芯片荣升“新石油”，美国大举投资保障供应

2023年1月16日15:20 CST 更新

美国是在过去两年才充分意识到，半导体现在对现代经济的重要性不亚于石油。

在数字化的世界里，电动工具通常装配有追踪自身位置的蓝牙芯片。家用电器已经添加了芯片来管理电力使用。2021年，平均每辆汽车装有大约1,200个芯片，价值600美元，是2010年的两倍。

造成芯片短缺的供应链紧张问题令美国深受其害。据咨询公司艾睿铂(AlixPartners)，汽车制造商去年因芯片短缺损失了2,100亿美元的销售额。与中国之间的竞争引发了担忧，美国担心中国可能主导民用或军用的关键芯片领域，甚至阻止美国获得零部件。

现在，美国政府和公司正花费巨资疯狂建立国内制造业和保障芯片供应。根据半导体产业协会(semiconductor Industry Association)的数据，自2020年以来，半导体公司在全美提出了40多个项目，价值近2,000亿美元，将创造四万个就业岗位。

这是对芯片行业的大举押注，该行业塑造了国际经济竞争格局并决定了各国的政治、技术和军事优势。

英特尔公司(Intel Corp., INTC)首席执行官帕特·基辛格(Pat Gelsinger)去年10月在《华尔街日报》(The Wall Street Journal)举办的一次大会上称：“过去50年，石油储备的位置决定了地缘政治局势；未来50年，芯片工厂建在哪里更为重要。”

9月，拜登在俄亥俄州新的英特尔半导体制造工厂的奠基仪式上。

图片来源：JAMES D. DECAMP/ZUMA PRESS

随着石油在20世纪头10年成为工业经济体的关键原料，美国发展成为世界上最大的石油生产国之一。确保半导体供应则更为复杂。尽管各种石油之间大同小异，但半导体的类型、性能和成本却令人眼花缭乱，而且依赖于涉及多个国家的多层供应链，投入的要素数以千种计。鉴于规模经济的效应，美国不可能一力完成所有这些东西的生产。

美国商务部监督《芯片和科技法案》(Chips and Science Act)实施情况的办公室的负责人Mike Schmidt称：“美国的尖端生产为零。”美国总统拜登(Joe Biden)去年8月签署为法律的《芯片和科学法案》为半导体制造和研究提供520亿美元的补贴。Schmidt称：“我们讨论的是让美国在前沿生产领域全球领先，并在未来创造自我维持的动力。毫无疑问，这是一系列非常雄心勃勃的目标。”

最近影响最大的短缺并不一定涉及最昂贵的芯片。

福特汽车公司(Ford Motor Co., F)首席执行官吉姆?法利(Jim Farley)去年11月份在加利福尼亚州圣何塞的一次芯片高管聚会上说，受芯片短缺影响，北美工厂工人自去年年初以来只有三次工作了整周。由于缺少简单的芯片，包括F-150皮卡的挡风玻璃雨刷电机所需的40美分的部件，福特汽车产量比目标低了4万辆。

直到2014年，总部位于圣迭戈的瑞思迈(ResMed Inc., RMD)生产的睡眠呼吸暂停治疗设备每部都只包含一个芯片，用于处理气压和湿度。之后，瑞思迈开始在这些设备中使用蜂窝芯片，这些芯片将用户夜间睡眠模式报告卡传送到他们的智能手机和医生那里。

其结果是，用户的经常使用率从略过一半攀升到约87%。而持续使用设备的睡眠呼吸暂停患者的死亡率会降低，一个相对简单的芯片或可帮助拯救生命。

瑞思迈的睡眠呼吸暂停设备在新加坡组装。

图片来源：ORE HUIYING FOR THE WALL STREET JOURNAL

在芯片短缺期间，瑞思迈无法获得足够的蜂窝芯片，当时适逢用户对其设备的需求上升，部分因为一家竞争对手的设备被召回。一些供应商未履行供应协议。患者面临长达数月的等待期。

瑞思迈首席执行官Mick Farrell说，他恳求长期供应商优先给他的设备供货，虽然他的订单相对较小。“我请求给我们提供更多更多的芯片，并请求优先给我们供货，”他说，“这是事关生死的东西，而不仅仅是让人感觉好一点。”

该公司对其设备进行了重新设计，用其他更容易获得的芯片取代那些供应不足的芯片。这些设备在新加坡和悉尼组装。该公司还寻找新的芯片供应商，甚至倒退回去，推出了一版无蜂窝芯片设备。

