“真金白銀”砸出來的美國半導體

如果投資不足的情況持續下去，美國擔心可能會失去其創新優勢和全球技術領先地位的競爭，加之疫情所顯露出來的對亞洲工廠的依賴。於是SIA開始呼籲美國政府向半導體投入370億美元，欲以鉅額補貼提升產業，吸引半導體公司迴流美國。不過，西方上百年積累起來的工業體系，無疑是“真金白銀”堆起來的。

政府投入（佔總份額）圖源：SIA

370億美元穩固半導體江山

據《華爾街日報》報導，美國半導體產業正加緊遊說美國政府和國會加大對半導體的補貼和投入。行業團體半導體產業協會(Semiconductor Industry Association, 簡稱SIA)提出的370億美元提案中，包括為建設一家新的晶片工廠提供補貼，為尋求吸引半導體投資的各州提供援助，以及增加研發資金。

美國國務院的一位發言人呼應了這一支援，稱國務院正在“與國會和業界密切合作，以確保半導體行業的未來仍掌握在美國手中”。

據SIA估計，到2030年，中國在全球晶片產能中的份額預計將增加近一倍，達到28%左右，不過這包括了總部設在中國的外國公司的晶片產能。英特爾、格芯等一些總部位於美國的公司是世界上最大的晶片製造商，但國外的補貼政策促使它們將生產線轉向亞洲、以色列和愛爾蘭，因此這些公司只有12%的晶片是在美國國內生產的。

SIA的建議包括為一家新的半導體工廠提供50億美元的聯邦資金，該工廠將與私營部門合作資助和運營。在給美國國防部官員的一封信中，英特爾執行長Bob Swan在4月提議由英特爾與五角大樓合作建設和運營該工廠。英特爾對此不予置評。

另有150億美元可作為整筆撥款劃給各州，可用於為新的半導體制造設施發放激勵款項。據SIA上述提案草案顯示，餘下的170億美元可補充聯邦研究資金，其中50億美元用於基礎研究，70億美元用於應用研究，50億美元用於一個新的技術中心。

SIA總裁兼執行長John Neuffer稱：“我們的計劃開支規模頗為龐大，但若不採取行動，對我們的經濟、國家安全及我們在未來關鍵技術領域的領導地位而言，付出的代價將大得多。”

SIA認為，過去，當美國在半導體技術領域的領導地位面臨挑戰時，它通過合作和協作走到了今天。美國的行業領導地位現在面臨著類似的挑戰，政府、學術界和產業界必須再次攜手克服這一挑戰。我們今天面臨的障礙與過去不同，因此，這一時刻需要戰略思考和新的解決方案，以實現我們繼續保持美國半導體領先地位的共同目標。

美國政府撐起了早期半導體發展的半邊天

回看美國半導體的發展，早期美國政府和軍團起到了不可磨滅的貢獻。

美國訊號軍團（U.S. Signal Corps）是美國半導體早期發展的主要資助者，30年來，他們一直在研發電晶體和半導體，併購買了大部分初始產量。美國軍方為西部電力公司(Western Electric)、通用電氣(General Electric)、雷神(Raytheon)和西瓦尼亞公司(Sylvania)的第一條試驗生產線提供了資金，並建設了遠遠超出需求的產能。從20世紀50年代末到70年代初，聯邦政府資助了美國半導體研發的40%到45%。對半導體的軍事採購使該行業得以確立規模，從而導致半導體價格在1962年至1968年期間大幅下跌，使其更適於商業用途。

但在低成本資本和受到保護的國內市場的支援下，日本開始進入DRAM行業，導致產能大幅增加，並在第三國市場傾銷產品。在使用相同裝置的質量和生產率方面，一些美國公司也落後於日本公司。其結果就是，到1985年，美國在這一市場的全球份額從大約90%下降到不到10%，英特爾、高階微裝置公司(Advanced Micro Devices)和國家半導體公司(national semiconductor)等生產商都紛紛退出了DRAM業務。在DRAM失去市場領導地位被認為是美國行業的重大挫折，尤其是因為大容量儲存裝置是該行業的工藝技術驅動因素。大宗商品DRAM晶片的大規模生產，證明了對新工藝技術和晶圓製造裝置的投資是合理的。

隨著日本企業在全球儲存裝置市場佔據了絕對的份額和技術領先地位，並迅速增加了產能。人們普遍擔心，美國半導體行業的衰落不僅會帶來經濟挑戰，還會帶來國家安全風險。美國國防特別工作組甚至在1987年警告說，依靠外國供應商提供最先進的武器晶片是一種“不可接受的情況”，因為這將破壞美國保持技術優勢的軍事戰略。於是大家開始向華盛頓政府尋求幫助，此舉對於扭轉市場份額和技術領先地位的喪失起到了重要作用。

意識到危機的美國開始採取措施，第一步是加強研究機構的建立，使美國的公司能夠與之合作。1982年，半導體工業成立了半導體研究公司(SIA的一個獨立分支機構)，併為其提供資金，在大學進行矽基研究。兩年後，Ronald Reagan總統簽署了《國家合作研究法案》，該法案改革了美國反壟斷法，以鼓勵聯合研發協會。微電子和計算機技術機構(Microelectronics and Computer Technology Corp.)是一傢俬人出資的行業財團，是為了響應日本政府資助的“第五代”研發計劃而成立的，但被認為是失敗的，並在2001年被關閉。

