美国正在进行的半导体复兴将改变世界

2023-02-22 15:37:21

来源:远望智库开源情报中心

过去两年的地缘政治和其他生存因素扰乱了全球化,分裂了半导体全球供应链。但这些力量也为创新和增长带来了历史性的机遇。换句话说,世界并没有去全球化,而是重新全球化。一种新的创造性破坏给世界半导体行业带来了一个悖论。
这些变化与根深蒂固的经济思维背道而驰。自由主义经济模式认为,除非出现灾难性的市场失灵,否则政府需要远离市场。TSMC首席执行官魏京生表示,美国和中国控制技术流动的措施“破坏了全球化下获得的生产力和效率”。TSMC的创始人张忠谋说得更直白:“全球化几乎已经死亡,自由贸易几乎已经死亡。”但是,将过去旧的经济原则僵化地应用于全球经济正在发生的变化,确实存在问题。

1.传统模型的新变革

首先,围绕假定市场失灵的传统经济学演算本身未能解释开放贸易体系中掠夺性的、以国家为中心的行为的存在成本。中国利用其经济规模和新重商主义做法颠覆了国际体系。因此,适用于公开和公平贸易的衡量标准不再适用于评估战略供应链的各个部分。

传统模型也没有恰当地考虑气候变化的破坏性成本。半导体供应链有大量的碳足迹。完成单个晶片(用于制造集成电路的衬底)的过程需要多次跨越国界运输。

最后,旧模式最终产生了一个高度集中的制造地,台湾,现在占了世界上所有微芯片的60%和世界上最先进芯片的90%。考虑到未来全球流行病、自然灾害以及地缘政治的风险,这种局面是不可持续的。

未来的专业新兴产业已经开始复兴。它们受益于政府主导的本地化和区域化倡议和公私伙伴关系。公共资助的努力,如美国以气候为重点的通货膨胀削减法案和欧洲绿色协议,正在引发新的技术生态系统的出现。

所有这些都推动了对特种半导体的需求。但电动汽车等行业可以依靠更老的传统技术(10纳米以上的芯片)蓬勃发展,这些技术需要的制造设备要便宜得多。TSMC宣称,美国亚利桑那州的两个新工厂将至少耗资420亿美元,制造最先进的5纳米和3纳米芯片,主要用于与国防相关的领域,如超级计算、量子科学和先进的武器系统。

 

2. 企业与大学的新型伙伴关系

美国的《芯片与科学法案》引发了企业和大学之间不断深化的创新和生产伙伴关系。美国半导体公司SkyWater科技公司已经投资18亿美元,在普渡大学的探索园区(Discovery Park District)建立一个商业上可行的半导体制造代工厂,预计5年内将创造750个工作岗位。这种伙伴关系将会成倍增加。自去年8月芯片法案颁布以来,私人投资已超过2000亿美元。

这个探索园区吸引了萨博、劳斯莱斯、hypersonics的主要公司和合作伙伴、Schweitzer工程实验室、Wabash、联发科技等公司,他们发现公园区是中西部最具吸引力和创新性的环境之一。

普渡大学校长米奇·丹尼尔斯说: “这标志着普渡大学在过去十年中朝着多重战略目标的巨大进步:为我们的学生提供丰富的学术和职业机会;为我们的教员提供新的研究可能性;我们校园内外的环境焕然一新,更具吸引力;这是普渡大学和大拉斐特大学成为印第安纳州经济增长和多样化的热门新技术中心的最新证明。”

探索园区是一个占地400英亩的多用途开发区,毗邻普渡大学的西拉斐特校区,为投资公司提供了接触普渡大学半导体领域专家、准备在该行业工作的备受欢迎的毕业生以及大量普渡大学研究资源的机会。园区提供了接近和进入州际和国家高速公路,以及印第安纳州的高度排名的商业气候的所有优势。当地经济增加了数百个就业岗位,公司选择在大学尖端研究设施、合作者和主要研究人员附近选址;大规模、高质量的人才通道;优越的生活成本。

为解决全球半导体短缺尽一份力是普渡大学的首要任务。去年5月,普渡大学推出了半导体和微电子领域的一整套跨学科学位和证书。半导体学位计划(SDP)是一套创新的普渡学位和证书,将研究生和本科生在校教育和在线教育结合起来,实现技能人才的快速增长。去年6月下旬,普渡大学开始与全球领先的无晶圆厂芯片制造商联发科公司(MediaTek Inc)合作,在中西部开设该公司的第一个半导体芯片设计中心,该中心就设在探索公园区。

印第安纳州州长埃里克·霍尔科姆赞扬了《美国芯片法案》的出台,并敦促国会为其提供资金。他提到了该州在先进制造业方面的优势,与美海军水面作战中心Crane的战略合作伙伴关系,以确保可靠的微电子技术,以及由普渡大学领导的国防部倡议,以发展半导体行业的劳动力人才。

该州将建设新的60万平方英尺的最先进半导体制造设施,其中包括10万平方英尺的洁净室空间,资金将来源于SkyWater从芯片法案获得的资助。美国创造的就业机会将集中在研究和设计工程、技术开发、运营工程、维护和技术支持以及技术人员。

