美國的芯片製造野心，首次詳細披露_風聞

**編者按：**日前，美國發布了芯片補貼的申請流程。與此同時，他們還發布了一個白皮書，思披露了他們在製造方面的願景，我們摘譯如下。

半導體是美國經濟和國家安全不可或缺的一部分，為我們的消費電子產品、汽車、數據中心、關鍵基礎設施和幾乎所有軍事系統提供動力。然而，儘管美國在半導體設計和研發 (R&D) 方面仍然處於全球領先地位，但它在製造方面已經落後，目前僅佔全球商業生產的 10% 左右。今天，最先進的邏輯和存儲芯片——為個人電腦、智能手機和超級計算機提供動力的芯片——都不是在美國進行商業規模生產的。

此外，半導體供應鏈的許多要素在地理位置上都比較集中，這使它們容易受到破壞並危及全球經濟和美國國家安全。此外，由於對製造技術和相關研發的持續投資提高了技術知識並促進了創新的良性循環，美國的生產能力不足也危及其技術領先地位和長期的全球領先能力。

在此背景下，美國商務部CHIPS項目辦公室發佈了首個融資機會，尋求尖端技術前後端、當前一代和成熟節點的半導體製造商業設施的建設、擴建或現代化項目申請，併發布了對這些項目的願景，當中涵蓋了前沿邏輯、先進封裝、前沿內存和成熟節點四個方面。

CHIPS計劃辦公室表示，部門只負責管理的資金只佔實現這一成功願景所需投資的一小部分。同時，權衡是必要的，並非每個申請者都會獲得資金，許多項目不會獲得申請者要求的那麼多支持。此外，儘管 CHIPS 計劃辦公室是在行業週期性低迷時期推出其首個融資機會，但 CHIPS 資金不會被用作幫助企業忍受暫時低迷的枴杖。相反，CHIPS 計劃辦公室將專注於推進美國經濟和國家安全目標。

CHIPS 計劃辦公室對其面臨的挑戰的規模一清二楚。美國要重建一個幾十年來一直沒落的高度複雜的製造業絕非易事。成功需要長期的雄心壯志：建立國內半導體生態系統，振興美國製造業，培養下一代科學家、工程師和技術人員。為應對這一挑戰，CHIPS 項目辦公室確定了九個交叉主題，以指導其實施工作，當中包括：

1. 促進民間投資；

2. 鼓勵客户需求；

3. 與美國夥伴和盟友接觸；

4. 建設一支技能嫺熟且多元化的員工隊伍；

5. 縮短構建時間；

6. 通過創新降低成本；

7. 促進 CHIPS 資助設施的運營安全、供應鏈安全和網絡安全；

8. 促進區域經濟發展和包容性經濟增長；

9. 加強護欄；

這些主題的成功將有助於確保 CHIPS 資助促進美國在芯片製造領域的領導地位，增強半導體供應鏈的穩定性，並促進美國經濟和國家安全。

前沿邏輯

美國的經濟和國家安全取決於我們設計和生產尖端邏輯芯片的能力。這些先進的芯片為我們的計算機、智能手機、服務器和超級計算機提供動力。它們越來越成為美國關鍵基礎設施和軍事現代化努力的基礎。它們對從人工智能到生物技術再到清潔能源的未來技術至關重要。

今天，所有領先邏輯芯片的商業生產都發生在東亞，但這是最近的發展。東亞芯片製造商在工藝技術（允許工程師將更多晶體管和其他電子元件安裝到單個芯片上的製造方法）和規模方面都超過了美國，吸引了支持他們持續擴張和創新的廣泛客户羣。這在一定程度上是由於東亞公司開創的“純代工”商業模式導致的。與設計和製造自己的芯片的集成設備製造商不同，純晶圓代工廠在合同的基礎上製造來自各種客户的芯片設計。因此，許多美國公司已經成為“無晶圓廠”，在半導體設計領域處於世界領先地位，同時將製造外包給東亞代工廠。

