兩周前，美國(guó)白宮發(fā)布了一份長(zhǎng)達(dá) 250 頁(yè)的關(guān)鍵產(chǎn)品供應(yīng)鏈百日評(píng)估報(bào)告，指出美國(guó)供應(yīng)鏈存在的一系列漏洞。

該報(bào)告建議美國(guó)國(guó)會(huì)支持至少 500 億美元的投資，來為美國(guó)本土半導(dǎo)體制造和研發(fā)提供專用資金，并建議美國(guó)政府成立一個(gè)新的供應(yīng)鏈中斷工作小組，幫助緩解瓶頸和供應(yīng)限制問題。

在報(bào)告的第四章節(jié)，美國(guó)商務(wù)部用約 60 頁(yè)來分析全球半導(dǎo)體供應(yīng)鏈局勢(shì)，尤其考察設(shè)計(jì)、制造、后端 ATP、材料、制造設(shè)備這五大半導(dǎo)體供應(yīng)鏈關(guān)鍵環(huán)節(jié)，并對(duì)全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)核心地區(qū)的補(bǔ)貼及激勵(lì)措施加以匯總。我們對(duì)其中的關(guān)鍵信息進(jìn)行編譯及梳理，以供參考。

01. 一個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)品可能跨越 70 次國(guó)際邊界

美國(guó)在全球半導(dǎo)體制造中所占份額已經(jīng)從 1990 年的 37% 下降到現(xiàn)在的 12%，如果沒有一個(gè)全面的美國(guó)戰(zhàn)略來支持，該數(shù)字預(yù)計(jì)還會(huì)進(jìn)一步下降。

典型的半導(dǎo)體生產(chǎn)過程涉及多國(guó)，產(chǎn)品可能跨越 70 次國(guó)際邊界，整個(gè)過程需要長(zhǎng)達(dá) 100 天，其中 12 天是供應(yīng)鏈步驟之間的中轉(zhuǎn)。

目前，美國(guó)的半導(dǎo)體設(shè)計(jì)生態(tài)系統(tǒng)處于世界領(lǐng)先地位，但高度依賴對(duì)中國(guó)的銷售和有限的 IP、勞動(dòng)力及制造資源。

美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)（SIA）估計(jì)，2020 年美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)的年銷售額為 2080 億美元，占據(jù)了全球半導(dǎo)體市場(chǎng)的近一半，是美國(guó)第四大主要出口產(chǎn)品。

美國(guó)半導(dǎo)體制造能力則相對(duì)欠缺，前沿邏輯芯片主要依靠中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)，成熟節(jié)點(diǎn)芯片需求主要依賴中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)、韓國(guó)和中國(guó)大陸。同樣，其封測(cè)也嚴(yán)重依賴亞洲企業(yè)。

SIA 估計(jì)，如果中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)芯片代工廠的邏輯芯片生產(chǎn)中斷，可能導(dǎo)致依賴芯片供應(yīng)的電子設(shè)備制造商損失近 5000 億美元的收入。

半導(dǎo)體生產(chǎn)需要數(shù)百種材料，許多用于半導(dǎo)體的氣體和濕式化學(xué)品是在美國(guó)生產(chǎn)的，但對(duì)于美國(guó)來說，海外供應(yīng)商主導(dǎo)了硅晶圓、光掩膜和光刻膠的市場(chǎng)。

從設(shè)備來看，美國(guó)在大多數(shù)前端半導(dǎo)體制造設(shè)備的全球生產(chǎn)中，占有相當(dāng)大的份額，但關(guān)鍵的光刻設(shè)備生產(chǎn)除主要集中在荷蘭和日本。由于美國(guó)的半導(dǎo)體制造有限，這些設(shè)備制造商嚴(yán)重依賴美國(guó)以外的銷售。

該報(bào)告的綜述總結(jié)了 8 種主要風(fēng)險(xiǎn)，包括：（1）脆弱的供應(yīng)鏈；（2）惡意供應(yīng)鏈中斷；（3）使用過時(shí)的和幾代前的半導(dǎo)體，以及供應(yīng)鏈中公司持續(xù)盈利的相關(guān)挑戰(zhàn)；（4）客戶集中度與地緣政治因素；（5）電子生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)；（6）人力資本缺口；（7）IP 盜用；（8）在獲取創(chuàng)新利益、協(xié)調(diào)私人和公共利益方面的挑戰(zhàn)。

02. 設(shè)計(jì)：美國(guó)邏輯芯片領(lǐng)先，營(yíng)收依賴中國(guó)

芯片設(shè)計(jì)越來越多由“無晶圓廠（fabless）”半導(dǎo)體設(shè)計(jì)公司進(jìn)行，其產(chǎn)業(yè)集中度明顯低于制造和設(shè)備環(huán)節(jié)。

