芯片是新石油 美國斥資數十億美元保障供應 - 《華爾街日報》

直到過去兩年，美國才完全意識到半導體對現代經濟的重要性已與石油不相上下。

在數字化世界中，電動工具普遍配備藍牙芯片以追蹤定位，家電也通過新增芯片來管理用電。2021年，每輛汽車平均搭載約1200枚價值600美元的芯片，數量是2010年的兩倍。

造成芯片短缺的供應鏈危機讓這一教訓深入人心。諮詢公司艾睿鉑數據顯示，去年汽車製造商因缺芯損失了2100億美元銷售額。與中國的競爭加劇了美方擔憂——無論是民用還是軍用領域，中國都可能主導關鍵芯片產業，甚至切斷美國獲取零部件的渠道。

如今，美國政府和企業正投入數百億美元瘋狂推進本土製造並保障芯片供應。半導體行業協會稱，自2020年以來，全美已提出逾40個半導體項目計劃，總投資近2000億美元，將創造4萬個就業崗位。

這場豪賭押注的產業，正塑造着國際經濟競爭的格局，決定着各國的政治、科技與軍事優勢。

“過去五十年地緣政治由石油儲備所在地決定，“英特爾公司首席執行官帕特·蓋爾辛格在十月《華爾街日報》峯會上宣稱，“未來五十年，芯片工廠的選址將更為關鍵。”

2022年9月，拜登總統在俄亥俄州參加英特爾新半導體制造工廠的奠基儀式。圖片來源：James D. DeCamp/Zuma Press20世紀石油成為工業經濟的關鍵支柱時，美國躍居全球最大產油國之一。而確保半導體供應則複雜得多——石油具有高度同質性，半導體卻存在種類、性能和成本的巨大差異，依賴橫跨數千種原材料、多個國家的多層供應鏈。考慮到規模經濟因素，美國無法實現全產業鏈自主生產。

“美國目前尖端芯片產量為零，”美國商務部芯片法案實施辦公室主任邁克·施密特表示。該法案由拜登總統於去年8月簽署生效，計劃為半導體制造與研究提供520億美元補貼。“我們的目標是讓美國成為全球尖端芯片生產領導者，並建立可持續發展的產業生態。這無疑是一組極具雄心的目標。”

近期造成最嚴重影響的芯片短缺問題，往往不涉及最昂貴的芯片品類。

福特汽車公司首席執行官吉姆·法利去年11月在加州聖何塞的芯片行業會議上透露，由於芯片短缺，北美工廠工人全年僅有3周實現滿負荷生產。F-150皮卡擋風玻璃雨刷電機所需的40美分基礎芯片缺貨，就導致該車型減產4萬輛。

截至2014年，聖地亞哥瑞思邁公司生產的睡眠呼吸暫停治療儀每台僅配備一枚芯片，用於控制氣壓和濕度。後來瑞思邁開始為設備加裝蜂窩芯片，將用户夜間睡眠模式的報告卡傳輸至其智能手機和醫生處。

這使得設備常規使用率從略超50%躍升至約87%。由於堅持使用治療儀的睡眠呼吸暫停患者死亡率更低，一枚相對簡單的芯片竟能幫助挽救生命。

芯片短缺期間，因競爭對手產品召回導致需求激增，瑞思邁無法獲得足夠的蜂窩芯片。部分供應商違背供貨協議，患者面臨長達數月的等待。

首席執行官米克·法雷爾表示，儘管訂單量相對較小，他仍懇求長期合作的供應商優先保障其醫療設備。“我不斷請求增加供應，請求優先考慮我們，“他説，“這關乎生死存亡——我們要的不是改善生活品質的普通商品。”

這家在新加坡和悉尼組裝設備的公司重新設計治療儀，用更易獲得的芯片替代短缺型號，同時尋找新供應商，甚至回溯舊版設計推出了無蜂窩芯片版本。

儘管芯片短缺有所緩解，最新款呼吸設備已重新搭載蜂窩芯片，法雷爾仍擔憂芯片供應可能成為瓶頸。

5月，他與其他醫療科技公司的首席執行官們一起，在一次電話會議上向商務部長吉娜·雷蒙多請求幫助。雷蒙多的團隊要求其他聯邦機構將醫療設備列為必需品，並幫助買家直接聯繫製造商，繞過分銷商。

