近日，日媒报道称，美国打算和日本两国组建一个“美日芯片同盟”，将此描述为“最安全”的技术同盟。这个联盟有两个主要目的：一是美日联手攻克先进制造工艺2nm研发和量产，摆脱全球芯片先进制造工艺对韩国和中国台湾的依赖；二是美日联盟将打造一个近乎封闭的半导体供应链，杜绝核心关键技术外泄到中国大陆。
这个新联盟的出现无疑印证了笔者此前的推论，在美国建立的所谓“美国半导体联盟SIAC”、“Chip 4联盟”和“Mitre Engenuity联盟”中，包括台积电、三星和欧洲一众IDM厂商，这些公司定然是出工不出力的。回过头来，或者是厂商自己，或者是当地政府又会继续搞自己的技术研究，因为部分政府和企业并不想完全被美国拿捏住。
但我们需要注意到的是，根据相关报道，此次的“美日芯片同盟”是由日本方面发起的，美国虽然可能是最大受益方，但这一次却是受邀方，那么这个新的联盟和新的发起方式会起到不一样的效果吗？
在全面解读“美日芯片同盟”之前，我们说一个结论，这个联盟的出现让此前的Chip 4联盟成了一个笑话，因为这明显是一个“自己人”掉转q头打“自己人”的行为，必然让韩国和中国台湾非常不爽。
那么从另一个方面来说，日本此举算是完全投美国所好，帮助美国完善目前处于第二梯队水平的芯片制造环节。
根据日媒的报道，日本政府之所以主动出击迎合美国政府，一个重要的原因是台积电对于芯片制造技术的管理和保密非常严格，不会在中国台湾岛以外的地方建立尖端工艺的晶圆代工厂。虽然台积电美国工厂规划的工艺是5nm，但这个工厂的进度非常缓慢，预计将会在2024年才会出第一批量产产品，从规划到量产跨越了4年多，这和台湾岛内5nm工厂小于18个月的建设速度完全不可同日而语，以台积电的速度，2025年该公司预计将开始量产2nm，因此美国5nm工厂也差不多满足了工艺至少落后两代的要求。
并且，日媒的评估更为悲观，认为台积电在美国和日本的工厂仍然将会是以10-20nm工艺为主流，这让美日领先的半导体厂商依然要对台积电在台湾岛的先进晶圆代工厂非常依赖。
按照当前的规划，“美日芯片同盟”不仅要攻克2nm的研发和制造，还会建立一个非常安全的供应链体系，在这方面，日本政府手里算是带着诱人筹码的。我们都知道日本在半导体材料和设备方面拥有不俗的实力，尤其是前者。
比如在硅片供应上，根据相关机构截止到2020年9月份的统计数据，日本信越化学在全球硅晶圆制造市场的份额高达29.4%，稳居第一，第二名同样是日本企业，日本胜高（SUMCO）的市场份额为21.9%。虽然环球晶圆在收购Siltronic AG之后超越了胜高，但并不影响日本厂商在硅晶圆制造市场过半的市占比。
而在半导体材料的光刻胶方面，日本JSR、东京应化是唯二两家能够量产所有主流类型光刻胶产品的公司，包括EUV光刻胶。
在半导体设备方面，日本拥有东京电子（TEL）、爱德万测试（Advantest）、SCREEN、KOKUSAI ELECTRIC、日立高新 科技 等众多全球领先厂商。统计数据显示，日本半导体设备厂商大约提供了全球37%的半导体设备，影响力可以说仅次于美国。
根据报道，此次“美日芯片同盟”的筹建，日本方面包括东京电子、佳能和国立先进工业科学技术研究所等企业和组织都有很大的可能参与其中。而美国方面，除了一些半导体设备厂商，IBM和英特尔预计将参与其中。
再算上美国对ASML的影响力，可以说“美日芯片同盟”要设备有设备，要材料有材料，唯独缺的就是技术，如果能够如愿攻克2nm，那么美国在全球半导体市场的影响力将进一步增强。
为什么说美国会欣然接受日本的邀约呢？一项数据表明，美国在过去几年里，对台积电的依赖越来越严重，这是美政府不想看到的，想要极力挽回这样的局面，一切可能的方法都会尝试。
这并非是空口无凭的猜测，而是有真实的数据作为支撑。先看美国自己的官方数据，根据美国半导体行业协会（SIA）的数据统计，2021年美国半导体公司的全球市场依然稳居第一，份额占比达到46%，但过去8年间，美国半导体制造占全球的份额下降了10%以上。
