“缺芯潮”来了！芯片制造的全球“军备竞赛”已经拉响

“缺芯潮”如何重塑半导体产业

发于2021.6.28总第1001期《中国新闻周刊》

4月中旬，全球最大晶圆代工厂台积电的台湾工厂发生停电事故。有研究机构预测，仅停电半天，报废晶圆损失或超过2000万美元，一大批客户受到影响。6月初，台湾封测厂京元电子暴发外籍员工群体感染，确诊人数超过200人，2000多人停工居家隔离，预计6月产量将减少30％~35％。台湾疫情向半导体产业的蔓延，让全球芯片产能雪上加霜。

此前，同样引发人们忧虑的是台湾遭遇半个世纪以来最严重的干旱，由于需要清洗厂房与硅片，晶圆代工厂耗水量巨大，为保证其用水，约占台湾灌溉面积五分之一的农田停止灌溉。

这足以显示台湾晶圆代工产业的地位，美国半导体行业协会甚至提出极端假说称，如果台湾半导体代工厂停工一年，全球电子产业将面临4900亿美元损失。台积电创始人张忠谋将1987年创办台积电与晶体管、摩尔定律等量齐观，视之为改变半导体产业的创造。台积电与晶圆代工业务的兴起确实深刻改变了半导体产业，使之成为全球化程度最深的产业之一。

但是这一轮“缺芯潮”引发了供应链安全隐忧。欧美对半导体产业过度集中于日韩、中国台湾地区表现出了担忧，提出一系列刺激计划吸引芯片产业回流，中国的芯片产业链国产化进程也在提速。芯片制造的全球“军备竞赛”已经拉响，半导体产业现有格局或将被重塑。

模式之争

从各国家、地区半导体产能占比变迁中可以发现，1990年台湾半导体产能几近于零，此后一路扩张至2020年的22％，这是台积电等晶圆代工厂崛起的结果。

半导体产业有两种模式，一种是IDM模式，即芯片设计、制造等环节集于一家公司，比如英特尔、英飞凌等；另一种则是代工模式，由台积电开创，兴起于上个世纪90年代，核心是芯片设计公司无须涉足制造、测封等环节，相应诞生了一批像高通、英伟达、联发科这样的无晶圆厂商。由于无须同时承担设计环节的高研发投入与制造环节的重资产投入，无晶圆厂商的营收增幅往往快于IDM厂商。

尽管IDM厂商在2019年仍拥有全球半导体近七成产能，但在更多应用先进制程、手机SoC（系统级芯片）所属的逻辑芯片领域，代工模式占据近八成产能，被认为是产业主流。

“IDM模式的弊端之一便是企业倾向于追求利润率高的产品，如果将设计与制造环节分开，代工厂无论生产附加值高或低的产品，同样赚取代工费用，有利于产业生态更为均衡。”复旦大学微电子学院教授、矽典微联合创始人徐鸿涛博士告诉《中国新闻周刊》，这也是在代工模式下半导体产业得以迅速发展的原因。

但是在这一轮“缺芯潮”中，IDM企业显示出供应链更为稳定的优势。中芯国际创始人张汝京就曾表示，在当前阶段，下游制造环节对上游设计环节的支持十分重要。但是在代工模式下，晶圆代工厂扩张产能往往谨慎，这是全球半导体产能始终处于紧平衡的重要原因。

其实去年以来代工厂扩张产能动作频仍。3月底，台积电宣布将在未来3年投资1000亿美元增加产能，并且支持高端制程技术的研发，一改此前“稳健扩产”作风，要以5倍的速度建厂扩产，中芯国际也在一年之内两度宣布扩张28nm及以上成熟制程的产能。

尽管如此，多位业内人士告诉《中国新闻周刊》，从扩张产能的规模看，代工厂仍在谨慎行事。这与代工业务的特点有关，在芯片产业链的全部资本支出中，制造环节占比高达64％，但增值仅占比24％。“晶圆代工的毛利率并不高，一旦产能利用率不高，晶圆厂或许就会陷入亏损。”酷芯微电子董事长姚海平告诉《中国新闻周刊》。

一位晶圆代工厂人士向《中国新闻周刊》解释，“晶圆代工厂在扩产前，都需要已有工厂的产能利用率达到相当水平，如果已有产线产能利用率只有百分之七八十，再扩产往往意味赔钱，伴随设备等大量资本投入的折旧压力就不小。”

相比于晶圆代工厂的谨慎，徐鸿涛注意到，一些无晶圆厂商反而开始参与建厂，“因为他们更加清楚风险与需求”。

2020年下半年，联发科就曾花费16.2亿元新台币购置半导体再租给力积电生产。但最为典型的案例莫过于联电，联电今年的资本支出仅为15亿美元，尽管如此，相比去年增幅也达50％。其采取与芯片设计公司三星等合作扩张产能的方式，即芯片设计公司出资购买设备，提供给联电，再让后者代工芯片。4月底，联电更是宣布与多家芯片设计公司合作扩充位于台南的12英寸晶圆厂产能，芯片设计公司以议定价格预先支付订金的方式，确保取得未来产能的长期保障。

如此一来，半导体产业长期存在的两种模式似乎伴随“缺芯潮”蔓延而变得模糊，无晶圆厂商为了保证产能开始向IDM模式靠拢，而一些IDM厂商，如英特尔，则在今年宣布启动代工业务。

今年2月，帕特·盖尔辛格出任英特尔首席执行官，在其3月下旬的一次演讲中，除了抛出英特尔将投资200亿美元新建两座晶圆厂，预计在 2024 年量产 7nm 或更先进制程的消息外，还宣布了英特尔将重返晶圆代工业务。

