芯片制造業為何逃離美國,深扒 50 年政策找到真相

2021/4/6 23:14:13 來源:芯東西 作者:心緣 責編:騎士

芯東西 4 月 6 日消息,近期美國產經智庫 Employ America 梳理了過去 50 年間美國半導體發展的歷史,認為產業政策在半導體產業的發展中起著關鍵作用。

從上世紀 80 年代起,為了與日本、韓國等國家的半導體公司競爭,美國的半導體政策逐漸向縮減運營成本、提高公司利潤等方向傾斜,忽略了對于半導體供應鏈的構建,使半導體產業圍繞巨頭形成了一套脆弱的供應鏈

在 Employ America 看來,這種政策傾斜需要對目前美國芯片制造能力的衰落負一定責任。而對于半導體產業來說,正確的產業政策可以更好的保證供應安全,也能夠促進技術創新。

01. 美國半導體早期政策:多元化供應、實現技術共享

根據 Employ America 介紹,在半導體行業誕生之初,美國政府就通過產業政策幫助建設半導體多元化生態,確保技術上的進步也能在經濟上帶來好處。

60 年代以前,電子技術剛剛起步,美國國防部(DoD)就是美國半導體市場上最大的客戶。很多企業之所以能夠發育壯大,都是依靠美國國防部的訂單。一方面,美國國防部的采購協議保證了市場的穩定性,很多小公司可以放心擴充產能;另一方面,美國國防部依靠訂單得到的的準監管能力確保了半導體生態系統構建和技術進步的多元化。

由于美國國防部十分關心其半導體供應鏈安全,因此它對半導體供應和技術安全提出了很高的要求,比如 “第二來源”策略要求美國國防部采購的任何芯片至少由兩家公司生產;該策略還將采購和技術轉讓聯系起來,要求貝爾實驗室等大型研發部門公布技術細節并許可其他公司使用該技術。美國國防部的這種要求也直接促進了美國半導體公司之間的對話與技術共享。

對于美國國防部來說,“第二來源”策略確保了供應鏈的穩定。而對于整個行業來說,該政策加快了創新步伐,并使新技術迅速遍及整個行業。

事實上,當新技術在整個供應體系中自由移動時,所有公司都能獲得享受到技術進步帶來的好處;美國國防部的訂單也確保了投資者愿意增加支出,投資新技術。

這種競爭環境加上當時的反壟斷法,令很多小公司進入了野蠻擴張,美國模擬器件巨頭德州儀器就是借此獲得技術進入半導體行業。通過這種方式,在不斷地技術創新下,美國國防部保證了其工業能力的連貫性和針對性。

更重要的是,這一戰略下,半導體技術開發優先于任何單個公司的收入最大化或成本最小化,讓半導體行業不受所謂的 “市場規律”影響,將重點放在創新和生產上,沒有追求狹義上的經濟成功。

然而,到 20 世紀 60 年代末,該行業發展得如此之快,以至于政府采購已變得相對不重要,此時國防軍事采購只占不到 1/4 的市場,國防部通過 “第二來源”合同獲得的監管能力被大大削弱。

▲藍色柱狀圖為美國半導體公司營收,紅色曲線為美國政府采購所占比例(來源:ICE 半導體數據)

這種情況下,商業客戶和私營公司成為了更重要的采購商,政府的采購和指導變得相對不那么重要。在商業應用的推動下,1970 年成為了美國半導體產業的一個黃金時代。

因為美國國防部尋求專門解決軍事問題的電子技術解決方案,尤其是開發非硅基或不受輻射影響的半導體等應用范圍狹窄的技術,美國軍方和商業客戶的需求開始出現分歧。

1970 年代,在美國政府支持、協調逐漸減少的情況下,商業半導體市場開始蓬勃發展,小型公司和大型公司并存,MOS IC、微處理器、DRAM 等新發明將整個行業推向了新的高度。

當時,國際競爭的缺乏和市場的蓬勃發展,也確保了無論是創新還是利潤,大多數半導體投資都可以帶來豐厚的回報。

02.1980 年代:激烈的國際競爭促使政策轉型

只是好景不長,1980 年代,由于日本公司的快速崛起,美國開始失去了國際貿易市場和技術優勢。在日本國際貿易產業省(Ministry of International Trade and Industry)的產業政策指導下,日本也建立了與此前美國類似的半導體政策:國家集中統一的計劃指導、采購協議和低利率貸款。