美國在芯片設計方面的實力是一項關鍵的商業和戰略資產，但美國製造業的衰退——以及隨後的地理集中——造成了供應鏈的脆弱性。它還削弱了美國的技術領先地位：沒有晶圓廠，就很難建立有助於刺激工藝技術創新和芯片設計相關進步的國內製造技術。CHIPS 計劃辦公室的一個核心優先事項是幫助美國在可持續的基礎上再次以具有競爭力的規模生產最先進的芯片，無論是通過純晶圓代工模式還是允許公司大規模製造芯片的替代模式。據此 , CHIPS 計劃辦公室設定了以下目標：

**到本世紀末，美國將至少擁有兩個新的大型前沿邏輯工廠集羣。**為此，CHIPS 計劃辦公室將集羣定義為一個地理上緊湊的區域，其中有多個由一家或多家公司擁有和運營的商業規模晶圓廠；龐大、多樣化和熟練的勞動力；鄰近的半導體行業供應商、研發設施、公共服務 以及專門的基礎設施，例如化學加工和水處理設施。

鑑於美國持續保持邏輯芯片生產能力的重要性以及先進邏輯芯片生產競爭格局的快速變化，依賴單一集羣存在嚴重風險。因此，CHIPS 計劃辦公室希望將其領先的邏輯投資集中在至少兩個公司在美國製造高度先進芯片的集羣上。

**每個前沿集羣都將擁有規模、基礎設施和其他競爭優勢，以確保芯片製造商將在美國的持續擴張視為具有經濟吸引力和商業模式的核心，即使未來沒有來自 CHIPS 計劃辦公室的資助。**CHIPS 計劃辦公室將根據申請人對美國正在進行的私人投資做出可信商業承諾的程度來評估申請。CHIPS 計劃辦公室還將致力於確保每個美國集羣都有足夠的規模來降低未來產能擴張的成本，並強烈鼓勵申請人探索其他長期降低成本的創新方法。

此外，CHIPS計劃辦公室將鼓勵無晶圓廠公司和原始設備製造商通過增加對國產芯片的需求來優先考慮供應鏈安全。

**美國的工人將開發和擴展作為未來幾代邏輯芯片基礎的工藝技術。**申請人將被要求提交他們在美國半導體行業的持續再投資戰略，CHIPS 計劃辦公室將優先考慮那些有信心承諾在美國投資研發的申請人，例如通過建設國內研發晶圓廠或其他國內研發設施。在美國境內進行研發將促進新的前沿工藝技術向大批量生產的轉移，並表明芯片製造商有意在美國長期投資。

**每個 CHIPS法案資助的晶圓廠都將得到一個由致力於在美國運營和創新的可靠供應商組成的生態系統的支持。**CHIPS 計劃辦公室鼓勵申請人採取措施吸引相關供應商，例如通過確定主要供應商落户同一地區的計劃、確定可以使申請人以及材料或製造設備受益的基礎設施供應商，或將這些供應商納入申請人的勞動力發展或研發承諾。CHIPS 計劃辦公室還將在 2023 年春末為材料和製造設備設施發佈單獨的資助機會。

**美國國防部和國家安全部門將能夠在美國的商業生產環境中獲得安全的前沿邏輯芯片製造。**美國軍方目前無法從本土設施採購尖端芯片，導致關鍵軍事系統容易受到供應中斷的影響。因此，在美國生產安全芯片是一項戰略重點。

先進封裝

組裝、測試和封裝 (ATP) 是半導體生產的最後步驟。這些步驟通常在專門的設施中執行，並且歷來是勞動密集型的。如今，大多數封裝能力位於東亞和東南亞，那裏的 ATP 設施可以位於執行電子組裝的公司附近。美國目前僅有有限的 ATP 容量，這種短缺代表了一個戰略漏洞，因為在不投資封裝的情況下增強前端製造能力將限制供應鏈的彈性。

該行業將封裝分為兩類：傳統封裝和先進封裝。儘管出於國家安全目的，美國必須將一些常規封裝在岸，但通常很難在美國建立具有經濟競爭力的常規封裝設施。對於傳統封裝，CHIPS 計劃辦公室將與其他部門和機構協調，支持與盟國和合作伙伴的持續工作，包括美洲國家和參與印度洋-太平洋經濟繁榮框架的國家和地區，以確保全球的充分性能力和保證供應。

