2022年11月17日，美國(guó)半導(dǎo)體協(xié)會(huì)（SIA）發(fā)布年度報(bào)告，研究了美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)當(dāng)前的發(fā)展現(xiàn)狀以及面臨的重大挑戰(zhàn)。報(bào)告指出，2022年全球半導(dǎo)體出貨量有望突破歷史最高記錄，美國(guó)半導(dǎo)體公司繼續(xù)將大約五分之一的年收入投資于研發(fā)活動(dòng)——2021年達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的502億美元，美國(guó)頒布了具有里程碑意義的《芯片與科學(xué)法案》。但是，美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)仍然面臨重大挑戰(zhàn)，如：全球半導(dǎo)體銷(xiāo)售增長(zhǎng)在今年下半年大幅放緩、中美緊張關(guān)系繼續(xù)影響全球供應(yīng)鏈、美國(guó)其他重大政策挑戰(zhàn)如制定政策保持美國(guó)在半導(dǎo)體設(shè)計(jì)方面的領(lǐng)先地位等依然存在。

一、《芯片與科學(xué)法案》激勵(lì)計(jì)劃及影響

為了應(yīng)對(duì)新冠疫情、全球半導(dǎo)體供應(yīng)鏈中斷和地緣政治緊張局勢(shì)等挑戰(zhàn)，拜登總統(tǒng)于2022年8月9日簽署《芯片和科學(xué)法案》，提供了關(guān)鍵的半導(dǎo)體制造激勵(lì)措施和研發(fā)投資?！缎酒c科學(xué)法案》吸引了美國(guó)政府和商界領(lǐng)袖的注意力，促成了建設(shè)晶圓廠和其他設(shè)施的新承諾。《芯片與科學(xué)法案》將通過(guò)創(chuàng)造就業(yè)機(jī)會(huì)和經(jīng)濟(jì)投資改變國(guó)家的未來(lái)。

（一）重塑美國(guó)半導(dǎo)體制造供應(yīng)鏈

芯片激勵(lì)計(jì)劃。《芯片和科學(xué)法案》的基石是一項(xiàng)390億美元的制造業(yè)激勵(lì)計(jì)劃，由美國(guó)商務(wù)部管理，旨在通過(guò)一系列廣泛技術(shù)投資來(lái)振興美國(guó)芯片制造生態(tài)系統(tǒng)，支持范圍從大型先進(jìn)晶圓廠到研發(fā)項(xiàng)目，技術(shù)涉及成熟和先進(jìn)芯片、新技術(shù)和專用技術(shù)、制造設(shè)備和供應(yīng)材料?！缎酒c科學(xué)法案》還為先進(jìn)制造業(yè)設(shè)立了25%的投資稅收抵免，由美國(guó)財(cái)政部實(shí)施，作為制造業(yè)激勵(lì)計(jì)劃的補(bǔ)充，以共同縮小美國(guó)投資和海外投資之間的成本差距。

芯片研發(fā)項(xiàng)目。《芯片與科學(xué)法案》將投資130億美元用于半導(dǎo)體研發(fā)，設(shè)立了國(guó)家半導(dǎo)體技術(shù)中心、國(guó)家先進(jìn)封裝制造計(jì)劃、美國(guó)制造業(yè)研究所、芯片國(guó)防基金、計(jì)量研發(fā)等項(xiàng)目。這些項(xiàng)目旨在完善半導(dǎo)體創(chuàng)新生態(tài)，促進(jìn)政府、產(chǎn)業(yè)界、學(xué)術(shù)界和其他利益相關(guān)方之間的合作，為長(zhǎng)期創(chuàng)新提供了資金，并有助于培養(yǎng)半導(dǎo)體行業(yè)未來(lái)創(chuàng)新所需的科學(xué)家和工程師。

《芯片法案》已產(chǎn)生的影響。自2020年6月《芯片法案》最初出臺(tái)以來(lái)，半導(dǎo)體企業(yè)已宣布了數(shù)十個(gè)項(xiàng)目，以提高美國(guó)的制造能力，擴(kuò)大國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體價(jià)值鏈。隨著《芯片法案》的全面實(shí)施，預(yù)計(jì)未來(lái)幾年還會(huì)有更多的項(xiàng)目。目前已公告了46個(gè)新的半導(dǎo)體生態(tài)系統(tǒng)項(xiàng)目，美國(guó)公司研發(fā)投資總額超過(guò)1800億美元，將創(chuàng)造超過(guò)20萬(wàn)的就業(yè)崗位，包括在12個(gè)州新建的15個(gè)晶圓廠和擴(kuò)建的9個(gè)晶圓廠以及在半導(dǎo)體材料、化學(xué)品、氣體、晶圓等方面的大量投資。

