雖然對(duì)哪個(gè)行業(yè)是現(xiàn)代工業(yè)的“皇冠”眾說(shuō)紛紜，但是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在當(dāng)今主要工業(yè)國(guó)家中的重要地位毋庸置疑，特別是自2021年開始的芯片短缺危機(jī)以來(lái)，半導(dǎo)體的重要程度開始出圈，得到了社會(huì)各部門的認(rèn)可，既在政府層面有諸多討論，在市井中也成為話題。

但是，半導(dǎo)體是一項(xiàng)復(fù)雜程度極高的產(chǎn)業(yè)，不僅在資本密集度方面領(lǐng)先其他行業(yè)，在研發(fā)密集度方面，也超過(guò)軟件和互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)，與公認(rèn)研發(fā)投入極大的生物科技和制藥行業(yè)接近。根據(jù)2019年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，半導(dǎo)體企業(yè)的資本投入和研發(fā)投入分別達(dá)到1100億美元和900億美元，幾乎達(dá)到當(dāng)年行業(yè)總營(yíng)收（4190億美元）的一半。

由此可見，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)不僅可以顯著推動(dòng)所在地經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，還可以大大加強(qiáng)此地的人才結(jié)構(gòu)，從整體上提振當(dāng)?shù)氐陌l(fā)展競(jìng)爭(zhēng)力。因此，各大主要工業(yè)國(guó)和經(jīng)濟(jì)共同體紛紛加強(qiáng)對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的調(diào)研，試圖從根本上了解其境內(nèi)的半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，競(jìng)爭(zhēng)短板和增長(zhǎng)方向。作為該行業(yè)的開創(chuàng)者和引領(lǐng)者，美國(guó)的有識(shí)之士也不例外。

自半導(dǎo)體短缺出現(xiàn)跡象以來(lái)，包括畢馬威（KPMG）、全球半導(dǎo)體聯(lián)盟（GSA）和信息技術(shù)和創(chuàng)新基金會(huì)（ITIF）等多家智庫(kù)和研究機(jī)構(gòu)開始著眼于美國(guó)本土半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)（SIA）更是聯(lián)合波士頓咨詢公司（BCG），發(fā)布了一系列關(guān)于美國(guó)本土半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的研究報(bào)告和講座，其中涉及產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀、美國(guó)競(jìng)爭(zhēng)力以及發(fā)展建言。SIA也在去年美國(guó)商務(wù)部調(diào)查半導(dǎo)體供應(yīng)鏈時(shí)，積極獻(xiàn)計(jì)獻(xiàn)策，意圖加強(qiáng)半導(dǎo)體行業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，并確保美國(guó)延續(xù)在此行業(yè)中的領(lǐng)導(dǎo)地位。這篇文章讓我們來(lái)梳理美國(guó)智庫(kù)是如何把脈其本土半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的。

美國(guó)的優(yōu)勢(shì)

首先，美國(guó)是眾所周知的產(chǎn)業(yè)核心國(guó)家，擁有最多的頭部芯片公司，貢獻(xiàn)了47.2%的行業(yè)總營(yíng)收。2020年，以美國(guó)為總部所在地的半導(dǎo)體公司實(shí)現(xiàn)營(yíng)收總計(jì)為2079億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率為3.62%。美國(guó)半導(dǎo)體公司在中國(guó)，除中日外的亞太區(qū)以及歐洲市場(chǎng)上占據(jù)了優(yōu)勢(shì)市場(chǎng)地位，同時(shí)在其本土和日本占據(jù)相對(duì)優(yōu)勢(shì)。

美國(guó)成為行業(yè)領(lǐng)頭羊是因?yàn)槠湓诎雽?dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈多個(gè)環(huán)節(jié)中的領(lǐng)導(dǎo)地位。整體上美國(guó)公司占據(jù)了半導(dǎo)體價(jià)值鏈的38%，特別是在EDA軟件，核心IP，半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備，以及數(shù)字和模擬芯片設(shè)計(jì)等研發(fā)密集型細(xì)分領(lǐng)域中，美國(guó)公司占據(jù)了絕對(duì)優(yōu)勢(shì)或相對(duì)優(yōu)勢(shì)。而在資本密集型或勞動(dòng)力密集型細(xì)分領(lǐng)域中，美國(guó)則讓位于能夠獲得更多政府激勵(lì)的東亞國(guó)家和地區(qū)。