而我们看一下台积电的财报数据，2021年，美国是台积电最大的市场，贡献1.01万亿新台币，同比增长24%，占营收比重为64%。其中，苹果公司作为台积电最大客户，一家就贡献了4054亿新台币，同比增长20.4%，占比总营收从25%提升至26%。
而从全球晶圆代工市场格局来看，截止到2021年Q3的统计数据显示，目前在全球晶圆代工市场，台积电依然占据着过半的市场份额，占比达到53.1%。
台积电不在岛外建尖端晶圆厂的行为，以及张忠谋多次强调台湾岛外无法复刻台积电成功的言论让美政府定然非常不爽，只要有一丝机会能够取而代之，都会去尝试。
笔者曾在《美国大搞IC圈子文化，多个联盟先后成立，中国芯要警惕这个问题》这篇文章中讲过，美国此前组建的“美国半导体联盟SIAC”、“Chip 4联盟”和“Mitre Engenuity联盟”都有bug，盟友之间有太多的芥蒂和心眼，绝非是铁板一块。
我们看，“Chip 4联盟”把之前SIAC联盟中的欧盟和英国给踢掉了。因为，美国看到了欧盟的“二心”，欧盟出台《芯片法案》的核心意图是提升欧盟自身的芯片产业实力，包括确立欧洲在更小、更快、更节能的芯片方面的研究和技术领先地位；加强欧洲在先进芯片设计、制造和封装方面的创新能力；以及建立合适的政策框架，确保欧洲在2030年前大幅提升芯片产能等等。
已经成为既定事实的台积电就够美国烦恼的了，欧盟还要来添乱，说明其心必异。
而让美国政府更加难堪的是，“Chip 4联盟”中的韩国到现在都还在洽谈中，多家韩国媒体报道称，韩国政府和企业很难接受这一提议。
“Chip 4联盟”的另一方就是中国台湾，也就是台积电的大本营。“Chip 4联盟”的出发点是确保美国半导体制造技术拥有全球领先地位，这是要割台积电的肉而肥美国本土半导体制造，台积电会鼎力支持？美政府自己估计都不信。
虽然这些联盟成员肯定都会帮着美国对中国大陆进行技术外泄的封锁，但并不能让美国达到自己半导体从设计到制造全面领先的目的。
笔者赞同很多业者的说法，就剩下美日双边的技术同盟最有可能顺利地开展下去，虽然不一定能够达成目标，但是双方构建安全供应链体系的目标较为一致，算是趣味相投，且彼此都是有利可图。
工情报 Author 黄鑫
机工情报
装备制造业竞争力情报和贸易风险问题研究
2月18日，美国信息技术和创新基金会（ITIF）发布《摩尔定律被破坏：中国政策对全球半导体创新的影响》报告（以下简称“报告”）。报告概述了全球半导体行业的 发展情况 ；分析了半导体行业 持续创新的动力和条件 ；探讨了 中国的半导体行业 政策及其影响。
紧接着，美国总统拜登签署 美国供应链行政令 （Executive Order on America’s Supply Chains），指示对 半导体、医疗用品、关键矿产及高容量电池 的供应链进行广泛评估。
由此可见，半导体行业对美国制造业、经济和国家安全的重要性不可言喻。
当前全球半导体行业的竞争格局
1. 美国企业销售额占全球近50%，但生产能力较弱
2019年，总部位于 美国的半导体企业 在全球半导体行业的 销售额中占据了47%的市场份额 (与2012年的51.8%相比下降了约5%)，紧随其后的是韩国(19%)、日本和欧洲(各占10%)、中国台湾(6%)及中国大陆(5%)。
然而，截至2019年，美国仅占全球半导体制造市场的11％，而 韩国 该比例为28％，中国台湾为22％ ，日本为16％，中国大陆为12％，欧洲为3％。 2015 2019年，中国大陆在全球半导体制造市场的占比几乎翻了一番 。直到2020年底，美国只有20家半导体制造厂（FAB）在运营。
2. 美、欧、韩在半导体行业的不同领域处于领先地位
