SIA & BCG：美国半导体制造业的复兴之路

2020年9月，美国半导体行业协会（Semiconductor Industry Association，SIA）与波士顿咨询公司（Boston Consulting Group，BCG）合作发布了一份研究报告，分析了美国政府谋划中的激励措施对国内半导体制造业的影响。

这份名为《政府激励措施与美国半导体制造业竞争力》（Government Incentives and U.S. Competitiveness in Semiconductor Manufacturing）的报告指出，作为曾经的集成电路发明者和这个领域的领航者，美国半导体制造业目前正在被全球尤其是东亚越抛越远。只有强有力的国家激励措施，才能扭转美国数十年来半导体生产规模持续下降的趋势，因此美国国会正在考虑立法，要求政府对国内半导体制造和研究进行大量投资。美国还计划在未来10年内在国内建设19个主要的半导体制造工厂，预计将提供7万个高薪工作岗位。

《电子工程专辑》大致翻译了一下这份报告，其总体可以分为三大块，围绕三个问题展开：在目前全球半导体分工体系和进展路径中，美国在哪些方面具有优势？劣势是什么？如何扭转这个劣势？以下是译文，在不改变原意的情况下作了一些编辑：

摘要

半导体对于经济竞争力和国家安全至关重要。 半导体领域的创新是推动全球经济进入数字转型，人工智能（AI）和5G通信时代的基础。 革命性的应用程序（例如增强现实或虚拟现实体验，物联网，工业4.0系统和自动驾驶汽车）正在逐渐成为商业现实。

美国企业在半导体研发方面一直处于领导地位，占全球收入的45％至50％。但是近几十年来，美国在全球半导体制造业所占份额急剧下降，设在美国的晶圆厂（包括总部设在国外的公司经营的晶圆厂）只占全球半导体制造能力的12%，低于1990年的37%。而且，全球新的开发能力中只有6％位于美国。相比之下，预计在未来十年内，中国将获得全球新增产能的40％左右，并成为世界上最大的半导体制造基地。

根据器件类型，如果美国新建一座新的晶圆厂，10年内的建设和运营成本，比中国台湾、韩国或新加坡的晶圆厂高出约30%，比中国大陆的晶圆厂高出37-50%。这一成本差异中，高达40-70%可直接归因于这些国家和地区采取的激励措施。

报告中强调，现代国防能力也依赖于由高级半导体组件提供动力的复杂电子系统。 2018年《美国国防战略》列出的国防现代化优先事项包括微电子、5G和量子科学，这是需要美国投资的战略领域。其他优先领域，例如网络安全，人工智能，自主系统和先进的成像设备，也严重依赖于先进的半导体。

未来十年，全球半导体产业的制造能力预计将增加56%。在联邦政府投资500亿美元的情况下，美国预计将获得14% 到24% 的尚未开发全球新产能，而在政府不采取行动的情况下，这一比例仅为6%。

图1，新政府激励措施对美国半导体制造地位的潜在影响。其中注释：1假定适用于未来十年在美国建造的新增量容量；2待寻址产能是指该行业需要增加的新产能，以满足预期的需求增长，但尚未在某地投入开发（仍可用）；3标准化为每月平均产量约75,000片（ wafer per month, wpm）大小的晶圆厂进行比较，与2020-2030年预测中使用的平均晶圆厂规模相符。 在2010–2020年间，美国实际建造的晶圆厂数量为19个（不包括实验单位和非常小的单位），平均规模约为40,000 wpm。

（资料来源：VLSI研究； 国际半导体设备和材料（SEMI），2020年第二季度更新； BCG分析）

概述

随着数字化连接的电子系统对于管理先进武器系统和关键基础设施变得越来越重要，由可信赖半导体供应商提供经济上可行、可靠和安全的组件，对美国的国家安全变得更加紧迫。由于同样考虑到技术领先和国家安全，许多国家开始关注其在半导体价值链中的地位。作为半导体领域的长期全球领导者，在过去30年中，美国在全球半导体收入中所占份额为45％至50％。但是，现在的重点是美国在半导体制造业中的份额正在下降，目前仅占全球装机容量的12％。

现代国防能力也依赖于由高级半导体组件提供动力的复杂电子系统。 2018年《美国国防战略》列出的国防现代化优先事项包括微电子、5G和量子科学，这是需要美国投资的战略领域。其他优先领域，例如网络安全，人工智能，自主系统和先进的成像设备，也严重依赖于先进的半导体。随着数字化连接的电子系统，对管理先进武器系统和关键基础设施变得越来越重要，由可信赖半导体供应商提供经济上可行、可靠和安全的组件对国家安全变得更加重要。

