深度丨美中摩擦或重塑全球半導體格局_風聞
半导体行业观察-半导体行业观察官方账号-专注观察全球半导体最新资讯、技术前沿、发展趋势。2020-03-11 16:32
來源：內容由公眾號半導體行業觀察（ID:icbank）原創，作者：波士頓諮詢，謝謝！
在數字轉型和人工智能時代，強大的半導體產業對於美國的全球經濟競爭力和國家安全至關重要。美國長期以來一直是全球性的半導體領導者，佔有45％至50％的份額。美國的領導地位建立在一個良性的創新週期上，創新週期依靠進入全球市場來達到為超大型研發投資提供資金所需的規模，從而使美國技術始終領先於全球競爭對手。
不包括中國工廠為外國公司提供的製造支持，中國公司佔全球半導體需求的23％。如今，中國的半導體產業（不包括外國半導體公司在中國建立的製造工廠）僅能滿足其國內需求的14％。我們估計，“中國製造2025”計劃將在2025年之前將中國的半導體自給率提高到約25％至40％，並將美國在全球的份額降低2至5個百分點。
對中國獲得美國技術的廣泛單方面限制可能會大大加深並加速美國公司的份額侵蝕。（請參見圖表1。）已有成熟的非美國供應商可以滿足中國70％以上的半導體需求。在接下來的三到五年中，美國公司可以：
• 如果美國繼續遵守現行《實體名單》所規定的限制，則將失去8％的全球份額和16％的收入。
• 如果美國完全禁止半導體公司向中國客户出售產品，那麼全球市場份額將損失18個百分點， 其收入將損失37％，這實際上導致技術與中國脱鈎。
• 這些收入下降將不可避免地導致研發和資本支出的大幅度削減，並在美國半導體行業中損失15,000 至40,000個高技能直接工作。
這樣做的結果是：韓國可能會在幾年內超過美國成為世界半導體領導者。中國可以長期獲得領先力。正如在通信網絡設備和其他技術領域的經驗所表明的那樣。一旦美國失去其全球領導地位，這種動力就有效地扭轉了該行業的良性創新週期，並使美國公司陷入競爭迅速下降，市場份額和利潤率下降的下行漩渦。較低的研發投入將抑制美國半導體產業的發展。最後迫使他們依靠外國半導體供應商。
半導體產業對美國的戰略重要性
強大且財務狀況良好的半導體產業對美國具有重要的戰略意義。半導體使技術突破能夠推動經濟增長，對國家安全至關重要。
一、實現技術突破。
在過去的三十年中，半導體行業一直是信息和通信技術（ICT）連續革命性發展的核心。反過來，ICT的突破已成為經濟增長的推動力，使美國自1988年以來在生產率增長和實際GDP增長方面都大大優於其他高收入國家。美國半導體技術使這些技術的進步成為可能也已經到達了世界其他地區。例如，移動通信已成為歷史上全球採用最快的技術，其全球經濟影響估計超過1萬億美元。
在過去的三十年中，每個芯片的晶體管數量增加了近100萬倍，處理能力提高了450,000倍，並且每年降低了20％到30％的成本。這項技術進步的飛速發展，使它從1980年代的大型機過渡到2010年代的智能手機。如今，全球有超過50億消費者擁有智能手機，該智能手機的計算能力比NASA用來將Apollo 11送入月球的大型計算機更強大。這樣做的結果是，自1987年以來，半導體（工業收入佔全球名義GDP的百分比）增長了2.8倍。全球半導體需求以年均8.6％的速度增長，並在2018年達到了4,750億美元。
我們現在正處於由技術驅動的全球經濟另一次大規模變革的早期階段：數字化轉型和AI時代。增強型/虛擬現實體驗，無人駕駛汽車，物聯網（IoT）和工業4.0系統等革命性應用程序以及智能城市正逐漸成為商業現實。實現這些新應用中的每一個都是半導體技術的進步，其中包括：
• 傳感器實時收集豐富的上下游數據
• 5G技術可為數十億個設備提供安全的高速，低延遲無線連接
• 高性能處理單元，為具有機器學習能力的計算機提供動力
• 各種邊緣計算設備中內置的高級低功耗處理器，可以執行非常複雜的任務，例如計算機視覺和自然語言理解。
此外，半導體行業目前正在測試首批量子計算原型，其運行速度可比當前計算機快1億倍。量子計算可以徹底改變需要大量計算強度的領域：例如人工智能和網絡安全。
二、 維護國家安全。
半導體工業在1950年代起源於美國國防工業。儘管如今美國國防部（DoD）約佔該行業收入的1％，但電子組件在國防和武器系統中無處不在，因此這個領域對於美國軍事能力仍然至關重要。《 2018年美國國防戰略》列出的國防現代化重點包括微電子，5G和量子科學，這是需要美國投資的戰略領域。其他優先領域，例如網絡安全，人工智能，自動駕駛系統和高級成像設備，也高度依賴於先進的半導體。（請參見圖表2。）“這些技術的優勢……是阻止或贏得未來衝突的關鍵，”美國國防研究與工程部副部長邁克·格里芬（Mike Griffin） 在《國防新聞》最近的一篇文章中寫道。
建立美國半導體領導者的良性循環
根據Gartner的數據，2018年美國半導體公司（包括在自己的工廠中設計和製造產品的集成設備製造商（IDM），以及依靠獨立代工廠製造其芯片的無晶圓廠設計公司）在全球半導體市場中提供了約48％的份額。而在從PC和IT基礎設施到消費電子產品的所有最終應用市場中，美國在32種半導體產品類別中的23 種中均處於領先地位。（參見圖3）
