（以下第一部分：集成电路设计）

四、关于集成电路制造

（一）花旗集团对IC制造业的基本预估

半导体产品几乎驱动着每个经济领域，包括能源、医疗保健、农业、消费电子、制造和运输。 2019年全球半导体最终用途需求为：手机（26%）、信息通信基础设施（包括数据中心、通信网络）（24%）； 计算机（19%）、工业（12%）、汽车（10%）和消费电子产品（10%）。

在这些多样化的应用中，约 9% 直接支持国家安全和关键基础设施应用。 这些关键的半导体产品最终用途包括航空航天、电信网络、能源和公用事业、医疗保健和金融服务。 以及其他政府用途仅占全球半导体消费量的 1% 多一点。

美国在全球半导体产量中所占的份额已从 37 年的 1990% 下降到如今的 12%，如果美国没有全面的战略来支持该行业，预计这一比例还会进一步下降。

美国制造能力不足：美国制造能力几十年来一直在下降。本世纪头十年对美国制造业来说尤其具有破坏性，2000 年至 2010 年间，三分之一的制造业工作岗位流失。中小企业受到的打击尤其严重。下降的部分原因是来自低工资国家的竞争。经济学家估计，大约25%的失业可归因于中国的崛起，尤其是在中国加入世界贸易组织之后。但与其他经济体相比，美国的国内生产率增长也陷入停滞，例如，在大多数行业平均落后于德国。如今，美国的小型企业的生产力通常低于大型制造商。人们普遍认为人工智能和机器人技术即将到来，但与此相反的是，美国中小型企业制造商对新的生产力增强技术的投资不足。制造能力的丧失导致创新能力的丧失。制造能力是产品创新的基础。创新能力一旦丧失，就很难重建。近几十年来，当集成电路产能转移到海外时，研发和更广泛的工业供应链往往也会随之转移。

(2) 半导体产品供应链

从设计到封装，再到集成到客户最终购买的电子产品中，产业链极其复杂且地域分散。典型的半导体生产流程涉及多个国家，由于企业在特定环节的专业化，产品可能跨越国际边界70次。整个流程长达100天，其中12天在供应链各个环节之间传递。以下是供应链的简单表示。

半导体产品的小尺寸和轻重量是实现如此复杂的跨地域供应链的重要因素。半导体产品的运输成本与其价值相比较低。然而，这也意味着运输路线的中断可能会给供应链带来风险。根据阶段和行驶距离以及产品的性质，链条中需要使用各种形式的运输（例如空运、海运、卡车）。在某些情况下，运输还需要专门处理，例如处理制造中使用的危险和高纯度气体和化学品，或保护敏感电子设备免受损坏。

半导体制造：产业结构

加工晶圆和制​​造集成电路的工厂有两种基本的商业模式。第一个是垂直整合的半导体公司或IDM企业。他们在内部执行半导体产品设计和制造过程的所有步骤，从设计到最终测试。 IDM公司约占全球半导体产能的三分之二。虽然美国领先的IDM公司英特尔主要生产逻辑器件，但其他大多数IDM公司主要生产DRAM、分立器件和模拟集成电路等存储芯片。除了英特尔之外，美国还是多家全球领先的IDM公司的所在地，包括Analog Devices、Maxim Integrated Products、MicrochipTechnology、美光半导体和德州仪器。值得注意的是，虽然这些公司总部位于美国，但他们的最终产品制造却在世界各地的工厂进行。例如，除了美国之外，英特尔还在以色列、爱尔兰和中国设有晶圆加工厂。总部位于韩国的三星和其他外国（非美国）公司除了海外（非美国）工厂外，还在美国设有芯片工厂。 SIA报告显示，美国半导体公司44%的产能位于美国。总体来看，51年美国IDM企业占全球IDM厂商总营业收入的2020%。美国在数字逻辑集成电路和模拟集成电路方面尤其强势。

