美国“重振”半导体产业的棋局

半导体产业纵横

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· 11月11日

今年9月,美国商务部以应对全球芯片危机为名,要求包括台积电、三星在内的20多家芯片相关企业在11月8号之前提供商业机密数据。截止至目前,根据相关媒体报道显示,包括台积电在内的中国台湾厂商,以及包括三星、SK海力士在内的韩国厂商均已提交资料,但他们表示,在提交的材料中不会披露客户的关键资料。

图片来源@视觉中国

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文 | 半导体产业纵横

今年9月,美国商务部以应对全球芯片危机为名,要求包括台积电、三星在内的20多家芯片相关企业在11月8号之前提供商业机密数据。截止至目前,根据相关媒体报道显示,包括台积电在内的中国台湾厂商,以及包括三星、SK海力士在内的韩国厂商均已提交资料,但他们表示,在提交的材料中不会披露客户的关键资料。

从美国重提他们在半导体行业的地位,到美国鼓励半导体厂商在美国本土建厂,再到美国要求晶圆代工厂“自愿”提交数据,美国围绕着半导体产业的发展进行了很多布局。

美国“重夺”半导体市场地位的经验

从肖克利半导体实验室走出来的“八叛逆”,让半导体产业逐渐走向了商业化。他们围绕着半导体产业的成功创业经历,吸引着越来越多的半导体初创企业聚集到硅谷,硅谷也成为了半导体产业最初腾飞的地方。

上世纪80年代中期前,美国一直稳坐世界半导体老大的位置,并占据世界半导体市场50%以上的份额。后来,日本以DRAM存储产品为突破点,在当时日本汽车产业和全球大型计算机市场的东风下得以迅速崛起——根据相关报道显示,20世纪70年代美国曾经占据全球半导体市场70%的份额,但后来日本通过官产学合作取得技术上的突破,在微电子、半导体、存储器等领域超越了美国,一度使美国在世界半导体市场所占份额降低到37%。

为了重夺半导体市场,美国政府不仅以反倾销名义令日本政府调整产业政策。在技术赶超层面上,美国政府还在1987年联合了14家企业建立了半导体制造技术联盟(即Sematech)主攻IC制造工艺及其设备,以对抗日本在存储方面的先进技术。其使命有二:其一,提高半导体技术的研究数量;其二,为联盟内的成员企业提供研发资源,使其能够分享成果、减少重复研究造成的浪费。

根据维基百科显示,1990年代中期以来,通过该联盟已经获得成效。1996年联盟董事会决定中止财政补贴后,并开始将起工作重点从美国半导体产业转移到更大的国际半导体产业。

通过这些方式的布局,美国半导体企业重新回到世界第一的地位。这一点从当时Gartner所统计的全球前十大半导体企业的排名中便可看到这种变化。

请输入图说1990年Gartner所统计的全球前十大半导体企业。图片来源:维基百

从电子复兴计划到CHIPS法案

在与日本争夺半导体市场的竞赛中,美国恢复了其在全球市场的领导地位。随后,随着电子产品在全球范围内的发展,半导体产业也再次发生了迁移,韩国和中国台湾在这个期间成长了起来,但他们的在这个阶段的成长并没有影响到美国在全球半导体市场的地位。

直到摩尔定律开始出现瓶颈,新技术开始在半导体产业当中迸发,这不仅为半导体产业的发展带来了新的生机,也意味着有些半导体企业会乘势而起。

请输入图说2020年,美国半导体市场份额。图片来源:SIA

因此在这种情况下,美国开始重新重视半导体技术方面的提升。2017年,美国国防高级研究计划局(DARPA)提出了“电子复兴计划”,并在随后五年内投资约15亿美元,计划旨在解决摩尔定律延续面临的障碍以及电子技术快速发展50年来面临的挑战。“电子复兴计划”的第一阶段关注新型电路材料、新体系架构和软硬件设计创新,下一阶段则侧重于国防企业的技术需求和能力与电子行业的商业和制造现实的结合。意在保持美国在半导体技术的领先地位、并为美国下一波半导体发展奠定基础。

尤其是伴随着5G、人工智能等新技术的发展,美国开始有针对性地进行了布局,他们所煽动的蝴蝶翅膀,也影响了接下来全球半导体产业链的变革。特别是在产能短缺的问题持续影响着半导体产业发展的情况下,使得美国开始重提半导体供应链的重要性。