的確，美國半導體行業在全球的領導地位歸功於大規模研發投資帶來的卓越技術和產品創新。半導體是由高度先進的製造工藝生產的高度複雜的產品。改進通常需要在硬科學上取得突破，而這些突破需要很多年才能實現。
在過去的十年中，美國半導體行業在研發方面的投資為3,120億美元，僅在2018年就達到390億美元，幾乎是全球半導體研發總投資額的兩倍。就其本身而言，美國政府在基礎研究方面進行了大量投資，這有助於彌合學術突破與新的商業產品之間的鴻溝。但是，與其他國家相比，美國的政府投資多年來一直持平或下降。（請參見“贏得未來：維持美國半導體技術領 導地位的藍圖”，半導體工業協會，2019年4月）
技術領先地位使美國公司得以建立創新的良性循環。大量的研發工作帶來了卓越的技術和產品，進而帶來了更高的市場份額，通常還帶來了更高的利潤率，從而助長了良性循環。（參見圖4）
規模是創新良性循環的第二大支柱。2018年，美國半導體產業的產值達到2260億美元，遠遠超過其他競爭地區的半導體產業。它的規模是韓國半導體產業的兩倍，是日本的五倍，是歐洲的六倍，是中國的十五倍。
開放進入國際市場是規模發展的關鍵要求，因為美國國內市場僅佔全球半導體需求的不到25％。美國約80％ 的行業收入來自對包括中國在內的出口市場的銷售，根據美國國際貿易委員會的數據，中國約佔全球需求的23％。如果按價值計算，半導體是2018年美國第四大出口產品，僅次於飛機，成品油和原油。
全球開放還使美國半導體行業能夠利用高度專業化的資源來製造日益複雜的產品。例如，在一家耗資150億美元的晶圓廠中，我們的高精度設備需要大約1500個步驟才能製造出領先的7納米芯片。儘管美國公司可以在價值鏈的設計和設備層上廣泛依賴美國本土的半導體生態系統，但它們也依賴外國合作伙伴提供各種電子材料。用於某些過程的設備；以及用於製造，組裝和測試芯片。沒有哪個公司或國傢俱有控制整個供應鏈的技術能力。（參見圖5）
儘管在全球範圍內擁有明確的領導地位，但美國半導體行業仍面臨着巨大的競爭。因為類似智能手機，個人計算機和消費電子等終端產品都擁有很短的週期，但是他們佔有一半以上的半導體總需求，那就意味着美國半導體公司必須每年進行激烈競爭才能贏得每款新一代設備的供應合同。
在全球32條半導體產品線中，有18條（佔全球總需求的61％）線中至少有一家非美國公司的全球市場份額為10％或以上，這使其有可能成為替代美國的可行選擇。美國公司甚至在某些他們幾乎壟斷的產品領域（例如中央處理器（CPU），圖形處理單元（GPU）和現場可編程門陣列（FPGA））中的表現也很脆弱，雖然他們目前在這些領域中所佔的市場份額合計超過90％。但是隨着全球的大型客户越來越多地為其數據中心設計一種被稱為專用集成電路（ASIC）的定製芯片，他們優化了這些芯片以在自己的大型硬件設備中使用，這些硬件設備是為涉及大量數據處理（例如AI，計算機視覺和加密貨幣挖掘）的特定用例而構建的、
尤其是，美國半導體公司的競爭日益激烈，來自韓國和中國的市場份額自2009年以來分別增長了12個百分點和3個百分點。與此同時，美國公司在美國本土市場也面臨着越來越激烈的競爭。歐洲和日本領先的半導體公司通常通過大型收購來加強投資以擴大其產品組合和業務。
南韓
韓國份額的增長部分反映了對存儲器產品的需求激增，來自該國的兩家公司（三星和SK海力士）是全球領導者。三星還在顯示驅動器，圖像傳感器和集成移動處理器等廣泛的其他半導體產品方面進行強力推廣。這些業務既為三星不斷擴大的消費電子產品和網絡設備的硬件產品組合提供供貨，同時又是其他設備的商户供應商製造商。三星為韓國的增長做出了貢獻。在2019年3月，總統文在寅指示政府採取措施，提高該國在存儲器市場之外的全球半導體行業的競爭力。
中國
中國則自2000年代初期以來，在半導體設計領域一直取得穩步進展。但回到當時，中國在這個領域幾乎沒任何影響力。幾十年來，發展國家半導體產業和減輕對外國供應商的依賴一直是中國的政策重點。根據中國半導體工業協會（CSIA）的數據，在過去五年中，在中國運營的半導體公司的報告總收入每年以超過20％的速度增長。除了外國半導體公司在中國的活動，據估計，2018年中國公司在全球半導體銷售和半導體制造領域僅佔3%到4％的整體份額，其中，中國在無晶圓廠設計方面的進步最為顯著：首先，中國Fabless在過去幾年裏淨增，CSIA的報告顯示，該國目前有1,600多家本地公司，在全球市場中所佔份額總計為13％，而在2010年，這個數字為為5％。
在需求方面，儘管行業報道和媒體經常使用各種較高的數字來指代中國市場的規模，但我們認為，由中國原始設備製造商（OEM）生產的設備中所包含的半導體組件的價值是最好的。這是衡量中國半導體真正需求份額的方法。按照這一指標，中國目前佔全球半導體需求的23％。這意味着，美國半導體公司僅佔中國終端設備製造商總需求的14％（如圖六）。