與此同時，CHIPS 計劃辦公室將投資於支持美國在先進封裝領域處於領先地位的項目——封裝技術的一個子集，使用新技術和材料來提高集成電路的性能、功率、模塊化和/或耐用性。芯片製造商越來越多地將先進封裝的進步視為保持邏輯和存儲芯片生產領先優勢的關鍵。事實上，先進封裝有望在人工智能、雲計算和醫療應用以及許多其他下一代技術的芯片開發中發揮重要作用。

因此，CHIPS 計劃辦公室為先進封裝設定了以下目標：

到本世紀末，美國將擁有多個大批量先進封裝設施。 鑑於先進封裝對前沿邏輯和存儲器製造的重要性，CHIPS 計劃辦公室鼓勵申請者在晶圓製造之外投資先進封裝。CHIPS 計劃辦公室歡迎來自外包組裝和測試公司的申請，以及來自集成設備製造商和具有內部先進封裝能力的代工廠的申請。

**美國將成為邏輯和存儲芯片商業規模先進封裝的全球技術領導者。**CHIPS研發辦公室成立了國家先進封裝製造計劃，該計劃將利用其部分資金在未來十年內推動先進封裝的快速發展，加速人工智能、雲計算和下一代等戰略產業的進步。CHIPS 計劃辦公室旨在通過確保最新的先進封裝技術在美國實現商業規模來鞏固這一進展。

**由 CHIPS 資助的晶圓廠生產的半導體將有多種封裝服務選擇，包括來自美國的設施和位於相關國家以外不同地點的其他設施。**此外，美國及其盟友和夥伴將大大減少了傳統封裝對受關注國家的依賴。與州政府一起，商務部將與美國的盟友和合作伙伴合作，幫助他們吸引對傳統包裝設施的投資。對於為前端製造設施尋求資金的申請人，CHIPS 計劃辦公室將考慮製造過程中任何上游和下游步驟的位置對國家安全的風險。

前沿內存

存儲芯片是從超級計算機到智能手機等所有計算系統的重要組成部分，佔全球半導體市場的很大一部分。雖然美國曾經是內存生產的領導者，但成本競爭和市場整合導致大多數美國公司在1980年代和1990年代退出內存業務。大多數製造——即使是美國公司經營的晶圓廠——現在都在東亞進行。因此，對美國領先內存生產的投資將提升美國的技術領先地位和地理優勢多元化全球供應。

與邏輯芯片不同，內存產品是標準化的並且通常可以互操作：一家公司的內存芯片通常可以替代另一家公司的內存芯片。這些特性通常會增加內存市場的彈性，因為內存客户願意為主流市場支付費用價格通常可以從市場上的任何內存生產商處採購他們的產品。因此，與邏輯芯片製造商相比，內存芯片製造商必須主要在價格上展開競爭，並以較低的利潤率運營。因此，美國內存生產商需要達到足夠的規模才能從東亞較大集羣所享有的規模經濟中受益。

CHIPS 計劃辦公室為存儲芯片設定了以下目標：

到本世紀末，美國的晶圓廠將以經濟上有競爭力的條件生產大批量領先的動態隨機存取存儲器 (DRAM) 芯片。 CHIPS 計劃辦公室歡迎內存公司申請在美國建立先進的內存容量，尤其是那些確定降低美國生產成本的創新方法的申請。資金申請者應證明其美國存儲設施在 CHIPS 激勵計劃結束後通過持續升級在經濟上具有競爭力並得以維持，CHIPS 計劃辦公室鼓勵申請者探索長期降低成本的創新方法。

**對超級計算和其他應用至關重要的下一代內存技術的研發將在美國進行。**DRAM 將成為超級計算和其他先進技術的關鍵。此外，隨着先進封裝技術的創新，內存和邏輯技術將協同工作以實現高級計算，最終邏輯和內存功能將更深入地集成在單個或共同封裝的芯片上。

