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“群英荟萃，意欲何为？”美国半导体联盟正式组建
陈济桁
2021年5月11日，美国半导体联盟（SIAC）正式宣布成立。该联盟由半导体设计制造企业，以及在消费级、军事等重要领域产品中大量使用半导体的行业下游客户共同组成。根据官网的描述，SIAC是制造和使用半导体的企业联合组成的一个跨行业联盟，其主要使命是以行业联盟的形式倡导和呼吁促进美国半导体制造的相关政策出台并实施，推动美国半导体技术不断创新发展，以此支持美国未来经济、关键基础设施和国防装备的升级。美国半导体联盟的突然成立，将对美国半导体行业、全球半导体行业供应链带来变化，同时也将对我国半导体产业的发展形成潜在影响。
SIAC成立的背景——全球芯片短缺，供应链存在风险
半导体是先进电子产品的大脑，是实现先进技术的核心要素，在医疗、通信、计算、运输、军事、电子产品及其他领域具有广泛应用。2020年，全球半导体市场增长6.5%，表明整个终端市场对半导体芯片的需求仍然在持续增涨。但是，自2020年第四季度开始，全球电子信息产业及其相关制造业面临大面积的芯片缺货。进入2021年后，缺货的情况愈演愈烈。业内专家表示，此次半导体短缺危机，最多可持续多年。
1、“新冠”和“禁令”打破原有供需平衡，高端芯片需求激增
2020年，新冠疫情开始在全球蔓延，全球劳动密集型产业面临不定期全面停工停产。以汽车产业为例，当前汽车芯片短缺始于2020年第二季度，彼时随着疫情蔓延，汽车行业停工减产，人们对于远程工作、网络学习、公共医疗及其他居家活动带来的娱乐需求暴增，侧面带来了电视、电脑、云计算、云数据设备、游戏机、手机等需求的迅速增长，这些领域所应用的芯片需求大量增加。芯片厂商利用汽车行业订单减少释放的产能主攻利润率更高的上述行业用高端芯片。随后的几个月，随着汽车行业复工复产，对于汽车芯片需求的回升速度远超预期，汽车制造商开始大量追加芯片订单。虽然芯片制造厂尽力满足，但产能已被更高端的芯片订单占满，短期恢复困难，汽车缺芯开始凸显。
为了满足全球芯片短缺期间不断增长的需求，半导体行业正大幅提高其晶圆厂产能利用率（指在任何给定时间内总可用制造能力百分比）。在目前明显的周期性市场回升过程中，前端半导体制造设施或晶圆厂的产能利用率通常会超过80％，某些晶圆厂产能利用率可能会超过90%甚至达到100%。在过去2年中，半导体行业一直在稳步提高整体晶圆厂利用率，逐步提升产量。
半导体制造并不适合快速而巨大的需求波动，尽管半导体行业一直努力提高产量以满足急剧增长需求，但是这种供需关系的波动无法简单通过产能转换解决，重新恢复市场平衡需要大量时间。其最主要的原因就是半导体生产工艺极其复杂，需要高度专业化的投入和设备才能小规模地实现所需精度。仅半导体晶片的整体制造过程中就包含了近1400个工艺步骤，且每个关键步骤通常都涉及使用高度复杂的工具和机器。通常为客户制造并交付成品芯片需要长达26周的时间。正因如此，半导体行业属于“开弓没有回头箭”，只能通过不断提高晶圆厂产能利用率，压榨产能，尽量满足不断增涨的市场需求，中间还要面临价格上涨等关键问题。不少分析师认为，这需要短则几个月，多则1至2年的时间。
除了疫情，美国针对中国企业实施“禁芯令”，也加剧了芯片供应的困局。在禁令正式宣布到执行的过渡期中，除已确定被制裁的厂商不得不大量囤货，其他一些可能被波及的厂商也未雨绸缪，加紧采购芯片，预防潜在“断芯”风险。这种现象导致芯片需求相较于正常增涨提升了2～3成以上，消费级芯片全线紧张。不仅如此，美国禁令导致一些厂商不能继续生产或供货芯片，逼迫很多企业将建在中国境内的工厂回迁。失去中国市场的规模效应和成本效应，电视、汽车等产品中大量使用的中低端芯片供货陷入囹圄，而台积电、三星等厂商的产能已经被高端芯片锁死，无力进一步支撑中低端市场。这样的局面加剧了芯片在全部消费电子行业的紧俏局面。
2、半导体产业链过度集中，供应链存在风险