半导体行业技术领先的重要性和国家安全战略的重要性，正促使许多国家考虑其在整个半导体价值链中的地位。美国企业在半导体研发方面一直处于领导地位，占全球收入的45％至50％。但是近几十年来，美国在全球半导体制造业所占份额急剧下降，设在美国的晶圆厂（包括总部设在国外的公司经营的晶圆厂）只占全球半导体制造能力的12%。

中美之间持续的地缘政治摩擦以及新冠病毒疫情（COVID-19）大流行造成的破坏，也使人们对美国半导体公司在全球供应链中的潜在脆弱性提出了疑问，尤其是在大部分半导体制造都集中在东亚地区的时候。

近年来，美国发起了许多与国防部有关的计划，例如“可信可靠的微电子”计划（T&AM, Trusted and Assured Microelectronics），以确保供应美国国内的电子产品从制造层面开始就是安全的。全球最大的专用半导体代工公司台积电（TSMC）于2020年5月宣布计划在亚利桑那州建立先进的逻辑晶圆厂，这已被美国视为扩大本土芯片制造业的第一步。

报告中研究了一些美国在扩大导体制造份额过程中的案例。首先总结了美国目前的状况和趋势，以确定如果现状不变的话，美国在全球范围内的制造能力份额将如何变化，以及对美国半导体产业的潜在影响。

为了了解多年来美国全球制造业份额持续下降的根本原因，SIA和BCG还分析了在美国和其他地方建造和运营三种类型的工厂的总成本差异。 特别是每个国家通常提供的政府激励措施的水平。 分析表明，与中国台湾、新加坡和其他半导体制造业发达的地区相比，美国晶圆厂的成本十分高昂，其中40％至70％可直接归因于低得离谱的激励措施。

该报告采用了一种分析模型来评估美国在全球制造能力中所占份额，以及当前轨迹可能发生的变化。尽管报告未提供政策建议，但提出了如果美国要设定一个目标，即在新增的半导体产能中占据重要份额，并扭转过去30年的国内持续下滑趋势，需要提供哪些额外的政府激励计划。

展望未来，设计与制造之间更紧密的研发合作，对于开发架构和材料方面的创新尤其重要，如此才能维持未来新一代半导体在性能和成本方面的持续飞跃。而且，国家技术部门和先进国防系统都依赖于此。

目前美国在半导体制造领域的地位

美国发明了集成电路，长期以来一直是半导体的全球领导者。前文提到的美国公司始终占全球半导体总销售额的45％至50％，也是美国在整个价值链中的强势地位促成的。美国公司在电子设计自动化工具（EDA）、知识产权核心（Core IP）、集成电路设计和制造设备中的综合市场份额均超过50％。

相比之下，美国的半导体制造能力在1990年占全球的37％，而现在仅为12％。 （参见图2。）报告认为，美国在分立、模拟和光电产品中的制造能力份额仍然很高（30％），这三类产品可以简称合并为DAO（discrete，analog和optoelectronics）。尽管在亚洲各国加大投资，地位受到挑战的情况下，美国仍是复合材料半导体、射频和体声波（BAW）滤波器等特定领域的全球制造领导者。但是，美国在内存芯片（全球份额4％）和逻辑芯片（全球份额12％）方面的份额要低得多。

图2，美国半导体产业的优势与劣势，以及与其他制造业的横向对比。其中DAO =离散，模拟和光电； EDA =电子设计自动化工具； ICT =信息和通信技术； OSAT =外包半导体组装和测试。注释：1位于美国的全球总装机容量份额，与公司总部的位置无关。 2半导体总销售额中的份额（无晶圆厂加集成器件制造商）。

（资料来源：半导体价值链方面，是BCG基于Gartner，SIA，VLSI研究，SEMI和公司财务的市场数据进行的分析；对于美国占制造业增加值的份额，是BCG基于牛津经济研究院对宏观经济数据的分析。）

美国半导体制造业所占份额的下降与各行业美国制造业的总体趋势一致。 美国在全球制造业增加值中所占的份额从九十年代的25％到30%，降至2018年的17％。（见图3）但是，目前半导体制造仅仅12％ 的份额，远低于美国在航空航天等其他战略性行业中的全球制造份额（ 美国占49％），医疗设备和制药（约占25％）以及石化产品（约占20％）。 在依赖先进制造业的行业中，美国仅在消费电子（3％）、计算机和网络硬件（8％）等劳动密集型行业中份额低于半导体制造业。