这一消息在当日直接冲击了台积电股价，但在近一个月之后的一次演讲中，台积电创始人张忠谋回应道，“英特尔要做晶圆代工业务相当讽刺。台积电 1986 年成立，在 1985 年筹资期间就找英特尔投资，但是英特尔拒绝，虽然当年度的景气状况没有太好，但仍是有一点看不起的意味。”

“英特尔此前也多次尝试进入代工业务，我也曾参与类似的项目，当时给Altera公司做代工，我们内部半开玩笑地说，英特尔最终收购Altera就是因为代工产品一直做出不来，英特尔就干脆买下这家公司。”一位曾在英特尔参与多个制程研发的工程师告诉《中国新闻周刊》，英特尔做代工的一个重要阻力便是缺少服务意识，“很难想象英特尔愿意低姿态地陪伴小客户成长，像台积电创办初期的一些小客户，如高通，现在也变成了巨头。但英特尔会挑选客户，当年苹果曾找英特尔做代工，就因为订单量有限被拒绝，如今这被英特尔高层认为是个极其愚蠢的决定。”

同时，技术问题也被他认为是英特尔从事晶圆代工的障碍之一，“英特尔工厂的工具相对比较封闭，更多生产高附加值芯片如CPU。但比如同样为28nm制程芯片，不同类别的芯片往往需要不同的工艺，因此英特尔产线能否很好服务于诸如手机芯片、车规芯片等尚存疑问”。

但显然，英特尔重归晶圆代工业务并非仅仅是一家企业看中芯片制造市场，其背后的深意或许可以归结为盖尔辛格的一句话，“美国公司应该将三分之一的半导体生产放在美国本土进行。”目前，这一比例仅为12％。

大力刺激半导体回流

盖尔辛格所言现状源于代工模式的兴起。据波士顿咨询数据，美国半导体制造业所占市场份额从1990年的37％降低至如今的12％，如果按照目前趋势发展下去，可能降低至6％，但是相比之下，美国半导体公司占全球芯片销售额的47％。

研究劳动力市场与经济政策的智库Employ America发文回顾美国半导体产业的 历史 称，从上世纪80年代起，为了与日本、韩国等国家的半导体公司竞争，美国的半导体政策逐渐转向鼓励缩减运营成本、提高公司利润，忽略了对于半导体供应链的构建，使半导体产业围绕巨头形成了一套脆弱的供应链。“在去工厂、轻资产的运营理念下，虽然每家半导体公司的资产负债表看起来更加稳健，美国芯片制造的优势却已经转向中国台湾、韩国等其他地区”。

目前，全球芯片制造75％的产能在东亚地区，而美国正希望芯片制造业回流，但其面临人才与成本的瓶颈。

张忠谋提到，美国晶圆制造的条件与台湾地区相较具有绝对优势，包括水电等资源，但是美国的人才敬业程度和台湾地区不能比，台湾地区有大量优秀的工程师、技师、作业员比较愿意投入制造业。

前述英特尔工程师也向《中国新闻周刊》解释，美国芯片制造业不断流失的一个原因便是美国的文化体系不太容易产生服务意识。芯片属于精密加工制造业，与东亚文化圈更为兼容，需要工人有很强的纪律性、服从性，因此当今世界最重要的代工厂都集中在东亚。“即使是英特尔这样的美国公司，其工厂的管理体系也与其他部门不同，推行军事化管理”。

美国在成本方面的劣势更为明显，在美国建设一个新芯片工厂的10年总拥有成本大约比亚洲地区高25％~50％，假如要满足半导体自给自足，美国需进行3500亿~4200亿美元的前期投资，这一数字也比中国大陆的1750亿~2500亿美元要高出不少。

(工作人员在黄色光源工作环境中观察光刻胶前烘情况。光刻胶又名光阻，是半导体芯片制造工业的核心材料。图/新华)

美国半导体行业协会今年2月致信美国总统拜登，提到竞争国家均投入巨资吸引半导体制造、研究，美国的缺席导致自身失去竞争力，造成美国在全球半导体制造份额中的降低。美国需要鼓励建设并更新半导体制造设施，并在研究领域投入。

当地时间6月8日，美国国会参议院通过了《美国创新与竞争法》，其中批准拨款520亿美元，在今后5年里大力促进美国半导体芯片的生产和研究。参议院民主党领袖舒默曾称其为“ 历史 性的520亿美元投资，用以确保美国保持芯片生产的领先地位”，并直言，“这项法案将确保美国不再依赖外国芯片加工商。”据路透社报道，其中包括390亿美元的生产和研发激励，以及105亿美元的实施计划，包括国家半导体技术中心、国家先进封装制造计划和其他研发计划，以及 15亿美元的应急资金。

美国商务部长吉娜·雷蒙多在芯片厂商美光 科技 出席活动时称，这520亿美元的资金将为芯片生产和研究产生超过1500亿美元的投资，当中包括州和联邦政府以及私营企业的出资，也就是通过联邦资金释放更多私人资本，“到完成时，在美国可能有七家、八家、九家、十家新工厂。”她预计，各州将为芯片设施争夺联邦资金，而商务部将有透明的资金发放程序。

去年以来，美国国会两党议员不断提出鼓励美国芯片产业发展的法案，如“2020美国晶圆代工法案”（AFA）、“为芯片生产创造有益的激励措施法案”（CHIPS）。CHIPS法案还被纳入拜登提出的2.3万亿美元基础设施计划，于今年早些时候颁布，批准了半导体制造激励措施和研究计划，但尚未提供资金，拜登也曾呼吁拨款500亿美元，促进半导体生产和研究。

此前，苹果、亚马逊、谷歌、微软等 科技 巨头联手包括英特尔、高通、台积电等在内的芯片产业链企业，组建了一个游说团体——美国半导体联盟（SIAC），目标便是向美国政府施压，要求美国国会为CHIPS法案提供500亿美元资金。

