最近的兩點新聞激起了半導(dǎo)體制造領(lǐng)域的人們。第一是臺積電宣布了他們在亞利桑那州投資120億美元的晶圓廠建設(shè)計劃。另一個是受Covid的影響，共和兩黨提出了230億美元的聯(lián)邦政府對半導(dǎo)體制造的投資計劃。
那么問題來了，這可能帶來什么影響？它能否有意義地改變半導(dǎo)體晶圓廠的格局？

半導(dǎo)體制造簡史

20世紀40年代，William Shockly發(fā)明了晶體管，因此美國成為了半導(dǎo)體的發(fā)源地。此后便催生了像仙童半導(dǎo)體（Fairchild Semiconductor）這樣的早期領(lǐng)導(dǎo)者，而后者又催生了像英特爾這樣的傳奇公司。這時期誕生的半導(dǎo)體公司都花費數(shù)百萬美元建造自己的晶圓廠，自己生產(chǎn)設(shè)備，制造基地也如雨后春筍般冒出來，硅谷也因此而得名。
到了80年代，日本開始在晶圓廠上進行大量投資，而美國開始失去在該行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)地位。日本人將他們的質(zhì)量和制造能力運用在諸如內(nèi)存芯片之類的領(lǐng)域中，這迫使英特爾在80年代中期將其業(yè)務(wù)方向從內(nèi)存芯片轉(zhuǎn)移到微處理器。然而，更大的轉(zhuǎn)變發(fā)生在90年代，即代工廠和無晶圓廠設(shè)計公司的出現(xiàn)。在臺積電和聯(lián)電等公司的帶領(lǐng)下，它們讓許多規(guī)模較小的晶圓廠不再具有成本效益。同時，像三星這樣的韓國財閥開始大量投資于制造業(yè)，現(xiàn)在三星和海力士這兩家韓國公司主導(dǎo)了存儲芯片市場。而美國現(xiàn)在生產(chǎn)的IC芯片不到全球的12％。
2014年，中國看到了半導(dǎo)體制造的重要新，并開始實施雄心勃勃芯片計劃，大力投入芯片制造以及半導(dǎo)體領(lǐng)域?，F(xiàn)在，中國的IC產(chǎn)量現(xiàn)在與美國差不多，占全球產(chǎn)量的12％。

當今美國的芯片制造

經(jīng)過一波整合和外包浪潮之后，大多數(shù)美國公司都退出了制造業(yè)競賽。只剩下三家主要公司：英特爾，美光和格芯（GF）。GF甚至是由阿聯(lián)酋主權(quán)財富基金Mubadala私有，而不是真正的美國公司。他們各自都有自己的利基市場，彼此之間不競爭。
英特爾是IDM（集成設(shè)備制造商），生產(chǎn)用于PC和服務(wù)器的微處理器。美光公司生產(chǎn)存儲芯片（NAND和DRAM），顧名思義，Global Foundries是無晶圓廠芯片公司的合同制造商。但是半導(dǎo)體制造是一項全球業(yè)務(wù)，
所有這三家公司都在全球各地運營著晶圓廠。英特爾通常在美國，愛爾蘭和以色列之間輪換新的晶圓廠。美光公司在日本和臺灣經(jīng)營晶圓廠，最新一筆巨額投資是在新加坡。GF在德國和新加坡也設(shè)有工廠。
讓我們看一下設(shè)置最先進的半導(dǎo)體Fab所涉及的關(guān)鍵要素。
1.持續(xù)的資本投資： 一個最先進的晶圓廠現(xiàn)在的價格超過100億美元。2019年半導(dǎo)體制造商的資本支出總額為1020億美元。為了與摩爾定律保持相同的節(jié)奏，公司必須每兩年將新技術(shù)節(jié)點投入市場。在這樣的規(guī)模下，230億美元的一次性投資不會改變美國的游戲。還有一個關(guān)于補貼結(jié)構(gòu)的問題。過去，例如在太陽能行業(yè)中，美國模式采用了通過信用，稅收減免等方式使用稅法的某種復(fù)雜結(jié)構(gòu)。但這是一種無效的資本配置方式。
2.工程學(xué)人才： 美國大學(xué)培養(yǎng)了大量的工程學(xué)畢業(yè)生，美國仍然是世界人才的理想去向（盡管政府最近采取了一些措施來改變這一現(xiàn)狀）。為新工廠配備人員應(yīng)該不是問題。
3.基礎(chǔ)設(shè)施： 土地，穩(wěn)定的電網(wǎng)，供水，運輸基礎(chǔ)設(shè)施都是必不可少的。從這個角度來看，美國并不缺乏。
4.供應(yīng)鏈： 半導(dǎo)體的供應(yīng)鏈與最終產(chǎn)品一樣具有全球性。一個國家要完全自給自足地制造是非常困難的，即使不是不可能的。美國在某些關(guān)鍵組成部分（如生產(chǎn)設(shè)備）上處于有利位置，最大的供應(yīng)商AMAT，LAM和KLA是美國公司。但是即使到那里，荷蘭公司ASML仍在關(guān)鍵光刻技術(shù)步驟上擁有壟斷地位。在材料方面，由于制造過程使用數(shù)百種化學(xué)物質(zhì)和氣體，甚至更加困難，其中許多必須從亞洲采購。因此，任何國家真正實現(xiàn)端到端的自給自足都是夢想。