逻辑芯片（logic chips）、存储器（memory chips）、模拟芯片（analog chips）和分立器件（discrete chips）是半导体行业的四大领域。从全球半导体行业每个主要细分领域的市场份额来看，2019年，美国在逻辑芯片和模拟芯片方面明显领先；韩国在存储器方面领先(美国紧随其后)；欧洲在分立器件方面领先。总部位于 中国的企业在逻辑芯片市场的占有率为9% ， 在分立器件市场的占有率为5%。
就具体企业而言，英特尔是全球逻辑芯片的领导者；截至2020年第一季度，德州仪器(Texas Instruments)、ADI和英飞凌(Infineon)是模拟芯片的领导者，其市场份额分别为19%、10%和7%；三星(Samsung)、SK海力士(SK Hynix)和美光(Micron)在动态随机存取存储器（DRAM）领域处于领先地位，分别占全球市场份额的44%、29%和21%。
3. 全球半导体产业链参与程度高，各国均有不同的价值优势
半导体行业高度全球化，大量国家/地区的企业在半导体生产的多个方面展开竞争，从半导体设计到制造，再到ATP(组装、测试和封装)。在半导体价值链（value chain）的每个环节上，平均有来自25个国家的企业参与直接供应链（direct supply chain），23个国家的企业参与支撑工作（support function）。超过12个国家拥有直接从事半导体芯片设计的企业，39个国家至少拥有1家半导体制造工厂，超过25个国家拥有从事ATP的企业。
半导体生产过程中的每个环节都创造了相当大的价值。据美国国际贸易委员会(ITC)的估计，半导体芯片90%的价值存在于设计和制造阶段，10%的价值来自ATP。
全球半导体行业的一个关键驱动力是专业化 ，因为企业——甚至国家内部的整个产业生态集群——都选择将精力集中在掌握半导体生产过程的关键环节上。例如，荷兰在极紫外(EUV)光刻方面的优势；日本在化学品和生产设备方面的优势；韩国在存储芯片方面的优势；中国台湾在代工厂上的优势；马来西亚和越南在ATP方面的优势。
4. 美国半导体专利申请全球领先
根据美国专利商标局（USPTO）追踪其授予的半导体专利数据可知，虽然美国在全球半导体专利中的份额从1998年的43%下降到2018年的29%，但仍然领先；日本的份额下降了大约1/3，从33%下降到23%；随后是中国台湾和韩国；欧盟排在第五位；中国大陆排名第六，约占全球专利的6%。如果 计算每10亿美元GDP中的专利数，中国的滞后就更为严重 。每10亿美元的GDP中，有310项专利授予美国半导体企业，仅有 77项专利授予中国半导体企业 。
5. 中国占全球半导体行业增加值的份额不断攀升
就全球半导体行业增加值的份额而言， 2001 2016年，中国大陆的增长率几乎增长了四倍，从8％增长到31％ ；美国的份额从28%下降到22%；日本的份额下降了2/3以上，从30%下降到8%；中国台湾的份额从8%增长到15%；韩国的份额从5%增长到10%；德国和马来西亚各占2%的份额。
6. 除日本和美国外，全球主要国家（地区）半导体行业出口均有所增长
2005 2019年，中国大陆半导体行业出口从278亿美元增长到1380亿美元；中国台湾从359亿美元增长到1110亿美元；韩国从309亿美元增长到924亿美元；欧盟27国+英国从694亿美元增长到816亿美元。与此同时，美国的出口大致保持不变，2005年为531亿美元，2019年为529亿美元；日本的出口略有下降，从479亿美元降至469亿美元。
7. 半导体是全球研发最密集的行业之一
半导体与生物制药是全球研发最密集的行业。在2019年欧盟工业研发投资记分牌（2019 EU Industrial R&D Investment Scoreboard）上，排名前13位的半导体企业在研发方面的投入占销售额的18.4%，超过了生物制药行业。其中，前三名分别是美国的高通、中国台湾的联发科和美国的AMD。而在实际投入（actual investment）方面，三星以148亿欧元(约合176亿美元)领先，华为以127亿欧元(约合150亿美元)紧随其后，英特尔(Intel)以118亿欧元(约合137亿美元)排名第三。
