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美國正在進行的半導體復興將改變世界

2023-02-22 15:37:21

來源：遠望智庫開源情報中心

過去兩年的地緣政治和其他生存因素擾亂了全球化，分裂了半導體全球供應鏈。但這些力量也為創(chuàng)新和增長帶來了歷史性的機遇。換句話說，世界并沒有去全球化，而是重新全球化。一種新的創(chuàng)造性破壞給世界半導體行業(yè)帶來了一個悖論。
這些變化與根深蒂固的經(jīng)濟思維背道而馳。自由主義經(jīng)濟模式認為，除非出現(xiàn)災難性的市場失靈，否則政府需要遠離市場。TSMC首席執(zhí)行官魏京生表示，美國和中國控制技術(shù)流動的措施“破壞了全球化下獲得的生產(chǎn)力和效率”。TSMC的創(chuàng)始人張忠謀說得更直白:“全球化幾乎已經(jīng)死亡，自由貿(mào)易幾乎已經(jīng)死亡。”但是，將過去舊的經(jīng)濟原則僵化地應用于全球經(jīng)濟正在發(fā)生的變化，確實存在問題。

1.傳統(tǒng)模型的新變革

首先，圍繞假定市場失靈的傳統(tǒng)經(jīng)濟學演算本身未能解釋開放貿(mào)易體系中掠奪性的、以國家為中心的行為的存在成本。中國利用其經(jīng)濟規(guī)模和新重商主義做法顛覆了國際體系。因此，適用于公開和公平貿(mào)易的衡量標準不再適用于評估戰(zhàn)略供應鏈的各個部分。

傳統(tǒng)模型也沒有恰當?shù)乜紤]氣候變化的破壞性成本。半導體供應鏈有大量的碳足跡。完成單個晶片（用于制造集成電路的襯底）的過程需要多次跨越國界運輸。

最后，舊模式最終產(chǎn)生了一個高度集中的制造地，臺灣，現(xiàn)在占了世界上所有微芯片的60%和世界上最先進芯片的90%。考慮到未來全球流行病、自然災害以及地緣政治的風險，這種局面是不可持續(xù)的。

未來的專業(yè)新興產(chǎn)業(yè)已經(jīng)開始復興。它們受益于政府主導的本地化和區(qū)域化倡議和公私伙伴關(guān)系。公共資助的努力，如美國以氣候為重點的通貨膨脹削減法案和歐洲綠色協(xié)議，正在引發(fā)新的技術(shù)生態(tài)系統(tǒng)的出現(xiàn)。

所有這些都推動了對特種半導體的需求。但電動汽車等行業(yè)可以依靠更老的傳統(tǒng)技術(shù)（10納米以上的芯片）蓬勃發(fā)展，這些技術(shù)需要的制造設備要便宜得多。TSMC宣稱，美國亞利桑那州的兩個新工廠將至少耗資420億美元，制造最先進的5納米和3納米芯片，主要用于與國防相關(guān)的領(lǐng)域，如超級計算、量子科學和先進的武器系統(tǒng)。

2. 企業(yè)與大學的新型伙伴關(guān)系

美國的《芯片與科學法案》引發(fā)了企業(yè)和大學之間不斷深化的創(chuàng)新和生產(chǎn)伙伴關(guān)系。美國半導體公司SkyWater科技公司已經(jīng)投資18億美元，在普渡大學的探索園區(qū)(Discovery Park District)建立一個商業(yè)上可行的半導體制造代工廠，預計5年內(nèi)將創(chuàng)造750個工作崗位。這種伙伴關(guān)系將會成倍增加。自去年8月芯片法案頒布以來，私人投資已超過2000億美元。

這個探索園區(qū)吸引了薩博、勞斯萊斯、hypersonics的主要公司和合作伙伴、Schweitzer工程實驗室、Wabash、聯(lián)發(fā)科技等公司，他們發(fā)現(xiàn)公園區(qū)是中西部最具吸引力和創(chuàng)新性的環(huán)境之一。

普渡大學校長米奇·丹尼爾斯說: “這標志著普渡大學在過去十年中朝著多重戰(zhàn)略目標的巨大進步:為我們的學生提供豐富的學術(shù)和職業(yè)機會；為我們的教員提供新的研究可能性；我們校園內(nèi)外的環(huán)境煥然一新，更具吸引力；這是普渡大學和大拉斐特大學成為印第安納州經(jīng)濟增長和多樣化的熱門新技術(shù)中心的最新證明。”