美國(guó)之所以領(lǐng)先研發(fā)密集型細(xì)分領(lǐng)域，除了持續(xù)不斷的研發(fā)投入以外，還得益于過(guò)去大量本土和國(guó)外人才的貢獻(xiàn)。深厚的人才儲(chǔ)備讓美國(guó)有足夠的腦力投入半導(dǎo)體基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究，并依托于此進(jìn)行具競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品開發(fā)。英偉達(dá)及其創(chuàng)始人黃仁勛就是最好的例子。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，美國(guó)半導(dǎo)體公司研發(fā)投入的年增長(zhǎng)率達(dá)到7.2%，僅在2020年就總計(jì)投入了440億美元，占公司營(yíng)收的18.6%。縱向來(lái)看，這個(gè)研發(fā)投入比在美國(guó)所有的行業(yè)中僅次于生物醫(yī)藥行業(yè)，但是橫向比較的話，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了其他國(guó)家和地區(qū)的同行。

因此，美國(guó)成為半導(dǎo)體技術(shù)的創(chuàng)新來(lái)源，產(chǎn)出了大量的技術(shù)專利和研究論文。雖然在總數(shù)上并非最多，但是美國(guó)半導(dǎo)體專利的平均引用次數(shù)是其他國(guó)家的3-6倍。并且從其中三元專利（指在美、歐、日均注冊(cè)的專利，通常被認(rèn)為是具有全球商業(yè)潛力的高質(zhì)量創(chuàng)新的標(biāo)志）所占比例來(lái)看，美國(guó)在半導(dǎo)體領(lǐng)域的研發(fā)實(shí)力和研發(fā)成果也遠(yuǎn)超除歐盟以外的其他國(guó)家和地區(qū)。

大量的研發(fā)和資本投入也讓美國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的勞動(dòng)生產(chǎn)率不斷攀升，較20年前增加近一倍。以2020年為例，美國(guó)芯片企業(yè)人均營(yíng)收超過(guò)57.1萬(wàn)美元。

用數(shù)字做一個(gè)簡(jiǎn)單比較，美國(guó)半導(dǎo)體公司的人均研發(fā)和固定資產(chǎn)投入在2020年為17.6萬(wàn)美元，年增長(zhǎng)率為3.5%。如果其他國(guó)家的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手在該指標(biāo)上按照購(gòu)買力平價(jià)計(jì)算后的數(shù)字不能接近或超過(guò)17.6萬(wàn)美元，則只能在其他方面進(jìn)行彌補(bǔ)，才能追上或者趕超美國(guó)的技術(shù)進(jìn)步。

美國(guó)的短板

但是在全球半導(dǎo)體貿(mào)易流向中，美國(guó)卻與其體量不符。究其原因，一是美國(guó)半導(dǎo)體公司的制造部門大多處于海外，或是利用亞洲的代工廠。美國(guó)本土的芯片制造產(chǎn)能從1990年占世界總產(chǎn)能的37%，降低到現(xiàn)在的12%。目前美國(guó)芯片公司在其國(guó)內(nèi)的業(yè)務(wù)主要集中于設(shè)計(jì)與營(yíng)銷兩方面，對(duì)貿(mào)易量的貢獻(xiàn)不大。

另外，雖然中國(guó)國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體實(shí)力有待加強(qiáng)，但是基于中國(guó)在電子設(shè)備制造和組裝方面的卓越地位，半導(dǎo)體成品，或稱芯片，大多都流向了中國(guó)的制造業(yè)部門，使得中國(guó)成為實(shí)際上半導(dǎo)體貿(mào)易的中心樞紐。

美國(guó)本土半導(dǎo)體制造的衰弱是因?yàn)橐恍┙ㄔO(shè)晶圓廠的關(guān)鍵因素中，美國(guó)相較其他國(guó)家和地區(qū)有一定的劣勢(shì)。例如，政府補(bǔ)貼和激勵(lì)政策對(duì)晶圓廠的建立和運(yùn)營(yíng)有顯著的意義。對(duì)尖端制程來(lái)說(shuō)，來(lái)自政府各層級(jí)的支持可以占到晶圓廠10年總擁有成本（TCO）的16%-38%。因此，按照BCG的計(jì)算，美國(guó)本土晶圓廠的TCO與其他國(guó)家和地區(qū)相比要高25%-50%。