截至2018年，总部位于美国企业的半导体研发投入占销售额的比重为17.4%，欧洲为13.9%，中国台湾为9.9%，日本为8.8%，中国大陆为8.4%，韩国为7.3%。欧洲半导体行业的研发强度已从2010年的16.5%下降到如今的13.9%。相反，中国半导体企业的研发强度从2012年的6.3%上升到2018年的8.4%。
8. 半导体行业资本投入高
半导体也属于资本密集型行业。2019年，美国半导体行业的全球资本支出(CapEx)总计319亿美元，占销售额的比例达到12.5%，仅次于美国的替代能源行业（alternative-energy sector）。在全球资本支出方面，2019年，总部位于韩国的企业对半导体行业的资本支出占全球该行业资本支出的31%，其次是美国(28%)、中国台湾(17%)、中国大陆(10%)、日本(5%)和欧洲(4%)。
开发新的半导体设计或建立新的半导体晶圆厂所需的专业知识、资金和规模非常高，而且还在不断增加。例如，将芯片设计从10 nm推进到7nm的成本增加了1亿美元以上，而从7 nm推进到5 nm的成本可能又翻了一番，从3亿美元增加到近5.5亿美元。但这仅是设计芯片的成本。据估计，截至2020年，新建14 16nm晶圆厂的平均成本为130亿美元；10nm晶圆厂的建造成本为150亿美元；7nm晶圆厂的建造成本为180亿美元；5nm晶圆厂的建造成本为200亿美元。
中国在全球半导体行业中举足轻重
1. 中国半导体实力不断增强
无论从芯片设计还是制造的角度来看，中国的半导体实力都在迅速增长。例如，2010 2015年，中国IC设计企业的数量就从485家增加到715家。2005 2015年，中国半导体行业复合年增长率为18.7%，半导体消费增长率为14.3%，全球半导体市场复合年增长率仅为4.0%。
目前，全球约有20％的无晶圆厂IC设计公司位于中国。正如德勤(Deloitte)的一份报告所述，“在集成电路设计方面，中国大陆的能力在过去5年里激增，并开始赶上中国台湾和韩国，成为亚太地区IC设计的主要参与者。”
2. 中国市场对美国半导体企业而言十分重要
中国市场相当重要，在许多美国半导体企业的收入中占据了相当大的比例。例如，2018年前四个月，中国市场占高通收入的60%以上，美光的50%以上，博通的45%左右，德州仪器的40%以上。2018年，美国半导体企业约36%的收入，即750亿美元，来自对中国的销售。
3. 中国半导体行业收入快速增长，但净利润率低
截至2019年底，全球136家最大的半导体企业创造的收入总计5718亿美元。其中，总部位于中国的企业为413亿美元，占全球收入的7.2%以上。中国企业占全球封装测试服务(OSAT)收入的21%(60亿美元)；占代工收入的8%(45亿美元)；占芯片设计和制造收入的7%(296亿美元)。2015年，中国企业占全球半导体行业收入的4%。由此可见，2015 2019年，中国企业的收入占比几乎翻了一番。
尽管中国半导体行业的收入发展迅速，但其净利润率只有英特尔(Intel)、三星(Samsung)、台积电(TSMC)、SK海力士(SK Hynix)和美光(Micron)等企业的一小部分。平均而言，2019年，非中国半导体企业的净利润率为19.4%，而 中国半导体企业的净利润率为12.1% 。
智库提议未来应采取哪些针对中国的措施
报告称，中国通过“重商主义”政策扭曲全球市场，阻碍创新型企业发展和研发投入，破坏半导体行业的“摩尔定律”。报告为应对“中国挑战”提出了国际层面和美国国内层面（落实《为芯片生产创造有益的激励措施法案》（CHIPS）、增加半导体研发的联邦投资）的建议。其中，国际层面的建议包括：
1. 扩大世贸组织有关补贴的内容