總體而言，美國(guó)半導(dǎo)體設(shè)計(jì)生態(tài)系統(tǒng)是強(qiáng)大的和世界領(lǐng)先的，但其無晶圓廠設(shè)計(jì)公司必須與亞洲代工廠密切合作，且設(shè)計(jì)流程依賴于 IP 供應(yīng)商和電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）軟件。

當(dāng)前基本的 IP 和 EDA 提供商的總部主要設(shè)在美國(guó)，美國(guó)仍對(duì)高技能人才具有吸引力，不過也面臨越來越依賴海外人才的問題。另外，美國(guó)芯片設(shè)計(jì)公司的銷售增長(zhǎng)越來越依賴中國(guó)，這會(huì)影響到其研發(fā)支出。

▲許多在美國(guó)院校攻讀電氣、計(jì)算機(jī)、材料等專業(yè)的學(xué)生來自其他國(guó)家

半導(dǎo)體市場(chǎng)主要包含邏輯半導(dǎo)體、存儲(chǔ)半導(dǎo)體和模擬半導(dǎo)體，三者在 2020 年的市場(chǎng)份額分別約為 42%、26% 和 14%，其余市場(chǎng)份額為分立器件、光電器件、傳感器器件等非集成電路半導(dǎo)體。

1、邏輯芯片：美國(guó)遙遙領(lǐng)先

邏輯芯片是計(jì)算的基石，中央處理器（CPU）、專用圖形處理單元（GPU）、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）的市場(chǎng)均為雙巨頭壟斷，而在專用集成電路（ASIC）和基于 Arm 架構(gòu)的移動(dòng)設(shè)備處理器供應(yīng)商基礎(chǔ)上，競(jìng)爭(zhēng)明顯加劇。美國(guó)在這些芯片設(shè)計(jì)方面處于世界領(lǐng)先地位。

▲2020 年集成電路市場(chǎng)份額領(lǐng)導(dǎo)者

2、存儲(chǔ)芯片：DRAM 三分天下，閃存繼續(xù)整合

存儲(chǔ)芯片方面，韓國(guó)三星、SK 海力士和美國(guó)美光為動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（DRAM）領(lǐng)域的行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者，三家在 2020 年占據(jù)了全球 700 億美元存儲(chǔ)芯片市場(chǎng)的 95%。

閃存（NAND）生產(chǎn)則不那么集中，韓國(guó)三星、日本鎧俠、美國(guó)西部數(shù)據(jù)、韓國(guó) SK 海力士、美國(guó)美光、美國(guó)英特爾這 6 家公司估計(jì)占 2020 年 470 億美元全球市場(chǎng)的 99%。

NAND 業(yè)務(wù)似乎正在進(jìn)一步整合，去年英特爾計(jì)劃將其大部分 NAND 業(yè)務(wù)出售給 SK 海力士，也有報(bào)道稱，西部數(shù)據(jù)和美光可能正尋求收購(gòu)鎧俠。此外，中國(guó)長(zhǎng)江存儲(chǔ)也正快速擴(kuò)張。

3、模擬芯片：輕晶圓廠運(yùn)營(yíng)模式較熱

與存儲(chǔ)芯片相比，模擬芯片商品化程度較低，通常不太依賴于使用先進(jìn)制造節(jié)點(diǎn)。2020 年，10 家最大的模擬集成電路供應(yīng)商占 560 億美元市場(chǎng)的 62%，只有德州儀器的市場(chǎng)份額超過 10%。

許多領(lǐng)先的模擬半導(dǎo)體公司都以“輕晶圓廠”（fab-lite）生產(chǎn)商的身份經(jīng)營(yíng)，采用自行建廠生產(chǎn)和外包相結(jié)合的方式。

4、非集成電路芯片：市場(chǎng)高度分散

分立器件、光電和傳感器等非集成電路半導(dǎo)體在 2020 年的銷售額為 790 億美元，占整個(gè)半導(dǎo)體市場(chǎng)（4400 億美元）的近 18%。這類產(chǎn)品中的大部分半導(dǎo)體都是成熟的節(jié)點(diǎn)技術(shù)芯片，通常每種只值幾分錢，市場(chǎng)高度分散。

除了成熟節(jié)點(diǎn)技術(shù)之外，非集成半導(dǎo)體的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)技術(shù)主要是在電源管理和小型化方面的創(chuàng)新，特別是面向離散功率半導(dǎo)體，汽車是一大關(guān)鍵的終端應(yīng)用領(lǐng)域。

美國(guó)主導(dǎo)的氮化鎵（GaN）、碳化硅（SiC）和其他化合物半導(dǎo)體襯底的研發(fā)是電力管理和分配、高頻功率放大和光電子等各種應(yīng)用發(fā)展的關(guān)鍵，平面顯示半導(dǎo)體也屬于這一類。