由于此時半導體市場規模相比 60 年代已經增長了許多,日本政府采取了比美國更加嚴厲的政策,幫助建設產業基礎設施、協調計算機、半導體等領域的企業發展等。隨著東芝等公司在 DRAM 這個最大的半導體細分市場之一占據主導地位,日本開始成為美國半導體行業的主要競爭對手。

▲日本與美國半導體銷售情況對比(來源:ICE 半導體數據)

日本公司的競爭對美國半導體市場產生了巨大影響,其動蕩使許多美國公司永久退出了 DRAM 市場。作為回應,美國半導體協會開始游說美國政府保護美國免受日本 “傾銷”的影響,同時成立了半導體研究公司(SRC),組織、資助商業半導體研究。

此外,在美國政府資助下,14 家半導體公司還組建了半導體制造技術戰略聯盟 SEMATECH。最初該聯盟負責促進企業之間的橫向合作,很快 SEMATECH 轉向關注供應商和制造商之間的垂直整合,以最小化成本。

由于技術和經濟因素的共同作用,傳統的垂直整合公司在 20 世紀 80 年代開始解體。鑒于當時的經濟形勢,在競爭激烈的全球市場上,沒有人有興趣投資低附加值的生產。

▲美國半導體公司 IC 營收(來源:ICE 半導體數據)

MOS 晶體管的出現使得晶圓代工變得更加劃算,于是半導體巨頭開始兼并小廠商,傳統的 IDM(Integrated Device Manufacture)模式開始解體。

在 IDM 模式下,半導體公司需要負責芯片設計、制造、封裝、測試等多個流程,會導致公司規模龐大、管理成本較高、運營費用較高、資本回報率偏低。與之對應的是代工(foundry)模式,芯片的設計、制造、封裝、測試等各個環節交由專門的公司負責,資產較輕,成本相對較低,更為靈活。因此,臺積電等大型代工廠商與只專注芯片設計的無晶圓廠(fabless)半導體公司共存。

美國工業界對這一戰略的擁護在短期內取得了成功,使得 1990 年代美國半導體市場份額有所復蘇。同時,日本則開始面臨韓國公司的競爭。但從政策角度看,美國的半導體產業政策仍未起到太大作用。

相反,日本、韓國等產業政策通過國內整合、壟斷、采取貿易保護并加大科學研究資金取得了很好的效果。此前,美國 “第二來源”政策雖然加快了創新步伐,并確保了單個公司的失敗無法動搖整個生態鏈供應。

但是該政策也意味著大量的重復投資,很多美國公司雖然依靠 IDM 模式在發掘技術潛力、設計制造協同方面做的不錯,在激烈的市場競爭中,這些公司卻往往由于成本較高而無法產生足夠盈利能力。1990 年代,美國半導體產業開始實施科學技術政策。

該政策的重點是去除產業內的重復和冗雜,使得投資價值最大化,節省企業成本,增強半導體公司競爭力。

▲1994 年的美國國家半導體技術路線圖(來源:美國半導體產業協會)

此時,美國半導體行業的重點已從創建具有強大供應鏈的生態系統,轉變為協調公私機構、無晶圓廠設計公司、設備供應商和行業頭部玩家之間的復雜關系。

同時,更寬松的貿易政策和運輸能力的提升也使無晶圓廠半導體公司流行開來,因為這樣更加經濟,資產負擔也最輕。在這樣的分工下,美國半導體公司不需要投入大量研發費用,政府也可以避免大規模的投資支出。

過去幾十年,美國構建強大供應鏈的產業政策促進了大規模就業,大量技術工人集中在行業內部,也在某種程度上成為了技術創新的來源,《經濟地理(Economic Geography)》雜志 “無貿易的相互依存(untraded interdependencies)”一文解釋了半導體行業工人大群體的融合對該行業技術創新的重要性。

在激烈的市場競爭中,為了降低成本提高效率,縮減勞動成本占了上風。企業認為,將大量工人集中在一個環節是浪費、效率低下的,如果能夠縮小公司規模,其競爭力就會大大增強,但這種縮減很大程度上犧牲了企業的技術創新能力。

▲半導體產品附加值與半導體行業雇傭人數對比(來源:美國人口普查局)

