalFoundries在2018年退出開發(fā)領(lǐng)先的工藝技術(shù)并且英特爾將其工藝技術(shù)領(lǐng)先于臺(tái)積電和三星晶圓廠之后，美國(guó)政府一直更愿意幫助本地芯片制造商，以確保該國(guó)能夠自力更生并不依賴于其他地方生產(chǎn)的芯片。盡管美國(guó)政府希望幫助英特爾或GlobalFoundries等本地芯片制造商，但迄今為止，其協(xié)助該國(guó)芯片生產(chǎn)的計(jì)劃已引起臺(tái)灣臺(tái)積電和韓國(guó)三星的極大興趣。

2020年5月臺(tái)積電率先和美國(guó)聯(lián)邦政府及亞利桑那州共同宣布，將在美國(guó)設(shè)立第二個(gè)生產(chǎn)基地，今年動(dòng)工后，目標(biāo)2024年開始量產(chǎn)，2021年至2029年專案投資120億美元，目標(biāo)該廠5納米制程12英寸晶圓的月產(chǎn)能為2萬片。

雖然臺(tái)積電并未宣布當(dāng)?shù)刂圃斓暮献鲗?duì)象，不過，業(yè)界盛傳是配合美國(guó)客戶在當(dāng)?shù)貒?guó)防工業(yè)芯片的在地制造需求。

除此之外，三星也積極在美國(guó)展開購地?cái)U(kuò)產(chǎn)布局，三星去年底已經(jīng)向德州提出申請(qǐng)奧斯汀十年期投資約170億美元，主要用于擴(kuò)產(chǎn)。依據(jù)三星向德州提出的文件資訊，業(yè)界分析，從三星規(guī)劃來看，推估該新廠制程也會(huì)是5納米以下的先進(jìn)制程生產(chǎn)，外傳計(jì)劃最大月產(chǎn)7萬片，終端應(yīng)用是國(guó)防相關(guān)伺服器所需芯片生產(chǎn)。

在芯片設(shè)計(jì)方面，三星在美國(guó)擁有足夠的客戶（例如IBM，Nvidia，高通，特斯拉等），它們需要使用其最先進(jìn)的節(jié)點(diǎn)，并且更愿意使用位于美國(guó)的晶圓廠，這就是為什么它需要在美國(guó)建立新的制造工廠的原因。此外，該公司還需要在北美新建一家領(lǐng)先的晶圓廠，以更好地與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手臺(tái)積電（TSMC）競(jìng)爭(zhēng)。

在臺(tái)積電、三星之后，格芯也宣布美國(guó)的購地?cái)U(kuò)建新計(jì)劃。格芯在美國(guó)時(shí)間15日也發(fā)布新聞稿宣布，和美國(guó)國(guó)防部合作，格芯計(jì)劃在新的供應(yīng)協(xié)議之下，由美國(guó)紐約Fab 8廠區(qū)購地?cái)U(kuò)建、并完成認(rèn)證后，將在2023年開始出貨第一批國(guó)防專用芯片。

格芯指出，該公司過去和美國(guó)國(guó)防部合作已久，包含在旗下美國(guó)佛州Fab 9與紐約的Fab 10生產(chǎn)其他地面設(shè)施所需芯片，此次合作協(xié)議擴(kuò)及至國(guó)防、航太與其他敏感應(yīng)用芯片所需。

依據(jù)美國(guó)國(guó)防部聲明，與格芯的協(xié)議是最近參議院多數(shù)黨支持的《美國(guó)CHIPS法案》的初步進(jìn)展，該法案主要是支持與加強(qiáng)美國(guó)國(guó)防供應(yīng)鏈半導(dǎo)體芯片的制造能力。

責(zé)任編輯：lq