探索園區(qū)是一個占地400英畝的多用途開發(fā)區(qū)，毗鄰普渡大學的西拉斐特校區(qū)，為投資公司提供了接觸普渡大學半導體領(lǐng)域?qū)＜摇蕚湓谠撔袠I(yè)工作的備受歡迎的畢業(yè)生以及大量普渡大學研究資源的機會。園區(qū)提供了接近和進入州際和國家高速公路，以及印第安納州的高度排名的商業(yè)氣候的所有優(yōu)勢。當?shù)亟?jīng)濟增加了數(shù)百個就業(yè)崗位，公司選擇在大學尖端研究設施、合作者和主要研究人員附近選址；大規(guī)模、高質(zhì)量的人才通道；優(yōu)越的生活成本。

為解決全球半導體短缺盡一份力是普渡大學的首要任務。去年5月，普渡大學推出了半導體和微電子領(lǐng)域的一整套跨學科學位和證書。半導體學位計劃（SDP）是一套創(chuàng)新的普渡學位和證書，將研究生和本科生在校教育和在線教育結(jié)合起來，實現(xiàn)技能人才的快速增長。去年6月下旬，普渡大學開始與全球領(lǐng)先的無晶圓廠芯片制造商聯(lián)發(fā)科公司（MediaTek Inc）合作，在中西部開設該公司的第一個半導體芯片設計中心，該中心就設在探索公園區(qū)。

印第安納州州長埃里克·霍爾科姆贊揚了《美國芯片法案》的出臺，并敦促國會為其提供資金。他提到了該州在先進制造業(yè)方面的優(yōu)勢，與美海軍水面作戰(zhàn)中心Crane的戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，以確保可靠的微電子技術(shù)，以及由普渡大學領(lǐng)導的國防部倡議，以發(fā)展半導體行業(yè)的勞動力人才。

該州將建設新的60萬平方英尺的最先進半導體制造設施，其中包括10萬平方英尺的潔凈室空間，資金將來源于SkyWater從芯片法案獲得的資助。美國創(chuàng)造的就業(yè)機會將集中在研究和設計工程、技術(shù)開發(fā)、運營工程、維護和技術(shù)支持以及技術(shù)人員。

3. 半導體聯(lián)盟伙伴關(guān)系

美國在20世紀50年代開發(fā)了微芯片技術(shù)，1990年其制造業(yè)產(chǎn)量是全球總產(chǎn)量的37%。然而，隨著制造業(yè)轉(zhuǎn)移到東亞，包括中國、日本、韓國和臺灣在內(nèi)的國家，美國半導體制造業(yè)的全球產(chǎn)量在2021年降至12%。如果供應鏈中斷，這種轉(zhuǎn)變可能會給數(shù)字經(jīng)濟帶來問題。

作為一個解決方案，美國國會于2020年6月11日推出了《為美國生產(chǎn)半導體創(chuàng)造有益激勵法案》，又稱《CHIPS ACT》。它支持國家半導體的研發(fā)、制造和供應鏈安全。

更廣泛地說，半導體五集團（美國、日本、韓國、荷蘭和臺灣）擁有共同的基本價值觀和地緣政治利益。他們構(gòu)成了重新全球化集體的核心。這些是更廣泛的信任伙伴關(guān)系網(wǎng)絡的基石。

歐盟、日本、韓國和臺灣先后都頒布了自己的芯片法案計劃。它們可能看起來很有競爭力，但從長遠來看，這應該被視為一種正向發(fā)展。芯片再全球化進程已經(jīng)包括英特爾公司最近宣布投資850億美元在德國、愛爾蘭、意大利、波蘭、西班牙和法國建設代工廠和研發(fā)工廠。TSMC與索尼合作，在日本投資了一個新的晶圓廠，并正在商談在德國投資一個新的晶圓廠。

遠非如懷疑論者所預測的那樣，五集團之間已經(jīng)開始相互促進。它有潛力擴展到其他兼容市場，從以色列到新加坡到哥斯達黎加。歷史上不屬于半導體行業(yè)的國家，如澳大利亞，正在探索加入復興的途徑。