台积电、三星等均已计划在美国扩建芯片厂的情况下，一场对于政府补贴政策的争夺已然展开。早在去年5月，台积电便宣布将在美国亚利桑那州投资120亿美元新建12英寸厂，预计将在2024年建成投产，初期月产能为2万片5nm芯片，而这一计划的投资与产能规模在今年被多次曝出仍在扩大。

在向美国得州政府提交的文件中，三星也披露了其赴美建厂计划的具体细节：计划耗资170亿美元，10年内在当地创造约1800个就业机会，位于奥斯汀，面积700万平方英尺。三星还提醒说，该项目“竞争激烈”，美国亚利桑那州凤凰城、纽约北部的Genesee县及韩国替代地点都是奥斯汀的潜在竞争者。如果落户奥斯汀，将在今年二季度破土动工，预计在2023年第三、第四季度投入运营，传闻将用于生产先进的3nm制程。三星明确要求在20年内，得州特拉维斯县和奥斯汀市对三星芯片厂的税收减免将达约14.8亿美元，高于先前提到的8.055亿美元。

谈及美国积极复兴半导体制造产业，张忠谋认为，美国做事永远是“胡萝卜与棒子”一起，补贴只不过短期几年而已，不能弥补长期的竞争劣势，过了补贴政策的那几年，还是要看实力。

供应链安全被打破

持续增长的旺盛需求正在拉长半导体的景气周期。不只是美国，韩国、日本、欧洲等国家或地区都在吸引半导体制造回流。日本政府已经承诺扩大现有约2000亿日元的基金规模，支持国内的芯片制造行业。韩国政府业宣布为本土芯片产业提供1万亿韩元长期贷款，扩张8英寸晶圆厂产能，并增加材料和封装投资。欧盟提出的“2030数字指南”计划的目标之一便是到2030年，欧洲半导体生产至少占据全球产值的20％。

伴随分工模式兴起，半导体产业曾被视为全球化程度最深的产业之一，基于2019年的数据，在对整个产业附加值的贡献中，有6个国家和地区（美国、韩国、日本、中国大陆、中国台湾和欧洲）的贡献度都至少达到8％。但经历这一轮“缺芯潮”，出于维护供应链安全的考量，半导体产业正在向本地收缩，中国也不例外。

波士顿咨询曾作出预测，假设在每个地区建设完全自给自足的本地供应链，将需要9000亿~1.225万亿美元的增量前期投资，并导致半导体价格整体上涨35％~65％，最终导致消费者电子设备成本上升。

“趋势已经很明显，这在日本厂商的产品中得到充分体现，拆开日本的电子产品，会发现其使用的芯片基本上都来自日本，未来各地也会遵循这样的趋势，简单说就是在哪里设计，就要在哪里生产。”上海一家芯片设计公司CEO刘东（化名）告诉《中国新闻周刊》。

中国半导体行业协会副理事长、中国半导体行业协会集成电路分会理事长叶甜春认为，美国、欧盟强化本土产业链，缺芯固然是一项因素，但根本原因是对供应链安全的一种担心。芯片产业链全球化发展的地域分工，导致有些地区的工业空心化，现在各地希望在本地建立一个至少能够维持最小可行制造能力的产业体系。

但在他看来，欧美要建设本土晶圆制造业是很困难的，这是一个成本、供应链体系和产业生态的问题。首先供应链企业要跟过去，把供应链重建起来，经济代价和后续的运维成本会非常高昂；其次，发展制造业需要人才资源作为支撑，欧美高校的人才体量能否支撑制造产业的重建，也值得考量。“继续创新”或许是欧美发展制造业的一条路径，但通常意义上的产业回流是很难 *** 作的。

对于中国当下的芯片产业前景，叶甜春在接受《中国电子报》采访时指出，国内集成电路存在“卡脖子”问题，在部分领域显得被动，但是跟10年前近乎“休克”的状态相比，是完全不一样的。但他担心的是，眼前的问题得到缓解之后，对后续的布局缺乏紧迫感，耽误两年然后发现“卡脖子”这个问题始终存在。

他的建议是，对中国而言，首先是确保供应链的安全，28nm以上的供应链要实现绝对安全，14nm、7nm的技术短板也要尽快补齐。此外还要锻造长板，真正摆脱“受制于人”需要掌握足够的反制手段。要把握好全球化分工与供应链产业链自主可控的“度”。

国产替代如何加速

刘东注意到，其实从去年开始，国内的芯片厂商，包括一些终端产品厂商，已经在将供应链逐步从境外转移至中国大陆，当时主要是受到华为被制裁事件的冲击，随着这一轮“缺芯潮”爆发，这一趋势将更加明显。

深迪半导体今年为国内一家一线手机厂商供应六轴IMU惯性传感器芯片，深迪半导体公共关系负责人黄杜告诉《中国新闻周刊》，从2019年第一次送样，经历两年的测试才最终谈成，“对于手机厂商更换一款芯片的成本并不小，因此一旦习惯于采购外国厂商的芯片就没有动力冒风险更换。”

而多位国内手机厂的供应商向《中国新闻周刊》证实，在消费电子领域，国内终端厂商今年都在转移产业链，“能用国产替代的都尽可能使用国产替代，就算国内供应商无法做主力供应商，也会让其作为辅助供应商。”

徐鸿涛甚至认为，这次“缺芯潮”的一个原因便是国产替代导致代工厂新产品导入规模增长，“比如原来一家代工厂的产能分配中，量产与新产品导入的比例可能是8:2，但随着新产品导入的需求增加，就挤占了量产部分的比例分配，其中部分原因便是国产替代和产能紧张导致开辟新供应商需求的加剧，一款新产品都要经历漫长新产品导入才能量产。”