根据世贸组织的规定，将财政援助确定为补贴需要具备三个要素：1）财政捐款；2）由政府或公共机构给予；3）给予这种捐助的收益。
因此， 美国应与志同道合的国家和世贸组织合作，更新其规则，对激进的工业补贴施加更严厉的条件和惩罚。 首先 澄清“公共机构”的定义 ，将其扩大到包括国有企业和私营企业等受国家影响的实体。同时，要求给予国有企业的补贴不会对其他国家造成伤害。
志同道合的国家应专注于大幅 提高全球补贴的透明度 ，包括坚持及时、完整地通告补贴行为，并 对未及时通报的补贴建立损害推定 。各国还应召开世贸组织成员和世贸组织上诉机构之间的年度会议，讨论与过度使用补贴相关的模式和挑战。
2. 盟国应在半导体出口管制方面进行合作
对于全球半导体行业，中国既是一个重要的市场，也是一个重要的生产地。对支撑中国经济和军事崛起的核心技术的出口管制无疑将成为政策制定者认真考虑的工具。然而，正如ITIF曾经提出的，美国应尽最大可能与志同道合的国家合作， 协调出口管制措施 ，“因为出口管制制度在国际协调的情况下最为成功。”正如《出口管制改革法案》（Export Control Reform Act）第4811(5)条所述，“ 出口管制应与多边出口管制制度相协调。多边的出口管制是最有效的 ，应该将重点放在那些能够用来对美国及其盟友构成严重国家安全威胁的核心技术和其他物项上。”
报告提出，之前美国为了寻求实现经济或贸易政策目标，不断推行单边出口管制。其与代表特定半导体(包括半导体制造设备)行业和更广泛先进技术的传统瓦森纳协定（瓦协）之间需要形成一种新的管制方式。因此， 美国应避免实施单边出口管制，并寻求制定更雄心勃勃和更有效的诸边（plurilateral）办法，与德国、日本、韩国、中国台湾、荷兰和英国等具有本土半导体产能的国家（地区）共同实施出口管制。
这些国家应共同努力，就非市场经济国家的企业对全球半导体行业构成的威胁以及半导体技术的发展速度和进展达成共识。然后，这些国家 应在“瓦协”之外建立工作组，即“小瓦协”，对半导体技术和相关管制物项（现有管制物项范围之外）进行定义，并制定共同的许可政策。
3. 统一外商直接投资审查程序
《2018年外国投资风险审查现代化法案》（FIRRMA）指示美国海外投资委员会（CFIUS）建立一个正式程序，与盟国政府分享信息，并在投资安全问题上进行协调与合作。因此，美国应继续与志同道合的国家合作， 协调投资审查程序，并考虑扩大其例外国（excepted foreign states）名单， 将法国、德国、荷兰、意大利、日本和韩国等国包括在内。
4. 加强信息共享，打击对外经济间谍活动以及知识产权、技术或商业秘密盗窃
美国应该带领更多志同道合的国家建立一个更广泛的“五眼联盟”，专门致力于合作打击由国家资助的先进技术领域中的间谍活动。该组织可以 编制一份企图进行知识产权盗窃的企业及个人名单，同时制定机制，限制这些企业和个人在盟国市场上竞争。
5. 在半导体研发中实现盟国间合作
半导体创新的广泛性和复杂性意味着有机会招募来自志同道合的国家参与长期、高潜力的研发计划，如“semiconductor moon shots”（半导体登月计划）。这实际上是美国两党《芯片法案》（CHIPS for America Act）所预期的，它呼吁 设立一个7.5亿美元的多边安全基金 ，以支持安全微电子技术的发展和采用。在这方面， 确保微电子供应链的安全将是第一步 ，国会将在今年秋天审查《国防授权法案》(National Defense Authorization Act)的重新授权时，为这一条款拨出资金。
小结
根据宾夕法尼亚大学发布的2020年《全球智库指数报告》，ITIF排在当年美国顶级智库（Top Think Tanks）第39位，全球顶级 科技 政策智库（Top Science and Technology Policy Think Tanks）第4位。其主席阿特金森（Rob Atkinson）具有丰富的政府部门工作经历，其观点在政界具有一定的影响力。此前，ITIF的很多建议和倡导均被美国政府采纳。
