美国芯片，难的还在后头

美国商务部长表示，他的目标是到本世纪末将美国在全球尖端逻辑制造业的份额从目前的 0% 提高到 20%。但 276.4 亿美元的补贴足以实现这一崇高目标吗？

要追踪实现 20% 目标的进展情况，需要分子和分母。分母包括全球前沿逻辑制造，而分子仅限于美国前沿逻辑制造。在未来十年，分子和分母都将发生大规模变化，因此这两个数字都很难预测。

近半个世纪以来，摩尔定律的步伐让“前沿”一词不断变化，很难确定哪种工艺技术将在五年后被视为前沿。最近，美国芯片制造业必须跟上外国发展的步伐，因为许多国家也在竞相发展本土前沿制造。这两个不断变化的目标使得衡量实现雷蒙多部长所述目标的进展情况变得困难，值得更仔细地研究面临的潜在挑战。

芯片法案

《芯片法案》于 2022 年通过，旨在推动美国国内半导体生产，旨在增强美国的芯片制造。但即使在早期阶段，它也面临着竞争国家快速增长的芯片行业、美国分配的政治复杂性以及制造芯片的高昂成本的挑战。

大部分分配都分配给了英特尔和其他计划在美国生产先进芯片的大型芯片制造商，而一些在芯片制造供应链其他部分发挥重要作用的公司却错过了机会。与此同时，其他国家也加大了支出以保持竞争力。

白宫称这项政策是一场胜利。拜登总统在三月份的国情咨文演讲中指出，疫情期间芯片短缺推高了手机和汽车的价格。他说，私营企业现在投资数十亿美元在美国建造新工厂，而不是进口这些芯片。

根据半导体行业协会委托波士顿咨询集团进行的一项新研究，到 2032 年，该计划预计将使美国生产的芯片数量增加两倍。该研究预测，建设热潮将使美国在全球芯片生产中的份额在 2032 年升至约 14%，而 2020 年为 12%。

美国市场份额总体小幅增长在一定程度上反映了欧洲国家、韩国、日本、台湾和中国也在加大对各自芯片行业的投资，突显出全球生产更多最先进半导体的竞争正在扩大和加速。

无论如何，兰德公司技术分析高级顾问吉米·古德里奇 (Jimmy Goodrich) 表示，这笔资金将极大地推动美国制造最尖端的芯片，并可能改变美国落后于世界大部分地区的产业轨迹。波士顿咨询公司估计，如果没有该计划，到 2032 年，美国的份额将下降到 8%。

Goodrich说：“《芯片法案》将阻止这种衰退，让大势恢复正常，回到更稳定的轨道上。”“这可能会略微增加美国的整体芯片产量，但更显著的增长将是先进芯片生产的相对份额。”

事实上，《芯片法案》的拨款主要集中在需要数百亿美元资本支出的尖端芯片工厂，波士顿咨询公司的报告预测，在这一领域，美国的份额将从零增长到 28%。这比负责监督这项资助的商务部长吉娜·雷蒙多 (Gina Raimondo) 最近预测的到本世纪末将占 20% 的份额更为乐观。

“由于《芯片法案》，现在每家能够大规模生产尖端半导体的公司都在美国扩张，我们增强了我们国家的供应链弹性和国家安全，”芯片计划办公室主任迈克·施密特 (Mike Schmidt) 在一份声明中表示。

《芯片法案》旨在重振美国芯片行业，并在对国家安全日益重要的领域抵御来自中国的日益激烈的竞争。它概述了对芯片工厂的 390 亿美元直接补助，以及对政府主导的研究和劳动力发展计划的资助，以及其他努力。因此，亚利桑那州、德克萨斯州、纽约州、俄勒冈州和俄亥俄州的新芯片制造工厂（称为晶圆厂）如雨后春笋般涌现。

政治手段

政府收到了数百份来自渴望获得资金的公司提出的补助申请。资金最多的是英特尔，该公司获得了高达 85 亿美元的补助用于多个项目，以及台湾半导体制造公司、三星电子和美光科技，这三家公司分别获得了超过 60 亿美元的项目补助。

全球最大的代工芯片制造商台积电将投资超过 650 亿美元在亚利桑那州建厂。三星将在德克萨斯州投资约 450 亿美元，内存制造商美光计划在纽约和爱达荷州建造价值高达 1250 亿美元的新工厂。