這樣的請求也加速了由雷蒙多領導的拜登政府通過《芯片與科學法案》的努力。美國長期以來對產業政策持謹慎態度，這種政策下，政府而非市場將資源引導到特定行業。許多經濟學家批評產業政策是在挑選贏家。但許多共和黨和民主黨議員認為，半導體應該是個例外，因為像石油一樣，它們在民用和軍事上都有至關重要的用途。

商務部長吉娜·雷蒙多，攝於7月。圖片來源：Anna Moneymaker/Getty Images法案通過後不久，英特爾公司——兩年來一直推動國會通過該法案——在俄亥俄州啓動了一個200億美元的項目。商務部將於下月公佈該法案製造補貼的發放指南。

美國科學家和工程師從20世紀40年代開始發明並商業化半導體，如今美國公司仍然主導着半導體供應鏈中最賺錢的環節：芯片設計、將這些設計轉化為實際半導體的軟件工具，以及與日本和荷蘭的競爭對手一起，製造用於在晶圓廠中將芯片設計蝕刻到晶圓上的價值數百萬美元的機器。

但半導體實際製造環節已日益外包至亞洲。根據波士頓諮詢集團和半導體產業協會的數據，美國在全球芯片製造中的份額從1990年的37%降至2020年的12%，而中國大陸份額從近乎零增長至約15%。台灣地區和韓國各自佔據略高於20%的份額。

生產計算機、智能手機核心——先進邏輯芯片的最尖端製造商是台積電（一家為他人代工芯片的晶圓廠）和韓國三星電子，英特爾位列第三。存儲芯片主要由總部設在美國和亞洲的企業在亞洲生產。而用於消費及工業產品中執行簡單任務的低端模擬芯片，則遍佈全球各地生產。

芯片生產高度集中於中國、台灣地區和韓國這三大熱點區域，令美國軍政高層深感不安。他們擔憂若中國通過自主發展或武力攻台取得尖端半導體主導權，將對美國經濟及國家安全構成日本在1980年代短暫主導半導體產業時（作為盟友）未曾帶來的威脅。

自2016年前後起，美國官員開始阻撓中國獲取尖端芯片企業及技術。去年七月，當加拿大研究機構報告中國最大芯片製造商中芯國際已開始量產7納米芯片（這一工藝複雜度被認為超出其能力範圍）時，華盛頓許多人士措手不及。

10月7日，美國政府幾乎未作預警就出台了史上最全面的對華芯片相關出口限制。只要美國保持領先地位，長期以來它一直願意讓中國的半導體能力發展。新規更進一步，試圖在美國及其盟友向前衝刺時將中國固定在原地。

與此同時，美國官員希望聯邦補貼能催生出足夠龐大和先進的工廠，從而在很長一段時間內保持競爭力和盈利能力。“我們必須想辦法利用我們手中的每一張牌……推動這些公司擴大規模，“雷蒙多女士在接受採訪時説。“我需要英特爾考慮將俄亥俄州200億美元的工廠變成1000億美元的工廠。我們必須説服台積電或三星，他們可以從每月2萬片晶圓增加到10萬片，並在美國取得成功和盈利。這就是全部意義所在。”

這一雄心壯志出現在芯片製造商的一個微妙時期，其中許多製造商已經看到在疫情初期熱銷的電子產品需求急劇下降。英特爾正在削減資本支出以應對低迷，台積電本週表示，需求疲軟可能導致其削減今年的資本支出。

為了分擔芯片公司的投資需求，雷蒙多女士已就參與芯片項目接洽了私人基礎設施投資者，效仿布魯克菲爾德資產管理公司共同投資英特爾亞利桑那州工廠的模式。去年11月，她在巴克萊銀行在新加坡組織的投資會議上向700名基金經理推銷了這一想法。

她還接洽了包括蘋果公司在內的芯片客户，商討購買這些晶圓廠生產的芯片。“我們需要大客户承諾採購[晶圓廠產品]，這將有助於降低交易風險，並證明這些芯片存在市場需求，“她表示。