（二）加強(qiáng)美國(guó)半導(dǎo)體勞動(dòng)力

為了充分實(shí)現(xiàn)《芯片與科學(xué)法案》的承諾和機(jī)會(huì)，美國(guó)必須擁有一支強(qiáng)大的半導(dǎo)體勞動(dòng)力隊(duì)伍?！缎酒ò浮钒藙趧?dòng)力發(fā)展措施（作為制造業(yè)激勵(lì)計(jì)劃和研發(fā)項(xiàng)目的一部分），以及美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)設(shè)立的2億美元?jiǎng)趧?dòng)力和教育基金。這些項(xiàng)目對(duì)于確保半導(dǎo)體行業(yè)擁有熟練的勞動(dòng)力以滿足短期和長(zhǎng)期的廣泛需求至關(guān)重要。

為了強(qiáng)化半導(dǎo)體勞動(dòng)力隊(duì)伍，美國(guó)需要提供額外的K-12 STEM教育資金，鼓勵(lì)美國(guó)年輕人選擇STEM相關(guān)職業(yè)。這需要政府、產(chǎn)業(yè)界、教育界和其他利益相關(guān)方共同努力，在課程開(kāi)發(fā)、擴(kuò)大學(xué)徒制、增加職業(yè)和社區(qū)學(xué)院半導(dǎo)體項(xiàng)目、提高高等教育研究獎(jiǎng)學(xué)金資助和人才項(xiàng)目等方面做出貢獻(xiàn)。

為了提升競(jìng)爭(zhēng)力，美國(guó)必須獲得來(lái)自世界各地的最優(yōu)秀、最聰明的人才。美國(guó)還應(yīng)該增加獲得國(guó)際STEM人才的機(jī)會(huì)，特別是從美國(guó)高校獲得STEM學(xué)位的外國(guó)研究生。在美國(guó)大學(xué)獲得高等學(xué)位的STEM畢業(yè)生中，有三分之二是外國(guó)人，美國(guó)需要留住這些人才，而不是迫使他們歸國(guó)。改善STEM碩博士的綠卡發(fā)放限制將對(duì)美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)產(chǎn)生革命性影響。國(guó)會(huì)應(yīng)該采取行動(dòng)，永久性地改革和改善現(xiàn)有移民制度，為半導(dǎo)體行業(yè)持續(xù)創(chuàng)新和發(fā)展引進(jìn)和留住國(guó)際人才。

二、確保美國(guó)半導(dǎo)體設(shè)計(jì)的領(lǐng)先地位

雖然《芯片與科學(xué)法案》為解決美國(guó)制造供應(yīng)鏈中的關(guān)鍵缺口和脆弱性提供了重要激勵(lì)措施，但也必須對(duì)芯片設(shè)計(jì)采取直接措施來(lái)保持美國(guó)在該領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位。

芯片設(shè)計(jì)是制造過(guò)程的第一步，芯片設(shè)計(jì)的創(chuàng)新對(duì)半導(dǎo)體技術(shù)的未來(lái)發(fā)展至關(guān)重要。美國(guó)半導(dǎo)體公司在全球芯片設(shè)計(jì)行業(yè)處于領(lǐng)先地位，美國(guó)在全球設(shè)計(jì)勞動(dòng)力中所占份額最大：2021年，全球約有18.7萬(wàn)名半導(dǎo)體設(shè)計(jì)工程師，其中9.4萬(wàn)名服務(wù)于總部位于美國(guó)的半導(dǎo)體公司。

但是，美國(guó)持續(xù)保持半導(dǎo)體設(shè)計(jì)領(lǐng)導(dǎo)地位尚存在不確定性。除了設(shè)計(jì)成本不斷上升、技能人才短缺以及全球市場(chǎng)準(zhǔn)入壓力日益增大之外，國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)愈發(fā)激烈。國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手認(rèn)識(shí)到芯片設(shè)計(jì)的戰(zhàn)略重要性，正在大力投資建設(shè)其國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體設(shè)計(jì)能力。中國(guó)大陸地區(qū)、韓國(guó)、中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)、歐盟、日本和印度已承諾新增數(shù)十億美元的芯片設(shè)計(jì)投資，包括提供高達(dá)50%的芯片設(shè)計(jì)投資稅收抵免。如果不采取行動(dòng)確保美國(guó)在設(shè)計(jì)和研發(fā)方面的競(jìng)爭(zhēng)力，美國(guó)在全球銷(xiāo)售收入中的市場(chǎng)份額預(yù)計(jì)將從2021年的46%下降到2030年的36%（見(jiàn)圖1），而同期中國(guó)大陸地區(qū)的市場(chǎng)份額預(yù)計(jì)將從9%飆升到23%。