与其他几个行业不同，美国半导体行业并未经历重大的调整浪潮，例如涉及关厂、倒闭等事件。相反在过去的30年中，美国的制造能力以每年7％的累计年增长率增长。 但是，同期全球产能每年以11％的速度增长。 美国的装机容量增幅已经被几个亚洲国家和地区甩在了后面——中国和韩国一直在大力投资以成为制造业强国。

图3，亚洲国家和地区超过美国装机容量的增长。注意：所有值均以8英寸等效值显示； 不包括产能低于5 k/wpm或晶圆尺寸低于8英寸数据。注释：1的容量，包括以色列，新加坡和世界其他地区。（资料来源：VLSI研究预测； SEMI 2020年第二季度更新；BCG分析）

报告指出，政府政策一直是亚洲强劲增长的主要因素。这些国家将战略重点放在半导体上，并通过优惠的赠款、税收抵免和其他政府激励措施支持其国内制造业的发展，从而使本国的经济更具吸引力。

同时，半导体行业见证了“无晶圆厂（Fabless）”模式的兴起。许多美国公司采用了这种商业模式，使他们能够专注于半导体设计和商业化，同时也依赖位于外国的签约制造合作伙伴（也称为专用或纯“代工厂”）。这些合作伙伴在其他国家/地区可以获得较低的成本和更具吸引力的政府激励措施，还能够降低全球范围内客户在大规模资本投资方面的风险。

这类专业的晶圆代工厂占全球半导体制造产能的38％，其中仅7％位于美国。相比之下，美国在全球集成设备制造商（IDM）中拥有的份额要高得多，占14％。IDM在自己的工厂中设计和制造产品，因此可以通过将两个流程都放在同一地点来实现协同效应。

美国在全球制造业产能中的份额预计将进一步下降。根据最新的全球代工企业晶圆厂建设计划，已经开发并计划在未来五年内投入运营的新产能中，只有6％将落户美国。这大大低于美国目前在全球已安装容量中所占的份额（12％），以及美国从2010年到2020年新增的全球新增容量中的份额（10％）。

SIA和BCG估计，如果不采取任何行动，到2030年，美国在制造业中所占的份额将下降到10％。相比之下，中国大陆计划将全球新增产能的40％揽入怀中，并且有可能成为半导体制造设备装机量的全球领导者。 到2030年，中国大陆的半导体制造能力将达到全球总产能的24％，大致相当于中国设备制造商在全球半导体需求中所占的份额。报告指出，尽管即使到2030年，中国在制造工艺技术上仍可能落后一代或两代，但其庞大的制造业基础可能会加速其学习曲线以缩小差距。

此外，现有集群对于建立新的半导体制造能力方面，具有非常重要的协同作用。 实际上，根据BCG对2020年6月从事制造活动的半导体行业协会成员公司的调查，晶圆代工厂将是否方便出货给系统集成商视为选择新厂位置时的最重要考虑因素之一。

毫无疑问，做什么事都是“近水楼台先得月”。随着时间的推移，这将导致美国制造业份额进一步下降，并且中国以及亚洲其他已经建立好的晶圆厂份额还将进一步扩大。 最终，如果当前情况没有重大变化，美国国内将越来越难保住在半导体制造领域的地位。

中国在努力追求半导体制造自给自足

中国的“野心”