這些努力在12月似乎取得了成效，台積電宣佈將把在鳳凰城北部荒漠地帶新建的先進製程工廠投資追加至400億美元。這片曾經野驢和郊狼出沒的土地，如今遍佈施工起重機，接收着全球最尖端的製造設備。

當月舉行的典禮上，拜登總統和雷蒙多部長等政府高官出席，蘋果CEO蒂姆·庫克與超微半導體公司CEO蘇姿豐承諾將採購該廠部分產品。

2022年12月台積電鳳凰城工廠的施工場景。圖片來源：Brendan Smialowski/法新社/蓋蒂圖片社不過台積電在致美國商務部的公開信中表示，儘管其建廠計劃獲得各界熱情響應，並有望獲得地方州及聯邦補貼，但成本仍比在台灣建設同類工廠高出許多。台積電創始人張忠謀11月稱成本差距可能達50%。該公司表示已派遣600多名美國工程師赴台培訓。

在美國之外，歐洲也制定了約十年內將其全球芯片產量佔比翻倍的計劃，同時中國台灣地區及其他亞洲國家政府正對該領域大量注資。台積電除亞利桑那州工程外，正在日本建設芯片工廠，並考慮在歐洲進行潛在投資。

美國高昂的成本和合格勞動力短缺問題曾阻礙了電子製造業迴流本土的嘗試。印第安納州普渡大學校長蔣濛指出，計算機與工程專業學生更傾向於選擇美國企業佔優勢的芯片設計或軟件領域，而非製造業。

“即便他們説’半導體制造聽起來很棒，我想從事這個’，但他們能在哪裏獲得真實的實踐經驗呢？”

為此，普渡大學設立了專項半導體人才培養計劃，目標到2030年通過線上線下方式每年頒發超1000份證書和學位。今年7月，明尼蘇達州布盧明頓的晶圓代工廠SkyWater Technology宣佈將在普渡校園建設價值18億美元的晶圓廠，該項目有望獲得《芯片法案》資金支持。

培養本土人才僅是挑戰的一部分。美國在半導體制造的諸多關鍵原材料方面仍依賴進口。

用於在硅片上刻印微型電路圖案的激光設備需要高純度氖氣，這種氣體通常來自鋼鐵廠配套的大型空氣分離裝置——這些設備在為鍊鋼爐製備氧氣時同步提取氖氣原料。

圖片來源：Caitlin Ochs/華爾街日報過去半個世紀以來，隨着鋼鐵工業基本遷出美國，目前美國國內氖氣產量極少。這類氣體主要來自烏克蘭、俄羅斯和中國，但俄羅斯入侵烏克蘭後，中國成為全球氖氣的主要供應國。

總部位於馬薩諸塞州的電子氟化物公司執行副總裁馬修·亞當斯表示：“這對美國構成風險嗎？毫無疑問。中國若長期禁止向美國出口氖氣，將導致半導體庫存耗盡後，美國大部分半導體生產陷入停滯。“該公司從事氖氣等氣體的進口、提純和銷售業務。

芯片製造所需的鎢等其他少數原材料同樣主要依賴中國供應，這些鎢被轉化為六氟化鎢用於製造芯片上的晶體管部件。若要讓美國芯片產業真正擺脱對中國依賴，需要逆轉長達數十年的全球化進程，而行業領袖們認為這並不現實。

即便美國無法完全掌控整個半導體供應鏈，仍有機會扭轉近年來在乘用車、鐵路設備、機牀、消費電子和太陽能電池板等一個又一個製造業領域喪失領先地位的歷史趨勢。

信息技術與創新基金會主席羅伯·阿特金森指出：“我認為我們從未有過這樣的嘗試：以有意識、有目標的方式，在一個我們曾領先後又失去優勢的行業中重新贏得市場份額。“該基金會主張政府對製造業給予支持。

Liza Lin 為本文做出了貢獻。

寫信給 Asa Fitch，郵箱：[email protected] 和 Greg Ip，郵箱：[email protected]

刊登於2023年1月14日的印刷版，標題為《美國押注將芯片產業帶回本土》。