ITIF一直对我国的 科技 创新政策持批评态度，并主张对我国采取强硬的反制措施。此份报告在半导体领域的建议与拜登政府联合盟国，发展国内制造业，遏制中国的思路不谋而合，因此很有可能被美国政府采纳。
半导体设备，即在芯片制造和封测流程中应用到的设备，广义上也包括生产半导体原材料所需的机器设备。在整个芯片制造和封测过程中，会经过上千道加工工序，涉及到的设备种类大体有九大类，细分又可以划出百种不同的机台，占比较大市场份额的主要有：光刻机、刻蚀机、薄膜沉积设备、离子注入机、测试机、分选机等。
半导体行业周期性带来新动能
从全球半导体发展情况来看，受宏观经济变化及技术革新影响，半导体行业存在周期性。2017-2019年，全球半导体行业来到了下滑周期。2019年，全球固态存储及智能手机、PC需求增长放缓，全球贸易摩擦升温，导致全球半导体需求市场下滑，全年销售额为4121亿美元，同比下降12.1%。进入2020年，有5G商用化、数据中心、物联网、智慧城市、汽车电子等一系列新技术及市场需求做驱动，将给予半导体行业新的动能。
全球半导体设备市场规模约600亿美元
根据国际半导体产业协会SEMI统计数据显示，近年来全球半导体设备销售额呈波动态势，2019年为597.5亿美元，比2018年的645.3亿美元的历史高点下降了7.4%。2020年一季度，全球半导体设备销售额为155.7亿美元，比2019年第四季度减少13%，但与2019年一季度相比，增长了13%。半导体设备总市值虽仅几百亿美元，但其是半导体制造的基石，支撑着全球上万亿的电子软硬件大生态，设备对整个半导体行业有着放大和支撑作用，确立了整个半导体产业可达到的硬性尺寸标准边际值。
前道设备占据主要市场份额
从半导体的制造流程来看，前道流程较多，涉及的设备种类也较多。在一个新晶圆投资建设中，设备投资一般占70-80%。而按工艺流程分类，在新晶圆的设备投资中，晶圆加工的前道设备占据主要的市场份额，约80%封测设备占据约18%的比重。
市场主要集中在中国台湾及大陆地区
近些年，在全球半导体设备消费市场中，中国大陆，中国台湾，韩国这三大市场一直排在前三位。其中，中国大陆最具发展潜力，从前些年的第三，到最近一年的第二，一直处于上升态势。
具体来看，2019年，中国台湾是半导体设备的最大市场，销售额增长了68%，达到171.2亿美元，占全球市场的比重为28.65%。中国大陆则以134.5亿美元的销售额保持其第二大设备市场的地位，占比为22.51%。排名第三的是韩国，销售额为99.7亿美元，同比下降44%，占比为16.69%。
2020年一季度，排名前三的仍是中国台湾、中国大陆以及韩国，销售额占比分别为25.82%、22.48%、21.58%。
日美荷品牌占领前位
目前全球半导体设备市场集中度较高，以美国、荷兰、日本为代表的TOP10企业垄断了全球半导体设备市场90%以上的份额。美国著名设备公司应用材料、泛林半导体、泰瑞达、科天半导体合计占据整个设备市场40%以上份额，而且均处于薄膜、刻蚀、前后道检测三大细分领域的绝对龙头地位。技术领先和近半的市场占有率，任何半导体制造企业都很难完全脱离美国半导体设备供应体系。
未来规模预计超千亿
从整体来看，尽管受疫情的影响，半导体行业及半导体设备行业依然逆势增长。存储器支出回升、先进制程投资及中国大陆积极推动半导体投资的背景下，预计2020年全球半导体设备市场将持续保持增长，市场规模预计达到632亿美元，同比增长6%2021年预计达到700亿美元2025年将超千亿美元。
以上数据来源于前瞻产业研究院《中国半导体产业战略规划和企业战略咨询报告》。
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