為保持美國(guó)在半導(dǎo)體設(shè)計(jì)方面的領(lǐng)導(dǎo)地位，SIA敦促國(guó)會(huì)采取全面、綜合的戰(zhàn)略，具體行動(dòng)包括：（1）對(duì)先進(jìn)半導(dǎo)體設(shè)計(jì)提供25%的投資稅收抵免，與《芯片法案》中包含的制造抵免相當(dāng)；（2）高技能移民改革，確保獲得頂尖科學(xué)和工程人才；（3）在減稅政策方面，恢復(fù)研發(fā)支出的全額扣除。                                               

圖1 主要國(guó)家/地區(qū)半導(dǎo)體設(shè)計(jì)市場(chǎng)份額分布（按公司總部所在地）

三、半導(dǎo)體驅(qū)動(dòng)不同領(lǐng)域創(chuàng)新

半導(dǎo)體對(duì)許多相關(guān)領(lǐng)域的新興技術(shù)都有重大影響，如人工智能、高性能計(jì)算、自主系統(tǒng)和機(jī)器人。

半導(dǎo)體也在驅(qū)動(dòng)一些可能不那么直接的領(lǐng)域，如生命科學(xué)。半導(dǎo)體創(chuàng)新可以在許多方面幫助解鎖新的生命科學(xué)技術(shù)。例如，提供生物和制藥模擬的強(qiáng)大計(jì)算資源，幫助大幅降低和縮短藥物開(kāi)發(fā)的成本和時(shí)間線?，F(xiàn)代醫(yī)療設(shè)備是另一類依賴先進(jìn)半導(dǎo)體的生命科學(xué)技術(shù)，包括用于健康監(jiān)測(cè)的可穿戴傳感器、醫(yī)療機(jī)器人、用于高分辨率超聲的先進(jìn)成像技術(shù)、腦機(jī)接口技術(shù)和用于創(chuàng)傷干預(yù)的植入式設(shè)備。這些技術(shù)可能依賴先進(jìn)半導(dǎo)體來(lái)協(xié)助數(shù)據(jù)收集和處理，以獲得可操作的反饋，或幫助在體內(nèi)導(dǎo)航以進(jìn)行精準(zhǔn)治療?？紤]到與芯片-生物接口相關(guān)的挑戰(zhàn)，這類設(shè)備通常有獨(dú)特的封裝需求，仍然需要大量的材料和封裝方面的研究來(lái)設(shè)計(jì)制造高性能醫(yī)療設(shè)備，以減少炎癥反應(yīng)和設(shè)備污染。

四、全球半導(dǎo)體市場(chǎng)概況

全球芯片短缺及產(chǎn)業(yè)應(yīng)對(duì)。雖然芯片短缺和新冠疫情影響在2022年開(kāi)始緩解，但預(yù)計(jì)未來(lái)十年，半導(dǎo)體需求將持續(xù)增長(zhǎng)。全球半導(dǎo)體行業(yè)正計(jì)劃通過(guò)創(chuàng)紀(jì)錄的制造和研發(fā)投資來(lái)滿足這一預(yù)期的市場(chǎng)增長(zhǎng)。從2020年到2022年底，全球晶圓廠產(chǎn)能預(yù)計(jì)將增長(zhǎng)30%，并在2023年增長(zhǎng)更高。2022年，全球半導(dǎo)體行業(yè)資本支出繼續(xù)加大、超過(guò)1660億美元，以滿足芯片的長(zhǎng)期需求。

全球半導(dǎo)體市場(chǎng)持續(xù)增長(zhǎng)。在過(guò)去30年里，半導(dǎo)體行業(yè)經(jīng)歷了快速增長(zhǎng)，并產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)影響。由于新冠疫情導(dǎo)致的需求增加，2021年全球半導(dǎo)體市場(chǎng)增長(zhǎng)強(qiáng)勁。繼2020年達(dá)到4404億美元銷(xiāo)售額后，2021年全球半導(dǎo)體銷(xiāo)售額增長(zhǎng)26.2%、達(dá)到5559億美元。世界半導(dǎo)體貿(mào)易統(tǒng)計(jì)（WSTS）等半導(dǎo)體銷(xiāo)售分析機(jī)構(gòu)預(yù)計(jì)，全球半導(dǎo)體行業(yè)銷(xiāo)售額將在2022年顯著增加到6180-6330億美元。

