（上接[敏感詞]部分：集成電路設計）

四、關于集成電路制造

（一）花旗國關于集成電路制造行業(yè)的基本估計

半導體產(chǎn)品幾乎為經(jīng)濟的各個部門提供驅動動力，包括能源、醫(yī)療保健、農(nóng)業(yè)、消費電子產(chǎn)品、制造和運輸。2019 年全球對半導體的最終用途需求為：手機（26%）、信息和通信基礎設施（包括數(shù)據(jù)中心、通信網(wǎng)絡）（24%）；計算機 (19%)、工業(yè)(12%)、汽車 (10%) 和消費電子 (10%)。

在這些不同的應用中，有大約9%直接支持國家安全和關鍵基礎設施應用。這些關鍵的半導體產(chǎn)品最終用途包括航空航天、電信網(wǎng)絡、能源和公用事業(yè)、醫(yī)療保健和金融服務。其他政府用途僅占全球半導體消費量的 1% 以上。

美國在全球半導體生產(chǎn)中的份額已從 1990 年的 37% 下降到今天的 12%，如果美國沒有全面的戰(zhàn)略來支持該行業(yè)，預計還會進一步下降。

美國制造能力不足：幾十年來，美國的制造能力持續(xù)下降。本世紀的[敏感詞]個十年對美國制造業(yè)來說尤其具有破壞性，在 2000 年至 2010 年間失去了三分之一的制造業(yè)工作崗位。中小型企業(yè) (SME) 受到的打擊尤其嚴重。下降的部分原因可歸結于來自低工資國家的競爭。經(jīng)濟學家估計，大約 25% 的失業(yè)可歸因于中國的崛起，尤其是在中國加入世界貿(mào)易組織之后。但美國已經(jīng)還看到內(nèi)部生產(chǎn)率增長停滯不前，與經(jīng)濟同行相比，例如，在平均水平和大多數(shù)行業(yè)中落后于德國。今天，在美國中小企業(yè)的生產(chǎn)率通常低于大型制造商。與“人工智能與機器人即將到來”的普遍看法相反，美國中小企業(yè)制造商對提高生產(chǎn)力新技術的投資不足。制造能力的喪失導致了創(chuàng)新能力的喪失。制造能力是產(chǎn)品創(chuàng)新的基礎，創(chuàng)新能力一旦失去，就很難重建。近幾十年來，當集成電路產(chǎn)能走向海外時，研發(fā)和更廣泛的產(chǎn)業(yè)供應鏈往往隨之轉移到國外。

（二）半導體產(chǎn)品供應鏈

從設計到封裝，再到最終整合到客戶購買的最終電子產(chǎn)品中，產(chǎn)業(yè)鏈極其復雜、地理位置極為分散。由于企業(yè)在特定環(huán)節(jié)的專業(yè)化，典型的半導體生產(chǎn)流程包括多個國家，產(chǎn)品可能跨越國際邊界70次。整個過程最多需要100天，其中12天是供應鏈環(huán)節(jié)之間的中轉，下圖是供應鏈的簡單表示。

半導體產(chǎn)品的尺寸小、重量輕是實現(xiàn)這樣的跨地域的復雜物流的供應鏈的重要因素。與半導體產(chǎn)品的價值相比，運輸它們的成本很低。然而，這也意味著運輸路線的中斷可能會造成供應鏈的風險。產(chǎn)業(yè)鏈中需要使用各種不同形式的運輸（例如，空運、海運、卡車運輸），這取決于階段和要行駛的距離以及產(chǎn)品的性質(zhì)。在某些情況下，運輸還需要進行專門處理，例如處理制造過程中使用的危險和高純度氣體和化學品，或保護敏感電子設備免受損壞。