还有其他较多的美国半导体产品龙头企业（例如AMD、英伟达、博通、高通和赛灵）采用的是“无晶圆厂半导体公司”的商业模式，这些公司将设计数据提供给专门从事半导体代工制造的独立公司，由代工企业转入芯片产品制造加工。这些第三方代工厂被归类为“纯半导体代工厂”，因为他们不设计或销售任何自己的芯片产品，而是充当无晶圆厂半导体公司的合同制造商（这些代工厂有时会提供额外的产能或以其他方式为 IDM 生产某些芯片供应商）。一些IDM公司，特别是三星，也为无晶圆厂半导体公司提供加工服务。

随着技术进步和建造及维护尖端半导体制造设施成本的飙升，无晶圆厂+代工厂的商业模式正变得越来越普遍。芯片制造技术的持续进步需要全新的、日益昂贵的制造设备。最先进的晶圆厂（采用5纳米工艺节点）造价至少12亿美元。一台极紫外（EUV）光刻机（5纳米及以下工艺节点必需，7纳米工艺节点也常用）的成本可能高达150亿美元。除了光刻机，晶圆厂还需要许多其他类型的设备。据估计，下一代晶圆厂（采用3纳米工艺节点）的投资可能超过20亿美元。此外，新晶圆厂建成后，运营成本将非常高，需要持续且昂贵的资本投入；同时，为了在最先进的生产节点上持续运营，工艺设计人员还需要维护尖端技术。纯晶圆代工厂受益于规模经济，能够以高产能利用率分摊半导体工厂的巨额成本。据美国半导体行业协会（SIA）统计，纯晶圆代工厂约占全球芯片产能的三分之一。其中，逻辑芯片产量占比近80%。台积电（TSMC）是全球首家纯晶圆代工厂，成立于1987年，如今在晶圆代工市场占据主导地位。

代工市场由台湾企业主导，其中台积电一家就占据了53%的市场份额。总体而言，台湾晶圆代工企业占全球晶圆代工市场的63%。韩国占18%，中国占6%。总部位于美国、由阿布扎比控股的晶圆代工企业GlobalFoundries占据7%的市场份额，占剩余13%市场份额的一半以上。

如上所述，尽管美国在IDM企业生产的芯片市场占有较大份额，但其在全球晶圆代工收入中仅占约10%。亚洲晶圆代工厂约占总收入的80%。仅台湾地区就占全球代工制造的63%。这意味着，尽管美国在半导体设计领域处于领先地位，但其国内的无晶圆厂企业却严重依赖海外代工厂（主要位于亚洲）来生产产品。虽然这种代理商业模式适用于大批量商业应用的集成电路产品，但许多相关应用都是小批量生产，这使得先进半导体制造技术在这些应用中的应用前景不明朗且充满挑战。

对美国而言，绝大多数半导体制造（包括IDM和代工模式）都在海外进行：台湾、韩国、日本、中国和美国。全球约12%的半导体制造产能位于美国，低于20世纪90年代的37%。2019年，台湾约占全球装机产能的20%，韩国占19%，日本占17%，中国占16%，欧洲占9%。剩余的6%产能位于新加坡、以色列和世界其他地区。

在美国 40 个主要半导体制造工厂中，一半 (20) 使用 300 毫米（12 英寸）晶圆；其他生产使用 200 毫米（8 英寸）或更小的晶圆。 2009年至2018年间，全球有超过100家150-200mm晶圆制造厂关闭，其中70%位于美国和日本。根据 IC Insights 的数据，多达 68 家晶圆制造厂已有数十年历史，超出了其合理寿命。关闭的晶圆厂部分被更具成本效益或升级的新设施所取代；也有一些晶圆厂运营成本太高，企业开始转向轻型晶圆厂或无晶圆厂商业模式

在国内，有六家公司在八个州运营 20 毫米晶圆厂，详情如下表所示。除了 Skorpios 之外，另外五家公司也在美国境外经营晶圆工厂。

如上所述，英特尔在以色列、爱尔兰和中国设有半导体制造工厂。美光科技除了在美国拥有晶圆厂外，还在新加坡、日本和台湾设有晶圆厂。德州仪器在中国、马来西亚、台湾、菲律宾以及德克萨斯州均设有晶圆生产基地。格罗方德是美国领先的纯晶圆代工厂，由阿布扎比酋长国通过其主权财富基金穆巴达拉控股，并在德国和新加坡设有晶圆制造工厂。2019年，该公司取消了在中国成都开设晶圆厂的计划。