5、上游 IP 與 EDA：由歐美公司主導(dǎo)

IP 授權(quán)與 EDA 工具加速了芯片設(shè)計(jì)的創(chuàng)新。全球三大 EDA 供應(yīng)商均在美國(guó)，同時(shí) IP 核心領(lǐng)域歷來由總部位于美國(guó)和英國(guó)的公司主導(dǎo)。

該報(bào)告分析稱，美國(guó)企業(yè)在 EDA 的主導(dǎo)地位至少源自這些因素：市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者有能力收購(gòu)和合并較小的 EDA 供應(yīng)商、換 EDA 供應(yīng)商對(duì)設(shè)計(jì)企業(yè)來說成本高昂，以及 EDA 公司與代工廠的關(guān)系。

同時(shí)該報(bào)告認(rèn)為，過去幾年，中國(guó)已采取措施增強(qiáng)對(duì)半導(dǎo)體 IP 的獲取和控制，這可能會(huì)限制美國(guó)公司可獲得的 IP，從而給美國(guó)產(chǎn)業(yè)帶來風(fēng)險(xiǎn)。

03. 制造：缺乏先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)生產(chǎn)能力

晶圓廠有 IDM 和純晶圓代工廠兩種模式。

IDM 廠執(zhí)行從設(shè)計(jì)到最終測(cè)試的全部流程，約占全球半導(dǎo)體產(chǎn)能的 2/3。SIA 報(bào)告稱，44% 美國(guó)半導(dǎo)體公司的生產(chǎn)能力位于美國(guó)。總體而言，2020 年美國(guó)占全球 IDM 收入的 51%，在邏輯和模擬芯片方面尤其強(qiáng)大。

純晶圓代工廠約占全球芯片產(chǎn)能的 1/3，但占邏輯芯片產(chǎn)能的近 80%。中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)占據(jù)了 63% 的全球代工市場(chǎng)份額，其中臺(tái)積電一家就占了 53%；韓國(guó)約占 18%、中國(guó)大陸約占 6%。

美國(guó)在最先進(jìn)芯片工藝節(jié)點(diǎn)上缺乏生產(chǎn)能力。目前全球僅臺(tái)積電、三星領(lǐng)先，美國(guó)英特爾預(yù)計(jì)到 2023 年才會(huì)全面進(jìn)入 7nm 生產(chǎn)，因此美國(guó)無晶圓廠芯片公司幾乎完全依賴亞洲代工廠來生產(chǎn)最先進(jìn)的芯片。同時(shí)美國(guó)在成熟節(jié)點(diǎn)也依賴集中在中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)、韓國(guó)和中國(guó)大陸的芯片制造商。

▲1990-2021 年美國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)能占全球份額的變化情況及至 2030 年的變化預(yù)測(cè)

一個(gè) 300mm（12 英寸）晶圓，可以生產(chǎn) 600 個(gè)或更多的獨(dú)立芯片。在美國(guó)的 40 家主要半導(dǎo)體晶圓廠中，有 20 家采用現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)的 300mm 晶圓；其他的則使用 200mm（8 英寸）或以下的晶圓。2009 年至 2018 年間，全球有超過 100 家 150-200mm 晶圓廠關(guān)閉，其中 70% 關(guān)閉地點(diǎn)位于美國(guó)和日本。

IC Insights 認(rèn)為，許多晶圓廠使用了數(shù)十年，已經(jīng)超過了它們的實(shí)際用途。在某些情況下，它們被更具成本效益或升級(jí)的設(shè)施所取代。在其他情況下，擁有晶圓廠的成本太高，一些公司轉(zhuǎn)向了輕晶圓廠或無晶圓廠的商業(yè)模式。

雖然美國(guó)芯片產(chǎn)能一直相對(duì)穩(wěn)定，但美國(guó)以外的產(chǎn)能和產(chǎn)量也在增長(zhǎng)，尤其是在亞洲。SIA 預(yù)測(cè)，到 2030 年，美國(guó)在半導(dǎo)體生產(chǎn)能力中的份額將下降到 10%，而亞洲的份額將增長(zhǎng)到 83%。

2019 年，全球新建的 6 家半導(dǎo)體生產(chǎn)工廠中，沒有一家在美國(guó)，有 4 家在中國(guó)。

▲2019 年全球各地區(qū)晶圓制造能力分布（來源：SIA）

和設(shè)計(jì)業(yè)類似，美國(guó)芯片制造商也嚴(yán)重依賴對(duì)中國(guó)市場(chǎng)的銷售。美國(guó)勞動(dòng)力老齡化問題，也對(duì)美國(guó)的芯片生產(chǎn)構(gòu)成了威脅。