除了對(duì)生產(chǎn)的直接補(bǔ)貼，美國(guó)政府在對(duì)半導(dǎo)體研發(fā)的支持力度方面也表現(xiàn)較弱。2018年聯(lián)邦政府補(bǔ)貼占美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)研發(fā)支出的13%，涵蓋基礎(chǔ)研究，應(yīng)用研究和產(chǎn)品開發(fā)。但是，其他行業(yè)這一指標(biāo)的平均數(shù)為22%。同時(shí)，過(guò)去40年美國(guó)政府對(duì)半導(dǎo)體研發(fā)的補(bǔ)貼占美國(guó)GDP的比例幾乎保持不變，而同期私人部門對(duì)半導(dǎo)體研發(fā)的投入在GDP中的比重增加了10倍。這也使得其他國(guó)家，特別是中國(guó)，逐漸縮小了與美國(guó)在研發(fā)開支方面的鴻溝。

同時(shí)，美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)以往厚實(shí)的人才儲(chǔ)備上也在逐漸被趕超：中國(guó)每年畢業(yè)的理工科人才增長(zhǎng)率超過(guò)10%，而美國(guó)的增長(zhǎng)率低于 3%。除此之外，美國(guó)大量的理工人才轉(zhuǎn)碼，流向收入更高的互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)。以筆者所在公司為例，30歲以下的新進(jìn)工程師人數(shù)屈指可數(shù)。此外，美國(guó)與其他國(guó)家和地區(qū)的人才競(jìng)爭(zhēng)也愈演愈烈，導(dǎo)致美國(guó)的海外人才流入也不及以往，特別是來(lái)自東亞地區(qū)的專業(yè)人士。

美國(guó)的改變

為了扭轉(zhuǎn)這些不利局面，美國(guó)的政界和工業(yè)界不斷有聲音要求加強(qiáng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，讓芯片制造回歸美國(guó)。美國(guó)參議院于2021年年中通過(guò)《美國(guó)創(chuàng)新和競(jìng)爭(zhēng)法》(USICA) (S.1260)，其中包括520億美元的聯(lián)邦預(yù)算用于美國(guó)芯片法案（CHIPS for America Act）。今年年初美國(guó)眾議院通過(guò)《2022年美國(guó)競(jìng)爭(zhēng)法案》（America COMPETES Act of 2022），同樣包括520億美元撥款用于增強(qiáng)美國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，其中，390億美元用于激勵(lì)本土半導(dǎo)體制造和研發(fā)，以及105億美元的項(xiàng)目資金。

雖然參眾兩院在這兩項(xiàng)法案上尚有分歧，但是為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)提供資金的“芯片法案”部分爭(zhēng)議很小。此外，作為CHIPS法案的補(bǔ)充，眾議院還在本月通過(guò)了《促進(jìn)美國(guó)制造的半導(dǎo)體》（FABS）法案，為半導(dǎo)體投資提供稅收抵免。

520億美元看似很多，但是如果要在美國(guó)建立完全自給自足的芯片制造產(chǎn)能，這只能說(shuō)是杯水車薪。以2019年美國(guó)半導(dǎo)體消費(fèi)量來(lái)計(jì)算，要滿足當(dāng)年美國(guó)所需的全部半導(dǎo)體門類，需要60-64座新建晶圓廠，在2021-2030年間投資超過(guò)萬(wàn)億美元。再考慮到美國(guó)晶圓廠的運(yùn)營(yíng)成本較高，本土生產(chǎn)低價(jià)芯片從經(jīng)濟(jì)上也并不符合現(xiàn)實(shí)。

但是考慮到存儲(chǔ)器，分立和模擬器件，以及中低端邏輯芯片只需要傳統(tǒng)制程或者成熟制程就能夠滿足，美國(guó)可以從其他國(guó)家和地區(qū)比較容易的獲得這部分“落后”產(chǎn)能來(lái)滿足自身所需。因此，只有需要尖端制程的高端芯片，例如CPU、GPU和FPGA等，值得美國(guó)在本土投資產(chǎn)能。同樣按照2019年的消費(fèi)量，只需要投入2000億美元，建立6-7座尖端制程的晶圓廠即可滿足需求。

更進(jìn)一步拆解美國(guó)對(duì)這類高端芯片的需求，其中有超過(guò)2/3來(lái)自消費(fèi)電子和普通的基礎(chǔ)設(shè)施需求。這部分非關(guān)鍵應(yīng)用的芯片需求也可以通過(guò)外購(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。而美國(guó)本土半導(dǎo)體產(chǎn)能只需要滿足防務(wù)與航空航天、電信網(wǎng)絡(luò)、政府和重要部門數(shù)據(jù)中心等關(guān)鍵領(lǐng)域?qū)σ恍┘舛酥瞥绦酒枨?，而這部分只占美國(guó)全部半導(dǎo)體消費(fèi)量的9%。