2021年4月1日，美国半导体行业协会（SIA）和波士顿咨询集团（BCG）联合发布了一份题为《在不确定的时代加强全球半导体供应链》的报告，分析了全球半导体供应链的利益关系和脆弱性，并建议政府采取行动确保半导体供应链有质量、有弹性的长期发展。
这份研究报告中公布了几个关键调查结论：
第一，高度专业化的全球半导体供应链支持行业持续技术创新，使消费者受益，并带来了巨大价值。半导体作为具有超高附加值的技术，一定程度上决定了国家各方面综合实力的上限。但任何国家想要拥有完全自主可控的能力都需要付出相当巨大的代价。根据估算，若需建立完全自给自足的美国本地供应链将至少需要1万亿美元增量的前期投资。即便如此，后期行业还需要承受半导体价格整体上涨35％至65％的压力，最终造成消费电子设备售价飙升。
第二，半导体供应链在全球地理分布过于集中带来了潜在风险和漏洞。半导体价值链中大约涵盖超过50个价值点，其中某一地区集中了全球半导体产业市场份额65％以上。价值点过于集中极易发生单点故障，例如可能因自然灾害、基础设施关闭或国际冲突而中断，并可能导致基本芯片供应严重中断。例如，全球半导体制造能力约75％集中在东亚，该地区极易遭受高地震活动、地缘政治和经济局势紧张的影响。另外，全球最先进的半导体生产能力（低于10纳米）全部集中在台湾地区（占92%）和韩国（占8%）。先进的芯片对美国经济、国家安全和关键基础设施至关重要。如果台湾代工厂断供1年，极大可能会导致全球消费电子产业链停滞，造成严重的全球经济中断。此前，台积电和三星已经遭遇了停电、断水、地震、火灾等问题，本就紧张的产能雪上加霜。若要彻底解决这一问题，则可能至少需要3年时间和超过3500亿美元的投资，才能在世界其他地方建设足够的产能来替代台湾地区的芯片制造能力。
第三，需要采取政府行动来解决全球半导体供应链中的漏洞，并确保其长期实力和弹性。为了降低全球主要供应中断的风险，美国政府应制定以市场为导向的激励计划，使芯片供应链实现更加多元化的地域覆盖。激励措施应旨在扩大美国半导体制造能力并扩大某些关键材料的供应能力。这种激励措施带来的影响力将使美国能够满足对国防、航空航天和关键基础设施中使用的先进芯片的需求。
基于大量调查事实，美国政府认为芯片供应链不稳定且存在较大风险，决心大力资助半导体行业。2021年1月1日颁布的《2021财年国防授权法案》中，首次纳入了《为芯片生产创造有益的激励措施法案》（简称“美国CHIPS法案”），该法案授权政府进行一系列工作，促进半导体领域的创新和制造，并降低全球供应链中的风险。在全球芯片短缺的大背景下，该法案不仅获得了美国总统拜登的支持，更是在国会获得了两党领袖的赞成。2021年4月12日，美国总统拜登会见了19家美国公司首席执行官，并表示会在“美国CHIPS法案”授权下，敦促国会拨款500亿美元用于一系列半导体制造和研究项目。这项野心勃勃斥资巨大的投资计划立刻引发了美国半导体行业的强烈关注，同时也成为促进美国半导体行业巨头们利益捆绑获取投资的引信。SIAC成立的主要目的——“分钱”
2021年5月11日，由半导体企业和关键重要领域下游行业客户组成美国半导体联盟（SIAC）正式成立。该联盟总体目标是促进美国半导体行业研究和制造相关政策的出台和落地实施，但实质上其重点任务就是为了确保联盟成员能够获得“美国CHIPS法案”授权的超过500亿项目资金。截至目前，美国国会还尚未批准或提供任何资金。
SIAC成立后采取的首个行动就是致信国会领导人，呼吁国会支持建立相关政策法规，并为“美国CHIPS法案”提供实质性资助。信中SIAC表示，“半导体对当今和未来的技术至关重要，支撑着许多关乎国家安全和对关键基础设施至关重要的技术和系统。不幸的是，美国在这一关键技术领域的领导地位正处于风险之中。”信中列出的一组数据：“世界各国政府提供大量补贴，投资建立和吸引新的半导体制造和研究设施。在这样的大背景下，与海外相比，在美国本土建造和运营晶圆厂的成本要高出20%～40%。受其影响，美国在半导体制造业中的全球份额从1990年的37%降低至现在的12%。同时，美国政府在半导体研究领域的投资相对平淡，其他国家则在大力投资以挑战美国的领导地位。信中强调，目前半导体（芯片）短缺问题正影响全部经济领域及众多行业，短期内解决该问题不需要政府直接干预，整个行业正努力调整由目前供需不平衡导致的短缺。但长远来看，“美国CHIPS法案”授权的强力资助将帮助美国建立必要的技术储备，同时拥有更具弹性的供应链，确保关键技术在美国需要时能够及时出现。最后信中呼吁，国会资助的制造业激励措施应致力于填补美国国内半导体生态系统中的主要空白，涵盖工业、军事和关键基础设施所依赖的半导体技术和工艺节点，并恢复从传统到尖端芯片设计和制造的垂直能力。
