《電子技術(shù)應(yīng)用》
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一文讀懂全球半導(dǎo)體格局

2020-10-08
來(lái)源:半導(dǎo)體行業(yè)觀察

 “半導(dǎo)體”實(shí)際上是指具有導(dǎo)電特性的固體物質(zhì)(例如硅或鍺),,他們可以用作導(dǎo)體或絕緣體。1956年,貝爾實(shí)驗(yàn)室的約翰·巴?。↗ohn Bardeen),沃爾特·布拉頓(Walter Brattain)和威廉·肖克利(William Shockley)因其于1947年發(fā)明的晶體管而獲得了諾貝爾獎(jiǎng),該晶體管是一種用于放大或切換電子信號(hào)和電源的半導(dǎo)體器件。

  1950年代中期,,德州儀器(TI)的杰克·基爾比(Jack Kilby)和飛兆半導(dǎo)體公司(Fairchild Semiconductor)的一組研究人員率先開(kāi)發(fā)了集成電路,將多個(gè)晶體管放置在一塊單一的半導(dǎo)體材料上,,“半導(dǎo)體芯片”的現(xiàn)代面貌隨之誕生,。但是現(xiàn)代半導(dǎo)體與早期的先驅(qū)者早已相去甚遠(yuǎn)。如今,,一個(gè)平方厘米大小的芯片上包含數(shù)十億個(gè)晶體管,,以納米級(jí)單位(長(zhǎng)度單位等于一米的百萬(wàn)分之一)測(cè)量電路,并且最新的半導(dǎo)體制造設(shè)施正在生產(chǎn)尺寸為5 nm和3nm的半導(dǎo)體,。前沿半導(dǎo)體所包含的晶體管比人的頭發(fā)薄10,000倍。

  半導(dǎo)體日益微型化以及處理能力和速度以及功耗效率方面的性能增強(qiáng)是每一種信息和通信技術(shù)(ICT)產(chǎn)品的核心,。從根本上講,,半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展解釋了為什么數(shù)字產(chǎn)品相對(duì)價(jià)格不斷下降,但是其能力卻不斷增強(qiáng):1983年的手機(jī)價(jià)格為4,000美元,,而如今只需數(shù)百美元,;個(gè)人基因組測(cè)序的成本從27億美元在過(guò)去的20年中下降至300美元;大約每十年無(wú)線通信都會(huì)增加一個(gè)“G”,。

  半導(dǎo)體行業(yè)是當(dāng)今最重要的行業(yè)之一,,它提供的核心技術(shù)可以為全球數(shù)字化提供動(dòng)力,,并能促進(jìn)每個(gè)經(jīng)濟(jì)體各個(gè)部門(mén)的創(chuàng)新和生產(chǎn)力的增長(zhǎng)。

  半導(dǎo)體對(duì)經(jīng)濟(jì)的影響

  據(jù)哈佛大學(xué)經(jīng)濟(jì)學(xué)家喬恩·塞繆爾斯(Jon Samuels)估計(jì),,從1960年到2007年,,美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)的全要素生產(chǎn)率(total factor productivity )增長(zhǎng)了近9%(是整體經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)率的25倍),已占美國(guó)經(jīng)濟(jì)總量的近30%,。從特定行業(yè)的貢獻(xiàn)看,,從1960年到2007年,半導(dǎo)體在美國(guó)通信設(shè)備制造業(yè)的增長(zhǎng)中占約37%,,在電氣設(shè)備和家電領(lǐng)域的增長(zhǎng)中占14%,,以及其他電子產(chǎn)品增長(zhǎng)的24%。

  據(jù)牛津經(jīng)濟(jì)研究院(Oxford Economics)估計(jì),,半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)推動(dòng)了7萬(wàn)億美元的全球經(jīng)濟(jì)活動(dòng),,為全球年度國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)直接貢獻(xiàn)了2.7萬(wàn)億美元。如今,,數(shù)字經(jīng)濟(jì)已占全球GDP的近四分之一,,半導(dǎo)體推動(dòng)了未來(lái)數(shù)字化。從AI,,云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)到先進(jìn)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò),,智能電網(wǎng),智能建筑,,智能城市乃至下一代量子計(jì)算的一切都將由半導(dǎo)體起支撐作用,。

  半導(dǎo)體行業(yè)本身就是一個(gè)價(jià)值4700億美元的高度全球化的行業(yè)(預(yù)計(jì)到2026年將達(dá)到7300億美元的行業(yè)),2019年有史以來(lái)首次出貨超過(guò)1萬(wàn)億個(gè)半導(dǎo)體,,其中一些處理器包含超過(guò)300億個(gè)晶體管,。2019年,總部位于美國(guó)的半導(dǎo)體企業(yè)在全球半導(dǎo)體行業(yè)占有47%的市場(chǎng)份額,,其次是韓國(guó)(占19%),,日本和歐洲(占10%),中國(guó)臺(tái)灣(占6%)和中國(guó)大陸(占5%),。(參見(jiàn)圖1)

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  圖1:2019年全球半導(dǎo)體行業(yè)市場(chǎng)份額

  但是,,在增值(value added:一個(gè)國(guó)家的實(shí)際生產(chǎn)值)方面,各國(guó)情況大不相同,。2016年(可獲得數(shù)據(jù)的最新年份),,中國(guó)創(chuàng)造了1200億美元的增值,而美國(guó)為830億美元,,中國(guó)臺(tái)灣為556億美元,,韓國(guó)為390億美元。(請(qǐng)參見(jiàn)圖2)2011年,美國(guó)該行業(yè)的增值達(dá)到了913億美元的峰值(名義價(jià)值),。

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  圖2:2001–2016年半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)增值(十億美元)

  從2007年到2016年,,中國(guó)大陸在該領(lǐng)域的增值增長(zhǎng)了三倍。就全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)增值的份額而言,,從2001年到2016年,,中國(guó)大陸增長(zhǎng)了近四倍,從8%增長(zhǎng)到31%,,而美國(guó)的份額從28%下降到22%,,日本的份額下降了三分之二,從30%下降到8%,。中國(guó)臺(tái)灣和韓國(guó)的份額都翻了一番或幾乎翻倍,,中國(guó)臺(tái)灣的份額從8%增長(zhǎng)到15%,韓國(guó)的份額從5%增長(zhǎng)到10%,。德國(guó)和馬來(lái)西亞各占2%的份額,。(參見(jiàn)圖3。)

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  圖3:2001年和2016年全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)增值的各國(guó)(或地區(qū))份額

  根據(jù)經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織(OECD)的數(shù)據(jù),,2018年,,中國(guó)大陸出口了1,380億美元的半導(dǎo)體,中國(guó)臺(tái)灣1,110億美元,,韓國(guó)920億美元,,新加坡870億美元,美國(guó)530億美元,,歐盟27國(guó)和英國(guó)合計(jì)530億美元,,日本480億美元。(見(jiàn)圖4)

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  圖4:2019年(或最近可用年份)各國(guó)(或地區(qū))的半導(dǎo)體出口額(十億美元)

  就貿(mào)易差額而言,,2019年(或該國(guó)(或地區(qū))可獲得數(shù)據(jù)的最近一年),,中國(guó)臺(tái)灣錄得貿(mào)易順差540億美元,韓國(guó)為470億美元,,日本為210億美元,,新加坡為18美元。相反,,2018年,,印度的半導(dǎo)體貿(mào)易逆差為140億美元,歐盟27國(guó)和英國(guó)為180億美元,,中國(guó)大陸為2350億美元,。(見(jiàn)圖5)

  但是,必須指出的是,,盡管中國(guó)大陸的半導(dǎo)體貿(mào)易逆差可能看起來(lái)相當(dāng)可觀,但事實(shí)上,作為手機(jī),,平板電腦和其他電子產(chǎn)品的全球生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)的一部分,,這些半導(dǎo)體進(jìn)口中約有一半是從中國(guó)轉(zhuǎn)口的,其中包括在組裝和制造期間的附加值(中國(guó)半導(dǎo)體貿(mào)易嚴(yán)重失衡是中國(guó)極力尋求貿(mào)易自給自足的原因之一),。在電子產(chǎn)品(例如計(jì)算機(jī),,手機(jī)等)貿(mào)易順差大幅增長(zhǎng)的同時(shí),中國(guó)的半導(dǎo)體貿(mào)易逆差也大幅增長(zhǎng),,逆差額占其總出口額的58%,。