對(duì)于政府和私營(yíng)部門來(lái)說(shuō)，這也意味著可以將好鋼用在刀刃上——僅僅需要450億美元的業(yè)內(nèi)投入和180億美元的政府補(bǔ)貼，建立2-3座產(chǎn)能為每月2萬(wàn)-3.5萬(wàn)片的12寸晶圓廠，即可實(shí)現(xiàn)美國(guó)的“芯片安全”。相較于無(wú)法實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)業(yè)大水漫灌，美國(guó)的政策制定者和投資人完全可以用520億美元政府撥款來(lái)補(bǔ)貼美國(guó)半導(dǎo)體的自我造血。

目前，已有多家半導(dǎo)體制造商和代工廠押注美國(guó)本土制造。英特爾在亞利桑那州鳳凰城投入200億美元建立兩座新工廠，隨后又宣布1000億美元在俄亥俄州興建可能是世界上最大的芯片制造園區(qū)。

英特爾的海外競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手也不甘示弱。晶圓代工巨頭臺(tái)積電斥資120億美元的5納米亞利桑那州工廠于2021年中動(dòng)工建設(shè)，規(guī)劃于2024年建成投產(chǎn)。臺(tái)積電還預(yù)計(jì)未來(lái)10-15年內(nèi)，在該州建立至多6座晶圓廠。三星電子也宣布了在得克薩斯州的170億美元建廠計(jì)劃。

隨之而來(lái)的爭(zhēng)議是臺(tái)積電和三星電子這些國(guó)外企業(yè)是否可以從美國(guó)政府的520億美元補(bǔ)貼中分得一杯羹。無(wú)論如何，從目前的投資計(jì)劃來(lái)看，美國(guó)本土出現(xiàn)2-3座尖端制程晶圓廠，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵領(lǐng)域所用芯片自給自足的可能性頗高。

與此同時(shí)，對(duì)半導(dǎo)體專業(yè)人才的爭(zhēng)奪戰(zhàn)也開始打響。根據(jù)畢馬威（KPMG）和全球半導(dǎo)體聯(lián)盟（GSA）在2022年3月公布的一份聯(lián)合報(bào)告，88%的半導(dǎo)體公司（一半為美國(guó)企業(yè)）將在未來(lái)一年中增加員工人數(shù)，其中34%認(rèn)為幅度將超過(guò)10%。面對(duì)2021年以來(lái)的美國(guó)“大辭職潮”（Great Resignation），受訪的152位半導(dǎo)體行業(yè)高管中，有77%認(rèn)為未來(lái)三年公司最優(yōu)先的戰(zhàn)略是招聘人才、培養(yǎng)人才和挽留人才。

根據(jù)筆者在硅谷某匿名專業(yè)人士社交App中觀察到的數(shù)據(jù)，近期英特爾、AMD、博通和美滿半導(dǎo)體等行業(yè)頭部公司均大幅提高新進(jìn)員工薪酬水平，有的甚至與FAANG等互聯(lián)網(wǎng)公司持平。

最后，美國(guó)為了在增強(qiáng)自身的同時(shí)減弱競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，還為中國(guó)和歐洲等對(duì)美國(guó)半導(dǎo)體公司的投資設(shè)置了障礙，尤其中美兩國(guó)之間的外商直接投資FDI大幅降低。根據(jù)貝恩資本的數(shù)據(jù)，F(xiàn)DI從2016年的620億美元，降低到160億美元，其中科技投資方面下降更為明顯，達(dá)到96%。美國(guó)還通過(guò)外國(guó)投資委員會(huì)CFIUS的政策和審核對(duì)國(guó)外公司收購(gòu)美國(guó)公司，甚至非美國(guó)公司進(jìn)行長(zhǎng)臂管轄，例如不批準(zhǔn)德國(guó)半導(dǎo)體企業(yè)英飛凌收購(gòu)Cree的碳化硅業(yè)務(wù)，以及近期拒絕中國(guó)智路資本收購(gòu)韓國(guó)半導(dǎo)體企業(yè)Magnachip.

小結(jié)

美國(guó)在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中處于當(dāng)之無(wú)愧的冠軍地位，特別是在研發(fā)密集型的細(xì)分領(lǐng)域。但是多年的半導(dǎo)體制造外包和人才供給減少，使得美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)后勁不足。美國(guó)政界和業(yè)界近年來(lái)的一些舉措試圖在關(guān)鍵領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)半導(dǎo)體的自給自足，并將獲取人才作為半導(dǎo)體公司未來(lái)發(fā)展重心。