美國芯片制造業的未來

自 20 世紀 70 年代末以來，尖端半導體已成為美國政治經濟的核心。它們通常被稱為“信息時代的原油”，它們已經變得越來越普遍，現在被認為是電信、汽車和軍事系統等廣泛行業的基本組成部分。到瞭 20 世紀 80 年代，半導體對經濟變得如此重要，以至於它們被視為美國實力本身的象征，以及該國後冷戰未來的基本要素。2003 年，美國國傢科學院的一份報告將半導體的普及稱為“首要的通用技術”我們的後工業時代。就其影響而言，半導體在很多方面類似於第一次工業革命的蒸汽機。”

從歷史上看，美國半導體行業的成功建立在國傢與資本之間的合作之上。20 世紀 80 年代，當日本威脅要在這一領域占據主導地位時，美國決策者努力確保美國的主導地位。然而，近年來，幹預主義政策已經失寵，英特爾等美國芯片制造商現在發現自己落後於臺灣和韓國的競爭對手。在圍繞大流行供應鏈短缺的恐慌之後，半導體又回到瞭早期作為美國實力和衰落象征的試金石的地位。喬·拜登總統的行政命令以及去年的《CHIPS 法案》標志著政府“讓美國（工業）再次偉大”的努力。從這個意義上說，建議。然而，它們是否會產生預期的效果還有待觀察，因為《CHIPS 法案》中指定用於生產的資金不足以真正重振該行業所需的資本投資。

英特爾的崛起

冷戰後美國在半導體領域占據主導地位的故事在很多方面都是英特爾的故事。該公司於 1968 年由 Fairchild 前員工戈登·摩爾 (Gordon Moore) 和羅伯特·諾伊斯 (Robert Noyce) 在加利福尼亞州山景城成立，專註於半導體生產，到 20 世紀 80 年代已成為世界十大生產商之一。1965 年，戈登·摩爾 (Gordon Moore) 預測芯片將定期變得更小、更便宜、速度更快。精明的英特爾公關活動人士將其變成瞭“摩爾定律”，到瞭 20 世紀 90 年代，它被廣泛吹捧為該公司取得巨大成功的自然原因。

英特爾成立時，金屬氧化物半導體（對現有技術的顯著改進）已處於原型階段，但尚未廣泛生產。這個好時機讓英特爾能夠從即將產生的繁榮中獲益。該公司在成立之初還得益於其他一些運氣。重要的是，IBM 在 1981 年選擇英特爾為其對抗蘋果 PC 提供芯片。與許多美國半導體公司一樣，英特爾也受到日本在該領域日益增長的主導地位的威脅，但它在 1985 年做出瞭快速而有利的決定，退出內存芯片 (DRAM)制造業務以遏制損失（英特爾每個芯片損失 1 美元）。

20世紀80年代，美國稅法允許國內企業沖銷新工廠的建設；芯片產能每兩年翻一番，利潤猛增。隨著與日本的競爭加劇，英特爾決定進一步加快產品開發周期；它的芯片能力正在以令人眼花繚亂的速度增長——每三年翻兩番。這一噱頭迫使日本競爭對手也采取同樣的措施來跟上，但英特爾計劃在幾年後降低極快的速度並恢復到可盈利的生產水平，而日本工業已經永久性地改變瞭其生產模式以跟上以新的步伐。這使得日本公司盈利變得越來越困難，因此，加上 20 世紀 90 年代初日本的經濟困境和美國政府的外交壓力，該行業陷入瞭困境。美國，尤其是英特爾，重新奪回瞭領先地位。美國的產業政策、有利的監管變化、國際路線圖賦予英特爾的優勢，以及美國政府對英特爾與微軟（當時稱為Win-Tel）極其密切的關系的容忍，使得英特爾能夠梳理通過2000年代。

然而，20 世紀 90 年代的成功為未來的問題埋下瞭種子。英特爾前高管保羅·加吉尼 (Paolo Gargini) 指出，英特爾 1994 年的勝利減輕瞭政府維持投資率的壓力。結果，到瞭 2000 年代初，美國工業界缺乏資源，但同時需要大量投資來轉向新的芯片設計，以繼續摩爾定律的改進。美國工業被迫走出美國本土。由於參與美國國傢半導體路線圖等事務，加吉尼被任命組織美國行業的其他成員來支持這一轉變。

同樣，由於他在日本恐慌期間多次代表英特爾出訪日本，因此他的任務是將日本業界人士組織到新的國際機構中。美日沖突投下長長的陰影；加吉尼聲稱，對沖突的記憶使得說服美國半導體人物加入國際機構變得困難，例如世界半導體理事會和國際半導體路線圖。盡管如此，他還是成功地讓美國生產商相信“合作”才是前進的方向。但 20 世紀 80 年代成立的行業研究聯盟 Sematech 不願意測試新的芯片原型。這促使美國生產商在荷蘭開發 IMEC，進一步將生產過程的各個部分從美國海岸移除。