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  圖5:2000-2019年各國(guó)(或地區(qū))半導(dǎo)體貿(mào)易平衡(十億美元)

  半導(dǎo)體需要巨大的投資

  半導(dǎo)體是全球僅次于生物制藥的第二大研發(fā)密集型產(chǎn)業(yè)。2018年,,總部位于美國(guó)的半導(dǎo)體公司將其銷(xiāo)售額的16.4%用于研發(fā),,相比之下,總部位于歐洲的公司平均占15.3%,,中國(guó)臺(tái)灣平均占10.3%,,日本平均占8.4%,中國(guó)大陸平均占8.3%,,韓國(guó)平均占7.7%,,其他所有國(guó)家/地區(qū)的半導(dǎo)體公司平均占5.6%。(見(jiàn)圖6)

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  圖6:2019年各國(guó)(或地區(qū))半導(dǎo)體行業(yè)研發(fā)占比

  在“2019年歐盟工業(yè)研發(fā)投資記錄”報(bào)告中,,十二家研發(fā)密集度最高的半導(dǎo)體公司中,,有一半來(lái)自美國(guó),而研發(fā)密集度最高的三大公司中,,高通居于首位,,該公司每年將其收入的四分之一投入研發(fā),其次是中國(guó)臺(tái)灣的聯(lián)發(fā)科(占24.2%)和美國(guó)的AMD(占22.1%),。(見(jiàn)表1)就實(shí)際投資而言,,三星在2019年的研發(fā)投入為148億歐元(約合176億美元),其次是英特爾,,該公司投資了118億歐元(約137億美元),。

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  表1:2019年歐盟工業(yè)研發(fā)投資排行榜上的領(lǐng)先半導(dǎo)體投資公司

  這個(gè)行業(yè)也是高度資本密集型的。2019年,,美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)的全球資本總支出(CapEx)高達(dá)319億美元,,使該行業(yè)的資本支出占銷(xiāo)售額12.5%,僅次于美國(guó)替代能源行業(yè),。2019年,,總部位于韓國(guó)的企業(yè)在該領(lǐng)域的投資占全球資本支出的31%,其次是美國(guó)公司28%,,中國(guó)臺(tái)灣公司17%,,中國(guó)大陸公司10%,,日本公司5%和歐洲公司4%。(參見(jiàn)圖7)

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  圖7:2019年各國(guó)或地區(qū)(按公司總部所處國(guó)家或地區(qū)來(lái)劃分)在全球半導(dǎo)體行業(yè)資本支出占比

  這個(gè)行業(yè)也必須是研發(fā)和資本密集型的,,因?yàn)榘雽?dǎo)體行業(yè)的創(chuàng)新需要越來(lái)越小規(guī)模并且越來(lái)越復(fù)雜的芯片設(shè)計(jì),,尤其是當(dāng)該行業(yè)緊跟已成為歷史的摩爾定律的步伐時(shí)。盡管有人在過(guò)去十年的開(kāi)始就相信28 nm的閾值將預(yù)示摩爾定律的極限,,但過(guò)去十年中在極端紫外線光刻(EUV),,蝕刻和薄膜沉積方面的材料工程學(xué)突破使得行業(yè)前沿的5 nm技術(shù)成為可能,同時(shí)預(yù)示著可能達(dá)到3 nm,,2 nm甚至1 nm尺寸,。

  VLSI Logic首席執(zhí)行官兼董事長(zhǎng)Dan Hutcheson提到,即使是在7 nm水平,,當(dāng)今的半導(dǎo)體在一個(gè)芯片上封裝了超過(guò)200億個(gè)晶體管,,其工作容差僅為冠狀病毒大小的1/10或更小。來(lái)自中國(guó),,德國(guó),,法國(guó),日本,,臺(tái)灣,,荷蘭,韓國(guó),,美國(guó)和英國(guó)等地已在改善設(shè)備性能,,降低功耗和縮小尺寸方面取得了進(jìn)展,這反映了該行業(yè)真正的全球性趨勢(shì),。

  但是,,盡管該行業(yè)的創(chuàng)新歷來(lái)主要是在降低或維持成本不變的同時(shí)將芯片的處理能力提高一倍,但如今的創(chuàng)新重心正在轉(zhuǎn)移和擴(kuò)展,,其已不再是單純的處理速度,,還包括能耗,“片上系統(tǒng)”功能,,以及全新形式的技術(shù)和計(jì)算架構(gòu),。例如,總部位于硅谷的Tachyum正在研究一種新的“通用處理器”微芯片,,該芯片將整合三種類(lèi)型的微處理器-CPU,,GPU和TPU集成到單個(gè)芯片中,這有可能帶來(lái)顯著的處理速度和功耗優(yōu)勢(shì),。

  然而,,開(kāi)發(fā)新的半導(dǎo)體設(shè)計(jì)或建造新的半導(dǎo)體工廠涉及大量的專(zhuān)業(yè)知識(shí),同時(shí)需要大量的資金和規(guī)模,,并且這些要求越來(lái)越嚴(yán)苛,。例如,,2020年4月的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn),如今要達(dá)到摩爾定律(即計(jì)算機(jī)芯片密度加倍)所需的研究人員數(shù)量是1970年代初期所需數(shù)量的18倍以上,。這是芯片制造成本增加的原因之一,。

  2019年,中國(guó)臺(tái)灣芯片制造商臺(tái)積電宣布將在亞利桑那州建造5納米晶圓廠,,成本為120億美元; 2017年,,它宣布計(jì)劃在臺(tái)灣建造一個(gè)3納米晶圓廠,,預(yù)計(jì)成本為200億美元。截至2020年,,建造一個(gè)新的14-16納米晶圓廠的平均成本約為130億美元,;10納米晶圓廠150億美元; 7納米晶圓廠180億美元,; 5納米晶圓廠的投資額為200億美元,。這些數(shù)據(jù)都反映了半導(dǎo)體行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)成本的不斷上升,20年前近30家公司以技術(shù)領(lǐng)先的水平制造集成電路,,而今天只有5家公司能夠做到(英特爾,,三星,臺(tái)積電,, Micron和SK Hynix),。

  因此,半導(dǎo)體行業(yè)是一個(gè)典型的以創(chuàng)新為基礎(chǔ)的行業(yè),,其特征是研發(fā)和設(shè)計(jì)的固定前期費(fèi)用極高,,生產(chǎn)成本又不斷增加(即單個(gè)芯片以邊際成本退出生產(chǎn)線)。此外,,該行業(yè)依靠下一代創(chuàng)新來(lái)資助下一個(gè)投資,,因此10納米晶圓廠的利潤(rùn)會(huì)投資于7納米晶圓廠的收入,這也將使未來(lái)的5納米和3納米晶圓廠成為可能,。因此,,全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)自我維持的能力取決于全球經(jīng)濟(jì)所達(dá)到的若干條件。首先,,半導(dǎo)體公司需要進(jìn)入大型全球市場(chǎng),,以便它們可以在單個(gè)大型全球市場(chǎng)上攤銷(xiāo)和收回成本。鑒于研發(fā)和資本設(shè)備固定成本的大幅增長(zhǎng),,進(jìn)入全球市場(chǎng)的能力前所未有地重要起來(lái),。

  其次,半導(dǎo)體公司不能面對(duì)過(guò)度的非市場(chǎng)性競(jìng)爭(zhēng),,例如政府投入數(shù)千億美元的補(bǔ)貼時(shí),,由于政府無(wú)法一視同仁,,這對(duì)那些試圖以真正的基于市場(chǎng)的條件進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)的企業(yè)處于劣勢(shì)。換句話說(shuō),,如果不能保證領(lǐng)先的公司能夠獲得合理的,,風(fēng)險(xiǎn)調(diào)整后的投資回報(bào)率,那么領(lǐng)先的公司將削減研發(fā)和資本支出,。