儘管中國離實現自給自足的目標還很遙遠，但它似乎在半導體設計的幾個關鍵領域取得了重大進展：
•華為的全資半導體子公司海思（HiSilicon）成立於2004年，其設計的芯片可為公司的大多數智能手機和越來越多的5G基站提供動力。海思半導體（HiSilicon）在2018年2月推出了其首款5G芯片組Balong 5G01，它聲稱這是全球首款符合5G標準的商用芯片組。在2019年10月，華為宣佈已開始生產不含美國組件的5G基站。
•自2018年中以來，至少有九家中國大型消費電子公司緊隨華為的腳步，宣佈了內部開發芯片計劃，以為其數據中心，智能手機或IoT設備賦能。
•幾家中國公司正在生產基於替代架構的服務器，這是該國開發替代本地數據中心生態系統的努力的一部分。
•成立於2013年的中國公司比特大陸已成為全球設計的先驅，該公司提供適用於加密貨幣和區塊鏈應用的高級定製芯片。
**•在人工智能方面，**包括百度，阿里巴巴和騰訊等多家大型中國新興設計公司，企業硬件供應商和具有深厚軟件專業知識的互聯網巨頭正在投資開發自己的具有硬件和軟件集成的高級ASIC芯片。
**•在存儲方面，**成立於2016年的清華紫光集團子公司長江存儲旨在憑藉自己的專有架構在新興的3D NAND閃存領域取得突破。
**•在製造方面，**中國計劃在未來五年內將其裝機容量翻一番，屆時他們將佔全球新增產能的25％以上。再加上目前在組裝和測試服務領域的強勢地位，製造業產能的大規模擴張可能會使中國大陸在2023年之前成為全球最大的半導體輸出地區。預計中國公司將約佔這一新增國內產能的60％，其餘的差能由外國公司在中國建造。因此，預計中國公司在半導體制造（包括代工廠和IDM）中的全球份額將從2018年的3％增加到2023年的7％。
•中國在國家量子計算實驗室上花費了4億美元，並且近年來申請的量子專利幾乎是美國的兩倍。
•鑑於這些事態發展，分析人士預計，到2025年，中國將用本地設計的半導體來滿足其國內25％至40％的需求，這是目前水平的兩倍以上，但仍低於其自身70％的目標。
為什麼美中摩擦威脅美國在半導體領域的領先地位
中美之間的貿易摩擦給美國半導體產業帶來了一系列新的嚴峻挑戰。迄今為止，中國已將半導體從其對美國產品徵收的關税提高中排除在外，以報復自2018年初以來對一系列中國進口商品徵收更高的美國關税。與此同時，半導體處於其他有爭議問題的中心，例如美國政府對華為和其他中國實體施加的對美國技術的訪問限制，他們認為這與美國的國家安全或外交政策利益背道而馳。
美國和中國在2020年1月簽署的“第一階段”協議中包含與半導體行業相關的多個領域的規定，例如知識產權保護和技術轉讓要求。但是，它沒有解決其他複雜問題，例如國家對國內半導體公司的支持。與某些美國國家安全問題相關的，對某些中國實體使用美國技術的限制仍然存在。
雙邊衝突的持續進行可能會損害美國半導體公司在中國開展業務的能力，使其與中國和其他地區的競爭對手處於平等地位。這可能會對美國半導體產業從中國設備製造商那裏獲得的大約490億美元的收入（佔總收入的22％）構成直接風險。風險收入的規模威脅着美國行業維持其創新和全球領導力良性循環所需要的規模。
鑑於當前的不確定性水平，我們評估了兩種可能的情況：
**狀況一：現狀永存。**在這種情況下，中國將不再對美國半導體徵收任何關税，但在可預見的將來，華為和美國商務部實體名單中包括的其他幾家中國公司在美國獲得美國開發技術的廣泛限制仍將繼續。不在實體名單上的中國公司將被允許從美國供應商那裏採購半導體，但由於軍事應用而已經受到出口管制的特定組件除外。
**狀況二：逐步升級以使美國和中國的技術產業脱鈎。**在這種情況下，將有效禁止美國半導體公司向所有中國客户出售產品，而不僅限於目前的實體名單上的客户。該禁令將涵蓋所有出售給中國設備製造商或在中國組裝產的非中國製造商的半導體組件。該禁令還將適用於半導體價值鏈中使用的其他技術和產品，例如設計工具和製造設備，而美國公司在這些技術和產品方面處於全球領先地位。
狀況一的影響：現狀的永存我們預計維持現狀的四個主要直接影響是：
•跨國技術公司可能會將其部分供應鏈從中國轉移到其他國家，以便它們可以繼續為美國市場提供服務，而無需受到關税和其他對從中國出口的產品的潛在限制。
•出於對美國限制會損害其功能和質量的擔憂，中國境外的消費者和企業將不願購買中國的技術產品。結果，中國科技公司在美國以及其他發達市場中的市場份額將受到侵蝕;相反，隨着買家因關税，監管措施，消費者信心或價格上漲而避開美國產品，美國科技公司將在中國失去市場份額。只是來自國內品牌的海外競爭壓力增加。在美國於2019年5月對華為施加限制之後，這種模式的最初跡象已經以西歐，加拿大和中國等市場中智能手機品牌之間不斷發展的份額形式體現出來。
•實體列表中的中國公司將用來自中國，歐洲和亞洲其他供應商的組件替換基於美國技術的組件。