拜登呼吁拨款500亿美元支持“美国CHIPS法案”，被视为是《无尽前沿法案》（S.1260）的一部分。《无尽前沿法案》将授权在未来5年内投入超过1100亿美元，支持基础和高端科技研究，以及人工智能等关键科技领域的教育培训计划，由参议院民主党领袖查克·舒默和共和党议员托德·扬共同起草。该法案于2021年5月12日以24票赞成、4票反对的优势，获得了参议院商务委员会的批准；5月17日，美国参议院以86比11的投票结果支持就《无尽前沿法案》展开具体修订和讨论；18日，查克·舒默在纳入多项修正议题后，正式提交了《无尽前沿法案》修正案，并宣布该法案正式更名为《美国创新和竞争法案》（US Innovation and Competition Act）；5月27日，美国参议院以68比30的投票结果同意6月继续对《美国创新和竞争法案》的条款进行进一步磋商。虽然立法暂时搁置，但其中的一些具体细节已经越来越清晰。《美国创新和竞争法案》中明确将提供540亿美元专门用于增加半导体、微芯片和电信设备的生产。其中紧急拨款超过520亿美元，用于落实“美国CHIPS法案”以及有关芯片生产、军事以及其他关键行业的相关项目，协助半导体制造业重返美国本土；另拨款超过15亿美元，用于落实美国2021财年国防授权法案中的美国电信法案，以加强在5G竞争中的“美国创新”。尽管目前这540亿美元投资方向基本明确，但还需要通过单独的程序进行筹措。
目前，加入SIAC的知名企业包括耳熟能详亚马逊（Amazon），苹果（Apple），AT＆T，思科（Cisco Systems），通用电气（General Electric）， 谷 歌（Google）， 惠普（Hewlett Packard Enterprise，HPE），微软（Microsoft）和威瑞森通讯（Verizon）、楷登电子（Cadence）、因特尔（Intel）、AMD、高通、科锐（Cree）等。除美国本土企业外，新组建的SIAC中近三分之二的成员为非美国企业，但它们在全球供应链中不可或缺。例如荷兰光刻设备供应商阿斯麦（ASML）、德国功率半导体公司Infineon、英国芯片设计方案供应商ARM、韩国垂直整合元器件制造商（IDM）三星、日本的光刻设备供应商尼康、来自中国宝岛台湾的著名芯片代工制造商台积电（TSMC）和芯片设计商联发科（MediaTek）等。
总价值达到540亿美元的大蛋糕让几乎整个半导体行业纷至沓来。其中SIA成员的市场大约占美国半导体行业的98%，再加上半导体下游用户中众多科技公司，SIAC基本覆盖了全球半导体上下游行业中除中国大陆外几乎所有实力强劲企业。也正因如此，SIAC也被解读为美国为了与中国大陆脱钩建立的以美国及其盟友企业为核心、以美国利益和标准优先的“技术圈”群体。
影响——企业逐利，各有心思
新成立的SIAC标志着美国向进一步增强半导体供应链弹性，巩固半导体技术优势迈出了战略性一步。SIAC成立本质上是为了瓜分来自美国政府的超级投资大单，由于利益捆绑，全球半导体行业的主要参与者自然选择加入该联盟并积极参与美国的半导体行业建设。
以代表目前芯片制造行业最先进工艺制程水平的台积电为例。在所有加入SIAC的非美国企业中，台积电的动向最为引人注目，该公司还于5月14日刚刚官宣了其1纳米制程工艺的关键技术进展。由于地缘政治等因素存在，台积电加入该联盟正值敏感时期，该公司的成员资格在台湾和中国大陆受到了广泛关注。
1、芯片紧缺，台积电全力提产逐利