SEMATECH是第二個也是更成功的聯盟。在半導體工業和國防科學委員會的建議下，在1987年由聯邦政府和大多數美國大型晶片公司共同出資成立了SEMATECH，每年投入2億美元的研究專案，加快了基於共同技術路線圖的半導體制造業的生產率和創新。SEMATECH公司的成員包括當時所有最大的裝置製造商，例如IBM、英特爾、摩托羅拉、德州儀器、惠普和國家半導體公司。英特爾前董事長戈登•摩爾稱該組織在該行業是獨一無二的，它確保了美國公司將高層人員安排到公私合作關係中。該聯盟的戰略是讓SEMATECH專注於製造裝置和工藝，關鍵加工技術的主要如光刻、熔爐和注入、等離子體蝕刻和沉積。SIA還協調政府、產業界和學術界制定指導研究和開發的路線圖，並監督研究的實施。

美國國家研究委員會的一份分析報告發現，該財團“在促進半導體行業有效製造技術方面發揮了不可或缺的作用”。SEMATECH公司還幫助裝置行業開發出可靠的、標準化的晶片製造工具，尤其是光刻技術。SEMATECH因減少了其成員的研發重複而受到讚揚，從而降低了成本並釋放了額外投資的資金。

到1993年，美國半導體工業在世界半導體市場份額中重新佔據領先地位。SEMATECH的成就很大程度上得益於其管理的靈活性和DARPA(美國國防部高階研究計劃局)提供的持續支援，以幫助振興美國晶片製造業。

在此不得不插播一下，DARPA在美國半導體的發展中扮演了非常重要的角色。幾十年來，DARPA一直堅持一個單一而持久的使命：對國家安全突破性技術進行關鍵性投資。在半導體技術領域，DARPA組織過對半導體材料砷化鎵的研究、啟動了VLSI計劃、進行微波和毫米波積體電路（MIMIC）計劃、與商業夥伴共同開創了193nm光刻技術、推動MRAM技術的發展、還對RISC-V進行過投資等等。從1987年開始，SEMATECH就開始獲得DARPA提供的公共資助，歷時五年，總計5億美元。

此後，國際SEMATECH仍然活躍，並已將其業務擴充套件到設計，材料，測試和包裝技術。它還為新的300毫米工具的開發提供資金，並繼續追求技術路線圖。美國其他行業，例如光電和奈米技術，也紛紛效仿SEMATECH的模式。

到20世紀90年代初，美國半導體公司重新獲得了全球領先地位，儘管在韓國、中國大陸和台灣出現了大量新的競爭對手，但美國半導體公司至今仍是全球最大的半導體生產商。2010年美國公司的銷售額佔全球市場的48%。雖然只有一家美國公司仍然是記憶體晶片領域的主要參與者，但美國半導體行業在微處理器和模擬混合訊號產品等利潤豐厚的邏輯裝置市場佔據主導地位。

SEMATECH不僅幫助美國實現了半導體行業復興，推動了那個時代的技術創新。隨著全球市場和供應鏈的開放，SEMATECH的努力也導致了我們今天所擁有的無與倫比的增長和創新。

事實上，聯邦政府一開始就深度介入美國事務半導體行業。正如經濟學家Laura Tyson在1992年所觀察到的那樣：“半導體行業從未擺脫政府幹預這隻看得見的手。”

為了在有望推動未來經濟增長的關鍵技術上取得突破，並在全球競爭中保持美國的領導地位，美國雄心勃勃地對半導體研究加大投資。聯邦科學事業是美國社會皇冠上的一顆寶石，它產生了無數的創新，為美國的經濟實力和國家安全做出了貢獻。

過去十年美國半導體企業的投資

除了政府以外，美國半導體企業也很注重在研發上投入巨資，以保持競爭力和技術領先地位。美國半導體行業將大約五分之一的收入用於研發，這是所有行業中所佔比例最高的行業之一，而且絕大部分研究都是在美國進行的。

從1999年到2019年，美國半導體企業研發支出的複合年增長率約為6.6%。無論年度銷售週期如何，美國半導體公司的研發支出都很高。在過去的十年中，美國半導體企業在研發方面的總投資為3,120億美元，2017年約為360億美元，2018年為390億美元，幾乎是全球半導體研發總投資額的兩倍。2019年，美國半導體企業在研發方面的投資總額為398億美元。

圖：美國半導體研發支出變化趨勢

過去十年間，美國半導體公司（包括無晶圓廠公司）的研發和資本支出複合年增長率約為6.2%。2019年，其研發和資本支出總額為717億美元。可以看出，在半導體企業發展過程中，每年資本投資和研發投入所佔份額基本是“雷打不動”，不受市場週期性相關波動的影響。

圖：半導體公司每年資本和研發投入增長情況

更甚的是，在過去的20年裡，美國半導體公司的年度研發支出佔銷售額的百分比已經超過了10%。這一比率高於美國其它所有行業。研發支出對半導體公司的競爭地位至關重要，快速的技術變革要求工藝技術和裝置能力不斷進步。由下圖可以看出，即使在行業低迷的2001年和2002年美國半導體公司仍致力於技術投入；2003-2004年的下降並不是因為研發預算的削減，而是因為行業復甦強於預期，收入增長快於預期；2019年增長的份額是基於整體收入下降，而整體研發支出增加。

圖：美國半導體公司研發支出佔銷售額比例

值得一提的是，美國半導體每年在資本裝置上的支出佔銷售額的比例很高。2019年半導體行業資本支出總額為319億美元。資本支出從2001-2003年開始下降，原因是1999-2001年期間美國半導體主要的新工廠已完工。2004年出現反彈，2005年，該行業在資本支出佔銷售額的百分比方面處於平衡狀態。由於全球經濟衰退，資本支出在2009年大幅下降後反彈，2011年達到238億美元。2018年，資本支出達到327億美元的歷史最高水平。

圖：美國半導體資本裝置支出

結語

美國能在半導體領域保持領先地位，資金是重要的一環。如今，我國已經開始重金搭建半導體產業鏈，半導體發展的黃金時代已然到來。