不仅是终端厂商在更多启用国内芯片厂商的芯片，一些国内的无晶圆厂商也开始将产能向中国大陆转移。

对于刘东的公司而言，与其合作的代工厂遍布中国大陆和台湾，韩国、美国。“只是每家投产多少不一，一方面是要为特定种类的芯片寻找更适合的工艺，另一方面也是为了规避风险。但是一旦产能全球性紧缺，即使产能再分散，风险也难以回避。”刘东反问，“这一轮‘缺芯潮’中，已经可以看到地方保护色彩加重，比如一家韩国代工厂，面对一位韩国客户与中国客户的需求时，他会怎么选择？”

一家三星投资的芯片设计公司负责人告诉《中国新闻周刊》，正是由于三星背书，其产能几乎未受影响，反而扩张产能争抢到产能紧缺的竞争对手的订单。

用刘东的话来说，“大家都变得不那么有 *** 守”。这在一定程度上也源于政府的干预，前述刚刚成立的SIAC便在公开信中称，“当行业努力纠正短缺造成的供需失衡时，政府应该避免干预。”外界认为这暗指美国政府此前施压包括台积电在内的代工厂保证 汽车 芯片产能。

有中芯国际人士告诉《中国新闻周刊》，中芯国际在分配产能时会从终端应用的角度考虑，也就是如果某款芯片缺失，会不会影响普通人生活，甚至国民经济，“会仔细甄别企业的产能需求，依企业真实需求而定，也不会多给企业产能。”

多位业内人士都感慨，在这一轮“缺芯潮”中更能看到中芯国际的意义。“如果产能在国内，遇到疫情这样的极端情况，至少还能见面沟通，但如果投产在韩国、中国台湾的代工厂，连见面协调的可能都没有。”一位芯片厂商负责人透露，从去年开始，公司就在将产能从境外逐步转移至中国大陆，目前已接近一半，甚至直接邀请一家国内代工企业入股，“也是为了未来更顺畅地转移产能”。

这样的产能转移不止发生在某一家公司身上，姚海平也坦言，公司会将中芯国际14nm、12nm制程作为主打的平台，“14nm以下先进制程代工其实可选余地并不多，无非是三星、台积电、中芯国际等几家。现在中芯国际的先进工艺的产能利用率还不高，所以今年其扩张产能集中在28nm等成熟制程，因为其先进制程工艺刚刚开发出来不久，国内的设计公司做出针对的设计需要时间，估计在明年年中中芯国际先进制程产能也会变得非常饱满。”

中国缺少的不仅是先进制程的产能，其实，目前市场上20nm以上工艺节点产能占据了82％，更多的芯片产品依赖成熟制程产能。

“国内除了中芯国际和华虹，形成量产能力的也就是华润上华，但每月8英寸晶圆的产能可能只有两三万片，确实太少，可能都无法支撑大一点的客户。新的代工厂产能完全跟不上，特别是目前一些产品需要特定工艺，比如BCD高压，其实只有中芯国际、华虹、华润上华这三家公司有技术准备，再无其他选择，这就是目前的现状。”前述中芯国际人士告诉《中国新闻周刊》。

黄杜提到，“前一段时间政府征求对行业支持政策的意见建议，我们提出除了鼓励主要以线宽制程为标准的先进标准工艺，也要支持不依赖于线宽的MEMS特色工艺，MEMS惯性传感器芯片在人工智能物联网时代将会获得越来越广泛的应用。”

MEMS工艺是芯片制造的一种特殊工艺，被广泛应用于惯性传感器芯片制造，而惯性传感器芯片已经进入每一部智能手机，手机横屏与竖屏视角的转换便依赖这颗芯片实现。

“如今各地晶圆厂烂尾的情况已经让政府感到担忧，但总体而言，大陆的产能仍然很短缺。”有晶圆厂商负责人告诉《中国新闻周刊》，“几年前公司原本计划投资建设晶圆厂，计划投资50亿元，年产能为1万片8英寸晶圆，但之后项目夭折，原因便是地方政府不再支持。” “当时项目遇到国家收紧半导体投资，地方政府对于项目获得国家资金支持没有信心，就需要地方承担大部分资金压力。”这位负责人说，工厂从开工到“投片”需要3年时间，而根据当时的测算，8年才能回本，这段时间对于地方政府来讲过于漫长。

当下，政府对于晶圆厂的支持无疑举足轻重，中芯国际创始人张汝京在总结项目能够获得成功的条件时就说到，要有政府支持，中央政府通常是在政策和税务上的支持，地方政府通常是给予土地和项目奖励等支持，为了引进一些新项目，需要各级地方政府制定一些准入的指导。

他向《中国新闻周刊》建议说，通过国家发改委窗口指导，一定程度上避免错误的投资导致的国家财产和资金的损失的考量下，可以积极推动国家需要的这类半导体公司。但是如果管控过于严苛，也可能会把这个产业的发展遏制住，减缓国家集成电路与半导体产业的发展。“投资金额小于10亿元以下的，按现有方式进行备案；对于政府投资金额低于某一数位的，如50亿元以下的，由省市相关发改委窗口指导；金额更大的由上一级的发改委管控。至于民企或外资为主的，因为政府担的风险较小，可适度放宽指导窗口。”

在叶甜春看来，此前多地都爆出芯片制造的“烂尾”工程，是因为个别项目在市场定位、技术研发、团队配置等方面没有做好准备，仓促上马。对于做好准备的项目，该上马还是要上马。

