（上接[敏感詞]部分：集成電路設(shè)計(jì)）

四、關(guān)于集成電路制造

（一）花旗國(guó)關(guān)于集成電路制造行業(yè)的基本估計(jì)

半導(dǎo)體產(chǎn)品幾乎為經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門(mén)提供驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，包括能源、醫(yī)療保健、農(nóng)業(yè)、消費(fèi)電子產(chǎn)品、制造和運(yùn)輸。2019 年全球?qū)Π雽?dǎo)體的最終用途需求為：手機(jī)（26%）、信息和通信基礎(chǔ)設(shè)施（包括數(shù)據(jù)中心、通信網(wǎng)絡(luò)）（24%）；計(jì)算機(jī) (19%)、工業(yè)(12%)、汽車 (10%) 和消費(fèi)電子 (10%)。

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

美國(guó)在全球半導(dǎo)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(guó)沒(méi)有全面的戰(zhàn)略來(lái)支持該行業(yè)，預(yù)計(jì)還會(huì)進(jìn)一步下降。

美國(guó)制造能力不足：幾十年來(lái)，美國(guó)的制造能力持續(xù)下降。本世紀(jì)的[敏感詞]個(gè)十年對(duì)美國(guó)制造業(yè)來(lái)說(shuō)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(yán)重。下降的部分原因可歸結(jié)于來(lái)自低工資國(guó)家的競(jìng)爭(zhēng)。經(jīng)濟(jì)學(xué)家估計(jì)，大約 25% 的失業(yè)可歸因于中國(guó)的崛起，尤其是在中國(guó)加入世界貿(mào)易組織之后。但美國(guó)已經(jīng)還看到內(nèi)部生產(chǎn)率增長(zhǎng)停滯不前，與經(jīng)濟(jì)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(guó)。今天，在美國(guó)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(jī)器人即將到來(lái)”的普遍看法相反，美國(guó)中小企業(yè)制造商對(duì)提高生產(chǎn)力新技術(shù)的投資不足。制造能力的喪失導(dǎo)致了創(chuàng)新能力的喪失。制造能力是產(chǎn)品創(chuàng)新的基礎(chǔ)，創(chuàng)新能力一旦失去，就很難重建。近幾十年來(lái)，當(dāng)集成電路產(chǎn)能走向海外時(shí)，研發(fā)和更廣泛的產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈往往隨之轉(zhuǎn)移到國(guó)外。

（二）半導(dǎo)體產(chǎn)品供應(yīng)鏈

從設(shè)計(jì)到封裝，再到最終整合到客戶購(gòu)買(mǎi)的最終電子產(chǎn)品中，產(chǎn)業(yè)鏈極其復(fù)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(dǎo)體生產(chǎn)流程包括多個(gè)國(guó)家，產(chǎn)品可能跨越國(guó)際邊界70次。整個(gè)過(guò)程最多需要100天，其中12天是供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)之間的中轉(zhuǎn)，下圖是供應(yīng)鏈的簡(jiǎn)單表示。

半導(dǎo)體產(chǎn)品的尺寸小、重量輕是實(shí)現(xiàn)這樣的跨地域的復(fù)雜物流的供應(yīng)鏈的重要因素。與半導(dǎo)體產(chǎn)品的價(jià)值相比，運(yùn)輸它們的成本很低。然而，這也意味著運(yùn)輸路線的中斷可能會(huì)造成供應(yīng)鏈的風(fēng)險(xiǎn)。產(chǎn)業(yè)鏈中需要使用各種不同形式的運(yùn)輸（例如，空運(yùn)、海運(yùn)、卡車運(yùn)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(yùn)輸還需要進(jìn)行專門(mén)處理，例如處理制造過(guò)程中使用的危險(xiǎn)和高純度氣體和化學(xué)品，或保護(hù)敏感電子設(shè)備免受損壞。

（三）半導(dǎo)體制造：產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)

