美國能否扭轉(zhuǎn)半導(dǎo)體制造業(yè)格局？

僅在過去兩年里，美國才充分認(rèn)識到半導(dǎo)體現(xiàn)在與石油一樣對現(xiàn)代經(jīng)濟至關(guān)重要。

在數(shù)字化世界中，電動工具通常帶有可跟蹤其位置的藍(lán)牙芯片。家電已經(jīng)添加了芯片來管理用電。2021 年，每輛汽車平均裝有約 1200 個價值 600 美元的芯片，是 2010 年的兩倍。

造成芯片短缺的供應(yīng)鏈緊縮讓我們明白了教訓(xùn)。據(jù)咨詢公司 AlixPartners 稱，去年汽車制造商因缺少芯片而損失了 2100 億美元的銷售額。與中國的競爭引發(fā)了人們的擔(dān)憂，即中國可能會主導(dǎo)關(guān)鍵的民用或軍用芯片領(lǐng)域，甚至?xí)柚姑绹@得零部件。

現(xiàn)在，政府和企業(yè)正斥資數(shù)十億美元大力發(fā)展國內(nèi)制造業(yè)并保障芯片供應(yīng)。據(jù)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會稱，自 2020 年以來，半導(dǎo)體公司在全國提出了 40 多個項目，價值近 2000 億美元，將創(chuàng)造 4 萬個就業(yè)崗位。

這是一個定義國際經(jīng)濟競爭輪廓并決定國家政治、技術(shù)和軍事優(yōu)勢的行業(yè)的重大賭注。

“在過去的五年里，石油儲量的位置決定了地緣政治，”英特爾公司首席執(zhí)行官帕特·基辛格 ( Pat Gelsinger )在 10 月份的華爾街日報會議上宣布?！拔磥砦迥晷酒S的位置更為重要?！?/p>

隨著石油在 1900 年代成為工業(yè)經(jīng)濟的關(guān)鍵，美國成為世界上最大的生產(chǎn)國之一。確保半導(dǎo)體供應(yīng)更加復(fù)雜。雖然一桶石油與另一桶石油非常相似，但半導(dǎo)體的類型、能力和成本卻令人眼花繚亂，并且依賴于跨越數(shù)千種投入和眾多國家的多層供應(yīng)鏈。鑒于規(guī)模經(jīng)濟，美國無法自行生產(chǎn)所有這些產(chǎn)品。

“美國的前沿生產(chǎn)為零，”負(fù)責(zé)監(jiān)督芯片和科學(xué)法案實施的商務(wù)部辦公室主任邁克施密特說，該法案由拜登總統(tǒng)于 8 月簽署成為法律，該法案向半導(dǎo)體提供 520 億美元的補貼制造和研究?！拔覀冋谡?wù)撌姑绹蔀轭I(lǐng)先生產(chǎn)領(lǐng)域的全球領(lǐng)導(dǎo)者，并在未來創(chuàng)造自我維持的動力。毫無疑問，這是一組非常雄心勃勃的目標(biāo)。”

最近影響最大的短缺并不一定涉及最昂貴的芯片。

福特汽車公司首席執(zhí)行官吉姆法利去年 11 月在加利福尼亞州圣何塞舉行的一次芯片業(yè)高管聚會上說，工廠工人，即北美的工人，自那年開始以來只工作了整整一周 3 次年因為芯片短缺。由于缺乏簡單的芯片，包括 F-150 皮卡車擋風(fēng)玻璃刮水器電機所需的 40 美分零件，導(dǎo)致其生產(chǎn)目標(biāo)不足 40,000 輛。

直到 2014 年，總部位于圣地亞哥的ResMed Inc. 制造的治療睡眠呼吸暫停的機器每臺都只包含一個芯片，用于處理氣壓和濕度。然后 ResMed 開始將蜂窩芯片放入設(shè)備中，將用戶睡眠模式的夜間報告卡發(fā)送到他們的智能手機和他們的醫(yī)生。