尽管与其他一些国家相比，劳资纠纷、成本上涨和环境审查延长导致工作放缓，但业内高管对该计划的推出大体上感到满意。

一些人表示，该计划的成功仍存在疑问，因为尚不清楚所有承诺的芯片工厂是否会全部建成。此外，台积电和三星预计将把最先进的芯片生产留在台湾和韩国。

台积电发言人表示，这一决定是基于将先进芯片制造转移到美国的实际困难，而不是出于政治考虑。三星拒绝置评。

一些投资者担心新工厂建设所需的资金数额。激进投资者埃利奥特投资管理公司（Elliott Investment Management）持有德州仪器 25 亿美元的股份，并于上个月致信其董事会，敦促放缓制造业增长支出以增加现金流。德州仪器预计将根据《芯片法案》获得补助。

一些公司错过了机会。大约两年前，美国芯片制造商 SkyWater Technology 公布了在印第安纳州西拉斐特建造一座价值 18 亿美元的研究和生产设施的计划，该设施将由《芯片法案》下的政府资助。

三月份的一项支出法案规定，将《芯片法案》中的 35 亿美元资金保留用于制造国防工业芯片的安全项目，预计这些资金将流向英特尔。

这一变化导致该办公室拨款取消了 SkyWater 和芯片制造设备制造商 Applied Materials 等公司正在规划的商业芯片研究和生产设施的资金。

SkyWater 最近决定取消该项目并放弃对该土地的选择权。这家位于明尼苏达州布卢明顿的代工厂为军方和其他客户生产老一代芯片。

“该项目被搁置，没有明确的推进计划，但这一概念是可行的，”SkyWater 首席执行官 Tom Sonderman 表示。“如果政府机制到位以支持研发设施，SkyWater 将研究这些机会，”他说。

据知情人士透露，Applied Materials 仍计划建造其研究中心，最初预计耗资 40 亿美元，但可能不会在一个设施中建造，而且部分设施可能位于美国境外。

资金缺口

该计划的影响还受到芯片工厂高昂成本的限制。一家先进的芯片工厂的成本可能超过 200 亿美元，而计划中的美国工厂要到本世纪末才能投入运营。这些现实意味着，即使是历史性的 390 亿美元补助计划本身也无法显著地使全球份额向美国倾斜。

行业组织 SEMI 首席执行官、芯片制造商 GlobalFoundries 前首席执行官 Ajit Manocha 表示：“这也许只能支持几家大型工厂，但我认为这是起点。我非常肯定，商务部和政府总体上都明白，我们还有一个巨大的缺口需要弥补。”

Manocha 表示，如果国会通过进一步补充芯片法案资金，那么这个缺口可能需要数千亿美元才能填补，而且需要十年时间。

芯片公司认为该计划是长期努力的良好开端，可能需要更多资金，尽管目前尚不清楚立法者是否有意愿通过进一步拨款来支持该行业。

行业高管表示，在没有更多补助资金的情况下，购买芯片制造设备的税收减免最终可能会产生更深远的影响。《芯片法案》包括对该设备的 25% 税收抵免，一些高管估计，这已经为该行业注入了数百亿美元。

英特尔首席执行官帕特·基辛格在接受采访时表示，税收激励是长期保持该计划势头的最重要机制，其他机制还包括支持供应链和国内创新。

税收抵免将于 2026 年到期，行业游说者已经在准备推动延期。

“先进”困惑

摩尔定律的动态特性预测芯片上的晶体管数量大约每两年翻一番（在成本保持不变的情况下），这导致创新源源不断，新工艺技术发展迅速。回顾一下台积电过去十年的发展。2014 年，它是第一家大批量生产 20 纳米技术的公司。现在，在 2024 年，该公司正在大规模生产 3 纳米范围内的逻辑技术。相比之下，英特尔目前正在大规模生产其intel 4。（2021 年，英特尔将其7 纳米处理器更名为intel 4。）

如今，先进技术和前沿技术的定义充其量也只是模糊的。

就在 2023 年，台积电的年度报告还将小于 16 纳米的任何技术都定义为前沿技术。Trend Force最近的一份报告将 16 纳米作为“先进节点”和成熟节点的分界线。Trend Force 预测，2023 年至 2027 年间，美国先进节点制造业的增长率将从 12.2% 增长至 17%，而雷蒙多部长则表示，到 2030 年，“前沿”制造业的增长率将从 0% 增长至 20%。

这种不明确的状况可以追溯到 2020 年半导体行业协会 (SIA) 的一项研究，该研究成为美国《CHIPS 法案》的推动力。2020 年 SIA 报告根据美国芯片制造总量得出的结论是，1999 年至 2019 年间，美国芯片产量从 37% 下降至 10%。为了激起美国对失去制造业领导地位的担忧，它指出中国新芯片工厂的快速增长，尽管按照任何定义，这些工厂都不能被视为尖端工厂。