尽管芯片短缺状况已有所缓解，并且该公司最新呼吸设备重新配上了蜂窝芯片，但Farrell担心芯片供应可能成为瓶颈。

去年5月，多名医疗技术公司首席执行官在电话会议中向商务部长吉娜·雷蒙多(Gina Raimondo)请求帮助，他就是其中之一。雷蒙多的工作人员要求其他联邦机构将医疗设备划定为必需品，并帮助买家绕过分销商、直接与制造商取得联系。

这样的请求也使拜登政府在雷蒙多领导下推动通过《芯片与科学法案》(Chips and Science Act)的努力变得更加紧迫。长期以来，美国一直对产业政策心存疑虑，在这种政策下，是政府而不是市场将资源引导向特定行业。许多经济学家批评产业政策是在挑选赢家。但许多共和党和民主党议员认为，半导体应该是个例外，因为半导体像石油一样，都有重要的民用和军事用途。

7月，美国商务部长吉娜·雷蒙多。

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该法案通过后不久，英特尔在俄亥俄州的一个200亿美元的项目破土动工。该公司两年来一直推动国会通过该法案。美国商务部将于下个月宣布有关该法案的制造业补贴如何发放的指南。

美国科学家和工程师从20世纪40年代开始发明了半导体并将其商业化，如今美国公司仍在半导体供应链中利润最丰厚的环节占据主导地位，其中包括芯片设计、将设计转化为实际半导体的软件工具，以及与日本和荷兰竞争对手共同主导的蚀刻领域；这类机器的价格可达数百万美元，半导体制造厂利用它们将芯片设计蚀刻在晶圆上。

但半导体的实际制造已被越来越多地外包给亚洲。据波士顿谘询公司(Boston Consulting Group Inc.)和SIA的数据，美国在全球芯片制造领域的份额已被侵蚀，从1990年的37%降至2020年的12%，中国大陆的份额已从零左右升至大约15%。台湾和韩国的份额均略高于20%。

先进制程逻辑芯片是计算机、智能手机和服务器的大脑，这方面最领先的制造商是芯片代工厂商台湾积体电路制造股份有限公司(Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., 2330.TW, 简称﹕台积电)和总部位于韩国的三星电子(Samsung Electronics Co., 005930.SE)。英特尔位居第三。存储芯片主要由总部设在美国和亚洲的公司在亚洲制造。较低端的模拟芯片则在世界各地生产，此类芯片在消费品和工业品中通常只执行少数任务。

如此多的芯片生产集中于中国、台湾和韩国这三个热门地区，美国军事和政治领导人对此感到不安。他们担心，与美国的盟友日本于20世纪80年代短暂主导半导体制造业时的情况不同，如果中国在尖端半导体领域取得主导地位，无论是自行做到这一点还是通过攻台达成，都会威胁到美国的经济和国家安全。

大约从2016年起，美国官员开始阻止中国旨在收购前沿芯片公司和技术的努力。去年7月，当一家加拿大研究公司表示，中国最大的芯片制造商中芯国际集成电路制造有限公司(Semiconductor Manufacturing International Co., 0981.HK, 简称﹕中芯国际)已经开始制造7纳米芯片时，美国政府的许多人大为震惊。7纳米制程芯片生产难度原本被认为超出该公司的掌控能力。

在几乎没有任何警告的情况下，美国政府在2022年10月7日针对向中国出口的芯片相关产品实施了有史以来的最广泛限制。长期以来，美国奉行的政策是允许中国的半导体能力得到提升，前提是美国能在该领域保持领先。而美国新实施的芯片管控举措则更进一步，试图在美国与其盟友竞相向前发展的同时使中国芯片业在原地踏步。

左图：12月29日，台积电在台湾的一家工厂举行了标志着3纳米芯片批量生产开始的仪式。右图：台湾Macronix International Co.展出的电路板。

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与此同时，美国官员希望联邦补贴的发放将推动芯片厂建设得足够大、足够先进，以便在未来较长时期都能保持竞争力和盈利能力。雷蒙多在接受采访时说：“我们必须想方设法，利用我们所拥有的每一个优势筹码……推动这些公司做大。”她说：“我需要让英特尔考虑把俄亥俄州规模为200亿美元的工厂变成规模1,000亿美元的工厂。我们必须说服台积电或三星，让它们每月生产的晶圆从2万片提高到10万片，并且在美国获得成功、实现盈利。这就是整个竞争规划。”

如此雄心勃勃的计划是在芯片制造商处境微妙的时刻推出的，许多芯片商已经看到曾经在疫情早期阶段火热的电子产品需求出现急剧下降。面对这种下滑局面，英特尔正在削减资本支出，而台积电上周也表示，需求疲软可能导致其今年削减资本支出。