长期以来，半导体制造一直是优先事项，但随着中国制造2025计划和提高半导体自给自足的目标，半导体制造从2014–2015年开始变得更加紧迫。

政府政策

中央和地方都有广泛的政策杠杆：

1，投资激励措施（土地、赠款、税收抵免...）

•在中国，激励措施可构成新工厂总拥有成本的30％-40％，远高于其他国家。
•国内和跨国公司都可以使用它们，但是最佳条款通常需要一些技术转让。

2，其他国家通常没有的一些支持

•设备以优惠价格租赁。
•公司可以低于市场利率获得信贷和贷款。
•国家直接以股权方式投资于国内公司（历史上提供低于市场的回报）。

经合组织（OECD）估计，2014-2018年，政府对中国四大半导体制造公司的支持总额超过了其收入的20％-30％。

图4，中国在全球半导体制造能力中所占份额的快速增长。（资料来源：SEMI，IC Insights和VLSI Research的中国市场数据，OECD， BCG）

为什么制造很重要？

美国在全球制造能力中所占份额的持续下降，可能会对美国半导体行业产生重大影响。

长期保持半导体创新的领导地位

制造业占据了全球总产值增加值的45％，约占全球半导体产业总研发投资中的20％至25％。制造业还是所有行业不断发展的中心。（参见图4）在过去的五十年中，通过工艺节点规模化（通常称为摩尔定律）的半导体制造不断进步，已经在半导体性能和成本方面取得了惊人的进步：每个芯片中包含的晶体管数量已经增长了近1000万倍，处理器速度提高了100,000倍，晶体管单位（transistor/Hz）成本每年降低超过45％。半导体技术的飞速进步和发展，促使1980年代占据主导的大型计算机过渡到了2010年代的智能手机，这是生产力和经济增长的驱动力。

图4，半导体制造的进步推动了芯片性价比的显着提高。（资料来源：英特尔； Singularity.com; 维基百科; BCG analysis）

既有研究表明，在产品设计和制造流程紧密相关的行业中，制造和研发基地在地理上的分隔，会产生负面影响。在半导体领域，无晶圆厂业务模式的成功需要设计公司与其代工合作伙伴之间的合作，但地理位置并不是必须的。但是，半导体行业正在寻求芯片架构和材料方面的新突破，以维持性能提高的步伐和满足成本需求，以使人工智能或量子计算等新关键技术成为可能。这些处于前沿层技术的进展取决于设计与制造之间不断加强的研发合作。

报告认为，鉴于美国半导体行业在基础科学、集成电路设计和生产设备方面的领先地位，增强其在制造领域的能力可以进一步强化它在这些创新领域的领头地位，而这些领域则是为未来创造新技术范式的关键。

美国能够保持在此类创新的最前沿的能力，将为其在定义半导体制造的时机、标准和商业模式上提供重大的战略优势，从而推动从制造设备和工具到设计的整个价值链创新步伐。

确保供应链弹性

保持强大的国内制造能力，对于确保美国半导体行业拥有高度弹性的供应链也至关重要。全球约有75％的半导体生产能力集中在东亚，在强大的集群效应的推动下，这一数字有望继续增长。

预计到2030年，仅中国大陆就将占据全球总制造能力的25％。中国台湾目前占全球领先先进节点(10纳米以下)产能的47%，这些节点用于生产智能手机或数据中心使用的高性能处理器等先进逻辑芯片。在内存方面，内存芯片约占半导体总需求的30％，而韩国的内存产能则占全球的40％以上。正如这次新冠疫情危机揭露的，某个产业在一个国家或地区的高度集中，会使全球供应链容易受到自然灾害、大流行病或地缘政治冲突等破坏的影响。鉴于半导体行业对美国经济和国家安全的战略意义，通过地理多元化来增强供应链的弹性势在必行。

对美国经济的额外好处

在美国拥有更强大的半导体制造业也会给美国经济带来额外的好处：

发展当地高科技集群，创造高质量的就业机会和经济繁荣。 标准规模的新工厂需要3,000至6,000名员工来操作，具体取决于做什么产品和用什么技术。 直接创造就业机会通常会对当地经济产生乘数效应，随着时间的推移，它还可以帮助吸引价值链中的其他公司，这些公司希望从集群效应中受益，例如半导体生态系统内部更紧密的协作、对当地人才库的访问、建立支持基础设施等等。 美国已经形成了一批充满活力的半导体制造集群，例如达拉斯和奥斯汀（都在德克萨斯州），波特兰（俄勒冈州）和菲尼克斯（亚利桑那州）周围的城市。

改善美国商品贸易平衡。 美国在半导体方面有非常大的贸易顺差，2019年超过80亿美元。如果在美国建设更多的晶圆厂，可以通过增加在美国设计和制造的半导体产品出口来扩大这一顺差，无论是向最终客户还是向外包组装和测试（OSAT）的海外工厂，以完成包装和测试的生产过程。

在价值链上实现集群效应并增强其全球供应链的弹性，对于美国半导体产业的持续竞争力至关重要。 这并不是说，美国应该为实现广泛的“自给自足”目标，而大举将半导体制造产能搬回国。 半导体行业本质上是全球性的，因为国家和地区在整个价值链中针对不同活动具有明显的比较优势。 这种特性使美国和外国公司能够以最低的经济成本获得最佳能力，从而推动行业技术突破背后的创新“良性循环”。此外，正如东亚制造业的高度集中也会造成供应链上的脆弱性一样，将在美国市场所需的所有产能放在美国境内也会造成脆弱性。