•未列入實體名單的中國設備製造商將積極擴大半導體供應商的種類，以減少他們對美國技術的接觸，因為他們預計美國限制可能會升級。這將包括加快內部的努力，中國一些主要的智能手機，消費電子產品和互聯網公司已經在進行內部努力，以設計自己的芯片。
上述的前兩個影響對美國半導體產業的影響將很小。將部分技術供應鏈轉移到其他國家，以繞過美國對從中國進口的限制，不會觸發半導體供應商的變化。關於消費者和企業購買決策的變化，儘管我們的市場模型預測了特定地區智能手機，PC和服務器中領先品牌的個別市場份額將發生重大變化，但所有類別的淨彙總效應（net aggregated effect）對於中國設備製造商來説是一個小利好，因為他們將用中國國內市場的收益來彌補海外市場的份額損失。這將增加中國設備對半導體的需求量、半導體制造商只犧牲了其他地區約1％的利潤，這最終將導致美國半導體公司的收入出現温和下降。
上面列出的最後兩個影響導致中國客户放棄美國組件，這將對美國半導體公司產生重大負面影響。首先，必然會將華為和目前在實體名單上的其他中國公司購買的所有美國半導體轉移給非美國供應商。我們估計，沒有直接替代供應商的美國半導體僅佔實體名單上公司總半導體需求的10-15％，這意味着這些公司將能夠迅速找到幾乎所有組件的替代品。例如，在2019年9月發佈的Mate 30旗艦智能手機，華為替換了其美國公司約15%的半導體元器件，其替代品是公司內部開發或從其他地區的供應商那裏獲取的。
對於不在實體名單上的中國公司，替換美國供應商的工作強度可能會有所不同，具體取決於美國進一步限制的風險以及特定組件的可行替代供應商的可用性。我們預計，只有在中國公司看到明顯，低風險的機會來多元化其供應商基礎時，美國供應商才會全部或部分被替代。我們估計，中國客户目前已經建立了替代性的非美國供應商，無論是國內還是其他地區的供應商，這些供應商在2018年約佔其半導體需求的73％（見圖7）。
•如果存在一個或多個公認的這些美國半導體產品的非美國替代供應商，且全球市場份額在10％或以上，美國供應商被替代率將為50％至100％。
•如果不存在成熟的非美國供應商，但如果這些相當小的替代供應商的總份額為10％或以上，則美國供應商的替代率將為30％至40％。
•如果美國半導體供應商在某特定產品上的全球市場份額超過90％，則不會發生替代，這表明尚無明確的替代方案。即使在這些適度的假設下，我們的逐項分析也表明，由於對當前實體名單和主動供應商的公司的出口限制共同導致美國公司在中國的現有業務損失可能超過50％。總體而言，我們估計當前狀況的持續下去將導致美國半導體行業的全球市場份額減少8個百分點。這將導致全球收入下降16％，相當於2018年的360億美元。（參見圖8）。在智能手機，個人計算機和消費電子產品等產品週期中，大部分影響可能會在兩到三年內感受到。
除了狀況1對收入的影響外，我們估計半導體研發支出將每年減少50億美元至100億美元，資本支出每年減少80億美元。這將導致美國失去40,000多個工作崗位，其中15,000個工作崗位將流向半導體行業。如果它們要保持與現在相同的R＆D與收入的比率，以保持其營業利潤率不變，那麼其收入的損失將迫使美國公司將其每年的R＆D投資減少50億美元，即13％。但是，鑑於預估美國行業總收入可能因其對中國業務的負面影響而停滯或下降，因此美國半導體公司可能不得不將研發支出削25％，也就是100億美元，以實現股東總回報等於該行業估計的資本成本。這將有效地扭轉美國半導體產業創新良性循環的方向：降低研發投入將降低美國公司保持其在技術和產品方面領先於全球競爭對手的能力，從而進一步削弱美國在中國以外市場的份額。
狀況2的影響：技術解耦中美貿易緊張局勢的升級導致全面的美國技術出口禁令將導致兩國技術產業脱鈎。這將使美國半導體公司無法進入龐大的中國市場，並迫使中國設備製造商尋找替代供應來源。為響應美國的限制，我們假設中國還將禁止其國內市場使用美國的軟件和設備，例如智能手機，PC和數據中心設備。這將加快該國的外國技術替代計劃，該計劃原定於2020年在各州機構和公共機構中啓動。中國設備製造商的破壞程度會因半導體組件而異，根據供應情況的不同，會有三個不同的回應，如圖表7所示：
**•已經有中國知名供應商的半導體組件。**中國電子設備製造商將把採購轉移到既有的國內供應商。此處假設這些供應商即使不能從美國供應商處獲得的行業領先的設計工具，還能保持其競爭力。這也將取決於他們擴展和升級中國日益增長的國內製造能力或保持准入的能力，或者與亞洲主要的製造合作伙伴攜手的能力。無論如何，我們的分析表明，在我們的半導體市場分類法中，32個產品類別中僅一個類別滿足該標準，並且該產品僅佔中國半導體需求的5％。對於代表中國需求23％的其他十種產品，新興的國內供應商存在，並可能會隨着時間的推移而擴大規模。
**• 已有成熟中國供應商的半導體元件。**中國電子設備製造商將把採購業務轉向國內老牌供應商。這意味着即使沒有業界領先的設計工具，替代供應商也能保持競爭力，而目前這些設計工具只能從美國的供應商那裏獲得。