SIA 和波士顿咨询集团发布的关于半导体供应链弹性的2024 年新报告通过改变先进技术话语的衡量标准，进一步混淆了情况。该报告将 10 纳米范围内的半导体定义为“先进逻辑”，并预测美国在先进逻辑领域的地位将从 2022 年的 0% 上升到 2032 年的 28%。该报告还预测，“前沿”的定义到 2030 年将涵盖 3 纳米以下的技术，但未能提供美国在 3 纳米以下领域地位的任何预测。

这引出了一个问题：Raimondo 实现 20% 前沿技术的目标应该在现在被视为“先进逻辑”的范围内进行评估，还是应该将标准保持在更严格的“前沿”定义下？正如报告中所见，如果以“先进逻辑”为评估基础，美国制造业将以较大的优势实现 20% 的目标。然而，如果坚持更严格的“领先优势”概念，20%的目标可能更难实现。

美国《芯片法案》下最新的资助机会通知将前沿逻辑定义为5nm及以下。《芯片法案》的许多逻辑激励措施都是针对4nm和3nm级别的项目，这些项目大概符合当今前沿的定义。

英特尔已宣布计划在亚利桑那州建造一座20A和一座18A工厂，在俄亥俄州建造两座前沿工厂，将最新的High NA EUV光刻技术引入其俄勒冈州的研发工厂，并在新墨西哥州扩建其先进封装。

台积电宣布将利用其激励措施开发4nm FinFet、3nm和2nm，但未能确定将为每种工艺分配多少产能。同样，三星也透露了利用《芯片法案》资金建设4nm和2nm以及先进封装的计划。与台积电一样，三星尚未公布其在每个节点的预期产量。

然而，到台积电和三星的4nm项目完成时，它们不太可能按照行业标准被视为前沿。台积电目前已开始量产 3 纳米芯片，预计明年将实现 2 纳米技术的量产。英特尔和台积电都预计到本世纪末将实现 2 纳米以下技术的量产。

此外，中国台湾当局还计划在本世纪末突破 1 纳米，这可能会导致“领先”的标准更加狭窄。

这样一来，美国的成功将取决于行业的发展速度。到目前为止，《芯片法案》为尖端制造拨款的计划是为两家 4 纳米制造厂和六家 2 纳米或更低制造厂做出贡献。如果“尖端”的范围如预期的那样在 2030 年缩小到 3 纳米技术，那么为尖端制造而建造的制造厂中约四分之一将不会为美国的整体尖端产能做出贡献。

如果“前沿”的概念进一步缩小，那么计入美国前沿产能的制造设施将更少。例如，如果中国台湾在 1 纳米技术上取得成功，那么即使是 2 纳米“前沿”定义的有效性也会受到进一步质疑。在这种情况下，中国台湾不仅要追逐一个不断变化的目标，而且会在此过程中改变该行业其他部门的目标，这将极大地增加美国实现 20% 目标的难度。因此，美国领导层在发展自身制造领域的同时，必须密切关注国外制造领域的发展。

其他因素

衡量《芯片法案》是否成功，不仅要考虑美国建造的尖端制造设施的产出，还要考虑美国境外新工厂的增长。具体来说，要将其全球尖端产能份额提高 20%，美国不仅要跟上外国竞争对手的步伐，还必须超越它。

这意味着美国必须与亚洲竞争，几十年来，亚洲的政府补贴和宽松的监管环境推动了制造创新。尽管亚洲制造公司将为美国芯片制造能力的提高做出贡献，但看起来大多数芯片制造产能至少到 2030 年仍将留在亚洲。

例如，台积电在亚利桑那州的首两家制造厂每月总产量可达 5 万片晶圆，而台积电目前在台湾运营着 4 家制造厂，每家每月可生产多达 10 万片晶圆。此外，台湾公司已宣布计划在台湾再建立 7 家制造厂，其中 2 家包括台积电的 2 纳米设施。

在韩国，总统公布了到 2047 年新建 16 家制造厂的计划，总投资额为 4,710 亿美元，并在此过程中建立一个制造巨型集群。三星将参与该巨型集群，这表明韩国将扩大其尖端产能。即使是近年来并非逻辑芯片制造大本营的日本，也已采取措施建立其领先的制造能力。

日本政府目前正在与初创公司 Rapidus 合作，启动 2 纳米芯片的生产，并计划建设 2 纳米和 1 纳米制造厂。尽管美国已采取果断措施启动芯片制造，但亚洲各国政府也在组织努力，以建立或保持其领先地位。