了解美国竞争力与全球可建厂地点

美国在全球半导体制造能力中所占份额的下降，并不是因为缺乏技术能力。 实际上，美国在领先节点和先进节点（10纳米或以下）的全球产能中占28％的份额，大大高于其在所有制造流程节点中12％的份额。美国公司在几乎所有半导体的制造工艺的研发方面处于全球领先地位，包括逻辑、内存和模拟器件，以及fab软件、设备和过程控制工具。

涉及半导体制造的全球前20名公司中有8家（包括IDM和代工厂），已经在美国开展制造业务，这些公司的产能合计占当前全球产能的80％以上。 半导体制造商在美国雇用约18万名员工，并在美国18个州设有晶圆厂。

那么，为什么制造企业选择在美国以外的地方建造晶圆厂？ 我们利用了在半导体行业的经验，与行业领导者的讨论以及对涉及制造业务的美国半导体公司进行调查，以确定这些公司在决定建立新工厂，并在美国与其他替代选址点进行比较时采用的关键标准。（参见图5）

在五个最重要的因素中，美国在三个方面排名非常有利：与现有足迹的协同作用，人才的获取以及对知识产权和资产的保护。 但是，调查发现在另外两个关键因素——劳动力成本和政府激励措施方面，美国被认为远远落后于其他地区。

图5，尽管在三个Fab选址标准中排名很高，但美国在工厂经济方面没有竞争力。（资料来源：BCG对SIA成员的调查，问题C2：选择晶圆厂位置最重要的决定标准是什么？ 注意：图表未显示被调查者认为不重要的其他因素。）

FAB位置选择的前五项标准的个人评级比较（资料来源：SIA会员调查数据，问题G1:请根据您选择工厂所在地的关键决策因素，对以下国家或地区进行评分(N = 6)。1 - 5的评分:5 =非常有吸引力，1 =完全没有吸引力）

确实，美国目前不是半导体制造行业最具有成本竞争力的地区。 半导体晶圆厂需要大量投资。 根据Gartner的数据，设计、IDM、代工厂和OSAT领域的68家最大的半导体公司在2019年全球半导体市场的资本支出占收入的比例超过20％，与电力和公用事业并驾齐驱，半导体行业是整个经济中资本最密集的行业。

为了量化美国与其他地区之间的成本差异，报告对三种具有代表性的晶圆厂在十年内的总拥有成本（TCO）进行了基准测试，以说明从2020年到2030这9年中将要建设的新产能。TCO的计算方法是资本支出加上十年期间的现金运营支出，再减去奖励。 （参见图6）

图6，三种具有代表性的晶圆厂类型，可以对不同地点的总拥有成本进行基准测试。但是这三种特定类型的先进晶圆厂是典型的例子，它们并不能说明未来十年将新增的所有产能，比如DRAM存储器、绝缘栅双极晶体管、图像传感器或射频滤波器等其他类型，预计在2020年至2030年之间将经历巨大的需求增长，也将需要额外的制造能力。（资料来源：SIA；BCG Analysis）

如图7所示，一个最先进的标准容量半导体晶圆厂大约需要50亿美元（先进模拟晶圆厂）到200亿美元（先进逻辑和存储器晶圆厂）之间的资本支出（包括土地、建筑和设备）。 这大大高于诸如下一代航空母舰（130亿美元）或新核电站（40亿至80亿美元）的估计成本。 除了前期资本支出外，我们还计算了持续的现金运营支出(劳动力、公用事业等)每年大约为6亿到20亿美元。因此，在不考虑政府激励措施的情况下，一家新晶圆厂的总TCO总额在十年内可能达到110亿至150亿美元（高级模拟），或300亿至400亿美元（高级逻辑或内存）。

考虑到这些数字的规模，政府提供的激励措施将是支持所需投资的基础，并已成为新工厂投资商业理由的常规组成部分。 政府激励措施通常会减少土地、建筑和设备上的前期资本支出，但也可以扩展到经常性运营支出，例如人工成本。 总体而言，根据国家/地区的不同，我们估计政府激励措施可以抵消新工厂总TCO的15％至40％（扣除激励措施之前）。

图7，政府激励措施对晶圆厂在经济上有重大影响。（资料来源：BCG analysis）

对于所考虑的每种类型的晶圆厂，我们已经分析了前期资本支出、年度运营成本和不同国家的政府激励措施。 根据我们的分析，在所有三种类型的晶圆厂中，美国晶圆厂的TCO比中国台湾或新加坡的同等晶圆厂高约25％至30％。 （请参见图表8）