五、半導(dǎo)體需求驅(qū)動(dòng)因素

未來(lái)十年，半導(dǎo)體領(lǐng)域的持續(xù)創(chuàng)新將催生一系列變革性技術(shù)，包括人工智能、自動(dòng)駕駛和物聯(lián)網(wǎng)。事實(shí)上，半導(dǎo)體需求的長(zhǎng)期增長(zhǎng)動(dòng)力已經(jīng)穩(wěn)定。半導(dǎo)體及其服務(wù)市場(chǎng)已形成真正的共生關(guān)系，正如半導(dǎo)體創(chuàng)新有助于進(jìn)一步刺激市場(chǎng)需求，并打開(kāi)全新市場(chǎng)。

半導(dǎo)體終端應(yīng)用驅(qū)動(dòng)因素反映了新冠疫情需求沖擊下的變化。2021年，幾乎所有類別的半導(dǎo)體終端應(yīng)用銷(xiāo)售都出現(xiàn)了顯著增長(zhǎng)。隨著越來(lái)越多的工作方式轉(zhuǎn)移為遠(yuǎn)程工作和在線教育，電腦等終端應(yīng)用類別的銷(xiāo)售額出現(xiàn)了顯著增長(zhǎng)。其他市場(chǎng)，如汽車(chē)市場(chǎng)全年經(jīng)歷了大幅增長(zhǎng)，最終成為半導(dǎo)體的第三大終端應(yīng)用市場(chǎng)，見(jiàn)圖2。如前所述，2021年全球芯片銷(xiāo)售額達(dá)到5559億美元，銷(xiāo)量為1.15萬(wàn)億，其中增長(zhǎng)最快的是能夠承受高溫和其它物理挑戰(zhàn)的汽車(chē)級(jí)芯片。

圖2 2021年終端需求市場(chǎng)分布

六、美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)市場(chǎng)份額

自上世紀(jì)90年代以來(lái)，美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)一直是全球芯片銷(xiāo)售市場(chǎng)的領(lǐng)頭羊，每年占全球市場(chǎng)近50%的份額。此外，美國(guó)半導(dǎo)體公司在研發(fā)、設(shè)計(jì)和制造工藝技術(shù)方面保持著領(lǐng)先地位或高競(jìng)爭(zhēng)力。

美國(guó)半導(dǎo)體公司在商業(yè)模式和半導(dǎo)體制造設(shè)備方面處于市場(chǎng)領(lǐng)先地位，但在一些細(xì)分領(lǐng)域，美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)落后于亞洲競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。

總的來(lái)說(shuō)，美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)在研發(fā)最密集的領(lǐng)域保持著領(lǐng)先地位：EDA和IP核、芯片設(shè)計(jì)和制造設(shè)備。然而，前端和后端制造工藝主要集中在亞洲，包括7納米尖端芯片晶圓制造、組裝、測(cè)試和封裝在內(nèi)的全球75%的產(chǎn)能集中在亞洲。另外，美國(guó)在邏輯器件、分立器件、模擬器件和光電半導(dǎo)體等細(xì)分產(chǎn)品方面仍然處于領(lǐng)先地位，而在存儲(chǔ)器方面落后于其他國(guó)家或地區(qū)。這些脆弱性強(qiáng)調(diào)了《芯片法案》投資的必要性，該法案為支持更多的本土制造提供了必要的激勵(lì)措施。

七、美國(guó)半導(dǎo)體技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力

美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)的研發(fā)支出一直很高，反映了美國(guó)半導(dǎo)體市場(chǎng)份額的領(lǐng)先地位和持續(xù)創(chuàng)新之間的內(nèi)在聯(lián)系。

從2000年到2020年，美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)的研發(fā)支出以大約7.2%的復(fù)合年增長(zhǎng)率增長(zhǎng)。2021年，美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)的研發(fā)投資總額為502億美元。

美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)的研發(fā)占比（研發(fā)支出占銷(xiāo)售額的百分比）僅次于制藥和生物技術(shù)行業(yè)，位列第三。盡管全球競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手都在增加研發(fā)投資，以期與美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)，但美國(guó)公司的研發(fā)占比高于其他任何國(guó)家的半導(dǎo)體行業(yè)。