這也取決於他們是否有能力擴大和提升中國日益增長的國內代工能力，或者保持與亞洲主要代工夥伴的聯繫。無論如何，我們的分析表明，在我們的半導體市場分類中，32個產品類別中只有一個符合這一標準——它僅佔中國半導體需求的5%。對於佔中國需求23%的其他10種產品，規模雖小但新興的國內供應商可能會隨着時間的推移而擴大規模。
**• 唯一的非美國供應商是外國的半導體元件。**短期內，中國設備製造商將把採購轉向亞洲或歐洲其他地區的現有供應商。假設這些海外供應商繼續不受限制地使用美國開發的設計工具和製造設備，與中國客户做生意不受限制。從中期到長期，中國可能會尋求完全或部分地用國內供應商取代第三國供應商，以實現其半導體自給自足的既定目標。總體而言，12個半導體產品類別(佔中國需求的45%)屬於這一類。
沒有現有非美國半導體供應商的半導體元件。中國必須加速其本土替代品的開發，其中許多都需要架構上的改變。總而言之，佔中國需求27%的9個半導體產品類別符合這一描述。在某些情況下，中國消費者可以用其它芯片替代美國最先進的處理器。例如，中國公司可以設計自己的專用集成電路，來代替美國的CPU、GPU和FPGA。事實上，一些領先的中國公司已經在人工智能領域這樣做了。另一種選擇是開發基於不受美國出口管制的架構的處理器，例如RISC-V開源架構。這種高度複雜的半導體產品需要先進的設計工具，而目前只有美國的供應商可以提供這些工具，因此中國必須自行開發一套設計工具，或者從第三方國家尋找能夠設計這些關鍵替代元件的新供應商。
在技術脱鈎的情況下，中國的半導體供應鏈看起來將大不相同。（參見圖9。）如果中國能夠保持與亞洲和歐洲半導體供應商和代工廠的聯繫，並繼續使用美國供應商提供的設計工具和製造設備，預計中國設備製造商的中斷將在中長期內受到一定程度的限制。除了近期轉向需要迅速提高產能以應對需求激增的新供應商所帶來的動盪之外，中國面臨的主要挑戰還將是，為計算密集型應用開發可行的替代高性能處理器，與亞洲或歐洲其他地區的新供應商密切合作，這些供應商可能會使用美國供應商的先進設計工具。中國已經在此方面取得了進步，已經使用非美國的體系結構構建了神威超級計算機處理器。歐洲的歐洲處理器計劃和富士通的K和Post-K超級計算機計劃表明，歐洲和亞洲國家自己正在積極努力擺脱美國CPU供應商和體系結構。
然而，技術脱鈎將對中國產生主要影響，可能是在長達數年的過渡期內，中國向基於替代處理器架構的國內IT生態系統過渡期間的經濟整體生產率。即使這樣的替代處理器可以與美國公認的設計相媲美，中國仍需要為消費者和企業應用創建和擴展全新的硬件和軟件堆棧。中國公司需要花費大量的時間和金錢，才能將所有系統和業務流程遷移到新的IT基礎架構上，並趕上用户功能和成本，從而獲得全球大多數企業和消費者當前使用的基於美國技術的產品。
“脱鈎”對美國半導體企業的直接影響，將是失去所有來自中國科技客户的營收，以及來自其他國家客户的營收，這些客户最終也將與美國脱鈎。總體而言，如果考慮直接和間接影響，美國半導體收入將下降37%，相當於2018年的830億美元。(見圖10。)其中約四分之三的影響將是中國客户因美國技術出口禁令而被迫取代美國半導體的直接後果。因此，它幾乎會在美國限制措施生效後立即受到衝擊。
隨着時間的流逝，美國半導體公司可能會失去其技術和產品相對於全球競爭對手的優勢，從而不可避免地導致市場份額進一步下降。我們估計，從中長期來看，美國半導體公司的全球份額將從48％下降至約30％。美國也將失去其在該行業的長期全球領導地位。
哪些競爭對手能從美國半導體公司放棄的中國客户那裏獲得收入，將取決於中國開發替代國內供應商的能力。這種能力因產品和時間的不同而不同。
考慮到中國半導體行業的發展現狀，短期內大部分收入將流向第三國。中國的半導體公司將積極發展，以滿足國內40%的需求——幾乎是目前自給自足水平的3倍，並且達到分析師對2025年的預測上限。此外，我們的模型顯示，由於韓國在內存、顯示器、圖像處理和移動處理器等關鍵產品方面的強大能力，以及它擴大生產能力的能力，韓國可能會取代美國，成為全球半導體行業的領導者。
從中期到長期來看，在第二種情景下，中國可能會成功地發展出一個有競爭力的國內半導體設計行業，能夠滿足大部分國內需求。然而，這需要時間，也需要持續的高水平投資。儘管中國在太陽能電池板、液晶顯示器和智能手機等科技產品上僅用了5到7年的時間就迎頭趕上，但它是在獲得外國技術和零部件的情況下做到這一點的。就半導體而言，技術壁壘要高得多。舉例來説，韓國和台灣大約需要15至20年的時間，才能分別成為內存和晶圓製造的全球領導者。
此外，正如我們先前所指出的，半導體的技術複雜性是如此之高，以至於沒有一個國家有一個完全自主的生產過程，並在整個價值鏈上完全自給自足。中國可能仍需要依賴外國設計公司來製造高度複雜的芯片，這些芯片需要美國供應商提供的先進設計工具，同時還需要亞洲其它地區的芯片代工廠來製造一些本土設計的芯片，尤其是那些需要先進製造節點的芯片。