中国大陆除了在工资结构较低的基础上，还提供了非常高的政府激励措施，似乎在成本上更具竞争力。即便不考虑中国在融资成本上的额外优势，美国建厂的TCO仍比中国大陆高50％左右。经济合作组织（OECD）在最近的一项研中表示，选择在中国进行技术共享的跨国公司，可以享受包括设备售后租回在内的更广泛激励措施。

图8，美国工厂的TCO比其他地区高25％–50％。（资料来源：BCG analysis）

几个因素可以解释TCO的这一显著差距：

•政府激励措施是一个主要因素。美国的激励措施处于该范围的低端，大大低于那些在亚洲拥有大型半导体制造基地国家的激励措施。 （请参见图表9）根据工厂类型和国家/地区的不同，这些激励措施占了其他国家/地区相对于美国成本优势的40％至70％。在某些情况下，激励措施会优先考虑一个国家的半导体制造领军企业，这样有助于支持国内半导体产业。

但是在许多情况下，跨国公司也可以使用这些激励。在某些情况下，美国在税收方面是有竞争力的，因为其实际税率明显低于名义上的公司税率，并且在某些地方大幅降低了州和地方税。但是，这些州和地方政府的激励措施远远少于其他国家政府提供的赠款和直接现金激励措施。

图9，各地政府激励的比较。注意：激励措施仅对运营的前十年有效，所有国家还包括100%降低设备进口成本，5%的研发核销和延期费用。（资料来源：BCG analysis）

要素成本的自然劣势。 美国和其他地区之间的总拥有成本差异大约为15％至40％，这是由于两个因素（劳动力和公用事业）的成本存在结构性劣势。 美国制造业的工资中位数高于其他国家，而美国晶圆厂建造和运营的劳动力成本比新加坡和中国台湾高40％，是中国大陆的两倍。 美国与其他国家之间的公用事业成本差异不那么显着，但美国仍比中国大陆高近25％。

资本支出。 这些占美国TCO劣势的15％至20％。 新工厂的资本支出中，约有一半用于制造设备，这些设备由一小批高度专业化的全球供应商提供，因此，预计各个地区之间在这方面的资本支出将相似。占资本支出20％至40％的建筑成本，会导致更大差异。

此外，一些国家通过在晶圆厂附近建立支持基础设施的方式，进一步促进其本国的半导体工业生态系统发展，而半导体生产商无需为此支付任何费用。 中国在这方面给予了特别全面的利益，通常包括住房、电信、公用事业和物流基础设施。

同样，其他亚洲国家和地区（例如新加坡、韩国和中国台湾）也通过特殊方式提供基础设施支持，通常是经济特区和科学园区。 例如，在中国台湾，除了提供土地、电力和水外，科学园区还为其他供应链公司分配空间，使其融入更大的制造生态系统。 同样，韩国政府不仅在公用事业和基础设施领域进行合作，还可以确定并提供方便的地点，简化或加快审批程序并放松监管。

下一个十年改变轨迹的机会

对美国半导体行业来说，扩大国内制造业极为重要。鉴于半导体作为技术进步推动者的战略性质，它对提升美国整体经济竞争力和国家安全至关重要。

在大规模采用人工智能、物联网、边缘计算、5G、电动汽车和自动驾驶汽车等新技术的推动下，预计未来10年全球对半导体的需求将以年均5％的累计速度增长。 预计制造能力将在现有基础上相应地增加56％，到2030年大约增加1000万wpm。截至2020年6月，从2020年到2030年全球新增装机容量中约有50％是尚未开发或计划中。 （请参见图10）这种“空白”，即新增产能需求中还没有分配选址的部分，为美国提供了一个吸引更多的新晶圆厂的机会，来突破美国在目前开发或计划阶段新产能中获得的6％份额。

图10，全球产能强劲增长的预期为美国带来了增长机会。（资料来源：BCG基于SEMI，VLSI和Gartner市场预测的分析；SIA成员的意见； BCG项目经验）

要抓住这一市场机会，就需要使美国的晶圆厂的总拥有成本（TCO）更接近其他国家和地区，从而使美国成为对半导体制造商更具吸引力的地区。 由于美国在其他对晶圆厂来说很重要的标准中表现出明显的优势，例如与现有产业群和其他生态系统的协同作用、方便获得熟练人才以及保护知识产权的优势，即便无法和其他国家实现完全的成本均等，也能吸引半导体公司在美国建立更大的新产能。 此外，不断演变的地缘政治背景，也使得制造商在地理布局上选择更广泛的多元化，对美国和外国半导体公司都更具吸引力。

