美国的芯片产业，究竟是靠什么走到今天的呢？

将日韩半导体产业牢牢把握在手中，整合日韩地区的芯片生产企业。除此之外，美国的半导体产业也有一定的技术。

对于当前各个国家而言，发展芯片方面的研究工作是非常重要的。毕竟芯片已经成为了我们生活当中必不可少的一部分。无论是汽车的控制系统，或者手机的处理系统，如果缺少了芯片的存在，那将会失去原有的作用。但是芯片的制作和生产，需要很高的要求。来制作难度这一方面并不亚于制造一颗原子d，甚至有过之而无不及。

将日韩的半导体产业把握手中。

美国之所以成为了当前半导体产业的龙头，我认为这与美国实行的一系列政策有关。我们都知道日韩国家都是美国的盟友，从本质上来讲就是一家人。但是美国并不是这样想的，因为日韩在发展，芯片方面的速度已经超过了美国的预期下降。为了保住国内的芯片产业，因此美国政府出台相关政策，将日韩的芯片制造中心转向美国本土。企图通过此种方法，将日韩的芯片制造公司牢牢把握在手中。

本身具有一定的先进技术。

当然在政策方面的调整也是其中一个因素，任何情况之下都要考虑到自身的实力是否强硬。在芯片制造领域这一方面，美国的确具有一定的先进技术。这也是为何美国敢于将日韩的半导体产业转向美国本土的原因，如果自身条件不足。那么很有可能会导致国内的半导体市场被日韩企业所占据。

整合了多个国家的实力。

除此之外，我认为美国半导体产业的发展。在发展的过程当中，是因为整合了欧美国家的先进技术而导致的。比如荷兰的光刻机，美国也对此作出了改进以及借鉴。

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。

很多人可能知道IBM是全球最大的IT服务商，但鲜有人知，在半导体制造领域，IBM也曾是领跑者。

1988年，IBM搭建了全球第一条200mm晶圆生产线。随后在2002年，IBM又建成了全球最先进的300mm生产线。数据显示，2003年，IBM的晶圆代工业务凭借6.3%的市场份额曾挤进世界前三强，仅次于台积电和联电，IBM在半导体领域一时风光无两。然而， 时过境迁，美国担心的事情正在发生——IBM也开始在芯片生产环节寻求亚洲厂商代工，至此连同AMD和英特尔在内的美国三大芯片巨头都开始依赖亚洲芯片代工厂。

据外媒报道，当地时间8月17日， IBM发布了一款用于新型数据中心的处理器芯片——Power10 ，这款芯片由三星电子生产，采用7nm EUV（极紫外光刻）工艺，其性能将是上一代的3倍。据悉，Power系列是IBM面向企业级用户推出的高性能处理器芯片， 最早由IBM自己生产，然后交给格芯负责代工，后者是一家位于美国的半导体晶圆代工厂商，也是世界第三大晶圆代工厂，现在再交给三星电子。

开头提到，既然IBM拥有半导体制造部门， 曾在半导体制造领域占据一席之地，那么为何今天会依赖外部市场代工呢？IBM是如何走到这一步？

当初，IBM建立晶圆工厂的目的是为自家产品提供生产服务，帮市场代工不是主要考虑。但是， 由于英特尔的强势竞争，IBM的处理器产品在市场逐渐边缘化，导致IBM销售的处理器数量很难填补工厂的庞大产能 ，这意味着制造均摊的成本大幅增加。半导体制造是个需要时刻保持更新的行业， 生产工艺每数年升级一次，动辄耗资数十亿美元，如果没有大量出货，那么很难负担制造成本。

随着制造成本增加，IBM逐渐减少对半导体制造部门的投资。根据Gartner市调公司的调查数据显示， 2004年，IBM公司在半导体制造领域以10亿美元的资本支出位列全球第11位；到2010年，这一排名已跌出20名开外。

同时，研发和生产投资跟不上使IBM的生产工艺落后市场，产品竞争力不足。 2010年，POWER处理器第7代所用的生产工艺是45nm，同时期最先进的已跨入32nm工艺时代。 由于达不到经济规模效应，芯片制造部门成为IBM的"包袱"。 2013年，半导体制造部门占IBM营收为1.4%，但该部门每年亏损最多达到15亿美元。

IBM只能选择将该业务剥离出去，来改善IBM的盈利能力。 2014年10月，IBM宣布将旗下全球半导体制造业务出售给格芯，把业务重点放在核心的芯片设计和系统创新上。

除IBM外，AMD和英特尔也选择将高端芯片业务交由亚洲厂商代工。2018年8月，由于格芯制程工艺落后，其最大客户AMD宣布采用7nm制程工艺的处理器和芯片，全部交由台积电代工；2019年，英特尔将部分14nm订单外包给三星生产； 2020年7月，英特尔与台积电达成协议，从2021年采用台积电的6nm制程工艺量产处理器或显卡。这三大美国半导体供应商都有一个相同的特征——曾经或现在居于全球最大半导体芯片制造商队列。

在这样的背景下，美国越来越担心半导体制造业务过分依赖外部市场，可能存在风险 ，尤其是疫情冲击全球供应链，更加剧这种担忧。最近，美国就计划重振本土半导体行业，在6月提出相关法案斥资370亿美元（约合2600亿元人民币）用于扩大本土研究和制造业务。 那么，为什么美国会在半导体制造领域"式微"、对亚洲的代工厂越来越依赖呢？

美国是半导体芯片的发源地，在经历了成熟的发展阶段后， 美国芯片企业认为半导体制造业务投入成本高昂、技术开发周期快，于是考虑将重心放在芯片设计这个高附加值的环节。 1990年代，美国涌现了一批优秀的Fabless企业，即只负责芯片的电路设计与销售的企业。

随着后来经济全球化进程加快、国际分工理念广泛得到认同，美国一些IDM（集芯片设计、制造、封装和测试等多个环节于一身的运营模式）企业逐渐将芯片制造部门剥离出去， 转型成为Fabless企业，就如今天文章的主人公IBM类似，这推动了美国芯片制造业务大量向亚洲区域转移。

上文提到过，半导体制造部门具有很高的资金和技术壁垒，需要持续研发更优的生产工艺和投入巨资改良生产线，这种行业特点容易造成强者愈强的局面。 亚洲地区的半导体企业专注晶圆代工环节，并紧贴市场需求变化，这意味着它们的生产线迭代速度能够保持行业最快。 伴随着时间的推进，亚洲地区逐渐发展出最成熟的半导体制造业务，并涌现了一批高端代工企业，如台积电、联电、中芯国际等。

此消彼长，不进则退， 随着亚洲的先进制程工艺水平不断提高，美国芯片制造与之的差距也在拉大，而且趋势是越来越难跟上 ，如今美国在全球芯片制造的占比也大幅下降。 英国《金融时报》指出，目前全球仅有12%的芯片在美国制造。

不难看到，虽然美国还是全球半导体行业的霸主，但在芯片制造领域已然面临巨大的挑战，随时还可能被甩到更后，也因此当前美国正出台各种扶持本土芯片产业的政策，以试图扭转这种局面，而全球半导体芯片制造格局或有可能迎来新的变化。

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