  第三,,由于該行業(yè)極其依賴(lài)于知識(shí),技術(shù)和專(zhuān)業(yè)性,,因此國(guó)際體系必須包括強(qiáng)有利的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)規(guī)則(包括專(zhuān)利,,商業(yè)秘密和商標(biāo)),因?yàn)榘雽?dǎo)體行業(yè)非凡的價(jià)值都是基于知識(shí)的,。同樣地,,如果公司不能保留這種昂貴的IP,并且以非法和不正當(dāng)手段將其提供給競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手,,那么它們的利潤(rùn)將下降,,從而減少投資。

  全球半導(dǎo)體價(jià)值鏈

  半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)可能是世界上任何產(chǎn)業(yè)中最復(fù)雜,,地理位置最分散的價(jià)值鏈,。在“跨越國(guó)界:全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈”報(bào)告中提供的一個(gè)典型例子中,大型硅錠可能會(huì)在日本生產(chǎn)并切成硅片(用于生產(chǎn)半導(dǎo)體的材料),;運(yùn)往美國(guó)的裸晶片將轉(zhuǎn)換成晶圓廠晶片并切成die,,然后在其上蝕刻功能集成電路以制造半導(dǎo)體;然后將這些半導(dǎo)體芯片運(yùn)到馬來(lái)西亞或越南等國(guó)家/地區(qū),,在這些國(guó)家/地區(qū)中,,這些半導(dǎo)體芯片會(huì)經(jīng)歷ATP流程;然后這些芯片將出口到中國(guó)大陸,,韓國(guó)或美國(guó)等國(guó)家,,以將其集成到平板電腦,手機(jī)或服務(wù)器等最終產(chǎn)品中,;然后將最終的消費(fèi)者終端產(chǎn)品出口到世界,。(見(jiàn)圖8)

  實(shí)際上,朝著最終電子產(chǎn)品的典型生產(chǎn)過(guò)程可以看到其內(nèi)部的底層半導(dǎo)體跨越國(guó)際邊界70次以上,,而整個(gè)過(guò)程超過(guò)100天,,包括3次全程旅行。這種全球化供應(yīng)鏈的一個(gè)原因是,,與水泥,,甚至汽車(chē)等某些行業(yè)不同,它們的重量(和體積)價(jià)值比高,,而半導(dǎo)體又小又輕—與它們的實(shí)際價(jià)值相比,,在全球范圍內(nèi)轉(zhuǎn)移它們的成本是最小的,。

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  圖8:半導(dǎo)體價(jià)值鏈圖例

  各個(gè)半導(dǎo)體公司的供應(yīng)鏈非常復(fù)雜。例如,,英特爾在全球10個(gè)地點(diǎn)擁有15個(gè)晶圓廠,,其中在美國(guó)有4個(gè),其供應(yīng)鏈關(guān)聯(lián)90多個(gè)國(guó)家的11,000多家供應(yīng)商,。韓國(guó)三星關(guān)聯(lián)了2,500多家全球供應(yīng)商,,而SK Hynix擁有約1200家供應(yīng)商。中國(guó)臺(tái)灣臺(tái)積電在世界各大洲運(yùn)營(yíng)著24座晶圓廠,,利用270種不同的硅技術(shù)每年生產(chǎn)1,200萬(wàn)片晶圓,,可支持10,700種不同的客戶產(chǎn)品。臺(tái)灣的臺(tái)積電也得到了全球3,000多家供應(yīng)商的支持,。

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  圖9:參與半導(dǎo)體制造活動(dòng)各個(gè)階段的國(guó)家數(shù)量

  如前所述,半導(dǎo)體研發(fā),,芯片設(shè)計(jì),,半導(dǎo)體制造和ATP構(gòu)成了半導(dǎo)體生產(chǎn)過(guò)程的最高層面。大約半導(dǎo)體芯片價(jià)值的90%在設(shè)計(jì)和制造階段之間平均分配,,最后10%的價(jià)值通過(guò)ATP活動(dòng)提供,。許多國(guó)家的半導(dǎo)體企業(yè)在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域進(jìn)行著多個(gè)方面競(jìng)爭(zhēng)。實(shí)際上,,半導(dǎo)體價(jià)值鏈的每個(gè)部分平均有25個(gè)參與直接供應(yīng)鏈的國(guó)家和23個(gè)參與支持職能的國(guó)家,。超過(guò)12個(gè)國(guó)家的企業(yè)直接從事半導(dǎo)體芯片設(shè)計(jì),39個(gè)國(guó)家的企業(yè)至少擁有1個(gè)半導(dǎo)體制造設(shè)施,,而25個(gè)以上的國(guó)家從事ATP活動(dòng)的企業(yè)(見(jiàn)圖9),。

  各個(gè)國(guó)家和地區(qū)已經(jīng)在全球半導(dǎo)體供應(yīng)鏈中樹(shù)立了特定的壁壘。正如“Beyond Borders”報(bào)告所述:

  “加拿大,,歐洲國(guó)家和美國(guó)趨向于專(zhuān)注于半導(dǎo)體設(shè)計(jì)以及高端制造,。日本,美國(guó)和一些歐洲國(guó)家專(zhuān)門(mén)提供設(shè)備和原材料,。中國(guó)大陸,,中國(guó)臺(tái)灣地區(qū),馬來(lái)西亞和其他亞洲國(guó)家/地區(qū)傾向于專(zhuān)門(mén)從事制造,,組裝,,測(cè)試和封裝。加拿大,,中國(guó)大陸,,德國(guó),印度,,以色列,,新加坡,,韓國(guó),英國(guó)和美國(guó)都是半導(dǎo)體研發(fā)的主要樞紐,。大型半導(dǎo)體公司在哥斯達(dá)黎加,,拉脫維亞,墨西哥,,南非和越南等國(guó)家/地區(qū)設(shè)有工廠,。”

  半導(dǎo)體行業(yè)的國(guó)際化也體現(xiàn)在其領(lǐng)先企業(yè)中,,2019年全球半導(dǎo)體銷(xiāo)售前四名來(lái)自三個(gè)不同的國(guó)家和地區(qū),,其中美國(guó)的英特爾(銷(xiāo)售額698億美元),韓國(guó)的三星電子(556億美元),,中國(guó)臺(tái)灣的臺(tái)積電(TSMC)(347億美元)和韓國(guó)的SK海力士(220億美元),。(請(qǐng)參見(jiàn)表2)中國(guó)大陸公司沒(méi)有進(jìn)入前15名,海思僅以16位排名第一,,截至2019年底排名前25位,。

  三種最普遍的半導(dǎo)體類(lèi)型是邏輯芯片,存儲(chǔ)芯片(通常是動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM))和模擬芯片(產(chǎn)生信號(hào)或變換信號(hào)特性的芯片,,在汽車(chē)和音頻應(yīng)用中很普遍),。2019年,邏輯芯片的全球銷(xiāo)售額為1070億美元,,內(nèi)存芯片為1060億美元,,模擬芯片為540億美元。英特爾是邏輯芯片市場(chǎng)的全球領(lǐng)導(dǎo)者,。德州儀器(TI),,模擬器件(Analog Devices)和英飛凌(Infineon)是模擬芯片市場(chǎng)的領(lǐng)導(dǎo)者,分別占有19%,,10%和7%的市場(chǎng)份額,。

  截至2020年第一季度三星,SK Hynix(總部都位于韓國(guó))和美光(美國(guó))在DRAM生產(chǎn)方面位于世界領(lǐng)先地位,,分別占全球市場(chǎng)份額的44%,,29%和21%。

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  表2:2019年全球半導(dǎo)體銷(xiāo)售前15名