對(duì)晶圓進(jìn)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(dǎo)體公司或 IDM企業(yè)。它們?cè)谄髽I(yè)內(nèi)部完成半導(dǎo)體產(chǎn)品設(shè)計(jì)及制造過(guò)程中的全部步驟：從設(shè)計(jì)到最終測(cè)試。IDM企業(yè)約占全球半導(dǎo)體產(chǎn)能的三分之二。盡管美國(guó)領(lǐng)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(chǔ)芯片、分立器件及模擬集成電路。除了英特爾之外，美國(guó)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(dǎo)體和德州儀器。值得注意的是，這些公司雖然總部位于美國(guó)，但它們?cè)谑澜绺鞯氐墓S完成最終產(chǎn)品的加工制造。例如，除了美國(guó)之外，英特爾還在以色列、愛(ài)爾蘭和中國(guó)設(shè)置有晶圓加工制造廠。而總部位于韓國(guó)的三星和其他總部位于外國(guó)（注：非美國(guó)）的公司除了其國(guó)外（注：非美國(guó)）有制造廠之外，也在美國(guó)有生產(chǎn)芯片的工廠。依據(jù)SIA 報(bào)告稱，美國(guó)半導(dǎo)體公司 44% 的產(chǎn)能位于美國(guó)。總體而言，美國(guó)的 IDM企業(yè)占 2020 年全球 IDM廠商營(yíng)業(yè)總收入的 51%，美國(guó)在數(shù)字邏輯集成電路、模擬集成電路方面尤其強(qiáng)大。

還有另外一些多美國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)品領(lǐng)先企業(yè)（例如 AMD、博通、英偉達(dá)、高通和賽靈思）都采用“無(wú)晶圓廠半導(dǎo)體企業(yè)”的商業(yè)模式，這些公司將設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)提供給專門(mén)從事半導(dǎo)體代工制造的獨(dú)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(dǎo)體代工廠”，因?yàn)樗鼈儾辉O(shè)計(jì)或銷售自己的任何芯片產(chǎn)品，而是充當(dāng)無(wú)晶圓廠半導(dǎo)體企業(yè)的合同制造商（這些代工廠有時(shí)會(huì)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(wú)晶圓廠半導(dǎo)體企業(yè)提供加工服務(wù)。

隨著技術(shù)的進(jìn)步，建造和維護(hù)[敏感詞]工藝半導(dǎo)體制造設(shè)施的成本飆升，無(wú)晶圓廠企業(yè)+代工業(yè)務(wù)模式變得越來(lái)越普遍。芯片制造技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步需要全新的、成本越來(lái)越高的制造設(shè)備。[敏感詞]的晶圓廠（在5nm 工藝節(jié)點(diǎn)）的成本至少為 120 億美元。一臺(tái)極紫外 (EUV) 光刻機(jī)（這種設(shè)備在 5 nm 或以下工藝節(jié)點(diǎn)是必需的，在7 nm工藝節(jié)點(diǎn)也常使用)的價(jià)格就高達(dá)1.5 億美元。除了光刻機(jī)之外，晶圓廠還需要多種其他類型的設(shè)備。據(jù)估計(jì)，下一代晶圓廠（將在 3 納米節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行）所需的投資可能超過(guò) 200 億美元。此外建立新晶圓廠建立之后，運(yùn)營(yíng)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(shè)計(jì)人員所需的[敏感詞]技術(shù)，才能保持在[敏感詞]的生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行。純粹的代工廠受益于規(guī)模經(jīng)濟(jì)宏大，這使他們能夠以高而有效的產(chǎn)能利用率來(lái)消化和吸收的半導(dǎo)體工廠的巨額成本。據(jù) SIA統(tǒng)計(jì)，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(tái)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(dǎo)了代工市場(chǎng)。

代工市場(chǎng)由臺(tái)灣企主導(dǎo)，僅臺(tái)積電一家企業(yè)就占據(jù)代工市場(chǎng)53%的市場(chǎng)份額。總體而言，臺(tái)灣代工企業(yè)占全球代工市場(chǎng)份額的 63%。韓國(guó)占 18%，中國(guó)占 6%。總部位于美國(guó)、阿布扎比擁有的代工廠 GlobalFoundries 擁有 7% 的份額，占代工市場(chǎng)剩余 13% 份額的一半以上。

如上所述，雖然美國(guó)在IDM 型企業(yè)產(chǎn)出的芯片市場(chǎng)的份額很大，但全球代工企業(yè)收入中，美國(guó)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(tái)灣就占全球代工業(yè)務(wù)的 63%。這意味著雖然美國(guó)是半導(dǎo)體設(shè)計(jì)的領(lǐng)導(dǎo)者，但美國(guó)國(guó)內(nèi)的無(wú)晶圓廠公司嚴(yán)重依賴外國(guó)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(yīng)用的集成電路產(chǎn)品，但許多相關(guān)的應(yīng)用都是小批量的，這使得應(yīng)用采用先進(jìn)的半導(dǎo)體制造技術(shù)具有不確定性和挑戰(zhàn)性。