新的國際路線圖通過協調國際分工將英特爾的領先地位保持到2010年代。除瞭保持美國在高端芯片領域的領先地位外，該路線圖還為其他國際利益相關者提供瞭激勵。向新芯片設計的轉變促成瞭這一國際化轉型，這讓像加吉尼這樣的人物有機會倡導更多的政府支持。他取得瞭成功，為建立這些國際機構的外國談判贏得瞭政治支持。他還設法獲得更多資金，以及隨之而來的工業規劃和其他政府資源，這些資金通過幾個政府機構分配。

失去優勢

然而到瞭 2016 年，英特爾已經失去瞭在尖端制造領域的領先地位。自九十年代以來，大規模的技術轉讓發生在光天化日之下，卻沒有引起任何恐慌。這些轉讓中最重要的是荷蘭 ASML，該公司是唯一一傢生產制造現有最佳芯片所需的 EUV 光刻設備的公司，以及臺灣半導體制造公司（臺積電），該公司生產全球最大比例的尖端芯片。一旦這些芯片價格貶值，半導體行業的常見做法就是將落後幾代的舊技術出售給其他代工廠。雖然這些技術轉讓當時並沒有引起多少關註，但卻為美國主導地位的喪失鋪平瞭道路。

到 2000 年代初期，整個行業都清楚地意識到，需要新的制造設備才能滿足摩爾定律設定的期望。從 2000 年代末開始，向 300mm 高 k 金屬柵極芯片的過渡需要全新且極其昂貴的工廠。許多決定不轉向 300mm 的美國公司的產品都依賴臺灣代工廠。當他們意識到這些代工廠沒有技術時，他們將開發團隊派往臺灣升級技術。這使臺灣企業更接近領先優勢。供應商意識到臺灣晶圓廠將成為主要客戶，因此向他們提供瞭從其他領先公司收集的額外技術知識。與此同時，在英特爾關閉其位於聖克拉拉的第二個研究機構後，2006年至2008年間，臺灣英特爾工程師也大量外流返回臺灣。這些工程師年齡在40多歲左右，前往臺積電時擁有英特爾技術方面的專業知識。

與此同時，蘋果的日益成功幫助臺積電領先於英特爾。2006 年左右，蘋果曾向英特爾提供一份為其電腦提供芯片的合同，但英特爾拒絕瞭，因為他們認為每個芯片賺不到足夠的錢。相反，臺積電獲得瞭合同，隨著蘋果產品需求的猛增，兩傢公司都獲利瞭。到 2012 年，蘋果公司首創的設計制造模式已經徹底改變瞭電子行業。英特爾繼續專註於昂貴的領先芯片，但政府投資很少，研發 (R&D) 預算也減少。盡管如此，由於之前的成功，人們對美國企業主導地位的信心仍然很高，但到 2016 年，當下一代 EUV 光刻技術推出時，英特爾發現自己遠遠落後於競爭對手。今天，一些評論傢指出，盡管有 CHIPS 法案和其他補貼，該公司的財務前景仍然黯淡。

美國政府和半導體行業

盡管美國在該行業的主導地位在 2010 年代明顯減弱，但政府選擇不介入保護英特爾，就像 20 世紀 80 年代日本公司處於領先地位時對半導體公司所做的那樣。結果，政府打破瞭數十年來一直提振美國芯片行業的政策先例。同樣，政府本可以解決由於少數參與者對該行業日益壟斷而給尖端芯片的可靠供應帶來的風險，但政府也沒有這樣做。審視半導體行業和美國政府的歷史有助於解釋美國人的傲慢態度。

自冷戰初期以來，半導體一直是美國國防戰略的核心，使美國在技術上比蘇聯的人力優勢更具優勢。（這被稱為“抵消戰略”。）同樣，美國在越南的傲慢部分是由於誇大瞭美國技術提供精確指揮和控制的能力。這一願景後來在沙漠風暴行動中得到瞭部分實現，更先進的電子設備使美軍能夠更精確地轟炸軍事目標。

20 世紀 70 年代末，隨著民用計算的興起，該行業經歷瞭重大的結構性轉變。平民，而不是軍方，成為芯片的主要消費者，這導致像貝爾實驗室這樣的大公司（由主要研究部門組成並依靠大型政府合同維持生計）讓位於專註於民用市場的小型初創公司。這些規模較小的公司在 20 世紀 70 年代末和 80 年代初開始面臨激烈的國際競爭時，與美國政府建立瞭密切的關系。他們不僅需要聯邦政府作為合同來源，更重要的是，與外國政府進行談判，獲得有利的貿易協議，提供補貼，放寬反壟斷和其他主要法規，並幫助集中規劃該行業及其供應商。