即使中國不得不進口高性能處理器來替代基於美國技術的CPU，GPU和FPGA，隨着時間的流逝，中國的半導體公司也許最終能夠滿足該國幾乎所有其他半導體產品的國內需求。這樣做會使中國的自給率達到約85％。在這種情況下，中國半導體行業的全球份額將從3％增長到30％以上，從而取代美國成為全球領導者。
對半導體行業的結構影響
我們的分析表明，中美之間的摩擦將對美國半導體產業產生深遠的負面影響。我們的全球市場模型表明，根據情況，美國將失去8至18個百分點的份額。（參見圖11）
有兩個主要原因解釋了美中摩擦帶來的負面影響。首先，如果有國內供應商可用的半導體組件，我們預計中國設備製造商將以替換美國供應商為目標，並在需要時選擇保留非美國供應商作為第二供應商。此外，面對美國的出口限制（甚至存在美國可能對我們的方案1中的實體名單以外的公司施加此類限制的風險），中國的設備製造商還將嘗試用其他亞洲或歐洲供應商取代美國半導體供應商， 即使這種替代並不能幫助實現“中國製造2025”目標。
除財務影響外，我們的分析還顯示出將美國半導體公司拒之於中國市場之外的風險可能會觸發該行業的重大結構變化，並對美國經濟競爭力和國家安全產生不可逆轉的深遠影響。如果美國半導體公司的全球份額下滑到大約30％，美國將把其長期的全球半導體領導地位移交給韓國或中國。從根本上説，美國可能有很大程度地不得不依賴外國供應商來滿足其自身對半導體的國內需求的風險。預計每年的研發投入將減少30％到60％，美國工業可能不再能夠提供滿足美國國防和國家安全系統未來需求所必需的技術進步。
美國半導體產業的下行風險可能不會就此止步。一旦美國行業失去全球領導地位（如情況2所述，這種情況很可能發生），則極不可能重新獲得它。如果我們的中長期方案2得以實現，並且中國成為全球領導者，那麼美國半導體產業將可能面臨超出我們預測的18個百分點的額外份額侵蝕。在沒有貿易壁壘的情況下，中國競爭對手將不會侷限於自己在國內市場上的統治。在其他幾個技術領域，中國公司利用其在國內市場中建立的規模優勢，以低價搶佔了海外市場的市場份額，使行業的利潤率降低了50％至90％。（參見圖12）
電信網絡設備行業的經驗説明了這些動態。由於重大的國家安全擔憂，該行業目前處於美中摩擦的中心。2000年，三家北美公司（朗訊、北電和摩托羅拉）成為全球領軍企業，總收入約為1000億美元。在互聯網泡沫破裂後的科技低迷時期，需求枯竭，網絡設備公司的收入大幅下降。到2005年，這三家公司的總收入下降了45%。結果，他們被迫重組業務，削減成本，包括研發。儘管他們保持着與危機前相同的12%的收入投入，他們的年度研發支出總額從120億美元下降到67億美元，在短短五年內減少了45%。
電信網絡設備行業的經驗説明了這些動態。由於重大的國家安全擔憂，該行業目前處於美中摩擦的中心。2000年，三家北美公司（朗訊、北電和摩托羅拉）成為全球領軍企業，總收入約為1000億美元。在互聯網泡沫破裂後的科技低迷時期，需求枯竭，網絡設備公司的收入大幅下降。到2005年，這三家公司的總收入下降了45%。結果，他們被迫重組業務，削減成本，包括研發。儘管他們保持着與危機前相同的12%的收入投入，他們的年度研發支出總額從120億美元下降到67億美元，在短短五年內減少了45%。
為半導體行業提供“雙贏”的全球准入服務
在過去的30年中，半導體行業一直是技術進步的核心，這些技術進步為美國經濟，美國國防能力以及世界各地的消費者和企業帶來了巨大的收益。它還為中國創造了好處，中國的技術產業已經能夠使用國外的半導體組件來開發競爭日益激烈的電子設備，從而在全球市場中獲得份額。
半導體領域的這些進步是創新良性循環的結果，這種良性循環依賴於對知識產權的充分保護、對全球市場(包括核心技術和工具)的自由和公平準入，以及將這些創新帶給終端客户的高度專業化的供應鏈。
最近，美國和中國之間的摩擦，在相互的國家安全擔憂的推動下，已經導致了尋求對進入市場、技術和資源設置廣泛壁壘的政策。當然，維護國家利益至關重要。如果要避免永久性地損害已使半導體行業取得成功的創新模式，政策機制就需要仔細考慮。
從美國的角度來看，我們的分析表明，對美國半導體企業施加廣泛的單邊限制，阻止它們為中國客户服務，可能會適得其反，並危及美國長期以來在半導體領域的全球領導地位。最終，這可能導致美國嚴重依賴外國半導體供應商，以滿足美國科技行業的需求。過去30年，美國科技行業一直是生產率提高和經濟增長的核心引擎。同樣，如果美國半導體行業規模大幅縮小，不再發揮全球領導者的作用，就無法為研發投資提供資金，以滿足關鍵國防和國家安全能力對先進半導體的需求。
保持獲得尖端技術的權利也符合中國的利益，特別是在中國尋求加速經濟向新增長模式的過渡時，這種增長模式更多地依賴於高附加值的產品和技術驅動的生產率提高。尋找解決美國所表達的一些關切的建設性方法，例如加強知識產權保護和確保外國半導體公司的公平競爭環境，也可能有益於中國自身的技術發展願望。這些措施可能會進一步鼓勵外國對中國的研發活動進行投資，支持中國為提升自身國內產業的能力而需要的專門知識和人才的流入，並最終刺激創新和質量方面的健康競爭。