他指出，据不完全统计，国内逻辑IC存在40万片12英寸的月产能缺口，存储器至少缺20万~30万片月产能。保守估计，月产能缺口在60万~70万片。整体产能缺口这么大的时候，应该更大规模、更有效率地扩产。“中国貌似缺乏最新的技术和产品，但是全球80％以上的产品用不到最尖端制程，14纳米以上制程能覆盖绝大部分需求——虽然市场份额可能只有百分之六七十，但这上面有大量文章可做。”

浪涌现象，通常指超出正常工作电压的顺间过电压，浪涌现象有发生的时间很短，仅有几百万分之一秒，但会对电子设备找出巨大损害，所以需要相关设施来进行电压保护。近期，我爱音频网拆解了vivo TWS Air真无线耳机，在拆解分析的过程中，发现其充电盒内部采用了韦尔半导体ESD56241D18 TVS保护二极管，用于过压保护，下面就让我们来看看详细情况吧。

vivo TWS Air真无线耳机是vivo近期推出的一款定位入门级的产品，主打舒适佩戴，悦耳音质。以及双麦克风AI智能降噪。采用了立式椭圆的外形，表面如同洁白的鹅卵石，耳机本体采用了更具人体工学的曲面柄式设计，佩戴起来感觉更加舒适。

将充电盒进行拆解以后，其内部配置采用Type-C接口输入电源，端口设置韦尔半导体ESD56241 TVS保护二极管，用于进行过压保护；采用了紫建电子的425mAh锂电池，主板上，采用了国民技术N32G031系列MCU单片机，思远SY8815蓝牙耳机充电仓解决方案。

采用韦尔半导体ESD56241D18 TVS保护二极管进行过压保护，ESD56241D18是一种瞬态电压抑制器，设计用于保护电源接口，它适用于替换便携式电子设备中的多个分立元件，专门设计用于保护USB端口，具有较高浪涌能力的TVS二极管用于保护USB电压总线引脚。采用DFN2x2-3L封装，标准产品为无铅和无卤素。

WillSemi韦尔半导体ESD56241详细资料图。

据我爱音频网了解到，目前已有黑鲨、OPPO、飞利浦、雷蛇、魅族、公牛、小米采用了WillSemi韦尔半导体电源管理方案。

关于韦尔

上海韦尔半导体股份有限公司是一家以自主研发和销售服务为主体的半导体器件设计和销售公司，成立于2007年5月。总部坐落在有“中国硅谷”之称的上海张江高 科技 园区。

自2017年A股上市以来，韦尔累计发货355亿颗，营业额达11.5亿元，现与豪威 科技 协同全球布局。

如今的美国仍是半导体行业发展的优势者，在半导体产业发展之初，美国是如何发展并获得如今的地位？ICViews编译了美国半导体发展的简史，期望从美国半导体的发展历程中找到一些答案。

早期的美国产业政策为各种参与者提供了角色：小公司在技术前沿进行试验，而大公司追求流程改进，来扩大这些创新的规模。美国政府的需求确保了实验在财政上是可行的，而技术转让规定确保了大公司和小公司共享进步。重要的是，定期采购为企业提供了继续迭代所需的流动性，而无需依赖大规模的一次性产品。这种工业政策鼓励创新，确保小公司能够获得国内大规模生产创新设计的机会，同时允许大公司获得大规模生产这些创新设计的好处。

随着行业的成熟和竞争环境的变化，美国政策框架也发生了变化。

自20世纪70年代以来，产业政策逐渐被轻资本的“科学政策”战略所取代，而庞大的龙头企业和轻资产创新者已经取代了一个由大小生产型企业组成的强大生态系统。虽然这一战略最初取得了成功，但它已经造成了一个脆弱的体系。如今，半导体行业一方面受到脆弱的供应链的约束，这些供应链仅为少数拥有庞大资金链的公司量身定制，另一方面又受到许多轻资产设计公司的约束。

尽管美国半导体行业在上世纪90年代重获主导地位，但由于这种政策方针，导致如今美国半导体行业的技术和商业优势比以前更加脆弱。随着台积电的崛起超过英特尔，美国已经失去了前沿技术，美国企业面临着关键的供应瓶颈。疫情暴露出的供应链问题表明：半导体作为一种通用技术，在几乎所有主要供应链中都发挥着作用，且半导体生产是一个至关重要的经济和国家安全问题。虽然政策可以发挥明显作用，但对于技术进步的过程又有其限制性，支持新思想的发展，而不是将新技术转向资本。制程技术的创新是一种实践的过程，需要不断建立与营运新的生产线。但在美国的低资本环境中，半导体产业很难达到边做边学。

半导体供应链的每个部分都有技术创新，并受益于多样化的参与者和动态的劳动力市场。劳动力不仅是技术前沿的成本中心，而且是创新过程的关键投入。在解决目前的短缺问题时，政策制定者应该认识到半导体产业政策的教训，创建一种强劲竞争生态系统来激励创新。

在半导体行业成立之初，美国政府利用产业政策和科学政策帮助培育了半导体企业的多样化生态。财政支出为这个高度投机的行业提供了必要的流动性。为了保持创新和充满活力的竞争生态系统，战略也需要持续的干预。

美国美国国防部(DoD)使用采购协议和准监管措施来确保公司的生态系统和技术进步的广泛传播。美国政府合同为早期的公司创造了一个现成的市场，美国国防部渴望扮演第一客户的角色。由于确信会有大规模半导体生产的需求，对于许多早期的小公司来说产能投资在财务方面是可行的。

作为许多公司的核心客户，美国国防部对行业的最新技术发展有着清晰的看法，并利用这种看法直接促进公司和研究人员之间的对话和知识共享。与此同时，“第二来源”合同要求美国国防部购买的任何芯片都必须由至少两家公司生产，将采购与技术转让联系起来。美国国防部甚至要求贝尔实验室和其他大型研发部门公布技术细节，并广泛授权他们的技术，确保所有可能与美国国防部签约的公司都能获得创新的基石。