結(jié)果，用戶的常規(guī)使用率從略高于一半攀升至約 87%。由于持續(xù)使用設(shè)備的睡眠呼吸暫?；颊叩乃劳雎瘦^低，因此相對簡單的芯片可以幫助挽救生命。

在芯片短缺期間，當(dāng)對其機器的需求上升時，ResMed無法獲得足夠的蜂窩芯片，部分原因是競爭對手的設(shè)備被召回。一些供應(yīng)商違背供應(yīng)協(xié)議?；颊呙媾R長達數(shù)月的等待。

首席執(zhí)行官米克·法雷爾 (Mick Farrell ) 表示，盡管他的訂單相對較小，但他懇求長期供應(yīng)商優(yōu)先供應(yīng)他的設(shè)備?！拔乙笤絹碓蕉?，請優(yōu)先考慮我們，”他說?！斑@是一個生死攸關(guān)的案例——我們不只是要求讓你感覺更好的東西?！?/p>

該公司重新設(shè)計了在新加坡和悉尼組裝的機器，以用更容易獲得的其他芯片替換供不應(yīng)求的芯片。它尋找新的芯片供應(yīng)商。它甚至倒退了時鐘并發(fā)布了一個沒有蜂窩芯片的設(shè)備版本。

盡管芯片短缺情況有所緩解，而且該公司最新的呼吸設(shè)備也重新使用了蜂窩芯片，但 Farrell 先生擔(dān)心芯片供應(yīng)可能成為瓶頸。

5 月，他是一群醫(yī)療技術(shù) CEO 之一，他們在電話會議上向商務(wù)部長吉娜·雷蒙多 (Gina Raimondo) 請求幫助。雷蒙多女士的工作人員要求其他聯(lián)邦機構(gòu)將醫(yī)療設(shè)備指定為必不可少的設(shè)備，并幫助將買家直接與制造商聯(lián)系起來，繞過分銷商。

這種請求也讓拜登政府在雷蒙多女士的領(lǐng)導(dǎo)下努力通過芯片和科學(xué)法案變得更加緊迫。長期以來，美國一直對產(chǎn)業(yè)政策持謹(jǐn)慎態(tài)度，在該政策下，政府而非市場將資源引導(dǎo)至特定行業(yè)。許多經(jīng)濟學(xué)家批評產(chǎn)業(yè)政策是在挑選贏家。但許多共和黨和民主黨立法者認(rèn)為，半導(dǎo)體應(yīng)該是一個例外，因為它們與石油一樣，具有重要的民用和軍用用途。

該法案通過后不久，曾推動國會通過該法案兩年的英特爾公司在俄亥俄州破土動工了一項耗資 200 億美元的項目。商務(wù)部將在下個月公布有關(guān)如何授予法律制造業(yè)補貼的指導(dǎo)方針。

美國科學(xué)家和工程師從 1940 年代開始發(fā)明半導(dǎo)體并將其商業(yè)化，如今美國公司仍然主導(dǎo)著半導(dǎo)體供應(yīng)鏈中最賺錢的環(huán)節(jié)：芯片設(shè)計、將這些設(shè)計轉(zhuǎn)化為實際半導(dǎo)體的軟件工具，以及與日本的競爭對手和荷蘭，價值數(shù)百萬美元的機器將芯片設(shè)計蝕刻到制造廠或晶圓廠內(nèi)的晶圓上。

但半導(dǎo)體的實際制造越來越多地外包給亞洲。根據(jù)波士頓咨詢集團和 SIA 的數(shù)據(jù)，美國在全球芯片制造中的份額已從 1990 年的 37% 下降到 2020 年的 12%，而中國大陸的份額已從大約零上升到約 15%。臺灣和韓國各占20%多一點。

