美國半導體制造業正在復蘇嗎？是否要借鑒中國的模式？
2020-08-14 13:01:33 EETOP編譯自semiwiki
這可能帶來什么影響，它能否有意義地改變半導體晶圓廠的格局？
半導體制造簡史
美國是半導體的發源地，從20世紀40年代Shockly發明晶體管，催生了仙童半導體這樣的早期領軍企業，進而催生了英特爾這樣的傳奇企業。在每個半導體公司都自己制造設備、晶圓廠成本只有幾百萬美元的年代，制造基地如雨后春筍般涌現，硅谷由此得名。
80年代，日本開始大力投資晶圓廠，美國開始失去在行業中的領先地位。日本人應用他們的質量和制造實力主導了內存芯片等細分市場，推動了英特爾在80年代中期從內存芯片轉向微處理器。然而，更大的轉變發生在90年代，通過代工廠和無晶圓廠設計公司的出現。在臺積電和聯電等公司的帶領下，他們使許多規模較小的晶圓廠不再具有成本效益。與此同時，像三星這樣的韓國財閥公司也開始大力投資制造，現在三星和Hynix兩家韓國公司主導了內存芯片市場。美國現在生產的IC芯片不到全球的12%。
2014年中國決定半導體制造事關國家安全，開始實施一個雄心勃勃的"大基金 "200億美元以上的計劃，要把中國從一個市場份額不到10%的小角色變成一個與韓國、中國臺灣以及美國對抗的全球巨頭。2019年，宣布成立大基金二期，規模是之前基金的兩倍。除此之外，地方政府實體將自己的基金投資于地方項目，國有銀行提供廉價資金。目前中國大陸IC產量已經和美國差不多，約占全球產量的12%。
當今美國的芯片制造
經過一波整合和外包浪潮之后，大多數美國公司都退出了制造業競賽。只剩下三家主要公司：英特爾，美光和全球晶圓代工廠（GF）。GF甚至不是由阿聯酋主權財富基金Mubadala私有的真正的美國公司。每個人都有自己的利基市場，彼此之間不競爭。英特爾是IDM（集成設備制造商），并為PC和服務器生產微處理器。美光公司生產存儲芯片（NAND和DRAM），顧名思義，Global Foundries是無晶圓廠芯片公司的合同制造商。但是半導體制造是一項全球業務，所有這三家公司都運營著全球晶圓廠。英特爾通常在美國，愛爾蘭和以色列之間輪換新的晶圓廠。美光公司在日本和臺灣經營晶圓廠，最新一筆巨額投資是在新加坡。GF在德國和新加坡也設有工廠。
在經歷了一波整合和外包之后，大多數美國公司已經退出了制造業的競爭。現在只剩下三家大公司。英特爾、美光和Global Foundries （GF）。GF甚至不是一家真正的美國公司，被阿聯酋的主權財富基金Mubadala私人擁有。各自有自己的定位，互不競爭。英特爾是IDM（Integrate Device Manufacturer），生產個人電腦和服務器的微處理器。美光生產內存芯片（NAND和DRAM），Global Foundries，顧名思義，是無晶圓廠芯片公司的合同制造商。但半導體制造是一項全球性的業務，這三家公司都在經營全球晶圓廠。英特爾經常在美國、愛爾蘭和以色列之間輪換新的晶圓廠。美光在日本和臺灣經營晶圓廠，最近一次大規模投資是在新加坡。GF在德國和新加坡也有工廠。
最先進的半導體Fab所涉及的關鍵要素
1. 持續的資本投資。一座最先進的晶圓廠現在的成本在100億美元以上。2019年半導體制造商的資本支出總額為1020億美元。而為了保持摩爾定律的相關性，企業必須每兩年向市場推出新的技術節點。在這種規模下，一次性提升230億美元并不能改變美國的游戲規則。此外，還有一個補貼的結構問題。過去，比如在太陽能行業，美國的模式是利用稅法通過抵扣、減稅等方式進行某種復雜的結構。這是一種低效率的資本配置方式。
