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3月11日,中、美两国半导体行业协会经过多轮讨论磋商,宣布共同成立“中美半导体产业技术和贸易限制工作组”。中美在半导体领域的竞争与合作,如果能转入良性轨道,对行业发展、对中美两国、对全世界都是好事。但美国国内也有很多人士,继续对中国半导体行业的发展抱有敌意,并将其与台海局势等地缘政治问题相捆绑。近日,美国《外交政策》杂志就发表了长篇报告,阐述这些问题。中国欢迎良性竞争,但也不可能一厢情愿地认为美国会彻底改头换面,美国部分人士的“分析”,恰恰提醒着国人。半导体器件,也叫作“芯片”,是经济增长、安全和技术创新的核心组成部分。面积小于邮票,厚度小于头发的直径,并且由将近400亿的组件构成,半导体器件对世界发展的影响超过了工业革命。从智能手机、个人电脑、心脏起搏器到互联网、电动载具、飞机和高超音速武器,无论是在电子设备中,还是在商品和服务的数字化过程中(如全球电子商务),半导体无处不在。随着人工智能(AI)、量子计算、物联网(IoT)和先进的无线通信等新兴技术的发展,需求在不断增加,同时也带来了无数的挑战和机遇。特别是5G,都需要尖端的半导体功能器件。但是,新冠肺炎和国际贸易争端限制了该行业的供应链和价值链,而美国和中国之间围绕技术优势的争夺战可能会进一步分裂供应链,导致技术碎片化,并对国际商业造成重大破坏。几十年来,美国一直在半导体行业遥遥领先,2020年占领了48%(即1930亿美元)的市场份额收入。根据IC Insights的数据,全球最大的15家半导体公司中,有8家在美国,英特尔的销售额排名第一。中国是半导体的净进口国,主要依靠外国尤其是美国的制造商来实现其大部分技术。中国2020年进口的芯片价值3500亿美元,较2019年增长14.6%。通过《中国制造2025》和《促进全国集成电路产业发展的指导意见》可以看出,在过去的六年中,中国一直在加大力度,利用财政激励、知识产权(IP)和反垄断标准来加快国内半导体产业的发展,减少对美国的依赖,并确立自己作为全球科技领导者的地位。随着美中竞争的加剧,特别是在前特朗普政府时期,美国一直在收紧半导体出口管制,尤其是针对中国的实体企业实施更为严格的许可证政策。美国仍然担忧中国通过民用供应链获取美国技术,并将其与中国军队和监控设备整合。夹在这些全球超级大国之间的是台湾积体电路制造公司(TSMC,简称台积电),也是业内领先的芯片制造商,拥有世界上51.5%的代工厂市场并生产最先进的芯片(10纳米或更小制程)。台积电同时供应苹果、高通、博通和Xilinx等美国和中国公司。直到不久前,该公司还为华为供货,但在2020年5月由于美国商务部出于安全考虑限制了华为供应商,它便与这家中国巨头断绝了关系。台湾地区同时也成为了地缘政治的焦点,因为前特朗普政府的举动加强了“美台关系”,导致台湾海峡的紧张局势升级。台湾地区是该行业复杂生态系统的一部分,这更广泛地表明,企业和国家越来越难以与地缘政治绝缘,特别是在美国和中国脱钩的压力之下。随着地缘政治、贸易和技术争端的增加,以及新冠肺炎持续损害着供应链和价值链,半导体公司正试图利用一些手段来保护其制造过程,如囤积物资或搬迁厂址,而这扰乱了整个行业。由于半导体是美中战略和技术竞争的核心,导致该行业持续面临一系列保护性关税和非关税措施,威胁到了该行业的生产和竞争力。这份《外交政策》的“内部报告”分析了中国大陆、台湾地区和美国在半导体领域不断发展的战略经济关系,审视了该行业私营和公共部门关键的行为体所面临的日益增长的经济和安全挑战,并在拜登政府寻求提高美国竞争力、遏制中国技术野心时,为其指明了机会。本报告特别指出:1. 半导体代表着美国和中国相互依赖的技术野心的关键。半导体对中美双方来说都很关键,有着技术上的脆弱性,中美双方在尖端半导体设备方面相互依赖,同时也依赖台湾地区。2. 尽管中国投入巨大,但要在未来5到10年内拥有独立的半导体制造能力几乎不可能。由于半导体制造设备(SME)和软件的获取渠道有限,中国企业无法与世界的顶级企业竞争,且整体缺乏行业知识也阻碍了自给自足的供应链的发展。