虽然美国芯片制造能力相对稳定，但美国以外的产能和产量正在增长，尤其是在亚洲。因此，SIA 预测，到 10 年，美国的半导体产能份额将下降至 2030%，而亚洲的份额将增长至 83%。 2019年，全球新增的XNUMX家半导体制造工厂均不在美国，而有XNUMX家在中国。

正如本报告“设计”部分所讨论的，涵盖了三种主要类型的芯片：存储器、逻辑或数字芯片以及模拟芯片。如下图所示，世界不同地区专注于不同领域。例如，只有 5% 的存储芯片是在美国生产的，而韩国和中国大陆的这一比例分别为 44% 和 14%。记忆中，中国重点关注长江存储的快速扩张，为该公司提供了 24 亿美元的补贴（仅针对其武汉工厂）。其扩张和低价产品对美国存储芯片制造商MICron和西部数据构成直接威胁。

在逻辑芯片或数字芯片（例如计算机和手机微处理器）领域，美国不生产任何先进工艺节点（小于10纳米），而台湾地区则占据了92%的市场份额。在其他逻辑锁定技术领域，美国则处于绝对领先地位：在最先进的（10-22纳米）逻辑芯片领域，美国占据了43%的市场份额，而在上一代（28纳米及以上）逻辑芯片领域，美国则占据了6%至9%的市场份额。ove) 逻辑芯片在美国生产； 台湾生产了全球 47% 的此类逻辑芯片，而中国大陆生产了大约 19% 至 23% 的逻辑芯片。 最后，对于模拟/分立元件部分，19%在美国生产，17%在中国生产，约27%在韩国生产。

（四）集成电路制造审查

美国缺乏最先进技术水平的生产能力：

美国缺乏最先进的半导体工艺节点（目前为 5 纳米）的半导体生产能力，而目前只有台积电（台湾）和三星（韩国）拥有这种工艺节点。 美国最先进的FAB是英特尔运营的10纳米工艺线，预计要到7年才会全面进入2023纳米生产，并于2021年7月宣布将采用台积电的“增强型”XNUMX纳米或下面是其最新逻辑电路产品的生产线。 因此，美国无晶圆厂芯片公司现在几乎完全依赖亚洲生产商，尤其是台积电，来生产最先进的芯片（7纳米或更小）。 除了地理集中生产造成的供应链风险之外，缺乏最先进的国内技术能力也引发了国家安全担忧，因为某些应用需要安全访问最先进的工艺技术才能确保技术优势。

芯片产品销售收入取决于中国：

由于中国在电子产品生产中占据主导地位，美国芯片制造商也严重依赖对中国的销售。 中国是最大的半导体市场，其中大部分半导体在组装成终端电子产品（包括消费电子产品和家用电器）时进行再出口。 例如，根据《经济学人》57年的数据，手机芯片供应商高通三分之二的收入来自中国，而内存制造商美光则有2018%的收入来自中国。 英特尔2020年报告称，中国市场占其营收的26%。 对中国销售的严重依赖为中国政府提供了经济杠杆和对美国进行报复的潜力。

中国引领半导体行业的愿望：

中国在全球半导体产业中所占份额相对较小，其企业主要生产低端芯片。 中芯国际是中国最先进的纯代工厂，只能生产14纳米节点，产能有限。 然而，中国正在国家主导下大力发展本土垂直整合IDM产业，目标是到2030年使该产业成为所有领域的领导者。 16年，中国在半导体晶圆产能中的份额为2019%，但预计到28年将增长至2030%。 中国政府正在为其半导体行业提供100亿美元的补贴，其中包括开发60个新的制造工厂。 正如供应链“设计”部分所讨论的，中国积极补贴自己的存储芯片制造商，以打破对全球三大存储公司三星（韩国）、SK海力士（韩国）和美光（美国）的依赖。 ）。 美国存储公司美光科技是长江存储的直接竞争对手，很可能是第一家看到其未来竞争力和创新受到中国对其竞争对手的补贴威胁的美国公司。

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