美國半導體產業的演進之路

2024-07-09 來源：國際電子商情

2625

隨著全球半導體競爭加速區域化重塑，各國日益重視半導體產業鏈建設。尤其是，美國的“重塑半導體產業鏈運動”開展得如火如荼。現在，由美國推動的產業鏈“補完”運動，已經擴展到全球主要半導體國家。

在過去三年間，筆者曾針對全球半導體政策做過多篇報道，并提到了“全球半導體供應鏈正面臨新的挑戰”——與過去追求更經濟的“全球分工合作”模式不同，如今大家為維持自己的供應鏈安全，更加注重本土半導體產業鏈的建設。

到2024年，全球政治博弈持續深化、世界局勢風云詭譎。從幾年前的“逆全球化”跡象冒頭，到現在各地區半導體產業鏈建設進入新階段，供應鏈“脫鉤”成為一些人談之色變的話題，無論大家是否愿意看到這種情況的發生，都難以扭轉全球供應鏈系統正走向分裂的事實。

在這一波轟轟烈烈的產業鏈建設運動中，半導體制造的重要性提升到了新的高度。伴隨半導體技術的不斷演進，半導體制造環節的地位也日益突出，美國為完善自己的半導體產業鏈，針對制造環節進行了大量的投資。

從產業政策到科學政策，再到產業政策

作為集成電路和晶體管的發源地，美國聚集了一批世界頂級半導體企業，該國在全球半導體領域占有重要地位。但美國的半導體制造經歷了“起源-興盛-衰退”之路，最近幾年，該國試圖“重振”其半導體制造的雄風。

美國的半導體產業主要有兩種戰略——產業政策和科學政策。前者關注半導體產業的整體發展，需要建設基礎設施，是一種重資產戰略；后者關注半導體技術的研發和創新，涉及到對科研機構和高等教育機構的資助，是一種輕資產戰略。

半導體在美國誕生之初，參與者主要采用IDM(垂直整合制造)模式，這種模式技術門檻大、投入資金多、風險高。在這種模式下，芯片從設計、制造、封裝測試到銷售所有的環節由一家公司獨立完成，其代表企業有英特爾、德州儀器等。

在20世紀70至80年代，輕資產的科學政策在美國興起。隨著芯片制造工藝越來越復雜，相應的建廠成本也更大，一些擁有晶圓廠的公司為了提高產能利用率，也開始為其他公司做代工。在這種背景下，上個世紀80年代，美國出現了Fabless公司，這類半導體企業沒有晶圓廠，其芯片主要由有晶圓廠的公司代工，相較于建造自有晶圓廠的模式，這種模式的資本投入相對較少，代表企業有高通、英偉達等。

直到1987年臺積電的成立，半導體純代工廠(Foundry)的模式被廣泛認可，Foundry最初作為行業的補充而存在，主要接IDM廠超出自身產能的訂單，但Foundry也極大提升了Fabless模式的確定性。此后，Fabless廠商的芯片主要交由Foundry廠代工。

也是在20世紀80年代，受地緣政治、產業政策、制造模式變革等因素的影響。全球半導體產業迎來首次大遷移——首先是從美國轉移到日本；爾后，在20世紀90年代末到21世紀初，從日本轉移到韓國和中國臺灣；在2001年之后，又從韓國、中國臺灣轉移到中國大陸。現在，半導體業內人士普遍認為，全球半導體正迎來第四次重構，這次重構由美國主導，供應鏈重構的核心力量則是中國大陸。

從半導體在美國誕生并得到發展，到美國把重資本的制造環節外遷，再到美國意識到每一個環節都不可或缺，該國半導體政策經歷了一個輪回——從重視產業政策到重視科學政策，現在又回到重視產業政策上來。

在新一輪的重產業政策的背景下，美國推出了一系列政策和法案，針對半導體項目進行了多筆投資，此前筆者針對該內容做過諸多介紹，因此在本文中就不再贅述。

給在美國建新工廠的半導體企業巨額補貼

本世紀的第三個十年，在新冠疫情、俄烏沖突等因素的影響下，美國對自己的半導體供應鏈進行了審查，然后開始構建自主可控的半導體產業鏈。雖然美國半導體產業的基礎較強，但是此前因輕資產化策略盛行，導致該國在半導體制造環節，尤其是先進工藝上的基礎較為薄弱。

因此，加強半導體制造環節的實力，成為拜登執政后的重要議題。為了實現該目標，拜登政府通過強化技術研發、推動先進半導體企業赴美建廠、構建半導體產業鏈聯盟等方式，來彌補制造能力的短板并掌控尖端芯片技術。

美國的許多優惠政策和政府撥款并不只針對本國企業，例如，美國還與日本、韓國等在半導體產業方面進行了合作，其527億美元的半導體補貼計劃中，還針對在美國建廠的韓國、日本、中國臺灣的半導體企業進行補貼。而在這527億美元的補貼中，有390億美元以直接資金的形式，補貼給半導體生產廠商。

目前，臺積電、英特爾、三星等公司均有計劃在美國建廠，但受諸多因素的影響，這些新工廠的量產時間都有推遲：

臺積電計劃在美國亞利桑那州建設三座新工廠，第一座工廠生產4納米制程芯片，其量產時間推遲到2025年，第二座工廠計劃生產3納米+2納米制程芯片，但量產時間推遲到了2028年；第三座工廠預計在2029年至2030年量產，將生產2納米或更先進制程的芯片；
三星電子在美國計劃建兩座晶圓廠、一座研發中心和一座先進封裝設施，其中兩座晶圓廠位于得克薩斯州泰勒市，第一座晶圓廠原計劃于今年下半年量產，但后續推遲了量產時間，目前未確定具體時間，第二座晶圓廠將在2030年投入運營；
英特爾計劃投資200億美元在俄亥俄州建立兩座芯片工廠，但這兩座新工廠的投產時間已經延遲到2027-2028年。