2. 工程人才。美國大學培養了大量的工程專業畢業生，美國仍然是世界人才的理想目的地（盡管政府最近采取了一些措施來改變這種狀況）。新晶圓廠的人員配置應該不是問題。
3.基礎設施。土地、穩定的電網、供水、交通基礎設施都是必不可少的。從這個角度看，美國作為發達國家并不缺乏。
4. 供應鏈。半導體的供應鏈和最終產品一樣，都是全球性的。一個國家要想在制造方面完全自給自足是非常困難的，甚至是不可能的。美國在生產設備等一些關鍵的構件上有很好的優勢，最大的供應商應用材料（AMAT）、泛林（LAM）和科磊（KLA）都是美國公司。但即使這樣，荷蘭的ASML公司也壟斷了關鍵的光刻步驟。在材料方面更是難上加難，因為生產過程中使用了上百種化學品和氣體，其中很多都要從亞洲采購。所以任何國家真正實現端到端自給自足都是空想。
誰將在美國建立新的晶圓廠？
英特爾歷來一直在積極地進行技術開發和建造晶圓廠。加上一些額外的激勵措施，他們很可能會選擇美國的地點，而不是愛爾蘭或以色列來進行未來投資。毫不奇怪，英特爾一直在大力游說爭取美國政府對該行業的支持。但是，即使是英特爾，過去也曾嘗試使用代工廠模型，但沒有取得任何進展。并在最近的公告中提到他們的7nm工藝有更多的延遲，甚至表示愿意使用外部合作伙伴進行制造。
美光通過收購日本和中國臺灣企業，以及在新加坡的擴張，得到了更多的發展。內存芯片是商品，對成本高度敏感。美光不太可能在短期內再建一座大規模的美國晶圓廠。
Global Foundries已經退出了最新工藝節點的競爭，并專注于一些更利基的技術和應用，如FDSOI。它也陷入了財務困境，只能靠穆巴達拉集團來維持。在未來幾年內，世界上任何地方都不太可能看到他們的新的前沿工廠。
全球廠商：其他頂級全球廠商是臺積電、三星和海力士。三星在奧斯汀經營兩家晶圓廠，可以想象，如果有足夠的動力，三星將在那擴建工廠。海力士沒有在美國運營的歷史（他們在中國擁有大型晶圓廠），不太可能現在就開始運營。
臺積電（TSMC）涉足美國晶圓廠的想法已有一段時間了，但從未成功。臺灣是一個小島，臺積電可以很容易地在各個站點之間輪換重要人員。盡管最近宣布了對亞利桑那州的投資，但除了政治上之外，美國臺積電（TSMC）的優勢很難看到。就像沒有在威斯康星州大肆宣傳的富士康工廠那樣，這可能是對未來關稅的政治對沖。蘋果也可能將其供應鏈也轉移到美國。但是從純粹的運營和財務角度來看，此舉似乎沒有優勢。
美國可以借鑒中國的模式嗎？
相比之下，中國通常通過直接股權投資或通過國有銀行貸款來輸送資金，這大大加快了新工廠的投產速度。中國企業對一個行業的看法也很長遠，愿意在虧損的情況下經營幾年。例如，他們完全主導了太陽能制造（90%的太陽能電池由中國制造），并成為顯示器制造的主要參與者，從韓國和日本人那里搶走了份額。
美國必須表現出對聯邦和州支持的類似長期承諾。但這在美國的政治體系中非常困難。再次以太陽能為例，聯邦稅收抵免和州激勵措施的各種組合被用來啟動該行業。這在成本/瓦特持續下降的安裝方面起作用。但是美國在制造太陽能電池和組件本身方面只是次要角色。
最后，由于只有前五大IC制造商才有足夠的資金來制造領先的晶圓廠，任何政策都必須與這些公司的戰略目標相一致。有些可以通過關稅和貿易行動等懲罰性措施來實現，但這在全球經濟中很少是可持續的。
結論
關注一小部分真正對國家安全有影響的關鍵芯片，并在必要時繼續為其提供資金，可能更有意義。但是，將集成電路制造大規模轉移回美國的可能性不大。
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