  半導(dǎo)體價(jià)值鏈的全球化受到多種因素的驅(qū)動(dòng),,并帶來(lái)了諸多益處,。正如Macher和Mowery在其報(bào)告“高科技產(chǎn)業(yè)中的垂直專(zhuān)業(yè)化和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)”中闡明的那樣:

  “自1985年以來(lái),半導(dǎo)體垂直專(zhuān)業(yè)化的發(fā)展反映了與市場(chǎng)有關(guān)的因素和技術(shù)因素的影響,。規(guī)模經(jīng)濟(jì)降低了生產(chǎn)成本,,擴(kuò)大了半導(dǎo)體潛在的最終應(yīng)用范圍,并為垂直專(zhuān)業(yè)公司提供了更多的進(jìn)入機(jī)會(huì)。半導(dǎo)體制造不斷增長(zhǎng)的資本要求為垂直專(zhuān)業(yè)化提供了另一個(gè)動(dòng)力,,因?yàn)檫@些較高的固定成本使得生產(chǎn)大量限定范圍的的半導(dǎo)體組件成為可能,,進(jìn)而產(chǎn)生較低的單位成本。新半導(dǎo)體產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期也變得更短,,產(chǎn)品生命周期更加不確定,。這使得在確立單個(gè)產(chǎn)品的需求時(shí),很難預(yù)料相關(guān)產(chǎn)業(yè)能否充分利用專(zhuān)門(mén)用于特定產(chǎn)品的制造設(shè)施的能力,。與此同時(shí),,對(duì)特定制造設(shè)施的投資風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)增加?!?/p>

  正如“Beyond Borders”報(bào)告所述,,要使企業(yè)在半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的各個(gè)方面的競(jìng)爭(zhēng)中取得成功,就需要“高度專(zhuān)業(yè)化,,并提供增值的機(jī)會(huì),。如此一來(lái),供應(yīng)鏈才會(huì)成為一條價(jià)值鏈,,每項(xiàng)活動(dòng)都會(huì)有助于最終產(chǎn)品的整體競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),。”

  “Beyond Borders”所描述的情況與“常規(guī)”制造業(yè)非常不同,,后者的資本成本投入是其他制造業(yè)無(wú)法比擬的。而且市場(chǎng)可以為特定行業(yè)的許多生產(chǎn)者提供支持,,也就是說(shuō)在特定國(guó)家/地區(qū)擁有大量供應(yīng)商的可能性很大,,尤其是在美國(guó)這種經(jīng)濟(jì)規(guī)模較大的國(guó)家,這種可能性要高得多,。

  也許最重要一點(diǎn)在于,,供應(yīng)鏈的全球化催生了半導(dǎo)體行業(yè)中各種各樣的商業(yè)模式。在半導(dǎo)體行業(yè)初期(可追溯到1950年代和1960年代),,半導(dǎo)體行業(yè)主要由集成設(shè)備制造商(IDM)組成,,即在內(nèi)部進(jìn)行半導(dǎo)體制造(尤其是設(shè)計(jì)和制造)所有關(guān)鍵環(huán)節(jié)的公司。英飛凌,,英特爾,,美光,瑞薩,,三星,,SK Hynix和德州儀器軟件仍然是領(lǐng)先的IDM廠商。

  1987年,,張忠謀創(chuàng)立了臺(tái)積電(TSMC),,該公司率先建立了晶圓代工業(yè)務(wù)模式,專(zhuān)注于為無(wú)晶圓廠生產(chǎn)商提供合同制造,這些公司專(zhuān)注于設(shè)計(jì)半導(dǎo)體,,通常用于AI,,無(wú)線通信或高性能計(jì)算(HPC)等特定用途。這種代工服務(wù)本質(zhì)上是一種外包制造或“制造類(lèi)服務(wù)”,。這種模式徹底改變了行業(yè),,催生了許多新參與者,包括美國(guó)的GF,,中國(guó)大陸的中芯國(guó)際(SMIC)和臺(tái)灣的聯(lián)合微電子公司(UMC),。

  代工廠的出現(xiàn)推動(dòng)了無(wú)晶圓廠產(chǎn)業(yè)的興起。這些無(wú)晶圓廠產(chǎn)業(yè)的公司專(zhuān)注于半導(dǎo)體芯片設(shè)計(jì),,例如AMD(用于AI,,HPC和圖形芯片),NVIDIA(圖形芯片)和Qualcomm(5G和其他無(wú)線芯片),。這種模式統(tǒng)稱(chēng)為“無(wú)晶圓廠工廠”,。

  最后,外包的ATP由許多全球參與者執(zhí)行,,包括Amkor(美國(guó)),,ASE Technology(馬來(lái)西亞),J-Devices(日本),,Power-Tech(中國(guó))和Siliconware Precision Industries(中國(guó)臺(tái)灣),。此過(guò)程的最前端是專(zhuān)注于半導(dǎo)體研發(fā)活動(dòng)的公司和財(cái)團(tuán),例如CEA-Leti(法國(guó)),,Imec(比利時(shí)),,ITRI(臺(tái)灣),SEMATECH(美國(guó))和Semiconductor Research Corporation(美國(guó)),。(參見(jiàn)圖10)

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  圖10:半導(dǎo)體行業(yè)的運(yùn)營(yíng)模型

  包括Applied Materials,,ASML,KLA Tencor和Lam Research在內(nèi)的另一批公司,,它們主要制造半導(dǎo)體工廠機(jī)器和工具設(shè)備,。最后,許多企業(yè)(尤其是日本,,韓國(guó)和中國(guó)臺(tái)灣)生產(chǎn)了半導(dǎo)體制造過(guò)程中必不可少的化學(xué)藥品和組件,。

  例如,氟化聚酰亞胺(一種提供物理強(qiáng)度和耐熱性的特種聚合物)由Daikin Chemical(日本),,DuPont(美國(guó)),,Kaneka Asahi Kasei(日本)和Taimide Technology(中國(guó)臺(tái)灣地區(qū))生產(chǎn)。光刻膠是至關(guān)重要的組件,,可用于在半導(dǎo)體制造中建立微電路的圖案,。日本公司JSR,,Shin-Etsu Chemical Company,Sumitomo Chemical和Tokyo Ohka Kogyo Company生產(chǎn)光致抗蝕劑,,韓國(guó)生產(chǎn)商Dongjin Semiconductor和Dongwoo Fine Chemicals也生產(chǎn)光致抗蝕劑,。位于俄勒岡州波特蘭的Inpria是唯一一家總部位于美國(guó)的光刻膠制造商,而歐洲企業(yè)則完全放棄了這一領(lǐng)域,。

  簡(jiǎn)而言之,,半導(dǎo)體生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)從1950年代的IDM模式發(fā)展成為全球性分工,到2010年代,,這些公司專(zhuān)門(mén)從事各類(lèi)專(zhuān)業(yè)化分工,,例如研發(fā),設(shè)計(jì),,機(jī)床,,組件,鑄造,,組裝,,測(cè)試和封裝。(參見(jiàn)圖11)

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  圖11:半導(dǎo)體生態(tài)系統(tǒng)的演變(1950年代至2010年代)

  半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的有些環(huán)節(jié)中也存在供應(yīng)鏈,。比如極端紫外線光刻的供應(yīng)鏈,,其重點(diǎn)是總部位于荷蘭的ASML,該公司是全球領(lǐng)先的高端光刻機(jī)制造商,,該公司用紫外光將集成電路蝕刻到硅片中,。自2005年以來(lái),ASML在光刻機(jī)的全球市場(chǎng)份額已翻了一番,,達(dá)到62%(其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手佳能和尼康瓜分了其余部分),。而EUV的供應(yīng)鏈?zhǔn)侨蛐缘模?/p>

  德國(guó)的Carl Zeiss生產(chǎn)鏡頭;荷蘭的VDL制造用于將晶圓置入機(jī)器的機(jī)械臂,;光源則來(lái)自加利福尼亞州圣地亞哥的Cymer。如今,,支撐光刻的技術(shù)是15年研究的結(jié)果,,Intel, Samsung, 和 TSMC這幾家公司共同資助了ASML的一些研發(fā)活動(dòng)。簡(jiǎn)而言之,,如果沒(méi)有全球供應(yīng)鏈及其提供的專(zhuān)業(yè)化服務(wù),,EUV光刻技術(shù)的快速發(fā)展將永遠(yuǎn)不會(huì)發(fā)生。