誰將在美國建立新的晶圓廠？

英特爾歷來一直在積極地進行技術(shù)開發(fā)和建造晶圓廠。加上一些額外的激勵措施，他們很可能會選擇美國的地點，而不是愛爾蘭或以色列來進行未來投資。毫不奇怪，英特爾一直在大力游說爭取美國政府對該行業(yè)的支持。但是，即使是英特爾，過去也曾嘗試使用代工廠模型，但沒有取得任何進展。在最近的公告中，他們引用了其7納米工藝更多的延遲，甚至表明他們愿意使用外部合作伙伴進行制造。
通過收購日本和臺灣公司并在新加坡擴張，美光的發(fā)展得到了進一步的發(fā)展。存儲芯片是一種商品，對成本非常敏感。美光不太可能在不久的將來建立另一家美國大型晶圓廠。
Global Foundries已經(jīng)退出了爭奪最新工藝節(jié)點的競賽，并專注于諸如FDSOI之類的更多利基技術(shù)和應(yīng)用。他們也陷入財務(wù)困境，僅靠穆巴達拉集團背后的支持維持生計。在未來幾年內(nèi)，他們不太可能在世界任何地方看到一個新的先進晶圓廠。
全球廠商：其他頂級全球廠商（不包括中國公司）是臺積電，三星和海力士。三星在奧斯汀經(jīng)營著兩家晶圓廠，可以想象，如果有足夠的動力，三星將在那擴建工廠。Hynix沒有在美國運營的歷史（他們在中國擁有大型晶圓廠），也不太可能現(xiàn)在就開始運營。
臺積電（TSMC）涉足美國一家晶圓廠的想法已有一段時間，但從未成功。臺積電也受到中國臺灣政府的高度重視，被列為國家的一顆明珠，并有充分的理由繼續(xù)在臺灣擴張。臺灣是一個小島，臺積電可以很容易地在各個站點之間輪換重要人員。盡管最近宣布了對亞利桑那州的投資，但除了政治方面，美國臺積電的優(yōu)勢很難看到。就像沒有在威斯康星州大肆宣傳的富士康工廠一樣，這可能是對未來關(guān)稅的政治對沖。蘋果也可能將其供應(yīng)鏈也轉(zhuǎn)移到美國。但是從純粹的運營和財務(wù)角度來看，此舉似乎沒有優(yōu)勢。

美國可以向中國模式學(xué)習(xí)嗎？

相比之下，中國通常通過直接股權(quán)投資或通過國有銀行貸款來轉(zhuǎn)移資金，這大大加快了建立新工廠的速度。中國公司也對行業(yè)抱有長遠的眼光，并愿意在虧損的情況下經(jīng)營數(shù)年。例如，它們完全主導(dǎo)了太陽能制造業(yè)（90％的太陽能電池是在中國制造的），并已成為顯示器制造業(yè)的主要參與者，從韓國人和日本人那里搶走了份額。
美國必須表現(xiàn)出對聯(lián)邦和州支持的類似長期承諾。但這在我們的政治體系中是非常困難的。再次以太陽能為例，聯(lián)邦稅收抵免和州激勵措施的各種組合被用來啟動該行業(yè)。這適用于成本不斷下降的安裝方面。但是美國在制造太陽能電池和組件本身方面只是次要角色。
最后，由于只有排名前5位的IC制造商才有能力制造領(lǐng)先的晶圓廠，因此任何政策都必須與這些公司的戰(zhàn)略目標保持一致。其中一些可以通過懲罰性措施來實現(xiàn)，例如關(guān)稅和貿(mào)易行動，但這在全球經(jīng)濟中很少是可持續(xù)的。
最后，將重點放在一小部分具有真正國家安全意義的關(guān)鍵芯片上，并在必要時繼續(xù)為其提供資金可能更有意義。但是，將集成電路制造大規(guī)模轉(zhuǎn)移回美國的可能性不大。