为满足芯片公司的投资需求，雷蒙多已与私营基础设施投资者接触，希望他们能够参与到芯片项目中来，效仿Brookfield Asset Management Inc.在英特尔亚利桑那工厂的共同投资。去年11月，在巴克莱银行(Barclays Bank)在新加坡举办的一次投资会议上，雷蒙多向700名基金经理提出了这个想法。

她还找过苹果公司(Apple Inc., AAPL)等芯片客户，希望他们能购买这些工厂生产的芯片。她说：“我们需要大客户承诺购买（这些芯片厂的产品），这将有助于降低交易风险，并表明这些芯片是有市场的。”

这些努力似乎在去年12月得到了回报。当时，台积电宣布将把对一家工厂先进制程芯片的投资额提高到400亿美元。该在建工厂坐落于凤凰城北部的大片灌木丛中。这里以前是野驴和土狼的家园，但现如今工程起重机随处可见，一些全球最先进的制造设备陆续运来。

在去年12月拜登和雷蒙多等政府高官出席的一个仪式上，苹果公司首席执行官库克(Tim Cook)和Advanced Micro Devices Inc. (AMD, 简称AMD)首席执行官苏姿丰(Lisa Su)承诺购买该台积电工厂的部分产品。

12月，台积电在凤凰城制造工厂的工人们。

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然而，台积电在一封公开信中对美国商务部表示，尽管其计划和地方、州以及可能的联邦补贴让人兴奋，但该厂的成本仍高于在台湾本土建造同类工厂的成本。台积电的创始人张忠谋(Morris Chang)去年11月表示，成本可能相差50%。台积电表示，已派遣600多名美国工程师到台湾培训。

在美国之外，欧洲也有自己的计划，打算在约10年内将欧洲产能在全球芯片产能中的占比扩大一倍，与此同时，台湾、中国和其他亚洲国家政府正向芯片行业投入大量资金。除了在亚利桑那州的项目外，台积电还在日本建造一座芯片厂，并考虑在欧洲的潜在投资。

美国生产成本高企，且合格劳动力稀缺，这阻碍了之前美国让电子产品制造业回流的努力。印第安纳州普渡大学(Purdue University)的校长Mung Chiang说，计算机和工程专业的学生被芯片设计或软件这些美国公司处于领先地位的领域所吸引，而不是相关的制造业。

Chiang说：“即使他们说，‘确实，半导体制造听起来真的不错，我想从事这个行业’，但是，他们在哪里可以学到真正的实际经验呢？”

普渡大学为此创建了一个专门的半导体项目，希望到2030年每年以面对面和在线方式颁发1,000多个证书和学位。去年7月，总部位于明尼苏达州布卢明顿的芯片代工企业SkyWater Technology表示，将投资18亿美元在普渡大学校园内建造一座晶圆厂，预计这将得到美国芯片法案的资金支持。

发展美国国内的人才供应仅仅是这场战斗的一半。在半导体的许多关键原材料投入方面，美国也依赖外国。

在硅芯片上雕刻微型电路图的光刻机使用高纯氖。生产高纯氖气的粗氖气通常从钢铁厂的大型空气分离装置获取。这些空气分离装置从空气中分离炼钢炉使用的氧气时产生粗氖气。

由于钢铁行业在过去的半个世纪中基本上搬出了美国，目前美国国内生产的氖气非常少。大部分氖气来自乌克兰、俄罗斯和中国，但俄罗斯对乌克兰的入侵使中国成为全球主要氖气来源。

图片来源：CAITLIN OCHS FOR THE WALL STREET JOURNAL

Electronic Fluorocarbons LLC的执行副总裁Matthew Adams称：“这对美国来说是一种风险吗？绝对是。”这家总部位于马萨诸塞州的公司进口、提纯并销售氖气和其他气体。Adams称：“如果长期禁止从中国向美国出口氖气，在库存耗尽后，将导致很大一部分半导体生产关闭。”

芯片制造中使用的其他少数几种原材料也同样主要来自中国，例如钨。钨转化为六氟化钨后用于制造芯片上的晶体管部件。要真正让美国芯片行业切断与中国的关系，将需要打破几十年来的全球化，行业领袖说这是不切实际的。

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即使美国做不到拥有整个半导体供应链，也确实有机会扭转近年在一个又一个制造业领域失去领导地位的历史性模式，包括乘用车、铁路设备、机床、消费电子产品和太阳能电池板领域。

倡导政府支持制造业的信息技术和创新基金会(Information Technology and Innovation Foundation)主席Rob Atkinson称：“我认为我们以前从未这样做过：有意识地、有针对性地尝试在一个我们曾经领先的行业重新获得市场份额。”