  有效利用國(guó)際供應(yīng)鏈的能力部分是某些國(guó)家在半導(dǎo)體行業(yè)占據(jù)領(lǐng)導(dǎo)地位的原因之一(比如日本和美國(guó)),。無(wú)晶圓廠模式對(duì)于全球半導(dǎo)體行業(yè)至關(guān)重要(尤其是美國(guó)),,因?yàn)樗乖撔袠I(yè)能夠分散資本投資的風(fēng)險(xiǎn),從而使無(wú)晶圓廠公司不必承擔(dān)巨額資本的風(fēng)險(xiǎn)或用于制造工藝技術(shù)的研發(fā)投資,。

  早在1990年代,,美國(guó)和日本的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)處于同等地位,全球市場(chǎng)份額相當(dāng)。在那之后,,美國(guó)企業(yè)(即總部位于美國(guó)的企業(yè))保留了全球半導(dǎo)體市場(chǎng)的一半左右,,而日本的份額已降至不足10%。造成這種情況的一個(gè)主要原因是,,日本公司從未真正利用全球價(jià)值鏈,,而是傾向于將大部分前端制造留在日本。相比之下,,美國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)利用全球價(jià)值鏈,,允許其他國(guó)家或地區(qū)(尤其是中國(guó)臺(tái)灣地區(qū))的企業(yè)專(zhuān)注于制造,組裝,,測(cè)試和封裝,,而總部位于美國(guó)的公司則主要專(zhuān)注于高附加值活動(dòng)(品牌,研發(fā),,芯片設(shè)計(jì),,以及探索如何將芯片組用于從智能手機(jī)到自動(dòng)駕駛汽車(chē)到物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用等各種高附加值產(chǎn)品)。

  在過(guò)去的三十年中,,兩者的不同發(fā)展模式使美國(guó)和日本的半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展相差懸殊,。美國(guó)公司能夠通過(guò)利用專(zhuān)門(mén)的價(jià)值鏈合作伙伴來(lái)保持較低的生產(chǎn)成本,使其更具成本競(jìng)爭(zhēng)力,。這并不意味著美國(guó)不應(yīng)采取鼓勵(lì)行業(yè)內(nèi)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)和研發(fā)的激勵(lì)政策,;但是全球供應(yīng)鏈一直是美國(guó)在該領(lǐng)域領(lǐng)導(dǎo)地位的關(guān)鍵。

  全球半導(dǎo)體供應(yīng)鏈分散和供應(yīng)商眾多的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于彈性和冗余性,,這種優(yōu)勢(shì)有助于克服供應(yīng)鏈中斷所帶來(lái)的困難,。許多情況已經(jīng)證明了這一點(diǎn),包括2011年日本東北地震和海嘯,,2004年和2018年印尼發(fā)生的大地震和海嘯,,甚至是最近的冠狀病毒危機(jī)。

  盡管一些國(guó)家(或國(guó)家政策制定者)要求完全國(guó)有化的閉環(huán)半導(dǎo)體供應(yīng)鏈,,但全球化的供應(yīng)鏈除了具有經(jīng)濟(jì)成本較低的優(yōu)勢(shì)之外,,還可以由于其彈性而帶來(lái)諸多益處。

  不同國(guó)家或地區(qū)的半導(dǎo)體競(jìng)爭(zhēng)力戰(zhàn)略

  許多國(guó)家制定了針對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)的綜合國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力戰(zhàn)略,。本節(jié)將重點(diǎn)介紹這些國(guó)家/地區(qū)的策略,。

  (一)中國(guó)大陸

  2014年6月,,中國(guó)政府發(fā)布了《促進(jìn)國(guó)家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)方針》(中國(guó)“國(guó)家集成電路計(jì)劃”),,該報(bào)告要求中央,省和市政府投資1500億美元以全面促進(jìn)集成電路的發(fā)展,,進(jìn)而打造一個(gè)理想的閉環(huán)半導(dǎo)體生態(tài)系統(tǒng),,并在研發(fā),,設(shè)計(jì)到制造和ATP的半導(dǎo)體制造的各個(gè)領(lǐng)域都能實(shí)現(xiàn)自給自足。

  作為該計(jì)劃的一部分,,中國(guó)計(jì)劃在2025年能實(shí)現(xiàn)中國(guó)公司使用的70%半導(dǎo)體芯片由國(guó)內(nèi)公司制造,。截至2017年,半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)(SIA)估計(jì)中國(guó)已經(jīng)籌集了800億美元(目標(biāo)是1500億美元),。2019年10月,,中國(guó)宣布新增2042億元人民幣(289億美元)的國(guó)家半導(dǎo)體基金以追加投資,該基金由中央和地方政府支持的企業(yè)提供資金,,其中包括國(guó)家煙草專(zhuān)賣(mài)局(STMA)和國(guó)家開(kāi)發(fā)銀行股份有限公司,。

  2020年初,中國(guó)工信部宣布了一項(xiàng)“新基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)”,,力求在未來(lái)五年在AI,,數(shù)據(jù)中心,移動(dòng)通信和其他項(xiàng)目上的投資至少為1.4萬(wàn)億美元,。這對(duì)中國(guó)的半導(dǎo)體行業(yè)至關(guān)重要,,因?yàn)橥ㄟ^(guò)該基金進(jìn)行的投資將理想地用于使用中國(guó)半導(dǎo)體制造的數(shù)字技術(shù)領(lǐng)域。

  截至2019年,,中國(guó)占全球半導(dǎo)體芯片制造的17%,,到2030年,這一份額預(yù)計(jì)將增長(zhǎng)到28%,,這在一定程度上要?dú)w功于中國(guó)政府目前為60多個(gè)新的半導(dǎo)體工廠建設(shè)所提供的資金,。分析師預(yù)計(jì),到了2035年,,中國(guó)不可能實(shí)現(xiàn)其自給自足70%的目標(biāo),,而它將能夠用國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)的半導(dǎo)體來(lái)滿足其國(guó)內(nèi)需求的25%至40%。中國(guó)將半導(dǎo)體行業(yè)視為其數(shù)字化發(fā)展的關(guān)鍵甚至是其最廣泛的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)計(jì)劃,,同時(shí)也證明了自己愿意利用一切手段開(kāi)發(fā)世界一流的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè),。

  (二)歐盟

  2013年5月,,歐盟委員會(huì)宣布了整個(gè)歐盟范圍內(nèi)的微納電子元件和系統(tǒng)戰(zhàn)略,。該戰(zhàn)略的實(shí)施計(jì)劃要求歐洲公司和政府“2025年在該領(lǐng)域投資至少350億歐元(414億美元)”。為了支持該戰(zhàn)略,,2014年歐洲啟動(dòng)了兩項(xiàng)新方案:歐洲領(lǐng)導(dǎo)者電子元器件和系統(tǒng)聯(lián)合承諾(ECSEL),該計(jì)劃為電子元器件和系統(tǒng)的研究,,開(kāi)發(fā)和創(chuàng)新項(xiàng)目提供資金,,以及IPCEI (歐洲共同利益的重要項(xiàng)目)工具。迄今為止,,26億歐元(31億美元)已用于投資ECSEL項(xiàng)目中的51個(gè),,涉及到1600多個(gè)研究,,開(kāi)發(fā)和最終用戶組織,進(jìn)行協(xié)作研究和創(chuàng)新,。