為什么大家會推遲量產時間？在各種報道中顯示的推遲量產原因五花八門，但均有提到“美國的補貼發放速度慢”的問題，在美建廠的半導體巨頭苦等補貼，導致新工廠施工進度慢，最終量產時間受到影響。

值得注意的是，自2023年12月開始，美國政府進一步確認每家企業的補貼款，截至2024年7月上旬，至少有7家公司獲得補貼。

其中，美光獲得61.4億美元直接資金，同時，該公司有資格獲得美國財政部的投資稅收抵免(預計可抵免25%)，另外，紐約州政府也將為美光提供價值55億美元的激勵措施；三星獲得64億美元直接資金，該公司還計劃申請美國財政部的投資稅收抵免；臺積電獲得66億美元的直接資金，并提供50億美元的低息政府貸款；英特爾獲得85億美元的直接資金和110億美元的聯邦貸款擔保。

除了超過50億美元的補貼之外，還有一些公司的補貼金額為數十億美元、數億美元，這些公司分別是：Global Foundries(格芯)獲得15億美元直接資金和16億美元的貸款，以支持在紐約州馬爾他再興建一個新廠，并擴大在紐約州馬爾他和佛蒙特州伯靈頓廠的生產規模；Microchip Technology(微芯)獲得1.62億美元的政府補貼，分別用以擴建科羅拉多州工廠和俄勒岡州工廠。

盡管從2022年發布半導體補貼政策，到2023年12月才開始確定企業的補貼金額，美國政府的工作效率并不算高，但是至少看到該國針對半導體產業的確有做出努力。這些補貼將給該國半導體行業帶來哪些效果？還待進一步觀察，后續筆者將持續關注。

老牌IDM轉向Fablite或Fabless

除了政策方面的一些變化之外，許多美國老牌IDM的商業模式也在發生變化。

21世紀，隨著半導體制造工藝不斷演進，Foundry在供應鏈中越來越重要。再加上，芯片制造難度指數及提升，IDM維持產品更新迭代，需面臨更大的壓力。出于對成本和產品布局的考慮，全球IDM紛紛停產設備落后的晶圓產線，美國的老牌IDM也開始走向轉型之路——他們有的出售老舊晶圓廠，保留先進晶圓廠，并將部分制造業務外包，僅保留少部分產品自產，有的甚至出售全部晶圓廠，轉型為Fabless。

最近幾年，英特爾(Intel)、安森美(onsemi)、德州儀器(TI)等公司均在出售老晶圓廠，增加非關鍵生產環節業務委外加工的訂單。

比如，英特爾在2021年底完成對閃存、SSD業務的出售，今年6月4日宣布出售Fab 34晶圓廠的49%股權，為推進芯片制造業務的擴展，計劃在愛爾蘭、德國、馬來西亞建設新的工廠，在IDM 2.0戰略中強調進一步利用第三方代工產能。

2021年，安森美正式宣布將轉型為Fab-Liter，將重心轉向300mm(12英寸)晶圓產能，并退出規模不足的晶圓廠。該公司先后出售了其比利時Oudenaarde的6英寸晶圓廠、美國緬因州南波特蘭8英寸晶圓廠、日本新瀉8英寸晶圓廠等。除此之外，安森美還收購了GlobalFoundries(格芯)位于美國紐約州的12英寸晶圓廠。

德州儀器近幾年的發展戰略主要圍繞持續投資與產能擴充、技術創新與產品研發、市場與業務拓展、環境可持續性，以及優化資本支出與運營效率等方面展開。這些戰略的實施將有助于德州儀器鞏固其在全球模擬芯片市場的領先地位，并持續推動公司的增長和發展。

在投資方面，2021年德州儀器以9億美元的價格收購了美光科技在猶他州李海(Lehi)的12英寸晶圓廠，收購完成后德州儀器對該晶圓廠進行了改造，從而能夠通過65nm、45nm制程生產模擬芯片與嵌入式處理產品。

還有另一家值得關注的巨頭——AMD，它成立于1969年，當時是集成設備制造商(IDM)，到2025年該公司選擇退出IDM模式，同時剝離了芯片制造板塊(即GlobalFoundries)。在剝離完成之后，AMD的發展整體上是積極的，其股價和市場份額都有了新成長，另外，AMD與多家晶圓代工廠建立了合作關系，臺積電是AMD的主要代工廠，AMD與GlobalFoundries仍在繼續合作。

無論是繼續堅持IDM模式，利用自己的垂直整合優勢，從設計到制造全面把控產品質量與成本；還是選擇轉向更靈活的輕晶圓廠(Fablite)模式，通過與一些晶圓代工廠合作，減輕資本投入壓力，加速產品上市周期；或是徹底轉型為Fabless，專注于芯片設計與研發，將生產環節外包，以更輕資產的姿態專注于技術創新與市場拓展。每種選擇都承載著企業的戰略遠見與未來愿景，關鍵在于精準判斷市場環境、技術趨勢及自身核心競爭力，以制定出最適合自身發展的路徑。