激進的貿易和外交壓力是 20 世紀 80 年代和 90 年代美國半導體戰略的特點。美國政府威脅甚至有時對日本企業實施制裁，以確保美國的主導地位。裡根政府利用制裁和其他威脅迫使日本將 20% 的日本國內市場割讓給外國（即美國）芯片制造商。事實上，美國代表半導體行業的幹預開創瞭一種全新的貿易政策方式，這激怒瞭當時像Heritage這樣的右翼智囊團。到瞭 20 世紀 90 年代中期，民主黨和共和黨找到瞭共同點，利用科技行業的成功來宣傳自由市場的勝利、美國例外論和美國企業傢的才華等右翼敘事，而制定產業政策的機構 則為“科技”行業 受到保護，免受新自由主義縮減國傢規模的要求

受雅達利民主黨政治策略影響，20世紀90年代的克林頓政府特別熱衷於擁抱科技產業，認為這有助於解決一方面“財政責任”與工人階級選民的就業需求之間的矛盾。這在一定程度上要歸功於經濟學中新增長理論的興起以及羅伯特·賴克（Robert Reich）和約瑟夫·斯蒂格利茨（Joseph Stiglitz）等產業政策支持者的崛起，他們將技術視為經濟增長的關鍵。他們還認為，科技行業獨特地積累瞭“自然”壟斷，並且沒有辦法繞過它。

在 20 世紀 90 年代末，美國在冷戰後建立瞭一系列新的國際機構，如世界貿易組織（WTO）和世界半導體理事會，這些機構對美國半導體和其他信息產業給予瞭極大的支持，以維護美國的霸權。同樣，新的國際路線圖協調瞭行業中的公司、供應商和其他參與者，創造瞭“合作” 部門參與者之間具有嚴格的角色和等級制度。建立和維護國際路線圖所需的合作以美國公司的主導地位為基礎，並鼓勵行業整合。

在喬治·W·佈什的領導下，政府對工業的積極參與開始發生變化。唐納德·拉姆斯菲爾德一直想將技術政策交給國防部，並在福特領導下嘗試這樣做。在佈什政府期間，安全國傢與該行業有著密切的關系，但幾乎沒有直接控制或管理。在克林頓領導下的民主黨支持科技政策之後，奧巴馬與矽谷保持瞭這種密切的關系。

至關重要的是，到 2000 年代中期，蘋果、谷歌和 Facebook 等公司需要臺積電制造的廉價芯片才能取得成功。對於專註於設計的公司來說，這是一筆劃算的交易。這意味著他們不必花錢購買極其昂貴的新 300 毫米工廠（如今，典型的晶圓廠成本約為40 億美元，而尖端晶圓廠的成本可能高達100至 200 億美元或更多。這種安排使得規模較小的芯片設計初創企業能夠生存下來。這在短期內也使消費者受益——這是政府決定反對幹預的另一個理由。美國政治階層並不擔心失去芯片制造的領先優勢，直到為時已晚。

直到 2016 年，國防界才開始擔心英特爾和尖端芯片的獲取。四年後，與新冠病毒相關的通用芯片供應鏈問題的出現，導致美國政界人士也開始關註半導體。白宮聲稱芯片短缺使美國經濟產出損失瞭整整一個百分點。由於國會缺乏技術知識（源於金裡奇取消技術評估辦公室等改革），當前的政策制定者將獲得低端芯片與英特爾未能在競爭中保持領先地位混為一談。從他們的角度來看，美國產量下降解釋瞭供應鏈短缺。正是這種合並產生瞭CHIPS 法案拜登的行政命令，以及增加通用和領先國內芯片產量的新政治壓力。

目前的競爭狀態

拜登政府的新行政命令限制中國獲得半導體和半導體制造設備（包括“人力資本”）。我們有理由相信這些命令隻是說說而已，而不是實質內容。它們很難執行，需要其他國傢的合作以及對黑市和灰色市場的控制。它們也沒有采取任何行動來削弱中國技術進步的能力——在人工智能應用方面，有一些解決辦法。例如，主要人工智能芯片制造商英偉達在 10 月份的業務報告中聲稱，他們將向中國出售速度較慢的芯片，但用更快的網絡來彌補。此外，行政命令沒有解決美國工業的根本問題。