  盡管如此,,包括Friedrich Dornbusch博士在內(nèi)的一些專(zhuān)家寫(xiě)道,在過(guò)去的五年中,,“歐洲成員國(guó)在半導(dǎo)體戰(zhàn)略上的協(xié)調(diào)不夠,。”為了解決這一問(wèn)題,,歐盟委員會(huì)于2018年提出了解決方案,。數(shù)字經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的歐盟委員瑪麗亞·加布里埃爾(Mariya Gabriel)開(kāi)展了“促進(jìn)歐洲電子價(jià)值鏈的研究”。最終的戰(zhàn)略文件概述了八步行動(dòng)計(jì)劃,,以振興歐洲在電子和微電子領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力:1)擴(kuò)展歐洲的合作伙伴成功模式,;2)繼續(xù)投資于強(qiáng)大的微電子制造業(yè);3)制定戰(zhàn)略主權(quán)計(jì)劃,;4)創(chuàng)建從IP到產(chǎn)品的平滑創(chuàng)新路徑,;5)推行戰(zhàn)略設(shè)計(jì)計(jì)劃;6)創(chuàng)建電子價(jià)值鏈設(shè)計(jì)工具,;7)建立電子教育和技能工作小組,;8)建立用于高級(jí)計(jì)算技術(shù)的歐洲研究基礎(chǔ)設(shè)施。

  也許最重要的是,,在2018年底,,歐洲委員會(huì)批準(zhǔn)了“歐洲微電子共同利益計(jì)劃(IPCEI)”,這將促進(jìn)四個(gè)歐洲國(guó)家(法國(guó),,德國(guó),,意大利和英國(guó))在微電子領(lǐng)域的跨國(guó)合作項(xiàng)目。該計(jì)劃允許使用國(guó)家援助來(lái)提高微電子產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力,。29個(gè)歐洲公司直接參與了微電子ICPEI,,其中包括40多個(gè)子項(xiàng)目,這些子項(xiàng)目可分為5個(gè)技術(shù)領(lǐng)域:節(jié)能芯片,,功率半導(dǎo)體,,傳感器,先進(jìn)的光學(xué)設(shè)備和復(fù)合材料,。IPCEI的資金來(lái)自參與國(guó)本身,,而不是歐盟。

  該戰(zhàn)略中還值得注意的是“呼吁制定特定的”主權(quán)“計(jì)劃,,以支持和開(kāi)發(fā)關(guān)鍵電子組件的必要資產(chǎn),,從而確保能對(duì)歐洲戰(zhàn)略性基礎(chǔ)設(shè)施和系統(tǒng)中的安全可靠的部分進(jìn)行訪問(wèn)和控制?!边@些主要指“航空航天,,國(guó)防,,安全和關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的必要技術(shù),組件和產(chǎn)品線,?!彪m然國(guó)家安全系統(tǒng)和國(guó)防平臺(tái)中極其依賴(lài)于半導(dǎo)體的可靠性,這種需求也是可以理解的,,但歐洲仍應(yīng)盡可能地與盟國(guó)供應(yīng)商更少地糾結(jié)于“數(shù)字主權(quán)”的概念,。然而不幸的是,“數(shù)字主權(quán)”在歐洲已經(jīng)越來(lái)越普遍,。

 ?。ㄈ┑聡?guó)

  2019年,德國(guó)聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)和能源部向歐洲微電子計(jì)劃捐款2.75億歐元(3.12億美元),,以提高歐洲半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力和創(chuàng)新能力,。從2019年到2021年,德國(guó)承諾投入總計(jì)10億歐元,。2020年6月,,德國(guó)聯(lián)邦教育與研究部(BMBF)推出了2個(gè)新的資助計(jì)劃,總價(jià)值為4,500萬(wàn)歐元(5,000萬(wàn)美元),,旨在開(kāi)發(fā)“可信賴(lài)”的電子產(chǎn)品,。通過(guò)所謂的“ Zuse”計(jì)劃,德國(guó)的BMBF計(jì)劃投資2500萬(wàn)歐元(約合3000萬(wàn)美元)支持3個(gè)處理器開(kāi)發(fā)項(xiàng)目,。此外,,從2021年開(kāi)始,德國(guó)還將再投資2000萬(wàn)歐元(約合2500萬(wàn)美元),,用于開(kāi)發(fā)一個(gè)“可信賴(lài)的生態(tài)系統(tǒng)”,,將國(guó)內(nèi)硬件和軟件組件集成到其中。德國(guó)的BMBF仍在評(píng)估這些計(jì)劃將在多大程度上由德國(guó)實(shí)施,,還是說(shuō)會(huì)作為更廣泛的歐洲微電子計(jì)劃的一部分,。

  (四)日本

  盡管日本在半導(dǎo)體創(chuàng)新領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位擁有悠久的歷史,,并擁有持久的技術(shù)能力和人才基礎(chǔ),,但近年來(lái)日本的半導(dǎo)體行業(yè)卻萎靡不振。如前所述,,這種現(xiàn)狀可部分歸因于日本對(duì)無(wú)晶圓廠制造模式的遲鈍,。另一個(gè)原因則是1986年的《美國(guó)-日本半導(dǎo)體協(xié)議》,其中日本同意限制其對(duì)美國(guó)的半導(dǎo)體(特別是DRAM芯片)出口,,并將美國(guó)制造的存儲(chǔ)芯片在日本的銷(xiāo)售額增加到其市場(chǎng)的10%,。在1990年代和2000年代的大部分時(shí)間里,日本的半導(dǎo)體和更廣泛的技術(shù)行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)是,日本的ICT部門(mén)傾向于將自己與全球市場(chǎng)隔離開(kāi)來(lái),,從而遭受由于市場(chǎng)和技術(shù)隔離所產(chǎn)生的“加拉帕戈斯島綜合癥”,最終導(dǎo)致許多日本公司在全球經(jīng)濟(jì)體中沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)力,。

  實(shí)際上,,盡管日本公司在1982年占據(jù)了全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的35%,但該國(guó)在全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)增加值中所占的份額卻降至不到10%,,而日本現(xiàn)在只有1家公司位居全球半導(dǎo)體營(yíng)收的前15名,。日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)部門(mén)在2016年題為“促進(jìn)創(chuàng)新的舉措”的報(bào)告中承認(rèn)了日本產(chǎn)業(yè)的缺陷(包括半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)),該報(bào)告將當(dāng)今的挑戰(zhàn)歸因于其對(duì)環(huán)境變化的響應(yīng)延遲,,封閉的研發(fā)投資,,私人公司的短期經(jīng)營(yíng),人員和資金的流動(dòng)性低以及與全球網(wǎng)絡(luò)的隔離,。

  為了應(yīng)對(duì)其中一些挑戰(zhàn),,日本通過(guò)了《工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力法》,并頒布了《日本振興戰(zhàn)略》,,該戰(zhàn)略旨在“振興日本經(jīng)濟(jì)并且提高在日本經(jīng)商的企業(yè)的產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力”,。近日,日本的Society 5.0概念闡明了日本對(duì)數(shù)字化未來(lái)的愿景,,該愿景呼吁日本應(yīng)成為“專(zhuān)注于AI應(yīng)用”的領(lǐng)先半導(dǎo)體制造商,。

  (5)南韓

  2019年,,韓國(guó)貿(mào)易工業(yè)和能源部(MTIE)推出了一項(xiàng)新的半導(dǎo)體競(jìng)爭(zhēng)力戰(zhàn)略,,旨在使韓國(guó)在國(guó)際半導(dǎo)體競(jìng)爭(zhēng)中處于領(lǐng)先地位,并在未來(lái)10年內(nèi)投資1萬(wàn)億韓元(8.3億美元)于下一代半導(dǎo)體技術(shù)開(kāi)發(fā)和17,000名高端專(zhuān)業(yè)人員培訓(xùn),。該戰(zhàn)略包括專(zhuān)門(mén)用于創(chuàng)建無(wú)晶圓廠業(yè)務(wù)基金的1,000億韓元(8,300萬(wàn)美元),,同時(shí)還呼吁開(kāi)發(fā)一個(gè)叫做“聯(lián)盟2.0”的合作平臺(tái),該平臺(tái)將涉及25家私立和公立組織,,這些組織對(duì)系統(tǒng)半導(dǎo)體有很高需求并且能夠在短時(shí)間內(nèi)具備競(jìng)爭(zhēng)力,,“聯(lián)盟2.0”的重點(diǎn)在于五個(gè)主要戰(zhàn)略領(lǐng)域:汽車(chē),生物技術(shù),,能源,,基于物聯(lián)網(wǎng)的家用電器,機(jī)械和機(jī)器人,。該計(jì)劃要求韓國(guó)在保持半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片制造領(lǐng)先地位的同時(shí),,到2030年能夠在無(wú)晶圓廠(即芯片設(shè)計(jì))領(lǐng)域占據(jù)10%的市場(chǎng)份額。