一個強大的美國半導體行業，充分融入全球技術供應鏈，對於繼續提供先進技術至關重要，這些技術將使數字轉型和人工智能的新時代成為可能。與移動革命一樣，此類突破的巨大利益將惠及所有國家的消費者和企業，而不僅僅是美國。因此，美中兩國亟需找到一種新的平衡，即在保護各自國家安全利益的同時，允許美國半導體企業繼續大舉投資於研發，並將其前沿產品廣泛提供給全球各地的創新設備製造商，無論它們身在何處。
波士頓的評估模型附錄：方法
為了評估美中摩擦對半導體行業的潛在影響，我們開發了一個市場模型，該模型按地區、終端應用市場和產品線詳細介紹了半導體的供需結構。該模型基於Gartner的市場數據，並與WSTS的半導體銷售數據進行了交叉檢驗。我們還補充了其他來源，如針對智能手機、個人電腦、服務器和存儲系統等特定終端設備的IDC。我們還利用多個分析師的報告來預測中國半導體行業的中期發展和中國製造2025政策的潛在影響。
模型由6個互聯模塊組成(見表13):
1|終端設備模塊為使用半導體的電子設備的需求和供應建模。我們已經考慮了七種不同類型的終端設備:智能手機、個人電腦、消費電子產品、數據中心、網絡設備、汽車、工商設備。對於這七個終端應用市場的每一個，我們都開發了一個按地區分解供需的矩陣。這使我們能夠量化中國設備製造商在每個應用市場的全球份額，以及其中有多少份額來自中國國內市場與出口市場。例如，這個模塊顯示中國公司在全球智能手機市場上佔有36%的份額。中國國內市場佔其收入的54%;東南亞、拉丁美洲、東歐、中東和非洲等新興市場貢獻了33%的收入;其餘13%的收入來自高收入地區，如美國、西歐、日本和韓國。
2|半導體需求模塊使用Gartner的市場數據，對2018年全球半導體行業32個產品類別的4740億美元收入進行了分解。(見表14)。根據產品類別劃分的半導體收入被映射到1|終端設備模塊中涵蓋的7種終端設備和7個需求區域。我們建立了一個“數據立方體”，展示了32個半導體產品類別中，每種產品在全球總收入中佔多大比例的終端設備和地區。這使我們能夠計算出來自中國設備製造商的每種半導體產品的需求。我們認為，這是衡量中國半導體市場規模的最合適指標，因為它不包括為在中國工廠生產外國設備(如蘋果(Apple)的iPhone)而運往中國的半導體。基於這種方法，我們估計2018年中國設備製造商對半導體的總需求為1090億美元，佔全球半導體收入的23%。這一數字低於根據WSTS基本數據得出的中國半導體市場規模報告中經常看到的約1600億美元，但這一數字包括購買並運往中國製造非中國品牌器件的半導體。
模塊4、5和6是“分析引擎”，用於模擬在不同情景下終端用户和設備製造商行為的預期變化：
4 |終端用户購買行為變化模塊評估終端用户（包括消費者和企業）態度變化對各地區設備製造商市場份額的影響。我們已經模擬了兩種類型的撞擊，它們朝相反的方向運動，並且部分地相互抵消。
首先，如果美中之間的摩擦和貿易限制繼續下去，我們預計，由於政府的替代政策、貿易壁壘和消費者偏好轉向本土品牌，美國設備製造商在中國的市場份額可能會輸給國內競爭對手。如果緊張局勢升級為技術脱鈎的局面，美國設備製造商將完全被擋在中國市場之外。
另一方面，我們還模擬了中國設備製造商在中國國內市場以外的銷售也會受到負面影響，特別是在對價格不太敏感、技術需求更為複雜的消費者中。在華為被列入美國“實體名單”後不久，波士頓諮詢公司（BCG）於2019年6月進行的一項全球消費者調查顯示，在美國、西歐、日本或韓國等發達地區，或印度和南非等新興市場的“高端”細分市場，超過70%的消費者對中國設備的性能和質量表示擔憂，如果這些設備沒有搭載美國零部件的話。與上述觀察一致，IDC的市場數據顯示，在美國出口限制措施頒佈後的2019年兩個季度，華為在西歐市場份額下降了8.5個百分點。這標誌着華為過去兩年在該地區強勁增長軌跡的戲劇性逆轉，在此期間，華為的份額從2017年第一季度的8.5%攀升至2019年第一季度的21%，而這恰好發生在美國宣佈限制措施之前。相反，華為在中國本土市場和其他新興市場取得了可觀的份額增長，抵消了發達市場的下滑，使華為在全球市場的整體份額保持在美國限制措施出台前的大致水平。
5 |供應商替代模塊評估了由於中國設備製造商供應商替代努力而導致的半導體公司市場份額的變化。我們已經建立了三種不同的供應商替代動態模型，這些模型將在未來幾年內並行出現：
“中國製造2025”計劃。這種替代是由中國的產業政策推動的，因此無論美國採取何種政策措施，這種替代都將發生。中國的自給自足目標被認為是一種願望，而不是必須不惜一切代價實現的硬性目標。因此，我們認為，如果有一家或多家成熟的中國本土供應商能夠提供有競爭力的產品，中國設備製造商將積極尋求取代外國半導體供應商。