先進邏輯芯片（計算機、智能手機和服務(wù)器的大腦）的最前沿制造商是臺積電（代工廠）和韓國三星電子公司，英特爾位居第三。內(nèi)存芯片主要由總部位于美國和亞洲的公司在亞洲制造。低端模擬芯片在消費和工業(yè)產(chǎn)品中通常只執(zhí)行一些任務(wù)，但在世界各地都有生產(chǎn)。

盡管美國在大量研發(fā)領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，但在制造業(yè)方面卻落后。

芯片制造商正斥資數(shù)十億美元興建新工廠，以提高該國在制造業(yè)中的份額，但仍然存在重大障礙，包括美國工程專業(yè)學(xué)生人數(shù)增長緩慢。

從 2016 年左右開始，美國官員開始阻撓中國采購一線芯片公司和技術(shù)的努力。去年 7 月，當(dāng)一家加拿大研究公司報告稱中國最大的芯片制造商中芯國際已開始制造7 納米芯片時，華盛頓的許多人都感到措手不及——這種復(fù)雜程度超出了它的能力。

10 月 7 日，美國政府毫無征兆地對向中國出口芯片相關(guān)產(chǎn)品實施了有史以來最廣泛的限制。長期以來，美國一直愿意讓中國的半導(dǎo)體能力進步，只要美國保持領(lǐng)先。新的控制措施走得更遠(yuǎn)，試圖在美國及其盟友領(lǐng)先的同時阻止中國。

與此同時，美國官員希望聯(lián)邦補貼將導(dǎo)致工廠足夠大和先進，以在未來很長一段時間內(nèi)保持競爭力和盈利能力。雷蒙多女士在接受采訪時說：“我們必須想辦法利用我們擁有的每一個杠桿……來推動這些公司變得更大。” “我需要英特爾考慮將俄亥俄州那個價值 200 億美元的設(shè)施變成一個價值 1000 億美元的設(shè)施。我們必須說服臺積電或三星，他們可以從每月 20,000 片晶圓增加到 100,000 片，并在美國取得成功并盈利。這就是這里的全部游戲。”

這一雄心壯志出現(xiàn)在芯片制造商的微妙時刻，他們中的許多人已經(jīng)看到對大流行初期炙手可熱的電子產(chǎn)品的需求急劇下降。英特爾正在經(jīng)濟低迷時期削減資本支出，臺積電本周表示，需求疲軟可能導(dǎo)致其削減今年的資本支出。

為了滿足芯片公司的投資需求，雷蒙多女士已與私人基礎(chǔ)設(shè)施投資者接洽以參與芯片項目，仿效布魯克菲爾德資產(chǎn)管理公司對英特爾亞利桑那州晶圓廠的共同投資。去年 11 月，她在巴克萊銀行 (Barclays Bank) 在新加坡舉辦的一次投資會議上向 700 名基金經(jīng)理提出了這個想法。

她還與包括蘋果公司在內(nèi)的芯片客戶接洽，商討購買這些晶圓廠生產(chǎn)的芯片?！拔覀儗⑿枰罂蛻舫兄Z購買 [晶圓廠的產(chǎn)出]，這將有助于降低交易風(fēng)險并表明這些芯片有市場，”她說。

這些努力似乎在 12 月得到了回報，當(dāng)時臺積電宣布將在菲尼克斯北部一片廣闊的灌木叢中建造的設(shè)施中將投資增加到 400 億美元用于尖端芯片。這里以前是野驢和土狼的家園，現(xiàn)在到處都是建筑起重機，并運送了一些世界上最先進的制造設(shè)備。

在那個月拜登和包括雷蒙多女士在內(nèi)的高級政府官員出席的儀式上，蘋果公司首席執(zhí)行官蒂姆庫克和Advanced Micro Devices Inc. 首席執(zhí)行官蘇姿豐承諾購買該設(shè)施的部分產(chǎn)品。