亚洲并不是唯一一个不断扩大尖端芯片制造能力的地区。欧盟内部半导体制造业的增长可能会进一步使美国将其尖端市场份额提高 20% 的努力变得更加困难。

欧盟最近批准了《欧盟芯片法案》，这是一项价值 470 亿美元的一揽子计划，旨在到 2030 年将欧盟在全球半导体中的份额提高到 20%。英特尔和台积电都已承诺扩大欧洲的半导体制造能力。在德国马格德堡，英特尔寻求建造一座采用 18A 后工艺技术的制造厂，生产 1.5 纳米级的半导体。

另一方面，台积电计划在德累斯顿建造一座制造厂，生产 12/16 纳米技术。尽管德累斯顿工厂可能不被认为是尖端的，但台积电的参与可能会在不久的将来导致欧洲境内出现更多的尖端投资。

除了《芯片法案》下的货币融资外，美国还面临着可能阻碍其成功的非货币障碍。台积电在亚利桑那州的建设困难已广为人知，与其在日本熊本的简短而成功的建设过程形成了鲜明对比。与台积电一样，英特尔在美国俄亥俄州的建设也面临挫折和延误。安全与新兴技术中心称，许多亚洲国家/地区都提供基础设施支持，放宽监管以加速物流和公用事业流程。

例如，在美光在中国台湾境内扩张期间，中国台湾投资主管部门协助该公司征地，减轻了该公司建设所需承担的行政负担。美国获得监管部门批准和完成建设所需的时间更长，为其他国家超越美国的增长提供了充足的准备时间。

此外，《芯片法案》奖励的经济利益需要时间才能实现。尽管有头条新闻声称《芯片法案》拨款已经颁发，但实际奖项尚未颁发。相反，英特尔、台积电、三星和美光收到了初步条款备忘录，但不具有约束力。这只是漫长的尽职调查过程的开始。每个接受者都必须协商一份长篇条款清单，并且根据每个项目的资助额度，可能还需要获得国会批准。

作为尽职调查的一部分，资助接受者可能还需要完成环境评估并获得政府许可。获得半导体工厂的政府许可可能需要12 到 18 个月。环境评估可能需要更长的时间。例如，根据《国家环境政策法》，环境影响声明的平均完成和审查期为 4.5 年。尽管最近宣布了初步条款，但实际条款清单和资助的道路仍需要时间才能完成。

即使尽职调查和条款清单能够迅速完成，受助者仍将面临数年的建设。商务部估计，在完成审批和设计阶段后，一座尖端晶圆厂需要 3-5 年才能建成。此外，四家芯片制造商中有两家已经宣布推迟《芯片法案》激励措施涵盖的建设项目。考虑到获得许可和完成尽职调查需要 2-3 年，新建需要 3-5 年，再加上一年的延迟，任何新晶圆厂开始生产可能需要 6-9 年的时间。为了实现《芯片法案》到 2030 年实现 20% 的目标，美国必须做的不仅仅是提供资金——它必须确保尽职调查和许可流程得到简化，以保持与欧洲和亚洲的竞争力。

美国前沿技术的未来

在摩尔定律下，“前沿”的含义不断变化，半导体行业中外国竞争日益激烈，最近宣布的近 280 亿美元用于前沿制造的拨款只是旅程的开始。美国芯片法案的真正考验将在未来几年发生，届时 CHIPS 办公室必须做的不仅仅是监控美国国内的半导体进展，还必须促进 CHIPS 法案项目的及时完成，并衡量其与海外扩张相比的竞争力。商务部必须不断评估其目标是否仍然与全球半导体行业的发展保持一致。

因此，美国是否能取得成功，很大程度上取决于实现 20% 目标的重要性。目标是建立稳定的先进逻辑制造供应，以抵御外国供应侧冲击，还是在东亚技术进步的背景下占据并保持技术领先地位？如果是前者，那么遵守“先进逻辑”的概念就足够了；与最初承诺的“前沿”相比，这种成就的程度将较小，但对美国来说，这仍然是一个有分寸、合理的目标。如果是后一种情况，实现 20% 的基准将使美国在全球供应链中占据更有利的地位。然而，要做到这一点，无疑需要在前沿领域投入比已分配的 280 亿美元更多的资金。

各国政府正加大力度投入，建立更强大的半导体生产能力，许多国家还将继续在未来几十年这样做。如果美国想要跟上其他行业的步伐，就必须保持对尖端技术的稳定支持。这将是一项昂贵的举措，但部长雷蒙多等一些领军人物已经建议出台第二部《芯片法案》，以扩大其初步努力；在全球竞赛中，另一项补贴计划将为美国提供向 20% 终点线迈进所急需的动力。因此，尽管美国在半导体行业的命运扑朔迷离，但有一点是肯定的：

《芯片法案》的完成不应被视为结论，而应被视为美国芯片制造业未来的序幕。