出於建模的目的，我們假設已經建立的、有競爭力的國內供應商至少擁有2.5%的全球市場份額——這相當於大約10%的中國國內市場份額。如果沒有一家中國公司達到某一特定半導體產品類別的門檻，我們假定外國供應商將維持它們目前的份額。同樣，如果只有一個成熟的中國供應商可用，我們假設中國公司仍然會從外國供應商那裏採購其總銷量的30-50%，以擁有一個多樣化的供應商基礎。
如果沒有我們在情景1和情景2中考慮的那種美國出口限制，我們有必要指出，僅《中國製造2025》政策引發的替代，就會對美國和非美國半導體供應商產生類似的影響，對美國企業沒有偏見。因此，在這種替代動態中，中國供應商的份額增長將以美國和非美國公司在2018年的市場份額或多或少的比例為代價。
強迫替代美國供應商。這將是對美國禁止向中國設備製造商銷售基於美國技術的半導體產品的回應。在我們的維持現狀的情景1中，華為和其他被列入美國實體清單的中國公司就是這樣的例子。在我們的技術脱鈎情景2中，所有中國企業都將處於這種情況。
出於建模的目的，我們假設美國的禁令涵蓋了總部設在美國的公司向中國設備製造商出售的所有半導體，而不管這些半導體實際上是在哪裏開發或製造的。這與美國在2019年5月推出的“實體清單”禁令的字面意義並不完全相符，它被定義為包括美國和非美國公司生產的半導體，以及美國和非美國公司生產的半導體，美國和非美國公司生產的半導體，其中美國的原產地含量超過了中國目前設定的25%的最低閾值。然而，基於對個別產品的估計，我們認為我們的建模規則（實際上意味着美國公司在國外生產的半導體的最小閾值為零）提供了一個很好的近似值。
在這種情況下，中國的設備製造商將把其購買的美國半導體的所有產品轉移給中國供應商（對於至少有一箇中國既有供應商的產品）和/或外國非美國供應商。對於美國公司目前在全球市場上佔有90％或以上份額的產品，中國設備製造商將被迫引入替代來源，即使他們的替代產品尚未完全與現有美國選擇的性能相匹配。這種方法的一個例子是，華為推出了基於Arm架構的服務器處理器，以替代基於美國開發的x86架構的芯片，既為其配備了自己的雲數據中心，又為其出售給客户的商用服務器和存儲系統提供了設備。
主動替代美國供應商。這種替代將由中國客户觸發，這些中國客户仍可獲得美國供應商，但為了應對美國對華技術出口限制可能升級的風險，他們希望將來源多樣化。在我們的維持現狀的情景1中，沒有被列入美國實體清單的中國企業就是這種情況。這些中國設備製造商將積極尋求在有一家或多家可替代的成熟非美國供應商的情況下，全部或至少部分替代美國半導體供應商，以提供有競爭力的產品。
出於建模的目的，我們假設已建立的、有競爭力的非美國供應商是那些擁有至少10%全球市場份額的供應商。如果沒有一家非美國公司能夠滿足給定半導體產品類別的這一門檻，我們假設美國供應商將維持其現有份額。同樣，如果只有一家已建立的非美國供應商可用，我們假設中國公司仍希望保持現有美國供應商佔其總銷量的30-50%，以便擁有多元化的供應商基礎。
根據不同的場景，這三種類型的替換所起的作用是不同的。表15概述了我們在考慮的每個場景中假設的動態:
為了評估其對研發和資本支出的影響，我們整理了美國前20家半導體公司的財務數據，這些公司佔了美國行業總收入的90%以上。行業工作的直接和間接數據來自SIA的年度報告。我們的模型預測了情景1和情景2對市場份額和收入的重大直接影響，在這種情況下，美國企業將需要削減支出，以維持當前的利潤率。至少，我們預計企業將按收入下降的比例削減研發和資本支出，保持支出佔收入的比例不變。
此外，我們還使用了波士頓諮詢公司專有的總股東回報(TSR)分析來了解收入增長、利潤率和其他因素對股價上漲的貢獻。毫無疑問，收入增長是半導體行業創造股東價值的最大動力。我們的模型表明，在情景1（收入較2018年基準下降16%）和情景2（收入較2018年基準下降37%）下，美國半導體行業將損失其全球收入的很大一部分。因此，美國產業很可能在未來3至5年內從2013-2018年10%的年收入增長期過渡到收入下降期。其結果是，美國半導體公司將不得不通過提高利潤率來進行超額補償，以保持股東的投資回報率高於該行業的估計資本成本。這將需要更大幅度地削減研發和資本支出，遠遠超過收入的減少。
反過來，隨着時間的推移，美國公司研發投資的大幅減少將導致中國以外市場的份額進一步減少，隨着全球競爭對手（由於在中國替代美國供應商帶來更強勁的收入增長，它們可能會增加研發投資總額）趕上美國的創新步伐。我們根據產品的研發強度（以研發支出佔每個特定產品類別的美國領先公司財務報告中觀察到的收入的百分比衡量）和預計的研發削減額，通過做出一些特定的建模假設，對每個產品線的這一額外的二階影響進行了估計由模塊5 |供應商替換導致的中國客户收入損失引發。由於“創新週期”效應，研發強度高、中國供應商替代造成的預期份額損失大的產品在中國以外的其他市場將面臨更高的額外市場份額侵蝕。這一影響將相當顯著：根據我們的模型，我們預計它將使美國半導體公司在中國市場的收入損失增加30%至40%，具體取決於具體情況（見附件8和10上半部分圖表中“ ‘R＆D削減’調整以降低收入”一行的數字）