3. 台湾地区将成为美中紧张关系的中心。鉴于中国在半导体制造和技术供应链中的核心地位,中国可能会利用其经济影响力,通过贸易限制、人才招聘和网络攻击关键企业,以获得支撑国内产业所需的核心半导体知识产权。4. 单方面的限制助长了企业与国家政府之间的不信任,可能会导致经济脱钩。美国对供应链各部分,尤其是像台积电这样的制造商施加单方面的经济措施,会促使私营和公共部门主体关注美国领导人的行动对全球供应链和企业竞争力的影响。一些公司认识到了这一关键的瓶颈和弱点,正在评估新的生产模式,分散投资和供应商,以规避美国的经济政策,这可能会破坏美国在该行业的主导地位。5. 拜登政府和美国企业之间的合作将是平衡国家安全和商业利益的关键。鉴于有关半导体监管的多边框架不包括台湾地区或中国大陆,拜登政府可以通过现有的论坛如经济繁荣伙伴对话(Economic Prosperity Partnership Dialogue,EPP)来加强美国与台湾地区的经济联系,通过战略经济对话(Strategic Economic Dialogue)加强美中的关系。并且还要评估一下目前的税法和联邦清洁空气法案下的许可程序,这对吸引投资和加强美国在该行业的竞争力也很重要,因为这些法规抑制了公司对美国制造厂的投资。全球半导体生态系统已经高度互联从广义上讲,半导体器件(也称为集成电路)、计算机芯片、微芯片或芯片是技术的基石。半导体是一种晶体材料,具有绝缘体(不导电的材料)和导体(导电的材料)的特性。半导体器件(如晶体管)具有控制电流流量的基本功能,通常连接或“打印”在电路板上,电路板是电子产品的硬件组件,为保证所有其他组件安装到位提供结构支持,并为将信号和电源连接到这些组件提供必要的布线。每个设备在各种微处理器芯片(如中央处理单元(CPU)、内存芯片、传感器芯片、图形处理单元(GPU)和电源管理)中执行特定功能。半导体器件还可以在手机、游戏系统、飞机、工业机械、军事装备和武器等设备之间实现通信。虽然半导体需求激增,但该行业的周期性特质导致了市场的波动性和回报的不可预知性。利润取决于芯片的类型、消费者的偏好,以及产品生命周期的缩短,而更新、更快的应用需求会导致技术迅速过时。随着每一代新的半导体越来越小,晶体管也越来越密集,生产的复杂性和成本也随之增加,使供应链的每个环节都有机会提高产品的竞争力和质量。因此,只有少数公司能够设计和制造先进的芯片,同时又能够灵活地进行不断的技术改进。从设备生产到芯片制造,产品和服务略胜于竞争对手的公司能够获得行业收入的很大部分比例(一般占到一半)。生产过程的三个主要部分包括:设计,制造,以及组装、测试和封装(ATP),生产的各种设计和制造设施(或称作“晶圆厂”,FAB),用以供给供应链。最大的半导体制造商分布在美国、韩国、欧洲和日本,但只有少数是垂直整合的:这些集成设备制造商(IDM)包括英特尔、三星、SK海力士和美光科技等公司。然而,该行业的很多企业都采用了“设计—代工”(Fabless-Foundry)的模式,将任务分配给专业的公司,并将价值链的一部分外包给台湾地区、中国大陆和新加坡的公司以降低生产成本,同时利用当地的专业知识提高产品性能。“设计公司”没有制造能力,只设计芯片,让代工厂专门制造芯片,封测外包供应商(OSAT)则负责测试半导体元件,并将其组装到运行设备中去。芯片价值的90%在设计和制造环节之间平均分配,10%分配给组装、测试和包装环节。过去几十年里,“设计—代工”模式越来越成为一种趋势以降低生产成本,同时也可以利用整个价值链的专业知识。供应链中的资本密集型部分,如设计和制造,需要高度专业化的知识和先进的生产设备,产能利用率为90%,通常分布在加拿大、欧洲、美国;而后端生产——测试、组装和封装组件,并整合进成品(如笔记本电脑)——则是供应链最劳动密集型的部分,往往分布在工资和税收较低的国家,如马来西亚、越南、菲律宾。因此,今天的半导体产业高度全球化,通常的生产过程要跨越四个国家和25000英里。