當前一代和成熟節點半導體

當前一代和成熟節點芯片的彈性供應對美國經濟和國家安全至關重要。這些芯片廣泛應用於現代技術，包括汽車、航空航天和國防系統、醫療設備和關鍵基礎設施。但在過去幾年中，COVID-19 大流行和相關的經濟影響暴露了這些供應鏈潛在的脆弱性。2020 年至 2021 年間，與計算、通信以及消費品和工業品相關的半導體需求猛增。當該行業努力增加供應時，由此產生的短缺加劇了持續的供需失衡，並導致包括汽車和醫療設備在內的一系列商品生產延遲。

雖然 COVID-19 是前所未有的，但它揭示了半導體供應鏈管理的結構性問題，除非積極解決，否則這些問題將持續存在。芯片製造商的上游和下游公司通常對其供應鏈的瞭解有限，通常只瞭解其直接客户和供應商。採購通常涉及使用第三方分銷商和短期採購合同。這些特徵使公司難以評估供應鏈風險並在出現短缺時進行診斷和解決。此外，當前一代和成熟節點生產在地理上非常集中，東亞佔全球遺留空間容量的大部分，中國政府積極補貼對成熟節點生產的額外投資。

由不同供應商製造或按不同規格製造的芯片的互操作性有限，進一步加劇了這些挑戰。如果一家芯片製造商出現意外短缺，其他芯片製造商就會努力填補空白。這些問題對於國防工業基地中使用的成熟製程芯片的長尾尤為明顯。

考慮到這些挑戰，CHIPS 計劃辦公室將根據以下目標投資於當前一代和成熟的生產：

到本世紀末，美國將增加對美國經濟和國家安全最重要的當前一代和成熟節點芯片的產量。 例如，這包括用於汽車、航空航天和國防、醫療設備或其他美國關鍵基礎設施部門的某些半導體。CHIPS 計劃辦公室認為，在當前一代和成熟節點的範圍內開發新容量可以促進美國經濟和國家安全，並且將要求在特定節點尋求項目資金的申請人説明他們提出的方法將如何推進這個目標。

此外，CHIPS 計劃辦公室鼓勵申請人探索長期降低成本的創新方法。它還計劃與包括無晶圓廠公司和原始設備製造商在內的半導體客户接洽，以增加對美國原產芯片的需求並提高其自身供應的彈性。

**美國將增加化合物半導體和其他特種芯片的產量並保持技術領先地位。**半導體制造的創新並不侷限於縮小邏輯和存儲芯片上的特徵尺寸。例如，由碳化硅或氮化鎵等複合材料製成的半導體將越來越成為國防應用、電動汽車和下一代通信基礎設施的核心。全耗盡絕緣體上硅等專業工藝技術對於國防應用也至關重要，專業芯片將成為量子信息系統等新興技術的關鍵投入。CHIPS 計劃辦公室並不尋求取代已經投資於這些技術的私人資本，而是鼓勵在適當的情況下申請 CHIPS 資金。

美國將與盟友和合作伙伴協調，以確保彈性生產和獲取當前一代和成熟節點芯片。 美國不尋求在芯片製造方面實現自給自足，並期望美國的盟友和合作伙伴也將增加芯片生產，以降低當前一代和成熟節點芯片的全球集中度。國際協調將有助於減輕生產過剩的風險，並填補盟國和合作伙伴生態系統中已知的空白。

**芯片製造商將能夠更靈活地應對供需衝擊。**如果某家芯片製造商無法滿足客户需求，則其他芯片製造商應及時填補缺口，避免拖延數月或數年。在評估當前一代和成熟節點設施的提案時，CHIPS 計劃辦公室將考慮在中斷時期可以在多大程度上輕鬆轉換擬議的製造工藝以生產不同類型的半導體。

在CHIPS 計劃辦公室看來，他們正在着手對美國工業進行千載難逢的投資。本文件提出了成功投資前沿、當前一代和成熟節點半導體的前端和後端製造的願景。它將指導商務部如何實施，着眼於推進美國經濟和國家安全，增強全球供應鏈的彈性，並鞏固美國在設計和構建將定義我們未來的技術方面的領導地位。