  此外,,MTIE于2020年7月宣布,,韓國(guó)將在材料,零件和設(shè)備行業(yè)投資超過(guò)5萬(wàn)億韓元(合41億美元),,以確保為韓國(guó)的主要出口國(guó)穩(wěn)定供應(yīng),。其中,,有2萬(wàn)億韓元(16億美元)將分配給2021年該國(guó)3個(gè)最重要的產(chǎn)業(yè),包括半導(dǎo)體,,生物技術(shù)和未來(lái)的移動(dòng)性產(chǎn)業(yè),。

  (6)美國(guó)

  2017年,,奧巴馬政府的總統(tǒng)科學(xué)與技術(shù)顧問(wèn)委員會(huì)(PCAST)撰寫(xiě)了關(guān)于“確保美國(guó)在半導(dǎo)體領(lǐng)域的長(zhǎng)期領(lǐng)導(dǎo)地位”的報(bào)告,,該報(bào)告提出了基于以下方面的美國(guó)半導(dǎo)體競(jìng)爭(zhēng)力愿景:1)在國(guó)內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)激烈的行業(yè)中,政府所提供的研發(fā)投資和政策支持的旨在發(fā)展和吸引人才,,改革公司稅法和改革許可證政策,;2)打擊外國(guó)創(chuàng)新重商主義;3)推動(dòng)該行業(yè)一系列變革性創(chuàng)新,。盡管議程中涵蓋了諸多真知灼見(jiàn),,但它缺乏實(shí)際戰(zhàn)略以鼓勵(lì)更多美國(guó)半導(dǎo)體晶圓廠的建立。

  特朗普政府尚未明確制定該行業(yè)的正式戰(zhàn)略,,但從奧巴馬戰(zhàn)略中汲取了一些要素,,包括采取措施與中國(guó)半導(dǎo)體相競(jìng)爭(zhēng)。特朗普政府則對(duì)華為施加了出口管制限制,,特朗普政府還鼓勵(lì)美國(guó)和外國(guó)公司增加在美國(guó)的半導(dǎo)體制造活動(dòng),,這在某種程度上促使2020年臺(tái)積電承諾在美國(guó)亞利桑那州建立一個(gè)新的晶圓廠。

  美國(guó)政府還與國(guó)會(huì)主要成員合作,,提出了兩項(xiàng)旨在加強(qiáng)美國(guó)半導(dǎo)體競(jìng)爭(zhēng)力的新立法(自兩項(xiàng)法律合并以來(lái)),。首先,參議員約翰·科寧(R-TX)和馬克·華納(D-VA)引入了兩黨制的《為美國(guó)法案創(chuàng)建有用的半導(dǎo)體生產(chǎn)激勵(lì)措施(CHIPS)》,,隨后是湯姆·卡頓(R-AR)和查克·舒默(D-NY)的參議員引入了2020年的《美國(guó)鑄造法》(AFA),。

  此后,兩項(xiàng)法律合并,,合并版本被納入《2020年國(guó)防授權(quán)法》(NDAA),,并于2020年7月在眾議院和參議院通過(guò)。(注:NDAA立法現(xiàn)在將提交會(huì)議委員會(huì),,在那里將進(jìn)行進(jìn)一步的談判,,包括預(yù)算超支,因此以下數(shù)字反映了初始立法提案中所涵蓋的預(yù)算要求,。

  除了授權(quán)的12億美元的預(yù)算外,,眾議院版本的立法中的R&D,NDAA中的立法不包含特定的授權(quán)金額),。該立法包括加大聯(lián)邦在半導(dǎo)體研究和技術(shù)開(kāi)發(fā)領(lǐng)域的投資,,采取激勵(lì)措施以鼓勵(lì)半導(dǎo)體制造設(shè)施在美國(guó)本土設(shè)立以及增加對(duì)該行業(yè)投資的稅收抵免。除此之外,該立法還指出:

  1,、提供100億美元(CHIPS法案)至150億美元(AFA)的對(duì)等贈(zèng)款,,用于與WTO保持一致的州/地方激勵(lì)措施,以吸引半導(dǎo)體制造設(shè)施,,這將有助于與其他同樣采取激勵(lì)措施的國(guó)家/地區(qū)進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng),;

  2、在五年內(nèi)投資120億美元(數(shù)據(jù)來(lái)自CHIPS法案,,而AFA法案要求50億美元),用于美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(NSF),,能源部和國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局(DARPA)等機(jī)構(gòu)的半導(dǎo)體研究,;

  3、設(shè)立7.5億美元的多邊安全基金,,以支持安全微電子和其供應(yīng)鏈的開(kāi)發(fā)和采用,;

  4、創(chuàng)建一個(gè)美國(guó)半導(dǎo)體制造研究所和一個(gè)國(guó)家半導(dǎo)體技術(shù)中心,,以研究和設(shè)計(jì)先進(jìn)半導(dǎo)體原型,;

  5、對(duì)半導(dǎo)體設(shè)備和設(shè)施支出實(shí)行可退還的40%投資稅抵免,;

  6,、啟動(dòng)旨在支持安全微電子和其供應(yīng)鏈開(kāi)發(fā)和采用的計(jì)劃。

  英特爾在2020年7月宣布,,其在芯片制造技術(shù)的下一次飛躍已比原定計(jì)劃至少落后了1年,,即從10納米發(fā)展到7納米技術(shù)。英特爾首席執(zhí)行官Bob Swan甚至指出,,如果無(wú)法迅速解決延遲問(wèn)題,,該公司可能必須使用競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的制造設(shè)施。

  在某種程度上來(lái)講,,這種情況還是英特爾自身一手造成的,。從某種意義上說(shuō),這是英特爾聯(lián)合創(chuàng)始人戈登·摩爾的著名摩爾定律,,這使門(mén)外漢們以為該定律將無(wú)限期地繼續(xù)下去是理所當(dāng)然的事情,。

  因此,這從根本上說(shuō)明,,不是英特爾突然在工程技術(shù)方面開(kāi)始落后,,而是這個(gè)行業(yè)的創(chuàng)新正面臨著極端的困難和復(fù)雜性,而這需要大量投資才能繼續(xù)發(fā)展,。這就是為什么公私合作伙伴關(guān)系(特別是在研發(fā)方面),,對(duì)行業(yè)發(fā)展如此重要以及美國(guó)能夠在該行業(yè)的持續(xù)保持競(jìng)爭(zhēng)力的原因。

  正如信息技術(shù)與創(chuàng)新基金會(huì)(ITIF)在其報(bào)告中指出的那樣,如果美國(guó)要擁有健康強(qiáng)勁的經(jīng)濟(jì)體,,那么它必須在制造業(yè)中具備競(jìng)爭(zhēng)力(尤其是在半導(dǎo)體等先進(jìn)技術(shù)行業(yè)中),。這意味著正如《美國(guó)晶圓廠法案》所設(shè)想的那樣,這并不是在誤導(dǎo)行業(yè)戰(zhàn)略或進(jìn)行企業(yè)宣傳,,而是在與WTO保持一致性時(shí)做出適當(dāng)努力,,以廣泛地支持該部門(mén)的競(jìng)爭(zhēng)力和創(chuàng)新能力。