日本、韓國和荷蘭的半導體技術(shù)歸功于早期的產(chǎn)業(yè)政策。冷戰(zhàn)時期的太空競賽產(chǎn)生了世界上第一個由飛兆（Fairchild）半導體制造的集成電路。但沒有哪個國家比臺灣更得益于產(chǎn)業(yè)政策，臺灣在上世紀70年代從農(nóng)業(yè)經(jīng)濟轉(zhuǎn)型為半導體產(chǎn)業(yè)。正是TSMC的一代宗師張忠謀在這一成功中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。這就是全球化和再全球化的循環(huán)。

4. 芯片法案的預期成果

美國通過在2022年8月頒布芯片和科學法案，政策制定者朝著吸引美國半導體生產(chǎn)和創(chuàng)新投資邁出了歷史性的一步，盡管新法律仍必須有效和高效地實施才能實現(xiàn)其潛力，但芯片法案已經(jīng)引發(fā)了美國的私人投資，這將加強美國經(jīng)濟，創(chuàng)造就業(yè)機會和供應鏈的彈性。

從2020年春天推出芯片法案到法案頒布后的幾個月，半導體生態(tài)系統(tǒng)中的公司已經(jīng)推出了幾十個項目來提高美國的制造產(chǎn)能。一些項目開始于對芯片法案資金的預期，并依賴于政策制定者對這種資金的承諾，而其他項目則在立法頒布后向前推進。根據(jù)美國半導體協(xié)會（SIA），以下是由《芯片法案》引發(fā)的一些成果：

（1）美國去年宣布了40多個新的半導體生態(tài)系統(tǒng)項目，包括建設新的半導體制造工廠、擴建現(xiàn)有工廠以及提供芯片制造所用材料和設備的工廠；

（2）有16個州宣布了近2000億美元的私人投資，以提高國內(nèi)制造業(yè)產(chǎn)能作為新項目的一部分，半導體生態(tài)系統(tǒng)宣布了4萬個新的高質(zhì)量工作崗位，這將在更廣泛的美國經(jīng)濟中支持更多的工作崗位。

這些新項目涵蓋了支持美國芯片生態(tài)系統(tǒng)所需的一系列活動，包括各種半導體領(lǐng)域（如先進邏輯、內(nèi)存、模擬和傳統(tǒng)芯片）的新建、擴建或升級的晶圓廠、半導體設備設施以及生產(chǎn)芯片制造過程中使用的關(guān)鍵材料的設施。

在芯片法案激勵措施的預期下，一些項目已經(jīng)開始破土動工和建設活動，最早將于2024年底開始生產(chǎn)。其他項目將于2023年開始建設。芯片和科學法案激勵的一些項目可能會在更短的時間內(nèi)運行，包括裝備升級或添加等項目。已公布的項目包括建設23個新的芯片廠和擴建9個芯片廠。

工廠建設的增加刺激了原材料、化學品和設備供應商的投資。因此，供應半導體制造設備和芯片生產(chǎn)材料（包括高純度化學品、特種氣體和晶圓）的公司宣布計劃投資幾個工廠，以支持國內(nèi)制造能力的提高。

新晶圓廠、現(xiàn)有晶圓廠擴建以及設備和材料供應商項目的總影響相當于近2000億美元的投資，并在整個美國半導體供應鏈中創(chuàng)造了約4萬個就業(yè)崗位。這個部門創(chuàng)造的就業(yè)機會支撐了整個美國經(jīng)濟的就業(yè)。事實上，2021年SIA-牛津經(jīng)濟研究發(fā)現(xiàn)，半導體行業(yè)每直接雇用一名美國工人，美國經(jīng)濟就能額外提供5.7個就業(yè)崗位。

除了商業(yè)撥款,《芯片法案》還包括針對半導體制造設施和生產(chǎn)半導體制造設備的工廠的“先進制造投資信貸”。總的來說，這些激勵措施有望在美國的半導體生態(tài)系統(tǒng)中產(chǎn)生大量投資，并且迫切需要這兩項措施來縮小美國與全球競爭對手之間的巨大成本差距。

去年8月，隨著《芯片與科學法案》的頒布，美國會兩黨領(lǐng)導人發(fā)起了一場大膽的賭注，即投資于美國的芯片生產(chǎn)和創(chuàng)新就是投資于美國的未來。《芯片與科學法案》頒布僅四個月后，半導體行業(yè)對芯片激勵措施的預期反應熱烈，宣布并啟動了幾十個項目，在美國私人投資總額就達2000億美元。