圖3 美國(guó)各行業(yè)研發(fā)占比（研發(fā)支出占銷(xiāo)售額的百分比）及主要國(guó)家/地區(qū)半導(dǎo)體行業(yè)研發(fā)占比

八、美國(guó)本土勞動(dòng)力和制造業(yè)

具有競(jìng)爭(zhēng)力的本土勞動(dòng)力對(duì)美國(guó)確保半導(dǎo)體領(lǐng)先地位至關(guān)重要。此外，強(qiáng)大的本土半導(dǎo)體制造業(yè)對(duì)增強(qiáng)美國(guó)經(jīng)濟(jì)至關(guān)重要。

在美國(guó)49個(gè)州，近27.7萬(wàn)人從事半導(dǎo)體行業(yè)的設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試和研發(fā)工作。2021年，美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)總共為美國(guó)提供了184萬(wàn)個(gè)就業(yè)崗位，包括超過(guò)25萬(wàn)個(gè)直接就業(yè)崗位、近160萬(wàn)個(gè)間接就業(yè)崗位，為美國(guó)創(chuàng)造了1651億美元的收入。

2021年，美國(guó)半導(dǎo)體制造商約46%的前端晶圓產(chǎn)能位于本土，這一比例從2013年的57%持續(xù)下降。而美國(guó)半導(dǎo)體制造商的其他產(chǎn)能主要位于新加坡、中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)、歐洲和日本。

過(guò)去十年，美國(guó)本土之外的芯片制造產(chǎn)能平均增速是美國(guó)的五倍，這主要因?yàn)楦鲊?guó)為吸引半導(dǎo)體制造商而實(shí)施的強(qiáng)有力的激勵(lì)措施?！缎酒ò浮酚型まD(zhuǎn)這一長(zhǎng)期下滑趨勢(shì)，使美國(guó)在全球半導(dǎo)體制造業(yè)增長(zhǎng)中獲得更高的市場(chǎng)份額。

九、美國(guó)半導(dǎo)體創(chuàng)新政策展望

為了確保美國(guó)在全球半導(dǎo)體行業(yè)繼續(xù)保持領(lǐng)導(dǎo)地位，美國(guó)必須提升競(jìng)爭(zhēng)力和創(chuàng)新力。

1. 投資美國(guó)半導(dǎo)體領(lǐng)導(dǎo)力：（1）高效、及時(shí)、透明地執(zhí)行《芯片和科學(xué)法案》中的政策和計(jì)劃。（2）在《芯片法案》中為先進(jìn)制造投資信貸制定法規(guī)，以涵蓋半導(dǎo)體生態(tài)系統(tǒng)的全部創(chuàng)新環(huán)節(jié)。（3）采取促進(jìn)創(chuàng)新和競(jìng)爭(zhēng)力的政策，如制定半導(dǎo)體設(shè)計(jì)投資稅收抵免，并加強(qiáng)研發(fā)稅收抵免。（4）投資《芯片和科學(xué)法案》支持的研究和科學(xué)項(xiàng)目，保持美國(guó)的技術(shù)領(lǐng)先地位。

2. 增強(qiáng)美國(guó)的技術(shù)勞動(dòng)力：（1）實(shí)施一項(xiàng)國(guó)家戰(zhàn)略，以適當(dāng)?shù)耐顿Y為后盾，與教育行業(yè)和私營(yíng)部門(mén)合作，共同改善美國(guó)教育系統(tǒng)，增加STEM人才。（2）改革美國(guó)移民政策，吸引并留住世界上最優(yōu)秀的人才。（3）提供資金保障，強(qiáng)化各層次半導(dǎo)體人才隊(duì)伍、并確保穩(wěn)定支持各級(jí)教育和技能培訓(xùn)。

3. 促進(jìn)自由貿(mào)易和保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)：（1）批準(zhǔn)和改善自由貿(mào)易協(xié)定，以消除市場(chǎng)壁壘，保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)，促進(jìn)公平競(jìng)爭(zhēng)。（2）擴(kuò)大信息技術(shù)協(xié)議。

4. 與志同道合的經(jīng)濟(jì)體緊密合作：與盟友調(diào)整政策和法規(guī)，以加強(qiáng)國(guó)家安全，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、技術(shù)創(chuàng)新以及提高供應(yīng)鏈彈性。

(來(lái)源： 半導(dǎo)體工藝與設(shè)備)