（三）半導體制造：產(chǎn)業(yè)結構

對晶圓進行加工、制造集成電路的生產(chǎn)廠有兩種基本的行業(yè)模式。[敏感詞]種是由垂直整合的半導體公司或 IDM企業(yè)。它們在企業(yè)內(nèi)部完成半導體產(chǎn)品設計及制造過程中的全部步驟：從設計到最終測試。IDM企業(yè)約占全球半導體產(chǎn)能的三分之二。盡管美國領先的 IDM企業(yè)英特爾主要生產(chǎn)邏輯器件，但其他大多數(shù) IDM企業(yè)主要生產(chǎn) DRAM 等存儲芯片、分立器件及模擬集成電路。除了英特爾之外，美國還有幾家[敏感詞]的 IDM企業(yè)，包括Analog Devices、Maxim Integrated Products、MicrochipTechnology、美光、安森美半導體和德州儀器。值得注意的是，這些公司雖然總部位于美國，但它們在世界各地的工廠完成最終產(chǎn)品的加工制造。例如，除了美國之外，英特爾還在以色列、愛爾蘭和中國設置有晶圓加工制造廠。而總部位于韓國的三星和其他總部位于外國（注：非美國）的公司除了其國外（注：非美國）有制造廠之外，也在美國有生產(chǎn)芯片的工廠。依據(jù)SIA 報告稱，美國半導體公司 44% 的產(chǎn)能位于美國。總體而言，美國的 IDM企業(yè)占 2020 年全球 IDM廠商營業(yè)總收入的 51%，美國在數(shù)字邏輯集成電路、模擬集成電路方面尤其強大。

還有另外一些多美國半導體產(chǎn)品領先企業(yè)（例如 AMD、博通、英偉達、高通和賽靈思）都采用“無晶圓廠半導體企業(yè)”的商業(yè)模式，這些公司將設計數(shù)據(jù)提供給專門從事半導體代工制造的獨立公司，由這些代工企業(yè)加工制造成芯片成品。這些第三方代工廠被歸類為“純半導體代工廠”，因為它們不設計或銷售自己的任何芯片產(chǎn)品，而是充當無晶圓廠半導體企業(yè)的合同制造商（這些代工廠有時會提供額外的產(chǎn)能或以其他方式為 IDM廠商生產(chǎn)某些芯片） ）。一些 IDM企業(yè)，特別是三星，也為無晶圓廠半導體企業(yè)提供加工服務。

隨著技術的進步，建造和維護[敏感詞]工藝半導體制造設施的成本飆升，無晶圓廠企業(yè)+代工業(yè)務模式變得越來越普遍。芯片制造技術的持續(xù)進步需要全新的、成本越來越高的制造設備。[敏感詞]的晶圓廠（在5nm 工藝節(jié)點）的成本至少為 120 億美元。一臺極紫外 (EUV) 光刻機（這種設備在 5 nm 或以下工藝節(jié)點是必需的，在7 nm工藝節(jié)點也常使用)的價格就高達1.5 億美元。除了光刻機之外，晶圓廠還需要多種其他類型的設備。據(jù)估計，下一代晶圓廠（將在 3 納米節(jié)點上運行）所需的投資可能超過 200 億美元。此外建立新晶圓廠建立之后，運營成本將非常高，并且需要持續(xù)、昂貴的資本投資；也需要維持工藝設計人員所需的[敏感詞]技術，才能保持在[敏感詞]的生產(chǎn)節(jié)點上運行。純粹的代工廠受益于規(guī)模經(jīng)濟宏大，這使他們能夠以高而有效的產(chǎn)能利用率來消化和吸收的半導體工廠的巨額成本。據(jù) SIA統(tǒng)計，純晶圓代工廠約占全球芯片產(chǎn)能的三分之一。其中邏輯芯片產(chǎn)能占近大約80%。臺積電（TSMC）是全球[敏感詞]家純晶圓代工廠，成立于1987 年，并在今天主導了代工市場。

代工市場由臺灣企主導，僅臺積電一家企業(yè)就占據(jù)代工市場53%的市場份額?？傮w而言，臺灣代工企業(yè)占全球代工市場份額的 63%。韓國占 18%，中國占 6%。總部位于美國、阿布扎比擁有的代工廠 GlobalFoundries 擁有 7% 的份額，占代工市場剩余 13% 份額的一半以上。