根据报告分析，要向让美国新建晶圆厂在经济上更具竞争力，必须缩小和他国政府激励措施之间的差距，政府激励措施直接导致美国40％至70％的更高总成本。 新的政府激励措施也可能有助于抵消观察到的美国在建筑和运营成本方面的结构性劣势。

为了评估美国在全球制造能力中所占份额在当前趋势的潜在变化，我们开发了一种分析模型，该模型可以按产品类型和国家，来细分地预测全球总新产能。 然后，我们利用对国家/地区不同晶圆厂经济状况的估算，创建了基于TCO的“绩效订单”。

鉴于美国在晶圆厂选址其他关键标准方面的实力，假设美国晶圆厂的总拥有成本将需要从目前的水平——比中国台湾，新加坡或韩国高25％到30％——降至仅比他们高5％到10％，即便还是比他们成本高，仍然能使美国成为吸引新晶圆厂的地方。

为此，必须制定新的美国政府激励计划。 报告中将此新的激励计划定义为总额固定的基金（例如，赠款、税收抵免计划或两者兼而有之），可用于2021年至2030年美国新增的产能。假设美国现有的州和地方激励措施仍然有效，并且适用于美国新建的任何新增产能（也就是说，这些补贴是基于“每个晶圆厂”设置的，没有上限）。

美国可能吸引多少尚待敲定的全球新产能，取决于美国考虑的新激励计划的规模。 报告模拟了美国的现状和两种可能的额外激励措施。在这个模型中，假设新的额外激励措施仅适用于在现有情况下确定将建成的工厂之上，新增加的那一批（即“否则将不会在美国建厂的那些”）。 实际上，这意味着只有使用先进技术的某些类型的晶圆厂才有资格获得新的激励措施。图表11显示了每种情况下的预期结果。

维持现状。美国在已开发项目中占6％的份额作为一个指标，能很好地说明美国可能吸引到的新增待寻址产能。我们假设在不改变现有激励措施的情况下，将导致美国在全球新增装机容量达到过去十年的新低——美国在全球制造业中的份额将从2020年的12％，进一步下降到2030年的10％。

方案1-  新的200亿美元政府激励计划。 根据模型，这个规模的激励预计将为美国吸引总共14家新晶圆厂，比“维持现状”新增5家，占新增待寻址产能的14％。 美国将成为全球第三大新增产能地区，仅次于中国大陆和台湾。 因此，到2030年，美国将能够维持其目前在全球装机容量中所占的12％的份额，避免因“维持现状”而损失两个百分点。

方案2-  新的500亿美元政府激励计划。 根据模型，这个规模的激励可能使美国成为除中国大陆以外新增半导体产能的首选目的地。 报告估计，美国将总共能够吸引19个晶圆厂，比目前增加10，这占据下一个10年进入市场的待寻址新产能的24％。相比从2010-2020年10% 的增长，以及按“维持现状”预估2020-2030年6％的增长，500亿美元的激励带来的提升是显著的。 这将使美国在全球总装机容量中所占的份额从2020年的12％，增加到2030年的13％-14％，大大超过了之前预测的10％。

图11，新激励计划对美国制造业地位的潜在影响。注：标准化后的晶圆厂平均规模约为75,000 wpm，与2020-2030年预测中使用的平均晶圆厂规模相符，以作比较。 根据SEMI数据，2010-2020年，美国实际建造的晶圆厂数量为19个（不包括实验单位和非常小的单位），平均规模约为40,000 wpm。（资料来源：VLSI研究； SEMI 2020年第二季度更新； BCG analysis）

新的政府激励措施将使美国成为具有竞争力的经济体，以及对新晶圆厂具有吸引力的地方。 这些潜在的激励措施将标志着一个真正的拐点，并将扭转过去30年来美国份额持续下降的历史趋势。 美国将重新成为一个具有竞争力的半导体制造基地，并将在2030年后的几十年中，继续扩大参与全球产能扩张的力度。

一项新的政府激励计划有望使美国制造也能力扩张，这将为美国技术的竞争力、供应链弹性和国家安全带来显著好处。尤其是在500亿美元的激励计划下，未来10年美国的晶圆厂数量将从目前的9家跃升至19家。这些位于美国的新晶圆厂将带来最先进的制造技术和足够的产能，以满足美国国防和航空航天业对半导体的需求。