新冠肺炎对供应链的破坏给行业敲响了警钟,迫使企业评估和规划其价值链模式,许多公司意识到,他们并不知道自己所依赖的所有供应商的层级。劳动力密集型的供应链运营环节,如制造和组装、测试、封装(ATP)阶段,特别受到社交距离、旅行限制和封锁措施的影响。同时,对私人通信基础设施(如个人电脑、服务器、用于家庭教育和在家办公的无线和有线通信,以及用于独立旅行的汽车)的需求在增加,过去一年中行业总收入增加了8%,但也削弱了这些已经非常脆弱的链条。随着新兴技术开发商(尤其是人工智能应用)推动需求,预计到2022年需求将增长50%,各行业的制造商和最终用户都在争相获取芯片。美国公司仍然是全球半导体行业的领导者,制造业大多外包——尤其给亚洲虽然美国公司主导着半导体供应链的许多部门,但他们长期以来一直专注于研发(R&D),这对推动持续创新至关重要。由于竞争激烈、技术变革迅速等严峻的市场条件要求不断的发展,研发和加大创新力度成为企业的首要任务。美国半导体公司每年将收入的20%(即400亿美元)投资于研发,使其成为占比仅次于制药业的美国第二大行业。该行业的研发投资已取得成效,先进半导体成为美国五大出口产品之一,仅次于飞机、石油(原油和精炼油)和汽车。值得注意的是,美国工业收入的82%来自海外,其中36%(即705亿美元)来自中国。鉴于联邦政府对私营部门半导体创新的支持相对有限,出口收入对于美国公司重新投资于研发的能力至关重要,这样才能保持技术领先以及行业中的领导地位。尽管美国公司一半的生产分布在美国80个晶圆厂和19个州,但美国的晶圆厂仅占全球制造业的12%。生产过程的大部分已经转移至亚洲,以便企业能降低成本,使其供应商基础多样化,并创建具有弹性的供应链,以此来抵御新冠肺炎等冲击,并减轻贸易争端的影响。据美国空军的商业和经济分析办公室估计,到2022年,90%的尖端芯片生产将分布在台湾地区、韩国和中国大陆。随之而来的将是美国晶圆厂在全球产能中的份额降至8%,中国产能增至35%。这种生产集中的趋势,以及美国公司越来越依赖亚洲半导体制造技术的趋势,使得供应链如果进一步中断或美国公司无法在该地区经营或运输货物,将对美国的经济竞争力和国家安全造成威胁。美国这种缺乏制造业和整体行业整合的部分原因,来源于建造和维护工厂的巨大成本,建成一个尖端工厂的成本需要150亿美元到200亿美元不等。制造设备价格昂贵,前端光刻设备用于绘制晶圆上高度复杂的电路图案,每台价格高达1亿美元。下一代半导体制造技术,将用于制造7纳米或更小制程的半导体,如极紫外(EUV)光刻,每台成本为1.2亿至1.7亿美元。对于先进的半导体生产,如5纳米制程,单晶圆可以有多达14层极紫外光刻,大大增加了资本成本。总体而言,与台湾地区、韩国、新加坡或中国大陆相比,在美国创立一家新晶圆厂,建设并运营十年的成本要增加30%至50%。除了晶圆厂费用高这个阻碍因素外,美国的环境法规也阻止了对美国半导体制造业的投资。总统科技顾问委员会(PCAST)指出,工业界认为《联邦清洁空气法》是及时批准设备使用的阻碍。施工前和运营的许可证由州和地方机构颁发,要批准大型项目可能需要12到18个月。在这个行业,要想将项目变现,竞争和革新的速度尤为重要,冗长的许可过程可能会阻碍美国建成工厂。美国在全球制造业中所占份额的下降,也是由于联邦政府缺乏激励措施,这种情况推动企业将生产部门转移到海外,尤其是亚洲。行业领袖们有针对性地指出,美国的企业税制度是经济合作与发展组织(OECD)中税率最高的,研发税收抵免相对较低,而且不鼓励对重资产行业进行资本投资。认识到这一趋势,加上对美国国内半导体能力减弱的战略担忧日益增强,《2021年国防授权法案》(NDAA)中“为美国生产半导体创造有利激励”(CHIPS for America)的条款,为企业提供高达30亿美元的资金在美国建造一座晶圆厂。这是目前唯一一项激励国内

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加速器

发布日期

2021年08月02日

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