對(duì)美國(guó)來(lái)講，絕大多數(shù)半導(dǎo)體產(chǎn)品制造（由 IDM 和純代工廠兩種模式）在國(guó)外完成，它們是臺(tái)灣、韓國(guó)、日本、中國(guó)大陸和美國(guó)本土。設(shè)置在美國(guó)本土的的半導(dǎo)體制造產(chǎn)能約占全球總量的 12%，遠(yuǎn)低于 1990年代的 37%。2019 年，臺(tái)灣產(chǎn)能占全球裝機(jī)容量的約 20%，緊隨其后的是韓國(guó)，占 19%。日本占17%，中國(guó)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(guó)的 40 家主要半導(dǎo)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(guò) 100 家 150-200 毫米晶圓制造廠關(guān)閉，其中 70% 的關(guān)閉地點(diǎn)位于美國(guó)和日本。據(jù) IC Insights 稱，多達(dá) 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(guān)閉的晶圓制造廠部分是被更具成本效益或升級(jí)的新設(shè)施所取代；也有一些晶圓制造廠運(yùn)營(yíng)成本太高，相應(yīng)的公司轉(zhuǎn)向輕晶圓廠或無(wú)晶圓廠的商業(yè)模式

在美國(guó)本土，6家企業(yè)運(yùn)營(yíng)著 20 座 300 毫米晶圓廠，它們分布于美國(guó)的八個(gè)州，詳情如下表所示。除 Skorpios 外，其他5個(gè)企業(yè)也在美國(guó)之外經(jīng)營(yíng)晶圓制造廠。

如上所述，英特爾在以色列、愛(ài)爾蘭和中國(guó)都有半導(dǎo)體產(chǎn)品生產(chǎn)業(yè)務(wù)。除美國(guó)本土的晶圓制造廠外，美光還在新加坡、日本和臺(tái)灣設(shè)有晶圓廠。而德州儀器在中國(guó)、馬來(lái)西亞、臺(tái)灣和菲律賓以及德克薩斯州都有晶圓生產(chǎn)。GlobalFoundries 是美國(guó)的領(lǐng)先的純晶圓代工廠，由阿布扎比酋長(zhǎng)國(guó)通過(guò)主權(quán)財(cái)富基金穆巴達(dá)拉擁有，并在德國(guó)和新加坡設(shè)有晶圓制造廠。2019年，該公司取消了在中國(guó)成都開(kāi)設(shè)晶圓廠的計(jì)劃。

雖然美國(guó)芯片制造產(chǎn)能相對(duì)穩(wěn)定，但美國(guó)以外芯片制造的產(chǎn)能和產(chǎn)量正在增長(zhǎng)，尤其是在亞洲。因此SIA 預(yù)測(cè)，到 2030 年，美國(guó)在半導(dǎo)體產(chǎn)能中的份額將下降至 10%，而亞洲份額將增長(zhǎng)至 83%。2019年，全球6個(gè)新建設(shè)的的半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)施中，沒(méi)有一個(gè)在美國(guó)，但有4個(gè)在中國(guó)。

在本報(bào)告的“設(shè)計(jì)”部分的討論中曾指出，本報(bào)告涵蓋了三種主要的芯片類型：存儲(chǔ)器，邏輯或者說(shuō)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(lǐng)域。例如，美國(guó)本土僅僅生產(chǎn) 5% 的存儲(chǔ)芯片，而韓國(guó)生產(chǎn)的存儲(chǔ)器芯片占 44%，中國(guó)大陸則占了 14%。在存儲(chǔ)器領(lǐng)域，中國(guó)專注于長(zhǎng)江存儲(chǔ)的快速擴(kuò)張，為公司提供（僅為其武漢工廠）就分配了 240 億美元的補(bǔ)貼。該公司的擴(kuò)張和低價(jià)產(chǎn)品對(duì)美國(guó)存儲(chǔ)芯片制造商美光和西部數(shù)據(jù)構(gòu)成了直接威脅。

在邏輯或者說(shuō)數(shù)字芯片領(lǐng)域（例如計(jì)算機(jī)和手機(jī)微處理器），美國(guó)本土沒(méi)有生產(chǎn)任何先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)（10 納米以下）的芯片，而臺(tái)灣占 92%。在其他邏輯芯片鎖采用的工藝技術(shù)，美國(guó)更非常領(lǐng)先：在美國(guó)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(tái)灣生產(chǎn)了 47 %，而在中國(guó)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(guó)本土生產(chǎn)了 19% 的，中國(guó)生產(chǎn)了 17%，大致韓國(guó) 27%。