如上所述，雖然美國在IDM 型企業(yè)產(chǎn)出的芯片市場的份額很大，但全球代工企業(yè)收入中，美國企業(yè)占比只有大約10%；亞洲的代工廠占據(jù)了大約 80% 的份額。僅臺灣就占全球代工業(yè)務的 63%。這意味著雖然美國是半導體設計的領導者，但美國國內(nèi)的無晶圓廠公司嚴重依賴外國代工企業(yè)制造產(chǎn)品，它們主要在亞洲。雖然這種代工商業(yè)模式適用于大批量商業(yè)應用的集成電路產(chǎn)品，但許多相關的應用都是小批量的，這使得應用采用先進的半導體制造技術具有不確定性和挑戰(zhàn)性。

對美國來講，絕大多數(shù)半導體產(chǎn)品制造（由 IDM 和純代工廠兩種模式）在國外完成，它們是臺灣、韓國、日本、中國大陸和美國本土。設置在美國本土的的半導體制造產(chǎn)能約占全球總量的 12%，遠低于 1990年代的 37%。2019 年，臺灣產(chǎn)能占全球裝機容量的約 20%，緊隨其后的是韓國，占 19%。日本占17%，中國占16%，歐洲9%。其余 6% 的產(chǎn)能位于新加坡、以色列和世界其他地區(qū)。

在位于美國的 40 家主要半導體制造工廠中，有一半 (20) 使用 300 毫米（12 英寸）晶圓生產(chǎn)；其他生產(chǎn)使用 200 毫米（8 英寸）或以下的晶圓。2009 年至 2018 年間，全球有超過 100 家 150-200 毫米晶圓制造廠關閉，其中 70% 的關閉地點位于美國和日本。據(jù) IC Insights 稱，多達 68 座晶圓制造廠已經(jīng)使用了幾十年，已經(jīng)超出了它們的合理使用年限。關閉的晶圓制造廠部分是被更具成本效益或升級的新設施所取代；也有一些晶圓制造廠運營成本太高，相應的公司轉向輕晶圓廠或無晶圓廠的商業(yè)模式

在美國本土，6家企業(yè)運營著 20 座 300 毫米晶圓廠，它們分布于美國的八個州，詳情如下表所示。除 Skorpios 外，其他5個企業(yè)也在美國之外經(jīng)營晶圓制造廠。

如上所述，英特爾在以色列、愛爾蘭和中國都有半導體產(chǎn)品生產(chǎn)業(yè)務。除美國本土的晶圓制造廠外，美光還在新加坡、日本和臺灣設有晶圓廠。而德州儀器在中國、馬來西亞、臺灣和菲律賓以及德克薩斯州都有晶圓生產(chǎn)。GlobalFoundries 是美國的領先的純晶圓代工廠，由阿布扎比酋長國通過主權財富基金穆巴達拉擁有，并在德國和新加坡設有晶圓制造廠。2019年，該公司取消了在中國成都開設晶圓廠的計劃。

雖然美國芯片制造產(chǎn)能相對穩(wěn)定，但美國以外芯片制造的產(chǎn)能和產(chǎn)量正在增長，尤其是在亞洲。因此SIA 預測，到 2030 年，美國在半導體產(chǎn)能中的份額將下降至 10%，而亞洲份額將增長至 83%。2019年，全球6個新建設的的半導體生產(chǎn)設施中，沒有一個在美國，但有4個在中國。

在本報告的“設計”部分的討論中曾指出，本報告涵蓋了三種主要的芯片類型：存儲器，邏輯或者說數(shù)字電路，模擬電路。如下圖所示，世界不同地區(qū)專注于不同的領域。例如，美國本土僅僅生產(chǎn) 5% 的存儲芯片，而韓國生產(chǎn)的存儲器芯片占 44%，中國大陸則占了 14%。在存儲器領域，中國專注于長江存儲的快速擴張，為公司提供（僅為其武漢工廠）就分配了 240 億美元的補貼。該公司的擴張和低價產(chǎn)品對美國存儲芯片制造商美光和西部數(shù)據(jù)構成了直接威脅。