另外，半導(dǎo)體制造對(duì)能源的需求很高。設(shè)施每運(yùn)行 1 小時(shí)，可能需要多達(dá) 100 兆瓦時(shí)的電力，相當(dāng)于美國(guó)家庭 9 年的平均耗電量。由于電力占制造運(yùn)營(yíng)成本的 30%，獲得可靠且負(fù)擔(dān)得起的能源對(duì)半導(dǎo)體制造商具有競(jìng)爭(zhēng)力至關(guān)重要。

事實(shí)上，全球化和高度專業(yè)化的半導(dǎo)體制造供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)，加上地理制造業(yè)集群的經(jīng)濟(jì)利益，增加了自然和人為災(zāi)害造成破壞的風(fēng)險(xiǎn)。此前，斷電、火災(zāi)等突發(fā)事件均影響至全球芯片的供應(yīng)。

美國(guó)環(huán)境保護(hù)署已經(jīng)意識(shí)到這些問題，并一直與半導(dǎo)體行業(yè)就如何在未來的法規(guī)制定過程中考慮供應(yīng)鏈的影響，保持著不斷的溝通。

04. 后端 ATP：美國(guó)缺乏生態(tài)，嚴(yán)重依賴亞洲

芯片生產(chǎn)的后端 ATP 環(huán)節(jié)，包括半導(dǎo)體組裝、測(cè)試、封裝和先進(jìn)封裝。該環(huán)節(jié)通常由 IDM 廠商、純晶圓代工商和外包半導(dǎo)體封測(cè)（OSAT）廠商來提供服務(wù)。

當(dāng)前，美國(guó)只占有全球半導(dǎo)體封裝能力的 3%，這還不包括測(cè)試能力，主要由 IDM 提供，他們通常在美國(guó)之外建有 ATP 設(shè)施。

美國(guó)公司占 ATP 市場(chǎng)營(yíng)收的 28%，IDM ATP 市場(chǎng)營(yíng)收的 43%。中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)的臺(tái)積電、聯(lián)電，中國(guó)大陸的中芯國(guó)際、武漢新芯，均有封裝業(yè)務(wù)。

美國(guó)的 OSAT 只占全球 OSAT 業(yè)務(wù)的 15%，中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)和大陸地區(qū)則約占據(jù)全球市場(chǎng)的 73%。安靠技術(shù)（Amkor）雖然總部設(shè)在美國(guó)，但沒有在美國(guó)建立生產(chǎn)設(shè)施。

▲ATP 市場(chǎng)份額（按營(yíng)收）

傳統(tǒng)上，ATP 是一個(gè)自動(dòng)化和低價(jià)值的業(yè)務(wù)，主要集中在中國(guó)大陸、中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)和東南亞地區(qū)，但美國(guó)半導(dǎo)體的供應(yīng)離不開這一關(guān)鍵環(huán)節(jié)，同時(shí)近些年來，封裝技術(shù)正變得越來越先進(jìn)，中國(guó)在過去幾年在先進(jìn)封裝方面進(jìn)行了大量投資。

根據(jù) SEMI 和 Techsearch 數(shù)據(jù)，2018 年全球有超過 120 家 OSAT 公司和 360 家封裝廠，其中超過 100 家封裝廠在中國(guó)大陸，大約 100 家在中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)，43 家在東南亞，其他在歐美地區(qū)。

先進(jìn)封裝類型包括芯片堆疊技術(shù)、嵌入式芯片、扇出晶圓級(jí)封裝和系統(tǒng)級(jí)封裝。

邏輯芯片的一種方法是將標(biāo)準(zhǔn)化 IP 功能分離成不同的、更小的芯片，稱為“chiplet”，美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）及多家企業(yè)均在探索這一技術(shù)方向。

2019 年，先進(jìn)封裝占總半導(dǎo)體封裝價(jià)值的 42.6%，預(yù)計(jì)到 2025 年將達(dá)到總體半導(dǎo)體封裝市場(chǎng)的近 1/2。

從 2014 年到 2025 年，先進(jìn)封裝的收入預(yù)計(jì)將從 2014 年的 200 億美元增至 2025 年的約 420 億美元，增長(zhǎng) 1 倍多；其復(fù)合年增長(zhǎng)率（CAGR）為 6.1%，幾乎是傳統(tǒng)封裝市場(chǎng)預(yù)期增長(zhǎng)的 3 倍。

當(dāng)前全球前 10 大先進(jìn)封裝公司，包括 2 家 IDM 商（美國(guó)英特爾、韓國(guó)三星），1 家代工商（中國(guó)臺(tái)灣臺(tái)積電），全球前 5 大 OSAT 商（中國(guó)臺(tái)灣日月光、中國(guó)臺(tái)灣矽品、美國(guó)安靠、中國(guó)臺(tái)灣力成科技、中國(guó)大陸長(zhǎng)電科技），和 2 家更小的 OSAT 商（韓國(guó) Nepes Display 和中國(guó)臺(tái)灣頎邦科技）。