根据此前的报道，台积电已决定将其位于美国亚利桑那州的制造厂由1处扩大到6处。除了去年5月宣布最初的总投资120亿美元的晶圆代工厂外，未来3年内可能还会增加5座晶圆厂，但这些晶圆厂未来负责的工艺节点尚未确定。此外，台积电还计划在南京扩大其28nm产线产能，并计划于2023年开始运营。从近年来台积电的表态和其建厂策略来看，台积电既无意“站队”，也无意针对任何国家或地区，而是奉行“以我为主”的原则，以自身业务发展和半导体行业实际需求出发积极建厂，并满足各种政策法规的要求。
显然，受到知识产权保护和美国禁令的影响，台积电很难在中国大陆部署更为先进的技术节点，制程间的明显代沟是客观上虽然对中国大陆不利，但28纳米制程的芯片依然是市场急需。随着摩尔定律走到尽头，未来无论是利润率更高的3纳米、5纳米、7纳米等先进制程芯片，还是用量更大的14纳米、28纳米等制程芯片，都可以为台积电带来大量的利润。可以预见，在未来的半导体制造行业，台积电将依然是现金储备最丰富、制造能力最强的行业领导者。
2、美国建厂，难以撼动台积电核心
台积电创始人张忠谋对于台积电在美国投产的晶圆厂以及美国在芯片制造方面的展现出来的整体竞争力表示怀疑。他曾表示，大约从10年前开始，美国的芯片制造业就已经失去了光彩。其主要原因是美国缺乏台积电要求的在严格制造环境中培养出来的合格人才，这种缺憾无法通过政府补贴等短期措施解决。其最终结果是产生更高的生产单位成本。而这类成本等问题
也是一直以来台积电在美国扩大产能的主要障碍之一。目前，台积电仅通过其子公司Wafertech在美国运营8英寸晶圆厂。
台积电在台湾以外国家或地区建设代工厂的3个最低标准是：实现规模经济、负担得起的成本以及强大的供应链（包括人才）的能力。就规模而言，亚利桑那州晶圆厂目前计划中的产能可能不足：为了满足苹果等客户的需求，该晶圆厂必须达到每月60000片晶圆的生产能力，但目前亚利桑那州晶圆厂的计划产能显然不足。台积电目前在中国大陆和美国已经投产的晶圆厂都具有大约每月20000片晶圆的相同产能。对于台积电每月250万片8英寸晶圆的总产能，只占约2%。
除了大批量生产外，还需要强大的封装和测试行业的支持。然而，集成电路产业的下游厂商主要集中在亚洲地区，尤其是台湾地区。美国相关配套设施严重缺乏。
最后，除了供应链问题，需求不足也是台积电需要面临的挑战之一。最先进制程产品成本不断攀升，意味着只有极少数芯片设计和IT厂商能够负担，这些厂商大部分集中在美国，且需求有限，台湾本土的计划生产能力已经可以满足。如果台积电在美国为这些厂商提供服务，那将意味着其在台湾利益将受到损害。不过，根据台积电给出的时间表，当美国亚利桑那州工厂开始投入批量生产时，台积电位于台湾本土的3nm工艺制程已经进入批产状态两年，台积电依然把最先进、利润率最高的核心技术掌握在自己手中。
小结
总的来说，SIAC是政策导向型产物，其未来发展重点将集中在美国国内。毫无疑问，面对中、美两大全球半导体需求和消费能力最大的市场，任何一家企业都不愿放弃其中任何一个。大多数的厂商都会使自己利益最大化。此前一些分析人士认为，台积电将在中国大陆和美国扩大生产能力的举动只是象征性表态，并不会实际发生，毕竟从建厂到投产还需要时间，期间形势和政策会发生何种变化目前难以预测。未来，加入SIAC的很多企业也可能会效仿，做出符合自身利益的选择和市场承诺。
SIAC能够给当前半导体市场平衡带来的最大影响，就是美国的重新入局。将半导体设计、制造、生产等能力回迁美国，厂商们虽然面临制造成本增加的风险，但同时也更容易获得最先进的制造技术和最一流的IC设计人才。此外，在摩尔定律即将“终结”的时刻，未来的半导体行业发展需要仰仗物理、化学、材料等多学科的支持，芯片厂商势必需要探索新材料和全新的设计工艺，美国在这方面无疑可以给出最大的支持。从这个角度推断，如果SIAC能够获得稳定，长期的大额资助，未来的半导体行业标准、核心技术乃至供应链，都将将重新回到美国的掌控中。这种潜在的技术垄断风险，需要我们保持警觉的同时，好好把握摩尔定律接近极限到新半导体技术尚未开发中间的空档期，抓紧时间补足短板，避免在同一战场上被对手再次拉大差距。