3. 半导体联盟伙伴关系

美国在20世纪50年代开发了微芯片技术,1990年其制造业产量是全球总产量的37%。然而,随着制造业转移到东亚,包括中国、日本、韩国和台湾在内的国家,美国半导体制造业的全球产量在2021年降至12%。如果供应链中断,这种转变可能会给数字经济带来问题。

作为一个解决方案,美国国会于2020年6月11日推出了《为美国生产半导体创造有益激励法案》,又称《CHIPS ACT》。它支持国家半导体的研发、制造和供应链安全。

更广泛地说,半导体五集团(美国、日本、韩国、荷兰和台湾)拥有共同的基本价值观和地缘政治利益。他们构成了重新全球化集体的核心。这些是更广泛的信任伙伴关系网络的基石。

欧盟、日本、韩国和台湾先后都颁布了自己的芯片法案计划。它们可能看起来很有竞争力,但从长远来看,这应该被视为一种正向发展。芯片再全球化进程已经包括英特尔公司最近宣布投资850亿美元在德国、爱尔兰、意大利、波兰、西班牙和法国建设代工厂和研发工厂。TSMC与索尼合作,在日本投资了一个新的晶圆厂,并正在商谈在德国投资一个新的晶圆厂。

远非如怀疑论者所预测的那样,五集团之间已经开始相互促进。它有潜力扩展到其他兼容市场,从以色列到新加坡到哥斯达黎加。历史上不属于半导体行业的国家,如澳大利亚,正在探索加入复兴的途径。

日本、韩国和荷兰的半导体技术归功于早期的产业政策。冷战时期的太空竞赛产生了世界上第一个由飞兆(Fairchild)半导体制造的集成电路。但没有哪个国家比台湾更得益于产业政策,台湾在上世纪70年代从农业经济转型为半导体产业。正是TSMC的一代宗师张忠谋在这一成功中发挥了至关重要的作用。这就是全球化和再全球化的循环。

4. 芯片法案的预期成果

美国通过在2022年8月颁布芯片和科学法案,政策制定者朝着吸引美国半导体生产和创新投资迈出了历史性的一步,尽管新法律仍必须有效和高效地实施才能实现其潜力,但芯片法案已经引发了美国的私人投资,这将加强美国经济,创造就业机会和供应链的弹性。

从2020年春天推出芯片法案到法案颁布后的几个月,半导体生态系统中的公司已经推出了几十个项目来提高美国的制造产能。一些项目开始于对芯片法案资金的预期,并依赖于政策制定者对这种资金的承诺,而其他项目则在立法颁布后向前推进。根据美国半导体协会(SIA),以下是由《芯片法案》引发的一些成果:

(1)美国去年宣布了40多个新的半导体生态系统项目,包括建设新的半导体制造工厂、扩建现有工厂以及提供芯片制造所用材料和设备的工厂;

(2)有16个州宣布了近2000亿美元的私人投资,以提高国内制造业产能作为新项目的一部分,半导体生态系统宣布了4万个新的高质量工作岗位,这将在更广泛的美国经济中支持更多的工作岗位。

这些新项目涵盖了支持美国芯片生态系统所需的一系列活动,包括各种半导体领域(如先进逻辑、内存、模拟和传统芯片)的新建、扩建或升级的晶圆厂、半导体设备设施以及生产芯片制造过程中使用的关键材料的设施。

在芯片法案激励措施的预期下,一些项目已经开始破土动工和建设活动,最早将于2024年底开始生产。其他项目将于2023年开始建设。芯片和科学法案激励的一些项目可能会在更短的时间内运行,包括装备升级或添加等项目。已公布的项目包括建设23个新的芯片厂和扩建9个芯片厂。

工厂建设的增加刺激了原材料、化学品和设备供应商的投资。因此,供应半导体制造设备和芯片生产材料(包括高纯度化学品、特种气体和晶圆)的公司宣布计划投资几个工厂,以支持国内制造能力的提高。

新晶圆厂、现有晶圆厂扩建以及设备和材料供应商项目的总影响相当于近2000亿美元的投资,并在整个美国半导体供应链中创造了约4万个就业岗位。这个部门创造的就业机会支撑了整个美国经济的就业。事实上,2021年SIA-牛津经济研究发现,半导体行业每直接雇用一名美国工人,美国经济就能额外提供5.7个就业岗位。

除了商业拨款,《芯片法案》还包括针对半导体制造设施和生产半导体制造设备的工厂的“先进制造投资信贷”。总的来说,这些激励措施有望在美国的半导体生态系统中产生大量投资,并且迫切需要这两项措施来缩小美国与全球竞争对手之间的巨大成本差距。

去年8月,随着《芯片与科学法案》的颁布,美国会两党领导人发起了一场大胆的赌注,即投资于美国的芯片生产和创新就是投资于美国的未来。《芯片与科学法案》颁布仅四个月后,半导体行业对芯片激励措施的预期反应热烈,宣布并启动了几十个项目,在美国私人投资总额就达2000亿美元。

SIA期待着与美商务部合作,以确保芯片法案得到有效、高效和及时的实施。这样做将有助于重振美国芯片生产和创新,并为美国经济、创造就业、国家安全、供应链弹性和技术领先地位带来重大利益。

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