這 10 家公司生產(chǎn)了全球大約 3/4 的先進(jìn)封裝芯片。

此外，美國(guó)缺乏開發(fā)先進(jìn)封裝技術(shù)的生態(tài)系統(tǒng)。先進(jìn)封裝材料方面，美國(guó)在先進(jìn)封裝基板及相關(guān)供應(yīng)鏈方面能力不足，而中國(guó)正成為更具吸引力的基板供應(yīng)商的市場(chǎng)。

美國(guó)的印刷電路板制造業(yè)曾經(jīng)占全球總生產(chǎn)量的 30% 以上，如今只占不到 5%。

美國(guó) IPC/USPAE 機(jī)構(gòu)預(yù)計(jì)，美國(guó)在下一代電子應(yīng)用所需的印刷電路板制造技術(shù)方面落后亞洲 20 年，在制造用于微電子封裝的先進(jìn)印刷電路板制造類基板方面落后亞洲 30 年。

05. 材料：硅晶圓依賴日本，硅、鎵來自中國(guó)

有數(shù)百種材料被用于半導(dǎo)體制造過程中的不同階段。一個(gè)市場(chǎng)研究公司估計(jì)，2020 年全球電子市場(chǎng)材料和半導(dǎo)體工業(yè)化學(xué)品和氣體價(jià)值 183 億美元，有望到 2025 年增長(zhǎng)至 262 億美元。

對(duì)于美國(guó)來說，海外供應(yīng)商主導(dǎo)了硅晶圓、光掩膜和光刻膠市場(chǎng)，日本公司在這些行業(yè)尤其強(qiáng)大。同時(shí)，硅、鎵等原材料主要來自中國(guó)。

該報(bào)告主要復(fù)盤了包括多晶硅、硅晶圓、光掩模與光刻膠、超純及常規(guī)化學(xué)品和氣體、原材料在內(nèi)的一些關(guān)鍵半導(dǎo)體材料供應(yīng)鏈：

1、多晶硅：中國(guó)占全球產(chǎn)能的 70% 以上

幾家在美國(guó)生產(chǎn)電子級(jí)多晶硅的制造商，包括美國(guó) Hemlock Semiconductor、挪威 REC Silicon、德國(guó) Wacker 和日本三菱綜合材料。

美國(guó)本土生產(chǎn)商稱，盡管美國(guó)目前有生產(chǎn)能力，但由于中國(guó)采取行動(dòng)增強(qiáng)其在半導(dǎo)體和太陽(yáng)能供應(yīng)鏈上的主導(dǎo)地位，美國(guó)的技術(shù)領(lǐng)先地位和半導(dǎo)體級(jí)多晶硅的生產(chǎn)面臨風(fēng)險(xiǎn)。

中國(guó)占全球太陽(yáng)能級(jí)多晶硅市場(chǎng)的 95% 以上，美國(guó)目前還不存在太陽(yáng)能行業(yè)的直接客戶，但由于半導(dǎo)體級(jí)多晶硅和太陽(yáng)能級(jí)多晶硅的生產(chǎn)過程密切相關(guān)，美國(guó)生產(chǎn)商必須能利用強(qiáng)勁的全球太陽(yáng)能產(chǎn)品市場(chǎng)，以確保半導(dǎo)體材料的持續(xù)生產(chǎn)。

這些生產(chǎn)商說，中國(guó)目前占全球多晶硅產(chǎn)能的 70% 以上，美國(guó)占 9%。

2、半導(dǎo)體硅晶圓：日本坐擁半壁江山

日本公司在硅晶圓市場(chǎng)占據(jù)主導(dǎo)地位，估計(jì)占有 56% 的市場(chǎng)份額，其次是中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)（16%）、德國(guó)（14%）和韓國(guó)（10%）。

雖然一些德國(guó)、日本和中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)公司在美國(guó)建有生產(chǎn)設(shè)施，但只有像 Virginia Semiconductor 公司這樣的美國(guó)小公司制造硅晶圓。當(dāng)前中國(guó)大陸在 300mm（12 英寸）晶圓的制造能力方面還非常有限，預(yù)估所占市場(chǎng)份額不超過 5%。

目前，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)廣泛使用 300mm 晶圓，一些領(lǐng)先的制造商探索了 450mm 晶圓生產(chǎn)的投資，但半導(dǎo)體加工工具的制造成本明顯較高，投資預(yù)期回報(bào)較低，導(dǎo)致這種方法被放棄。200mm 晶圓也繼續(xù)擁有一個(gè)很大的市場(chǎng)。

盡管絕大多數(shù)商用半導(dǎo)體是由硅晶片生產(chǎn)的，但鍺、GaAs、GaN 和 SiC 等復(fù)合半導(dǎo)體更適合 5G 通信、自動(dòng)駕駛汽車、可再生能源和軍事系統(tǒng)等關(guān)鍵新興應(yīng)用。隨著其商業(yè)應(yīng)用越發(fā)廣泛，它們與傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料之間的成本差距已經(jīng)縮小。