理論上,在科學技術政策的指導下,政府能夠協調企業相互矛盾的需求,又不會在技術上進一步落后。但是因為美國政府也在節省開支,無法提供足夠的財政補貼,最終美國不得不允許所有半導體公司在不犧牲技術發展的情況下削減成本、追求利潤。

當很多公司削減開支時,這種集體行為進一步削弱了美國公司的技術創新能力。短期內,這種策略是成功的,美國花少得多的錢恢復了技術優勢,私人企業將研發重點集中在了領先現有技術的下一兩個節點上,而更長期的研究則由政府資助的研究人員進行。但是長期來看,美國半導體風光之下潛伏著眾多危險。

03.2000 年之后:制造優勢不再

在美國科學技術政策指導之下,“消除冗雜”和 “增加脆弱性”就是半導體供應鏈中硬幣的兩面。大量技術工人的聚集不僅有助于企業的技術創新,同時也在培養其下一代工程師與技術人員。在去工廠、輕資產的運營理念下,雖然每家半導體公司的資產負債表看起來更加穩健,美國芯片制造的優勢卻已經轉向中國臺灣、韓國等其他地區。

因為持續到投資不足、芯片產能嚴重下降,數十年來縮減勞動力成本也使技術人員和工程師數量下滑嚴重。Employ America 認為,這些問題是美國半導體企業長期追求高利潤、低成本所造成的,行業巨頭和無晶圓廠半導體公司創造了一個搖搖欲墜的生態系統。

與此前美國國防部類似,這些行業巨頭在行業研究和投入的優先級上占優絕對優勢,像英特爾的主要買家可以圍繞其需求構建行業供應鏈,一般來說這種脆弱的供應鏈在成本上具有很大優勢,但是當新冠肺炎疫情等事件爆發時,整個行業就會面臨各種沖擊,而針對短期盈利的供應鏈無法提供足夠的緩沖,也就會面臨當下的種種問題。

▲無晶圓廠半導體公司增長(來源:全球半導體聯盟、美國半導體產業協會)

從技術角度來看,當技術進步圍繞這些巨頭時,由于缺乏競爭對手,如果巨頭的技術路線發生錯誤,很可能會阻礙整個行業的發展。

而當半導體公司通過構筑專利墻就可以盈利必要時,那么研究、設計和構想就會優先于實施、生產和投資。這也是無晶圓廠半導體公司興起的原因。

▲美國公共(非國防)研發支出(來源:美國科學促進協會)

但是,有時候優先考慮研發反而會放緩創新的步伐,因為 “邊生產邊研究”是技術創新的關鍵。工程師會在生產過程中的每一步,以及供應鏈的每個環節尋求創新,將生產外包給代工廠,就會產生工藝上的黑匣子。另外,學術研究往往遠離當下的制造問題,因此時常偏離商業化的道路,無法驅動產業創新。

事實上,摩爾定律的逐漸失效、各種異構芯片的興起,都很好地展示了技術發展有時候不止一條道路。數十年來未能投資于工業生產能力和就業機會,造成美國公司高度依賴外部制造工廠。

▲美國聯邦政府研發費用撥款(來源:美國科學促進協會)

Employ America 稱,應該通過回顧半導體的產業政策歷史,重新在半導體供應鏈的每個環節推動技術創新。目前美國的科學技術政策并不足以重新構建美國半導體供應鏈,需要結合政府訂單、融資擔保等一系列產業政策,確保推動半導體產能迅速增長,而由政府主導的強有力的投資增長將創造高薪制造崗位,可以更好的減少失業率。

04. 結語:美國政府能否重建半導體供應鏈仍是未知數

從去年開始,美國政府就在積極恢復其的工業制造實力。針對半導體領域更是連連出招,吸引了臺積電、三星等眾多廠商赴美建廠。近期,美國政府更是拋出 2 萬億美元基建計劃,在逐漸加打政策扶持力度。

但在數十年的半導體發展史中,垂直分工模式的盛行促就了如今芯片設計、制造、封裝等各細分領域的供應生態,如果想要重組供應鏈可能需要相當長的時間。

在半導體領域則尤其困難,各細分領域市場十分集中,巨頭企業占據大部分市場份額。如今,臺積電、ASML 等公司已經表態,認為想要重新構建半導體供應鏈的想法存在很多問題。未來半導體市場格局將有怎樣的變動仍有待觀察。

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關鍵詞:半導體芯片

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