这一体系加快了行业的创新步伐，并迅速蔓延。政府采购协议确保了投资者的支出意愿，而且也增加了用于重复生产的资本货物的支出，从而帮助流程得到显著改进。与此同时，工人在整个系统中自由流动，可以在一家公司获得的知识应用于改善其他公司的生产流程。

在这种竞争环境下，结合那个时代的反垄断做法，鼓励大公司发展大型研究实验室，鼓励小公司进行疯狂的实验。成功的实验帮助创建了新的大公司，或者被已经存在的大公司扩大规模。来自美国国防部的行业指导帮助推动技术向新的方向发展，同时保持行业产能的一致性和针对性。至关重要的是，这一战略在隐性上优先考虑的是整个板块新技术的发展，而不是让任何一家公司的收入最大化或成本最小化。如果公司需要投资并持有资本货物的话，也有融资的渠道。政府保护这个行业不受所谓的“市场约束”的影响，以便产业把重点放在创新和生产上，而不是狭义的经济成功上。

然而，到20世纪60年代末，行业发展迅速，导致政府采购以及政府通过第二源合同等实施准监管的能力已经变得相对不重要了。20世纪40年代末，半导体行业的存在是以军事采购为基础的，但到60年代末，军事采购在市场中所占的比例不到四分之一。

20世纪70年代：蓬勃发展的商业市场

这一时期，尽管美国政府采购和指导相对不重要，但由于商业应用的繁荣和缺乏严肃的国际竞争，美国国内半导体公司迎来了黄金时代。

虽然产业政策促进了早期的创新和产能建设，但在20世纪70年代，政策的相对缺失却几乎没有被注意到。可以肯定的是，政府采购在20世纪70年代仍然发挥了一定的作用，但随着私营企业开始将电子产品纳入其供应链，它们成为了更重要的采购商。开始大规模生产计算机也与半导体的发展有着共生关系，因为芯片的需求推动了封装和集成的进步。

事实上，美国国防部的优先级和商业客户的优先级出现了分歧。美国国防部为特定的军事问题寻找合适的解决方案，尤其是基于非硅的或宇宙级的半导体的开发，这些涉及的商业应用很小。政府和半导体公司都认识到，这个行业不再需要直接指导。所以，双方的需求开始出现分歧。

在20世纪70年代，蓬勃发展的非国防市场意味着成功的小公司和大公司在没有政府支持或协调的情况下也能共存。技术的改进转化为工艺的改进，后者反过来又推动了前者的进一步改进。MOS IC、微处理器、DRAM等新发明将行业推向了新的高度，并递归式地提出了进一步的创新路径。

在普遍繁荣和创新的环境下，半导体展现出作为通用技术的重要性，在整个经济中都得到了广泛应用。尽管美国的大型研究实验室以及制造部门持有了大量资产，但在国际上缺少竞争以及市场的蓬勃发展确保了无论是在创新还是利润方面，大多数投资最终都是可行的。

20世纪80年代：国际竞争激烈

然而，这种竞争环境所带来乐观情况在上世纪80年代被打断，当时，在日本国际贸易产业省的产业政策指导下，美国将市场和技术主导地位拱手让给了日本企业。

美国政府最初不得不创建半导体市场，而日本能够围绕一个快速增长且已经存在的市场制定产业政策。因此，日本能够采取比美国严厉得多的建设基础设施的政策，协调计算机和半导体领域的合资企业，因为日本知道自己的产品有现成的商业市场。虽然政府支持和协调投资的战略与美国在五六十年代使用的战略相同，但用于实施该战略的战术是为适应上世纪80年代的竞争环境而量身定做的。

来自日本的竞争对美国公司产生了巨大的影响。在随后的市场动荡中，许多人永久退出了DRAM市场。行业还成立了倡导小组来进行生产协调，并游说政府对关税和实施贸易政策进行干预。半导体工业协会游说要对日本的“倾销”采取保护措施，同时成立了半导体研究公司，组织和资助与商业市场相关但与美国国防部无关的半导体开发方面的学术研究。半导体制造联盟由行业成员与美国国防部共同资助，一开始的目的主要是用较早期的产业政策推动企业之间的横向合作。但是，为了成本的最小化，联盟很快就把重点转向供应商与制造商之间的垂直整合上面。

落后的半导体已经成为商品，可互换，并根据单位成本进行判断。由于技术和经济因素的共同作用，传统的垂直整合公司在20世纪80年代开始解体。鉴于当时美国的经济形势，在竞争激烈得多的全球市场上，人们几乎没有兴趣投资于低附加值活动的产能。

相反，大公司吸纳了小公司仍然拥有的生产力，创建了大企业集团。MOS晶体管作为行业主导设计的出现，公司开始采用类似的设计原则，使专攻制造的“代工厂”变得经济。随后的垂直解体导致了大型、垂直整合的企业集团的出现，与专注于设计的小型“无晶圆厂”公司共存，这些公司进行设计，但不生产芯片。理论上，这些“无晶圆厂”公司在追求创新设计策略的同时最小化成本，且保留了灵活性。20世纪90年代，随着美国公司开创新的产品类别，日本公司面临来自韩国的竞争，美国行业对这一战略的接纳导致了市场份额的复苏。

在政策方面，美国从未回归到国内产业政策。相反，国外产业政策计划的成功是国内整合、垄断、贸易保护主义以及科学研究资金合力来实现的。

20世纪90年代：科学政策，而非产业政策

20世纪80年代本行业面临着技术和竞争环境的变化，90年代则见证了美国新的“科学政策”走向高潮。20世纪90年代，无论是美国过去采取的那种政策，还是更多受到日本通产省影响的做法，美国都没有重返产业政策，而是将“科学政策”的引入视为政府在半导体制造领域采取行动的新范式。科学政策的重点是促进与公司个体的公私合作，让行业研发与学术研发更紧密地结合，保证研究力量的广泛性，形成可支持轻资产运营的创新型公司的行业结构。