美國(guó)目前在氮化鎵（GaN）微波電子學(xué)方面處于領(lǐng)先地位，其他國(guó)家也正在大規(guī)模投資以發(fā)展本土氮化鎵。

美國(guó)能源部早在 2015 年成立了一個(gè)由 60 家機(jī)構(gòu)組成的聯(lián)盟 Power America，重點(diǎn)加速應(yīng)用美國(guó)制造的 SiC 和 GaN。美國(guó) DARPA 還資助了磷化銦、GaAs、SiGe、SiC、GaN 和氮化鋁等項(xiàng)目，以及最近在超寬帶隙半導(dǎo)體方面的工作。不過當(dāng)前 SiC 和 GaN 的制造服務(wù)主要在美國(guó)之外。

3、光掩模與光刻膠：日本領(lǐng)先地位難撼動(dòng)

光掩模包含集成電路圖形，被用于確保將圖形精確轉(zhuǎn)印到硅晶圓上。在光刻工藝環(huán)節(jié)，光線穿過光掩模，將圖形投射到晶圓表面。

光刻膠是一種用于形成圖案的光敏有機(jī)材料，被用于光刻工藝過程中經(jīng)過曝光將光掩膜版上的圖形轉(zhuǎn)移到晶圓片上。

在大型半導(dǎo)體公司中，自主生產(chǎn)光掩模很常見。美國(guó)英特爾、韓國(guó)三星、中國(guó)臺(tái)灣臺(tái)積電和中國(guó)大陸中芯國(guó)際都有自己的掩膜生產(chǎn)業(yè)務(wù)。然而，無晶圓廠半導(dǎo)體公司依賴于總部設(shè)在日本、美國(guó)和中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)的商業(yè)掩膜制造商。

美國(guó) CSET 估計(jì)，日本公司控制了 53% 的商業(yè)掩膜市場(chǎng)，美國(guó)公司占 40%，中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)公司占 7%。

根據(jù) CSET 供應(yīng)鏈研究，日本公司還占據(jù)了半導(dǎo)體光刻膠市場(chǎng)的 90% 份額。剩下的 10% 主要由美國(guó)和韓國(guó)的公司持有。中國(guó)本土幾乎沒有能力生產(chǎn)先進(jìn)的光刻膠。

4、超純及常規(guī)化學(xué)品和氣體：美歐日占優(yōu)勢(shì)

半導(dǎo)體行業(yè)有許多化學(xué)品和氣體供應(yīng)商，美國(guó)、日本和歐洲都有領(lǐng)先的公司。許多非美國(guó)公司通常會(huì)在美國(guó)設(shè)立分支機(jī)構(gòu)。大多數(shù)化學(xué)和氣體供應(yīng)商的大部分業(yè)務(wù)均不在半導(dǎo)體行業(yè)。

美國(guó)、日本和法國(guó)生產(chǎn)半導(dǎo)體氣體。目前，六大供應(yīng)商是美國(guó)慧盛材料、韓國(guó) SK 材料、日本 MTG/TNS、法國(guó)液化空氣、英國(guó)林德/美國(guó)普萊克斯和日本 KDK。它們占據(jù)了約一半的市場(chǎng)份額，約 50 家供應(yīng)商占據(jù)了另一半市場(chǎng)。

美國(guó)、德國(guó)和日本是濕電子化學(xué)制品的主要生產(chǎn)國(guó)。美國(guó) KMG、美國(guó)艾萬(wàn)拓、美國(guó)霍尼韋爾、德國(guó)巴斯夫和日本關(guān)東化學(xué)在該市場(chǎng)占有超過 60% 的份額。

5、原材料：供應(yīng)來源集中在中國(guó)

硅、鎵等用于生產(chǎn)晶圓的原材料都集中在中國(guó)。氦氣也很短缺。美國(guó)是氦氣的來源之一，它是天然氣生產(chǎn)的副產(chǎn)品，因此受天然氣價(jià)格的影響。

執(zhí)行命令 14017 要求的關(guān)鍵礦物和材料供應(yīng)鏈審查中，討論的一些關(guān)鍵材料、礦物和稀土元素用于半導(dǎo)體制造（包括鎵和多晶硅）。然而，盡管這些材料對(duì)半導(dǎo)體制造過程至關(guān)重要，但這些材料的其他用途是這些材料的消費(fèi)者，這些材料的問題并不是半導(dǎo)體行業(yè)特有的。

