柔肠百结：美国计划提升本土半导体制造能力

去年第4季车用芯片严重缺货引起欧美国家高度重视，美国更重新审视其半导体产业的发展现况，发现其本土半导体生产能力严重不足，于是在《2021 财年国防授权法》（National Defense. Authorization Act for Fiscal Year 2021）中制定了条款，授权联邦政府对美国本土半导体制造及半导体研发投资祭出激励措施，以及通过投资税收抵免来支持制造业的努力。[1] 美国的顾问服务机构Boston Consulting Group (BCG)及半导体产业协会 (Semiconductor Industry Association，SIA)合作发表的一分研究报告[2] (以下简称为「报告」)，分析了美国政府的激励措施会对本土半导体制造业产生什么影响。

在数字化转型、人工智能和5G通信的时代，半导体行业对于经济竞争力和国家安全至关重要。尽管在EDA、IC设计、核心IP的部分美国可以说是傲视全球，但美国的半导体制造市占率已从1990年的37％下降到2020年底的12％。而且，在全球新开发的半导体产能中，只有6％位于美国。相比之下，预计在未来十年内，中国将增加约40％的产能，并成为世界上最大的半导体制造基地 (如图1所示)。

报告表示政府政策一直是让亚洲半导体制造业强劲成长的主要因素：这些国家将战略重点放在半导体上，并透过优惠的补助政策、税收抵免和其他政府激励措施来支持其国内制造业的发展，从而使其本国经济更具吸引力。

另一方面，无晶圆厂IC设计公司模式的兴起也对半导体产业的发展造成了一定的影响。许多美国公司采用了这种商业模式，依靠国外的合作伙伴（纯晶圆代工厂）来进行生产制造，让本身可以专注于半导体芯片设计和商品化。这些外国的代工伙伴在其他国家／地区能以较低的成本和具吸引力的政府激励措施来经营。目前纯晶圆代工厂占全球半导体制造能力38％，其中只有7％位于美国。相比之下，美国的整合组件制造商 (IDM)的占比要高许多，达到14％。

数据源：VLSI Research projection；SEMI second-quarter 2020 update；BCG analysis；2020 / 09

备注：所有产能均以8吋或等值晶圆计算，不包括产能低于5 KWPM或小于8吋晶圆之产能。

1Others包括以色列、新加坡及其他地区。

对美国来说，半导体产能的市占减少不是技术的问题，事实上，在10纳米以下的先进制程，美国有28%的全球市占率。而且，美国公司在不同产品领域（逻辑、内存、模拟）的先进制程研发也是领先全球的，包括应用于晶圆厂的软件、设备、以及制程制控工具等等 (如图2所示)。现在比较大的问题是许多公司都选择在美国以外的国家或地区建厂，为什么呢？

图2. 美国在半导体价值链中制造领域市占率明显偏低（左）；其半导体业产值也普遍比别的产业低（右）

数据源：半导体价值链部分：为BCG依据Gartner、SIA、SEMI数据及各公司财报的分析结果；美国不同产业产值部分：为BCG依据Oxford Economics所作的宏观经济分析。
备注：DAO = Discrete, analog, optoelectronics; EDA = electronic design automation tools; ICT = information and communication; OSAT = outsourced semiconductor assembly and test

成本为最大考虑

报告指出美国的半导体制造能力之所以日渐萎缩与成本结构很大的关系。在选择建造前端制造设施的位置时，美国在关键因素上的排名很高，像是有可以获得熟练人才的管道以及足够的知识产权保护。但是，于美国建置新晶圆厂十年的总拥有成本 (Cost of Ownership) 比台湾，韩国或新加坡高约30％；如果与中国大陆比，更是高出37％至50％。也就是说，其初始投资和年度运营成本的差距落在100亿美元至400亿美元之间（视乎生产的产品类型）。

从图3「选择晶圆厂位置的关键因素」可见，尽管美国在三个选择晶圆厂的位置条件上都获得了很高的评价，但美国在晶圆厂经济效益方面却没有竞争力。美国在五个最重要的因素中，有三个是名列前茅的：分别是与现有产业生态有协同作用、人才的获取以及对知识产权有足够的保护。但是，在另外两个关键因素（劳动力成本和政府激励措施）方面，美国被认为是远远落后于其他地区的 (如图4所示)。

评分标准：1-5，5 = 非常吸引、1 = 一点吸引力也没有。

政府的激励措施对晶圆厂经济效益有实质的影响

从图5可见，一个标准产能的先进半导体晶圆厂约需要50亿（用于制造高阶端比IC）到200亿美元（用于高阶逻辑IC和内存）之间的资本支出（包括土地、建筑物和设备）。这样的支本支出已大大高于下一代航空母舰（130亿美元）或新核电站（40亿至80亿美元）的估计成本。除前期资本支出外，报告还计算出每年的现金运营支出（薪资、器具等）总计约为6亿至20亿美元。因此，在不考虑政府激励措施的情况下，新晶圆厂的整体拥有者成本 (TCO)总额在十年内可能会达到110亿至150亿 (用于制造高阶端比IC)及300亿至400亿（用于高阶逻辑IC和内存）。

由于资金数目相当庞大，因此政府提供的激励措施相当重要，并且已成为新晶圆厂投资业务时的必要考虑。政府激励措施通常可以让厂商减少在土地、建筑物和设备方面的前期资本支出，有时候也会扩展到经常性运营支出，像是人工成本。总体而言，根据国家／地区的不同，报告估计政府的激励措施可以抵消新建晶圆厂的TCO的15％至40％（与实施激励措施前相比）。

（编辑：辽源站长网）

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