政策目标从创建一个具有强大供应链的强大竞争生态系统转变为创建公私机构，以协调研究人员、无晶圆厂设计公司、设备供应商和大型“冠军企业”之间的复杂切换。这样一来，没有企业需要在研发上投入过量的资金，从而保持全球成本竞争力，而政府也可以避免大规模投资支出。下面的图表来自于半导体行业协会制作的1994年美国国家半导体技术路线图，展示了科学政策背后的策略：

“科学政策”的中心主题是非冗余的效率，这与早期的产业政策侧重于冗余和重复，形成对比。早期产业政策大大加快创新步伐，并确保了单个公司的失败不会影响供应链的稳健，但这确实意味着大量的重复投资。尽管这种方法有助于推动流程改进的采用，静态股东价值最大化表明，这种重复在经济上太浪费了。

过去几十年的产业政策促进了大规模就业，这是创新的核心驱动力。而20世纪90年代的“科学政策”为了最低效率而避免了这种做法。员工频繁更换公司，边做边学是创新的核心途径。事实上，《经济地理》中的“非交易的相互依赖”文献在一定程度上解释了半导体行业工人群体的融合对该行业的快节奏创新是多么重要。虽然在一个地方保持大量的工人是许多进步的关键，但在这个新的竞争环境中，这被视为一种浪费。劳动力在单位成本中占有相当大的比例，企业相信，如果他们能有策略地缩小规模，全球竞争力就会恢复。

在半导体行业的早期，相对价格不敏感的政府合同占总销售额的很大一部分，这种低效率被看作是创新的成本。随着外国竞争对手的加入，成本敏感的商业市场成为半导体的主要买家，这种能力的复制似乎像是一个纯粹的成本中心，对很多公司却没有什么好处。对盈利能力的担忧意味着要确保重复的工作要尽可能少，以便在对价格敏感、竞争激烈的环境下控制成本。这造成了一个集体行动的问题，即削减开支符合每个企业的利益，但这样做进一步恶化了美国企业的创新能力。

在20世纪90年代，美国政府没有回到产业政策，而是选择了成本低得多的科学政策项目。理想情况下，“科学政策”将允许政府协调企业相互矛盾的节约愿望，而不会在技术上进一步落后。然而，为了符合时代精神，美国政府也在努力节约，不会为产业政策在新的竞争环境中取得成功提供所需的大规模财政支持。

相反，政府将花费更少的钱，并尝试开创一种劳动分工，允许所有参与者在不牺牲技术前沿的前提下削减成本，以追求利润。为此，它一方面资助学术研究实验室的研发，另一方面资助产业集团将研究转化为商业能力。在某种程度上，这进一步降低了单个公司的研发投资，因为进步只创造了最小的竞争优势。这种结构没有建立具有重叠供应链的生态系统，而是形成了一种分工，每家企业与机构都负责一个明显可分割的单独部分。同时，宽松的贸易政策与密切的贸易网络，让企业能更经济地进入无工厂模式，发展轻资产战略。目的是通过解决一个集体行动问题，减少整个系统的冗余，从而为公共和私营部门以最经济的方式重新夺回技术前沿。

在短期内，这个策略奏效了！到上世纪90年代末，美国半导体和其他技术领域的投资普遍繁荣，美国成功地恢复了技术优势。这个行业得以在保持国际竞争力的同时，又不需要国内产业政策大规模财政支持的情况下进行创新。大多数公司个体把研发重点集中在生产过程开发的下一两个节点上，而更长期的研究则是由政府资助的学术研究人员来组织。产业团体介入，将这种学术研究转化为商业行为，并在很大程度上消除了研发和生产的重复劳动成本。大型集中的研究实验室被掏空，供应链变得更狭隘，仅针对少数核心公司的研究需求。

21世纪：互联网泡沫破灭和收益递减

然而，这种策略的短期成功是以巨大的长期成本为代价的。劳动力和资本的冗余有助于确保公司能够快速改进内部化流程，同时也培训下一代工程师和技术人员。虽然从单一时期股东收益静态最大化的角度来看，这种重复可能是多余的，但它对确保长期创新轨迹至关重要。“消除冗余”和“增加脆弱性”是同一枚硬币的两面。

从长期来看，劳动力和资本投资不足会在某些方面显现出来，无论是在资产负债表上，还是在创新能力上，或者两者兼而有之。就目前情况而言，美国有可能失去其在尖端设计方面的优势，而且在尖端制造领域的霸主地位已在很大程度上被台积电夺走。将投资过程中的一部分分配给每家公司可能会使每家公司的资产负债表看起来更加稳健，但由于持续的投资不足，整个行业已经变得更加脆弱。数十年的劳动力成本最小化使得熟练技术人员和工程师的数量减少，而数十年的产能投资不足也阻碍了国内企业应对目前劳动力短缺的能力。

该行业目前的问题是科学政策战略的长期自然结果，该战略在上世纪90年代末和21世纪初似乎非常成功。整合和垂直整合的驱动力集中在学术实验室的长期研究、庞大的“冠军企业”和轻资产的“无晶圆厂”创新者，创造了一个摇摇欲坠的竞争生态系统。

由于这些冠军企业在竞争格局中占据的比例非常大，它们的研发优先级和中间投入需求为整个行业设定了条件。像英特尔这样的大买家可以或明或暗地利用他们的相对垄断权力，围绕他们的需求来构建供应链。当更广泛的经济需求发生转变时，例如疫情爆发以来，这些脆弱的供应链很容易出现问题。这种脆弱性是供应链优化的结果，但这种优化针对的是短期盈利能力以及消除冗余，而不是针对整个经济的需求。