06. 制造設(shè)備：美國(guó)占較大份額，光刻設(shè)備依賴荷蘭與日本

半導(dǎo)體生產(chǎn)線的不同環(huán)節(jié)，會(huì)用到不同類型的半導(dǎo)體制造設(shè)備。

前端制造設(shè)備包括光刻、蝕刻、摻雜或離子注入、沉積、拋光或化學(xué)機(jī)械平面化。特別值得注意的是金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積（MOCVD）設(shè)備，它主要被用于生產(chǎn) GaAs、GaN 等化合物半導(dǎo)體。后端制造設(shè)備包括 ATP 設(shè)備和先進(jìn)封裝。

美國(guó)在半導(dǎo)體制造設(shè)備領(lǐng)域市占率較高，但高度依賴外銷。根據(jù)美國(guó)應(yīng)用材料及泛林研發(fā)公司的財(cái)報(bào)，其 2020 年?duì)I收中，約有 90% 來自美國(guó)之外的地區(qū)。

目前半導(dǎo)體制造設(shè)備市場(chǎng)份額前三的分別是美國(guó)（41.7%）、日本（31.1%）和荷蘭（18.8%）。除了裝配及封裝設(shè)備、MOCVD 設(shè)備外，中國(guó)公司沒有占據(jù)明顯的份額。

2019 年，五大半導(dǎo)體制造設(shè)備公司是美國(guó)應(yīng)用材料（18.8%）、荷蘭 ASML（16.8%）、日本東京電子（13.4%）、美國(guó)泛林研發(fā)（11.8%）、和美國(guó)科磊（6.8%），共占有全球市場(chǎng)的 67.6%。

如下圖所示，雖然美國(guó)在大多數(shù)前端 SME 的生產(chǎn)中占有相當(dāng)大的市場(chǎng)份額，但光刻掃描/步進(jìn)設(shè)備是一個(gè)明顯的例外，幾乎都是由荷蘭公司 ASML 和日本公司尼康和佳能生產(chǎn)的，其中 ASML 是 EUV 光刻機(jī)的唯一供應(yīng)商。

▲集成電路制造工具市場(chǎng)份額

MOCVD 設(shè)備的主要供應(yīng)商包括美國(guó) Veeco、德國(guó)愛思強(qiáng)和中國(guó)大陸中微公司；蝕刻設(shè)備的前三是美國(guó)泛林研發(fā)、日本東京電子和美國(guó)應(yīng)用材料。

相較前端，美國(guó)在后端封裝設(shè)備方面的市場(chǎng)份額較小。日本有最大的封裝設(shè)備份額（35.7%），其次是中國(guó)大陸（22.9%）和荷蘭（11.1%）。

不過美國(guó)庫(kù)力索法半導(dǎo)體是一家全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體封測(cè)設(shè)備公司。美國(guó)和日本是后端測(cè)試設(shè)備（ATP）的領(lǐng)導(dǎo)者，分別擁有 33.5 和 48.6% 的市場(chǎng)份額。

一個(gè)半導(dǎo)體制造設(shè)備可擁有 100 多個(gè)零部件，根據(jù)制造商普查調(diào)查，美國(guó)半導(dǎo)體制造設(shè)備銷售收入的一半被花費(fèi)在了零部件和其他材料上。美國(guó)公司也為外國(guó)公司出售的設(shè)備提供關(guān)鍵零部件。

報(bào)告還提到，中國(guó)政府對(duì)半導(dǎo)體制造設(shè)備生產(chǎn)商的補(bǔ)貼，對(duì)企業(yè)的財(cái)務(wù)表現(xiàn)產(chǎn)生了明顯的影響。

目前有超過 200 家晶圓廠在 200mm（8 英寸）晶圓上生產(chǎn)半導(dǎo)體，主要用于 350nm~90nm 的成熟節(jié)點(diǎn)芯片。當(dāng)前 200mm（8 英寸）制造設(shè)備短缺，尚無緩解的跡象。

一家半導(dǎo)體制造設(shè)備公司報(bào)告稱，盡管從 2010 年到 2015 年，200mm 晶圓設(shè)備的銷售如預(yù)期的那樣下降，200mm 和 300mm 之間的比例為 50%，但需求卻回到了 2010 年的水平。

SEMI 報(bào)告稱，2019 年有 5 個(gè)新 200mm 晶圓廠，2020 年有 7 個(gè)開始建設(shè)（其中 3 個(gè)在中國(guó)大陸，美國(guó)、日本和中國(guó)臺(tái)灣各 1 個(gè))。雖然 200mm 的設(shè)備過去是可用的二手設(shè)備，這個(gè)市場(chǎng)已經(jīng)枯竭。200mm 的新設(shè)備也很難找到，尤其是光刻設(shè)備。

如今，新設(shè)備的購(gòu)買將會(huì)取決于新晶圓廠、技術(shù)、功能或增加產(chǎn)量的需求、增加服務(wù)的重要性，以及大型提供商的升級(jí)和行業(yè)的整合。這也使較小的設(shè)備公司面臨被大公司吞并或銷量流失到大公司子公司的風(fēng)險(xiǎn)。