2020年6月,美国国会议员正提出《CHIPS Act》,计划以5年250亿美元的研究与建设资金并税收抵免优惠,以加强美国半导体产业在国内建立完整生产工厂。法案包括一项计划,即要求州和商务部制定一项联邦计划,该计划将与州政府对晶圆制造代工厂的公司提供的激励措施,对半导体设备给予40%的可退还所得税扣抵,以吸引产生产业群聚效果,在美国建立先进且完整的半导体供应链体系。7月,美国推出了一项旨在振兴美国本土芯片产业的法案──《美国晶圆代工业法案》(American Foundries Act of 2020,AFA)。

今年2月,美国发起了100 天半导体供应链审查。作为审查的一部分,美国商务部对半导体供应链各个环节(从设计和制造到组装、测试和封装,以及材料和半导体设备)的风险进行了分析,并为解决这些风险,包括长期和短期。在6月公布的审查结果显示,在过去的20 年中,美国已从占全球半导体产量的37% 下降到了12%。

美国半导体制造份额。图片来源:SIA

在这样的情况下,美国或许已经将半导体制造视为是本轮全球半导体竞赛中的重点。

美国再次上演“重振”半导体行业地位?

从半导体企业的类型上看,以IDM模式运营的半导体公司和晶圆代工厂均拥有生产芯片的能力。从目前市场情况上看,无论是成熟工艺扩产还是先进工艺布局,都受到了业界的关注。其中,根据Yole在2020年发布的一则报告中,显示出了在先进工艺向前发展的过程中,致力于先进工艺的厂商越来越少(这也是晶圆代工领域的崛起为半导体产业带来的变化之一)。

130mm-5/3nm晶圆制造厂商变化。图片来源:Yole

高端芯片对先进工艺的需求较大,尤其是在5G的较量当中,先进工艺对其发展起到了重要的作用。因此,美国在芯片制造方面不仅在呼吁美国半导体企业在本土建立芯片制造工厂,还在鼓励台积电、三星等致力于先进工艺的半导体企业在美建厂。根据外媒在今年5月的报道显示,按照美国政府的计划,未来将会有6-7家半导体工厂在美国本土建设,这其中包括5nm、3nm产线。

而后,英特尔、台积电、三星、格芯等公司在美建厂的计划均浮出水面。另一方面,在美国政府的呼吁之下,我们也看到美国各州也开启了半导体的“争夺战”。

美国的亚利桑那州是英特尔最大的生产基地,基于他们在1980年便在此处进行芯片制造,使得该地区的半导体产业链较为完整,而这也是吸引半导体厂商来此建厂的原因之一。除了亚利桑那州以外,今年10月,德克萨斯州州长Greg Abbott宣布成立国家半导体中心德克萨斯工作组。这是为了协调向美国商务部提出的将德州建设为国家半导体技术中心(NSTC)和国家先进封装制造工程(NAPMP)未来基地的提案。据外媒报道显示,德克萨斯州有200多家半导体制造企业,自2015年以来,该州的半导体制造企业增长了近35%。而这也使得德州成为了芯片制造的热选建厂地址之一。

从各家的选址上看,台积电选择了在美国亚利桑那州菲尼克斯建设一座300mm晶圆厂;今年3月,英特尔首席执行官帕特·盖尔辛格在演讲中提到,英特尔将投资200亿美元在亚利桑那州新建两座晶圆厂;今年7月,格芯宣布将在其总部纽约州马耳他市附近建设第二座工厂,并将投资10亿美元提高产能;三星在美国的芯片制造工厂虽然还未正式敲定,但地点大概率会在德州、亚利桑那州和纽约州之一。

但从最近的一些报道上看,台积电、三星、英特尔都在争取美国政府在芯片制造上的补贴,同样美国各州也在极力争取美国政府的芯片制造政策向其倾斜。但从美国的政策补贴情况上看,他们所能提供的依旧是杯水车薪。

正如张忠谋在前不久的演讲中所说的,美国过去半导体制造市场占有率曾达42%,目前降至17%,美国政府积极推动半导体在美国制造,希望让半导体制造市场占有率回升。但目前美国供应链不完整,且生产成本高,这可能也会导致美国半导体在本地制造的计划不会成功。

另一方面,对于先进工艺本身而言,工艺越前发展所要的研发投入也就越高——三星准备投入1160亿美元在3nm制程的研发和生产。从这一点上看,先进工艺的玩家越少,各大厂商肯投入的资本也越来越高,跑在前面的厂商也得到的回报也会越大。尤其是在全球都在重视先进工艺的发展之时,当地的相关政策也会进行一定的帮助(例如韩国的K半导体战略计划就是针对韩国在未来芯片制造领域的地位而制定的计划)。而这也意味着,美国要想再次“重振”其芯片制造在半导体地位之旅不会很容易。

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