（四）、集成電路制造部分回顧

美國(guó)缺乏[敏感詞]工藝水平的生產(chǎn)能力：

美國(guó)缺乏[敏感詞]的半導(dǎo)體工藝節(jié)點(diǎn)（目前為 5 納米）的半導(dǎo)體生產(chǎn)能力，這類先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)目前只有臺(tái)積電（臺(tái)灣）和三星（韓國(guó)）在運(yùn)營(yíng)。美國(guó)[敏感詞]的晶圓廠是由英特爾運(yùn)營(yíng)的 10 nm工藝線，預(yù)計(jì)要到 2023 年才能進(jìn)入完整的 7 nm 生產(chǎn)，并于 2021 年 1月宣布將使用臺(tái)積電的“增強(qiáng)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(guó)無(wú)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(tái)積電）來(lái)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(dǎo)致的供應(yīng)鏈風(fēng)險(xiǎn)外，國(guó)內(nèi)[敏感詞]技術(shù)能力的缺乏也引發(fā)了對(duì)國(guó)家安全的擔(dān)憂，因?yàn)橐恍敏感詞]應(yīng)用需要安全地獲得[敏感詞]的工藝技術(shù)來(lái)保證技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

芯片產(chǎn)品的銷售收入依賴中國(guó)：

由于中國(guó)在電子產(chǎn)品生產(chǎn)領(lǐng)域的主導(dǎo)地位，美國(guó)芯片制造商也嚴(yán)重依賴對(duì)中國(guó)的銷售。中國(guó)是[敏感詞]的半導(dǎo)體產(chǎn)品市場(chǎng)，其中大部分半導(dǎo)體產(chǎn)品在裝配到終端電子產(chǎn)品中被再出口，包括消費(fèi)電子產(chǎn)品和電器。例如，《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》在 2018 年的數(shù)據(jù)顯示，手機(jī)芯片供應(yīng)商高通有2/3的收入來(lái)自中國(guó)，內(nèi)存制造商美光的收入有 57% 來(lái)自中國(guó)。英特爾在 2020 年報(bào)告稱，中國(guó)占其收入 26%。。對(duì)中國(guó)銷售的嚴(yán)重依賴為中國(guó)政府提供了經(jīng)濟(jì)影響力和報(bào)復(fù)美國(guó)的潛力。

中國(guó)引領(lǐng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的愿望：

中國(guó)在全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中的份額相對(duì)較小，其企業(yè)主要生產(chǎn)低端芯片。中國(guó)[敏感詞]的純晶圓代工廠中芯國(guó)際（SMIC）只能在 14 納米節(jié)點(diǎn)上生產(chǎn)，且產(chǎn)能有限。然而中國(guó)正處于國(guó)家主導(dǎo)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(biāo)是該產(chǎn)業(yè)到 2030 年將在所有領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。中國(guó)在半導(dǎo)體晶圓產(chǎn)能中的份額在 2019 年為 16%，但預(yù)計(jì)到2030 年將增長(zhǎng)至 28%。中國(guó)政府正在為其半導(dǎo)體行業(yè)提供1000 億美元的補(bǔ)貼，包括開(kāi)發(fā) 60 個(gè)新的制造廠。正如在討論供應(yīng)鏈的“設(shè)計(jì)”部分時(shí)所討論的那樣，中國(guó)積極采取補(bǔ)貼措施發(fā)展本土內(nèi)存芯片制造商，打破對(duì)全球三大內(nèi)存公司的依賴：三星（韓國(guó)）、SK海力士（韓國(guó)）和美光（美國(guó)）。美國(guó)內(nèi)存公司美光是長(zhǎng)江存儲(chǔ)的直接競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，并且很可能是[敏感詞]家看到其未來(lái)競(jìng)爭(zhēng)力和創(chuàng)新能力因中國(guó)補(bǔ)貼為其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手而受到威脅的美國(guó)公司。

（待續(xù)）

2021年6月15日于北京

免責(zé)聲明：本文原創(chuàng)作者清華大學(xué)王志華教授，本文僅代表作者個(gè)人觀點(diǎn)，不代表薩科微及行業(yè)觀點(diǎn)，只為轉(zhuǎn)載與分享，支持保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明原出處及作者，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系我們刪除。