无论是有意还是无意，这些大型也会围绕自身的财务需求和计划来制定技术发展道路。因此，学术实验室的研发与税收优化和私营企业单位成本最小化相结合的政策组合，创造了重大的技术路径依赖。与此同时，从技术意义上讲，这些企业“太大而不能倒”：如果它们错过了流程改进，同样规模的国内竞争对手的缺席意味着整个行业都错过了这一进步。在这个意义上，技术政策作为一个整体被委托给了私营行为者。

从研发到生产的过程，也出现不一致的反馈。科学政策的关键是将知识产权的创新与生产过程的创新分开；也就是说，科学政策优先考虑研究、设计与创意，而不是实施、生产与投资。因此，专注于设计的无工厂公司兴起，并将制造外包给海外的代工厂。

然而，把研发放在首位反而会降低创新的速度。单是补贴研发跟激励离岸外包没有什么区别：政策奖励的是知识产权的发展，而不是有形资产的所有权。问题在于，过程改进来自于新物理资产所包含的新技术的实施。“边做边学”是技术创新的关键部分。优秀的工程师希望对供应链每一个环节的生产过程的每一个步骤都进行创新。前沿设计的离岸和外包生产给流程周围引入了一个黑箱，导致收益无法实现最大化的类似问题无法得到纠正。只把焦点放在研发上，会把这些过程改进的发展离岸化，导致国内的生产商吃不饱，同时还阻碍了劳动力开发新技能。

学术研究偏离了商业化的道路，无法驱动产业的创新。考虑到学术研究往往围绕着与当前生产相关性低的问题展开，因此有时无法为现有技术的替代应用或替代过程驱动的创新路径提供见解。由于科学政策让这个群体负责整个行业的长期创新战略，这一盲点不能被忽视。事实上，摩尔定律的失败，以及在许多应用中为异质芯片设计独特的转变，这些都很好地说明了创新在任何时候往往都暗示着技术发展存在。

数十年来在工业产能和就业方面的投资失败，造成了美国企业高度依赖外部制造工厂的局面。台积电目前投资于一家中国台湾本土制造工厂的计划，表明该公司试图通过收购来解决这个问题，而不减少我们对单一供应商提供领先设计的依赖。相反，我们应该回顾半导体生产初期的产业政策 历史 ，重新夺回技术前沿，在供应链的每一个节点上推动创新。

如今，美国面临着半导体短缺和创新能力减弱的问题，政策制定者正考虑采取严肃的干预措施。虽然现在解决目前的短缺可能已经太晚了，但可以防止下一次短缺。美国两党对基础设施支出的广泛支持、疫情后重建得更好的必要性，以及对半导体采购的国家安全担忧，都应该鼓励政策制定者认为，现在正是进行雄心勃勃的改革的时候。如上所述，半导体产业政策的 历史 为如何最好地创造高就业、技术创新和强大的国内供应链提供了许多经验教训。

历史 表明，科学政策是产业政策的必要补充，但本身是不够的。协调研发是任何解决方案的必要组成部分，但并非全部解决方案。为了获得工艺改进，并确保劳动力具备在技术前沿 *** 作的足够技能，该行业需要看到持续的产能扩张。然而，正如我们之前所显示的，在低需求环境下，私营企业明显不愿进行不确定的投资。产业政策，通过结合政府采购和融资担保、直接融资等方式，是为该行业提供充足流动性的唯一途径，以确保产能扩张足够快，该行业保持在技术前沿。同时，政府有财政能力让国内企业生产落后的半导体产品，以保障国家安全和供应链的d性理由。从长远来看，以股东最大化为目标的产业外包政策尚未形成。

同样重要的是要认识到强劲的经济需求和因此而紧张的劳动力市场，特别是半导体生产的劳动力市场，对这些政策的成功至关重要。由政府主导的强有力的投资建设将为各种经验和技能水平的人创造良好的就业机会。这将创造高技能的劳动力，以及驱动有意义的过程改进的边做边学的充足机会。在高技能、高资本密集度的行业，劳动力几乎就像另一种形式的资本商品，为投资支付明显的红利。然而，在缺乏足够的就业机会的情况下，这些专业技能会随着工人转向其他行业而消失。这并不是说提高劳动力技能就足够了：如果立法创造了培训项目，却没有同时创造必要的就业机会和投资，那么很快就会弄巧成拙。

在半导体和其他关键行业的产业政策所需的资金投入规模上，一些人可能会犹豫不决。这是一个巨大的市场，有着巨大的价格标签，现代制造工厂的成本高达数十亿美元。然而，半导体是一种关键的通用技术，几乎进入每一个供应链。大规模的产业政策可以防止瓶颈时期拖累经济增长，同时为国家安全需求创建一个强大的国内供应链。相对于最初对半导体技术的投资，回归产业政策的成本要高得多，但回报会更高。作为4万亿美元基础设施或两党供应链法案的一部分，振兴落后和领先的行业，并恢复一个强大的竞争生态系统，是一项不容错过的好投资。

政策目标很简单：制定一个扩大的产业政策工具包，以鼓励创新、国内劳动力市场紧张以及维护关键的供应链基础设施。半导体作为一个产业，由于投资规模和所需的工作岗位，是制定这些政策工具的理想起点。重建一个强劲的创新环境，也将有助于美国持久地回到技术前沿，并创造就业和投资，在未来几年带来回报。半导体在现代工业经济中发挥着至关重要的作用，它们的技术路线太重要了，不能以短期盈利能力为指导。政府有机会也有责任利用产业政策在下一次短缺发生之前阻止它，同时确保美国保持其在技术前沿的地位。

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