此外，报告估计这19个新晶圆厂可创造约70,000个直接就业机会，从而大大增加美国熟练半导体制造技术人员的人才库，并加强美国在先进制造工艺技术方面的能力。

最后，政府的这些激励措施以及在美国建设这种新产能，不会给全球半导体市场带来扭曲。 此类激励措施是非歧视性的，公司提出的新增量项目也适用。 这种性质的计划并非旨在通过政府对新产能或制造公司所有权的选择干预，来指导市场结果。

潜在新晶圆厂的商业可行性还受一些关键要素影响，这些是美国已具备的：半导体制造技术、人才、配套基础设施、横跨价值链蓬勃发展的半导体生态系统和全球市场准入。 这样可以最大程度地降低造成全球产能过剩的风险，但其中一些显然不符合美国半导体行业的利益。

扭转美国半导体制造的趋势

半导体行业在技术领导力和国家安全方面的战略性质，引发了人们对过去30年美国在全球半导体制造产能份额稳步下降的疑问。 中美之间持续的地缘政治摩擦加剧了这种担忧。 目前，全球75％的半导体制造能力都集中在东亚，而中国正在大力投资，以在2030年成为全球最大的制造业强国。

鉴于全球产能计划强劲增长，以满足2020至2030年半导体需求的增长，未来十年将为美国提供一个阻止下滑甚至扩大其制造份额的市场机会。 美国在选择晶圆厂位置的一些关键标准上已经具有相对优势，例如与现有社群和生态系统的协同作用、熟练的人才和知识产权保护，但在成本上没有竞争力。 尽管本报告的目的不是提供政策建议，但分析表明，在十年内将目前有限的州级政府激励措施，扩展到新的有针对性的200亿美元到500亿美元的联邦计划，可能会使美国的激励措施能够与中国台湾、韩国或新加坡提供的激励站到同一起跑线，并将美国重新确立为具备吸引先进半导体制造业的地方。

但是扭转历史趋势并扩大美国半导体制造份额的窗口正在迅速关闭。

首先，满足未来十年全球需求而提出的新产能，有50％已经在开发中，因此可能无争取到。 此外，当前制造业强大的地方——尤其是中国台湾和韩国，以及处于不断上升的中国大陆、新加坡和以色列。晶圆代工厂商受益于重要的集群效应，自然而然地倾向于在现有制造基地所在地建设新产能， 形成一个良性循环，这使得像美国这样制造业规模较小，而且不断缩小的国家越来越难以维持其全球份额。

值得注意的是，尽管为了扩大美国在制造业中的份额，必须为美国的晶圆厂提供公平的政府激励，但对于蓬勃发展的半导体制造行业来说，还有其他重要的结构推动因素支持可能是有益的——材料和制造科学的基础研究是创新的基础，历史证明，政府的支持在该领域是有效的。 同样，政府鼓励国内制造的另一种重要方式可能是支持培训，以确保美国拥有强大的人才库，包括生产工程师、能够使用高度精密的计算机控制设备进行操作的操作员以及熟练的技术人员。

最后，尽管美国在制造业中的地位吸引了政策制定者的浓厚兴趣，但美国半导体产业的强势也要求他们继续保持在研发领域的领先地位，并确保进入全球市场。美国强大的半导体产业， 如果充分融入全球技术供应链中，对于发展进步至关重要，这些进步将使数字化转型和AI的新时代成为可能。 与过去10年的移动革命一样，此类突破的巨大好处将惠及所有国家的消费者和企业，而不仅仅是美国。

本文作者：

Antonio Varas，波士顿咨询（Boston Consulting Group）硅谷办事处的高级合伙人兼董事总经理，并且是其技术、媒体和电信业务的核心成员；

Jimmy Goodrich，半导体行业协会（SIA）全球政策副总裁；

Raj Varadarajan，波士顿咨询（Boston Consulting Group）达拉斯办事处的高级合伙人兼董事总经理，并领导该公司在北美的全球先进业务；

Falan Yinug，半导体行业协会（SIA）的行业统计和经济政策主管。

英文版报告下载地址：https://www.semiconductors.org/wp-content/uploads/2020/09/Government-Incentives-and-US-Competitiveness-in-Semiconductor-Manufacturing-Sep-2020.pdf

编译：Luffy Liu