在邏輯或者說數(shù)字芯片領域（例如計算機和手機微處理器），美國本土沒有生產(chǎn)任何先進工藝節(jié)點（10 納米以下）的芯片，而臺灣占 92%。在其他邏輯芯片鎖采用的工藝技術，美國更非常領先：在美國生產(chǎn)了 43% 的[敏感詞]（10-22 納米）邏輯芯片，以及 6% 至 9% 的上一代（28 納米及以上）邏輯芯片；這類邏輯芯片，在臺灣生產(chǎn)了 47 %，而在中國大陸生產(chǎn)了大致 19% 到 23% 之間的邏輯芯片。最后，模擬/分立器件部分，在美國本土生產(chǎn)了 19% 的，中國生產(chǎn)了 17%，大致韓國 27%。

（四）、集成電路制造部分回顧

美國缺乏[敏感詞]工藝水平的生產(chǎn)能力：

美國缺乏[敏感詞]的半導體工藝節(jié)點（目前為 5 納米）的半導體生產(chǎn)能力，這類先進工藝節(jié)點目前只有臺積電（臺灣）和三星（韓國）在運營。美國[敏感詞]的晶圓廠是由英特爾運營的 10 nm工藝線，預計要到 2023 年才能進入完整的 7 nm 生產(chǎn)，并于 2021 年 1月宣布將使用臺積電的“增強型”7 nm 或以下生產(chǎn)線為其[敏感詞]的邏輯電路產(chǎn)品。因此，美國無晶圓廠芯片公司現(xiàn)在幾乎完全依賴亞洲生產(chǎn)商（尤其是臺積電）來生產(chǎn)[敏感詞]（7 納米或更小尺寸）的芯片。除了生產(chǎn)地域集中導致的供應鏈風險外，國內(nèi)[敏感詞]技術能力的缺乏也引發(fā)了對國家安全的擔憂，因為一些[敏感詞]應用需要安全地獲得[敏感詞]的工藝技術來保證技術優(yōu)勢。

芯片產(chǎn)品的銷售收入依賴中國：

由于中國在電子產(chǎn)品生產(chǎn)領域的主導地位，美國芯片制造商也嚴重依賴對中國的銷售。中國是[敏感詞]的半導體產(chǎn)品市場，其中大部分半導體產(chǎn)品在裝配到終端電子產(chǎn)品中被再出口，包括消費電子產(chǎn)品和電器。例如，《經(jīng)濟學人》在 2018 年的數(shù)據(jù)顯示，手機芯片供應商高通有2/3的收入來自中國，內(nèi)存制造商美光的收入有 57% 來自中國。英特爾在 2020 年報告稱，中國占其收入 26%。。對中國銷售的嚴重依賴為中國政府提供了經(jīng)濟影響力和報復美國的潛力。

中國引領半導體產(chǎn)業(yè)的愿望：

中國在全球半導體產(chǎn)業(yè)中的份額相對較小，其企業(yè)主要生產(chǎn)低端芯片。中國[敏感詞]的純晶圓代工廠中芯國際（SMIC）只能在 14 納米節(jié)點上生產(chǎn)，且產(chǎn)能有限。然而中國正處于國家主導的發(fā)展本土垂直一體化IDM產(chǎn)業(yè)的重大努力之中，目標是該產(chǎn)業(yè)到 2030 年將在所有領域處于領先地位。中國在半導體晶圓產(chǎn)能中的份額在 2019 年為 16%，但預計到2030 年將增長至 28%。中國政府正在為其半導體行業(yè)提供1000 億美元的補貼，包括開發(fā) 60 個新的制造廠。正如在討論供應鏈的“設計”部分時所討論的那樣，中國積極采取補貼措施發(fā)展本土內(nèi)存芯片制造商，打破對全球三大內(nèi)存公司的依賴：三星（韓國）、SK海力士（韓國）和美光（美國）。美國內(nèi)存公司美光是長江存儲的直接競爭對手，并且很可能是[敏感詞]家看到其未來競爭力和創(chuàng)新能力因中國補貼為其競爭對手而受到威脅的美國公司。

（待續(xù)）

2021年6月15日于北京

免責聲明：本文原創(chuàng)作者清華大學王志華教授，本文僅代表作者個人觀點，不代表薩科微及行業(yè)觀點，只為轉載與分享，支持保護知識產(chǎn)權，轉載請注明原出處及作者，如有侵權請聯(lián)系我們刪除。