  除了以上部分所提到的計(jì)劃之外,,還有許多政府機(jī)構(gòu)正在執(zhí)行的半導(dǎo)體研發(fā)計(jì)劃(如下文所述),。簡(jiǎn)而言之,過(guò)去兩屆政府的行動(dòng),,再加上國(guó)會(huì)的高度重視,,表明美國(guó)終于在加強(qiáng)其半導(dǎo)體競(jìng)爭(zhēng)力方面變得認(rèn)真起來(lái)(尤其是在看到其他國(guó)家在做出類(lèi)似的嘗試時(shí))。盡管如此,,迄今為止,,美國(guó)的半導(dǎo)體政策和計(jì)劃一直處于脫節(jié)狀態(tài)并且投入資金不足。美國(guó)將從不斷更新的全面國(guó)家半導(dǎo)體競(jìng)爭(zhēng)力戰(zhàn)略中受益,。

  開(kāi)展國(guó)際合作以共同增強(qiáng)半導(dǎo)體競(jìng)爭(zhēng)力

  各國(guó)(或歐盟等超國(guó)家組織)制定全面戰(zhàn)略以提高其國(guó)家半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力肯定是恰當(dāng)?shù)?,而且確實(shí)值得稱(chēng)贊。盡管有人爭(zhēng)辯說(shuō):“國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)的概念是不正確的……國(guó)家之間的相互競(jìng)爭(zhēng)毫無(wú)作用,?!笔聦?shí)上,各國(guó)正在為實(shí)現(xiàn)更高的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)而相互競(jìng)爭(zhēng),。

  正如ITIF在《創(chuàng)新經(jīng)濟(jì)學(xué):爭(zhēng)取全球優(yōu)勢(shì)的競(jìng)賽》中所寫(xiě)的那樣,,這場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)逐漸開(kāi)始圍繞各國(guó)為孵化,培育和發(fā)展工業(yè)和企業(yè)所做出的努力而展開(kāi),,而這些工業(yè)和企業(yè)往往在高附加值的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng),,比如先進(jìn)工業(yè)制造,航空航天,,生物技術(shù),,可再生能源和半導(dǎo)體(以及其他數(shù)字和ICT部門(mén))這些領(lǐng)域。

  盡管各國(guó)為爭(zhēng)奪先進(jìn)技術(shù)行業(yè)的領(lǐng)先地位而進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)是適當(dāng)?shù)?,但從本質(zhì)上講,,這些國(guó)家為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)而實(shí)施的政策所帶來(lái)的結(jié)果總體來(lái)說(shuō)是積極的,諸如研發(fā),,教育和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等投資政策會(huì)有益于全球知識(shí)和技術(shù)儲(chǔ)備的增長(zhǎng),。但是當(dāng)各國(guó)選擇實(shí)施某些政策來(lái)競(jìng)爭(zhēng)時(shí),例如限制市場(chǎng)準(zhǔn)入,,以市場(chǎng)準(zhǔn)入作為條件的技術(shù)轉(zhuǎn)讓?zhuān)a(bǔ)貼行業(yè)或影響技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),,它們就會(huì)損害其他國(guó)家和企業(yè)的經(jīng)濟(jì),,進(jìn)而損害全球經(jīng)濟(jì)體。

  但是,,盡管?chē)?guó)家之間存在競(jìng)爭(zhēng),,但它們也會(huì)相互交易以獲取共同利益。此外,,開(kāi)展科學(xué),,技術(shù)和貿(mào)易合作可以促進(jìn)自由市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng),進(jìn)而推動(dòng)知識(shí)體系的完善和發(fā)展,。一個(gè)典型的例子就是人類(lèi)基因組計(jì)劃,,這是一場(chǎng)耗費(fèi)數(shù)十億美元的全球性行動(dòng),它開(kāi)啟了基因組學(xué)領(lǐng)域的大門(mén),,并進(jìn)而開(kāi)啟了生物制藥創(chuàng)新的新時(shí)代,。

  半導(dǎo)體領(lǐng)域也是如此,由于該行業(yè)創(chuàng)新的高額成本和復(fù)雜性,,在推動(dòng)志同道合的國(guó)家的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)共同發(fā)展的同時(shí),保持各國(guó)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的地位也隨之成為可能,。當(dāng)一些國(guó)家選擇通過(guò)純粹通過(guò)重商主義和扭曲性的貿(mào)易手段在行業(yè)中進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)時(shí),,這一點(diǎn)則尤為重要,因?yàn)檫@種行為破壞了行業(yè)中尊重市場(chǎng)力量的競(jìng)爭(zhēng)者,,并且會(huì)導(dǎo)致更多的國(guó)家安全問(wèn)題,。

  志同道合的盟國(guó)需要通過(guò)更多途徑來(lái)共同致力于半導(dǎo)體政策和計(jì)劃,同時(shí)認(rèn)識(shí)到“開(kāi)放社會(huì)在一致行動(dòng)時(shí)會(huì)更強(qiáng)大,?!泵绹?guó)應(yīng)領(lǐng)導(dǎo)這種合作,因?yàn)檎缫环輬?bào)告預(yù)先指出的那樣,,“除非美國(guó)建立一個(gè)社區(qū)——一個(gè)”聯(lián)盟創(chuàng)新基地“,,否則它將在競(jìng)爭(zhēng)中逐步落后。,,這樣才能確保美國(guó)占領(lǐng)21世紀(jì)的制高點(diǎn),。美國(guó)若想重新占據(jù)主導(dǎo)地位,唯一方法便是加深與盟國(guó)的創(chuàng)新合作,?!?/p>

  半導(dǎo)體行業(yè)蘊(yùn)含著巨大的機(jī)遇,其中成功的創(chuàng)新取決于科學(xué)家,,研究人員和工程師,,這些人在眾多國(guó)際公司,大學(xué),,政府機(jī)構(gòu)和研究機(jī)構(gòu)以及公私研究聯(lián)盟中進(jìn)行中一系列的復(fù)雜工作,。的確,,半導(dǎo)體行業(yè)在過(guò)去的數(shù)十年中確實(shí)取得了巨大的進(jìn)步,這些進(jìn)步從根本上來(lái)講歸功于基礎(chǔ)科學(xué)研究所取得的突破,,例如粒子物理學(xué),,材料科學(xué)和納米工程等領(lǐng)域。這些領(lǐng)域的突破得益于高層次的跨國(guó)研究和國(guó)際科學(xué)出版物的傳播,。如果各國(guó)團(tuán)結(jié)一致,,共同為研發(fā)提供資金,制定行業(yè)技術(shù)路線圖,,制定自愿技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和自由化的貿(mào)易規(guī)則,,那么它們可以共同建立一個(gè)半導(dǎo)體生態(tài)系統(tǒng),以在與那些追求自給自足的國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位,。

  不幸的是,,信息和通信技術(shù)的行業(yè)發(fā)展表明,國(guó)家可以選擇以一種孤立的狀態(tài)獨(dú)自發(fā)展,。在1990年代和2000年代的大部分時(shí)間里,,日本的ICT行業(yè)一直處于孤立狀態(tài),遭受著加拉帕戈斯島市場(chǎng)與技術(shù)孤立綜合癥的折磨,,最終使該國(guó)許多公司在全球經(jīng)濟(jì)中失去競(jìng)爭(zhēng)力,。如今,人們的關(guān)注點(diǎn)在于,,歐盟決定制定新的產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略以實(shí)現(xiàn)“數(shù)字主權(quán)”,。歐盟和其他盟國(guó)需要進(jìn)行更為全面的考慮,并著重于“盟國(guó)數(shù)字主權(quán)”或至少同盟國(guó)家半導(dǎo)體的競(jìng)爭(zhēng)力,。因此,,美國(guó)應(yīng)與歐洲合作從而重塑歐洲的目標(biāo),即不僅在數(shù)字領(lǐng)域內(nèi),,而是要在更廣泛的領(lǐng)域和技術(shù)上實(shí)現(xiàn)其先進(jìn)行業(yè)的領(lǐng)先地位,。在做到這一點(diǎn)的同時(shí),還要保持致力于自由貿(mào)易和全球創(chuàng)新力的發(fā)展,。

  對(duì)于美國(guó)而言,,記住這些教訓(xùn)本身總是一件好事。



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