多數黨領袖查克·舒姆爾 (Chuck Schumer )關於與中國競爭的言論不妨從 20 世紀 80 年代起就被取消瞭——隻用“中國”代替“日本”。他宣稱，“參議院將通過多種方式進一步加強美國針對中國剝削性經濟和產業政策的立場，這些政策旨在破壞美國的微芯片制造和其他創新，危及我們的經濟和國傢安全。” 一些左翼人士表示擔心這些行政命令會扼殺中國的“技術進步”，但這也有些言過其實。中國正在努力在芯片制造領域做出重大努力，但幾乎沒有機會趕上成本更高的領先技術。

美國芯片行業的主導地位和發展歷來依賴於冷熱沖突，例如韓國、越南、沙漠風暴和“反恐戰爭”。戰爭促進瞭半導體的改進並提供瞭測試技術的場所。反恐戰爭正式結束後，政府現在需要一個新的緊急狀態來激勵公眾清楚的國傢投資。美國安全國傢的主要長期擔憂是尖端芯片不再由美國公司生產，而是由臺灣的臺積電生產。

美國能制造自己的尖端芯片嗎？美國政客將尖端芯片帶回美國的努力引人註目，但還不夠。芯片生產是一個資本極其密集的行業；新晶圓廠的建造成本在 40億至 200 億美元之間。CHIPS 法案承諾一次性支付 520 億美元，但隻有390 億美元專門用於“制造業激勵”，而 110 億美元用於研發。CHIPS法案有兩個主要目標：振興國內半導體行業以及將供應鏈帶回美國。

《CHIPS 法案》旨在生產至少“兩個新的大規模前沿邏輯工廠集群……由一傢或多傢公司擁有和運營。” 美國生產的其他目標包括先進封裝、領先的存儲芯片和通用芯片。該法案促進美國具有經濟競爭力的領先存儲芯片的生產和未來領先存儲芯片的研發，以及提高標準芯片的生產能力。這些都是 390 億美元的雄心壯志，但願景文件承認這筆資金還不夠。美國與國內外生產商的關系隱含地受到威脅。是否會試圖推動英特爾領先臺積電，或者美國是否會加倍努力與外國領先企業合作，但鼓勵他們在美國制造？或者我們會看到兩者的結合？美國產業政策的未來可能懸而未決。產業政策的支持者擔心 CHIPS 未能實現其既定目標可能會阻礙未來的投資。

還存在一些實施問題。美國政府通過蘋果等半導體客戶以及通用汽車等汽車公司施加的政治壓力將暫時迫使臺積電和三星將更高端的芯片帶到美國。美國的生產成本至少是中國臺灣和中國大陸的兩倍。雖然誰將承擔這些成本還有待觀察，但像蘋果這樣的公司很可能將其轉嫁給消費者。州政府以稅收減免、土地和其他便利設施的形式向這些外國公司提供瞭大量補貼，但聯邦政府尚未花費一毛錢（盡管支出會議正在進行中）。如果沒有持續的投資，結果可能會重蹈 20 世紀 90 年代末的陷阱，當時英特爾暫時在愛爾蘭生產芯片，因為歐盟威脅要優先選擇其他公司並向英特爾提供補貼。當政治壓力消退後，英特爾搬遷到更便宜的生產地點。今天，競爭對手已發出警告英特爾同樣可能會拿聯邦資金隻建造工廠的“外殼”。

盡管有人談論臺積電的威脅，但荷蘭公司 ASML 的壟斷地位對於美國圍繞行業集中的安全擔憂可以說更為重要。如果臺積電崩潰，三星和英特爾可以從 ASML 購買設備（當然，隨著行業的適應，會出現幾年的混亂）。但 ASML 沒有替代品——世界上沒有其他擁有 EUV 光刻專業知識的設備制造商可以替代它。美國政府在半導體生態系統中擁有巨大的影響力，它可能會迫使 ASML 在美國制造或傳播 EUV 制造知識。這是一個政治意願問題。

盡管有公共投資，半導體行業仍受到低利潤、高成本和不穩定的商業周期的困擾。如今，英特爾是唯一一傢能夠生產領先芯片的美國公司，並且已經獲得瞭大量補貼。但除瞭復興英特爾的領先業務或依賴外國公司之外，還有另一種選擇：美國政府可以運營一傢國有晶圓廠。雖然國內工廠成本高昂，但美國已經提供資金並維持對必要技術的獲取。國有晶圓廠可以通過供應民用市場、減少政府對美國公司的援助以及穩定依賴此類晶圓廠的企業和消費者來生產精確錯誤測試芯片所需的產量。在芯片制造行業增加一個國傢參與者可能在政治上很復雜，但這將是對當前基礎設施中重疊挑戰的戰略和有效回應。