盡管如此，臺積電在一封公開信中告訴商務(wù)部，盡管對其計劃以及地方、州和潛在的聯(lián)邦補貼感到興奮，但成本高于在國內(nèi)建立類似業(yè)務(wù)的成本。臺積電創(chuàng)始人張忠謀去年 11 月表示，差距可能達到 50%。臺積電稱已派出600多名美國工程師赴臺培訓(xùn)。

在美國之外，歐洲也有自己的計劃，在大約 10 年內(nèi)將其在全球生產(chǎn)中的份額翻一番，而臺灣、中國大陸和其他亞洲國家的當(dāng)局正在向該行業(yè)投入資金。臺積電除了在亞利桑那州的項目外，還在日本建設(shè)一家芯片廠，并正在尋找對歐洲的潛在投資。

美國的高成本和合格勞動力稀缺阻礙了之前將電子制造業(yè)回流的努力。印第安納州普渡大學(xué)校長 Mung Chiang 表示，計算機和工程專業(yè)的學(xué)生被芯片設(shè)計或軟件所吸引，而美國公司在這些領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，而不是制造業(yè)。

“即使他們說，‘是的，半導(dǎo)體制造聽起來很不錯，我想去做，’好吧，他們在哪里可以學(xué)到真實的、活生生的經(jīng)驗？”

作為回應(yīng)，普渡大學(xué)創(chuàng)建了一個專門的半導(dǎo)體項目，希望到 2030 年，每年可以親自和在線頒發(fā) 1,000 多個證書和學(xué)位。7 月，總部位于明尼蘇達州布盧明頓的晶圓代工廠SkyWater Technology表示，它將在普渡大學(xué)校園內(nèi)建造一座價值 18 億美元的晶圓廠，預(yù)計將得到 Chips 資金的支持。

開發(fā)國內(nèi)人才供應(yīng)只是成功的一半。美國在半導(dǎo)體的許多關(guān)鍵投入方面也依賴外國。

在硅晶片上刻印微小電路藍(lán)圖的激光器使用純化的氖氣，這些氖氣由通常從鋼鐵廠附屬的大型空氣分離裝置中收獲的原始氖氣制成。這些設(shè)施在從空氣中分離氧氣以用于煉鋼爐時會產(chǎn)生氖氣。

由于鋼鐵行業(yè)在過去半個世紀(jì)中大部分遷出美國，目前國內(nèi)生產(chǎn)的氖氣非常少。大多數(shù)來自烏克蘭、俄羅斯和中國，但俄羅斯對烏克蘭的入侵使中國成為世界的主要來源。

“這對美國來說是一種風(fēng)險嗎？絕對是，”Electronic Fluorocarbons LLC 的執(zhí)行副總裁 Matthew Adams 說，這家總部位于馬薩諸塞州的公司進口、凈化和銷售氖氣和其他氣體。“長期禁止從中國向美國出口霓虹燈將在庫存耗盡后關(guān)閉很大一部分半導(dǎo)體生產(chǎn)。”

用于芯片制造的少數(shù)其他原材料，例如鎢，可轉(zhuǎn)化為六氟化鎢并用于在芯片上構(gòu)建部分晶體管，同樣主要來自中國。要真正將美國芯片行業(yè)與中國脫鉤，就需要取消幾十年的全球化，行業(yè)領(lǐng)袖表示這是不切實際的。

即使美國不能成功確保整個半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的安全，它也有機會扭轉(zhuǎn)最近在一個制造業(yè)領(lǐng)域接連失去領(lǐng)導(dǎo)地位的歷史格局，包括乘用車、鐵路設(shè)備、機床、消費電子和太陽能板。

信息技術(shù)與創(chuàng)新基金會總裁Rob Atkinson說：“我認(rèn)為我們以前從未這樣做過：以一種有意識的、有針對性的方式嘗試在我們曾經(jīng)是領(lǐng)導(dǎo)者但后來失去的行業(yè)中重新獲得市場份額，”該創(chuàng)新基金會倡導(dǎo)政府支持制造業(yè)。

審核編輯 ：李倩