07. 解決供應(yīng)鏈風(fēng)險(xiǎn)的 7 項(xiàng)政策建議

除了分析半導(dǎo)體供應(yīng)鏈現(xiàn)狀外，該報(bào)告也提出了 7 項(xiàng)政策建議，旨在解決當(dāng)前半導(dǎo)體短缺和報(bào)告中確定的風(fēng)險(xiǎn)：

1、與工業(yè)界合作，促進(jìn)投資、提高透明度和協(xié)作，以解決半導(dǎo)體短缺問題。

2、根據(jù)美國(guó)《2021 財(cái)政年度國(guó)防授權(quán)法案》（NDAA）規(guī)定，為 CHIPS 法案提供全面資金。

3、通過立法行動(dòng)來實(shí)施美國(guó)總統(tǒng)美國(guó)就業(yè)計(jì)劃中的想法，加強(qiáng)其本土半導(dǎo)體制造生態(tài)系統(tǒng)，為支持關(guān)鍵的上游提供激勵(lì)。

4、通過研發(fā)資源支持制造商，特別是中小企業(yè)，以證明新興技術(shù)和融資從實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)移到市場(chǎng)，并解決增長(zhǎng)的資本需求，促進(jìn)創(chuàng)新。

5、通過大量投資來發(fā)展和多樣化 STEM 人才管道，勞工部就業(yè)和培訓(xùn)管理局以部門為基礎(chǔ)的途徑和培訓(xùn)項(xiàng)目、公共/私人投資來幫助資助勞動(dòng)力發(fā)展及移民政策的改變，從而吸引世界上最優(yōu)秀和最聰明的人才。

▲在半導(dǎo)體和其他電子元件制造業(yè)中，最詳細(xì)的 STEM 職業(yè)教育水平的相對(duì)百分比

6、通過鼓勵(lì)外國(guó)晶圓廠和材料供應(yīng)商在美國(guó)及其他盟國(guó)和伙伴地區(qū)投資，提供多樣化的供應(yīng)商基礎(chǔ)，與盟友及伙伴就半導(dǎo)體供應(yīng)鏈彈性進(jìn)行合作。

7、保護(hù)美國(guó)在半導(dǎo)體制造和先進(jìn)封裝方面的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，確保出口控制支持政策行動(dòng)，以解決與其供應(yīng)鏈相關(guān)的國(guó)家安全和外交政策關(guān)切。

08. 結(jié)語(yǔ)：加強(qiáng)本土供應(yīng)鏈，機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存

該報(bào)告還對(duì)中國(guó)大陸、韓國(guó)、歐盟、日本、中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)、新加坡及以色列為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)提供的補(bǔ)貼及激勵(lì)措施進(jìn)行了匯總整理，并分析了當(dāng)前美國(guó)半導(dǎo)體制造業(yè)發(fā)展所面臨的機(jī)遇及挑戰(zhàn)。

在美國(guó)政府的推動(dòng)下，臺(tái)積電、三星、英特爾、格芯均宣布了新的美國(guó)半導(dǎo)體制造建廠計(jì)劃。提高本土半導(dǎo)體產(chǎn)能不僅有助于解決半導(dǎo)體供應(yīng)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)的供應(yīng)鏈脆弱性，還可能成為高質(zhì)量、高薪工作的來源。

SIA 估計(jì)，半導(dǎo)體行業(yè)的每一個(gè)直接就業(yè)崗位都會(huì)產(chǎn)生 4 到 5 個(gè)間接就業(yè)崗位。此外，半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)施也有助于增加電子材料、封測(cè)等上下游產(chǎn)業(yè)的就業(yè)機(jī)會(huì)。

美國(guó)政府鼓勵(lì)先進(jìn)芯片封裝和測(cè)試的政策，亦可以增強(qiáng)供應(yīng)鏈的彈性，這些激勵(lì)措施可能針對(duì)相對(duì)邊緣或經(jīng)濟(jì)不景氣的美國(guó)地區(qū)。

另一方面，提高本土半導(dǎo)體產(chǎn)量及發(fā)展下一代半導(dǎo)體技術(shù)，最大的挑戰(zhàn)是資金。以制造業(yè)為例，在全球任何地方建一個(gè) 12 英寸大型晶圓廠都要花數(shù)十億美元，一個(gè)領(lǐng)先的工廠甚至要花費(fèi)數(shù)百億美元。

美國(guó)勞動(dòng)力成本較高、政府激勵(lì)措施偏少，因此在美國(guó)建立新工廠的 10 年成本可能達(dá)到平均 60 億美元，比在中國(guó)臺(tái)灣、韓國(guó)或新加坡建立同樣的工廠高 30%，比在中國(guó)大陸高 50%。