对华贸易限制如何结束美国在半导体领域的领导地位（上）_风闻

来源：东西智库  2020-5-14

译者按

BCG发布报告称，中美贸易摩擦背景下，美国对美国半导体企业施加广泛的单方面出口限制可能会事与愿违。BCG对未来限制的两种情形进行的预判（即维持现状和技术脱钩），认为如果中美事实上技术脱钩，将可能会导致美国半导体行业全球市场分额下降18%，行业收入下降37%，研发支出减少60%，就业岗位减少12.4万个，从而打破半导体行业良性创新循环，美国最终将因此失去全球领导地位。而韩国短期内可能超过美国成为世界半导体领先者，但从长远来看，中国经过短期阵痛调整，最终可能取得半导体行业领导地位。

HOW RESTRICTIONS TO TRADE WITH CHINA COULD END US LEADERSHIP IN SEMICONDUCTORS

对华贸易限制如何结束美国在半导体领域的领导地位

（BCG）

一、执行摘要

二、报告介绍

三、美国半导体行业的战略重要性

使美国半导体领导者地位良性循环

加剧外国竞争

四、为什么美中摩擦威胁美国在半导体领域的领先地位

情形1的影响：维持现状

情形2的影响：技术脱钩

对半导体行业的结构影响

五、保持半导体行业“双赢”全球市场准入

六、附录：方法

一、执行摘要

**在数字化转型和人工智能时代，强大的半导体产业对美国的全球经济竞争力和国家安全至关重要。长期以来，美国一直是全球半导体行业的领头羊，拥有45%到50%**的份额。美国的领导地位植根于一个良性的创新循环，这一循环依赖于进入全球市场以实现所需的规模，为持续保持美国技术领先于全球竞争对手的超大规模研发投资提供资金。

剔除中国工厂为外国企业的制造活动，中国企业占全球半导体需求的23%。**今天，中国的半导体产业(没有外国半导体公司在中国建造的制造厂)只覆盖了14%的国内需求。**我们估计，到2025年，《制造强国计划》计划将使中国半导体自给率提高到25%至40%左右，从而使美国在全球的份额降低2至5个百分点。

对中国获得美国技术的广泛单边限制可能会显着加深并加速美国公司的份额侵蚀。(图1)。中国70%以上的半导体需求已经有了成熟的非美国替代供应商。

图表1：中美摩擦可能会推翻美国在半导体领域的领导地位

在接下来的三到五年里，美国公司可以：

如果美国维持对当前实体名单实施的限制，他们的全球份额将损失8个百分点，收入将损失16%。

如果美国完全禁止半导体公司向中国客户销售产品，实际上会导致技术与中国脱钩，那么它们将损失18个百分点的全球份额和37%的收入。

这些收入的下降将不可避免地导致研发和资本支出的大幅削减，并导致美国半导体行业失去1.5万至4万个高技能直接工作岗位。

**因此，韩国很可能在几年内超过美国，成为世界半导体领先者；从长远来看，中国可能会取得领导地位。**正如通信网络设备和其他科技行业的经验所表明的那样，一旦美国失去全球领先地位，这种动态实际上扭转了该行业的良性创新周期，并将美国企业推入竞争力迅速下降、市场份额和利润率不断萎缩的下行螺旋。较低的研发投资将抑制美国半导体行业实现美国技术和国防行业维持全球领先地位所依赖的突破的能力，并最终可能迫使它们依赖外国半导体供应商。

为了避免这些负面结果，政策制定者必须设计解决方案，这些解决方案应同时解决美国国家安全问题，并保护美国半导体公司的全球市场准入。这是久经考验的创新模型的基本支柱，该模型将使该行业继续实现技术突破。对于美国的经济竞争力和国家安全至关重要。

二、报告介绍

**美国在半导体技术方面的领导地位对于经济竞争力和国家安全至关重要，尤其是在世界进入数字化转型和人工智能（AI）时代的今天。**长期以来，美国的领导地位满足了全球半导体需求的45％至50％，其基础是创新密集型模型，该模型依赖于全球市场准入的机会。这种全球化准入可提供扩大规模所需的庞大客户群，以资助高水平的研发投资，使美国公司能够保持其在全球竞争对手中的技术优势，并为行业复杂的制造流程提供了高度专业化的供应链。中国占全球半导体市场的很大一部分，2018年约占需求的23％。

**中美摩擦给美国半导体公司带来了巨大的阻力。**自“贸易战”开始以来，美国排名前25位的半导体公司的收入中位数同比增长率已从紧接在2018年7月实施第一轮关税之前的四个季度的10％暴跌至在2018年末的1％。**在美国于2019年5月限制向华为销售某些技术产品的三个季度中，美国顶级半导体公司的收入中位数均下降了4％至9％。**这些公司中许多都将与中国的贸易冲突视为其业绩的重要因素。尽管美中两国在2020年1月签署的“第一阶段”贸易协定中包含了有关技术行业关键问题的规定，例如中国的知识产权保护及其技术转让实践，但并未解决其他问题，如中国对国内半导体行业的直接支持。此外，出于美国国家安全考虑，对向某些中国实体出口美国技术产品的限制仍在实施。

在本报告中，我们评估了在两种情形下中美之间持续的摩擦可能如何影响美国半导体产业。第一种情况假设当前的限制将保持不变，并维持现状。第二种情况认为，进一步升级将导致双边技术贸易完全停止，从而事实上使美国和中国的技术产业脱钩。

为了量化美国半导体业的潜在风险，我们开发了一个分析市场模型，该模型提供了按地区、终端应用市场和产品线划分的半导体需求和供应结构的详细视图。这一基于公开数据的模型使我们能够确定在我们的全球半导体市场分类中考虑的32个产品系列中的每一个产品线中，来自中国客户的需求部分。它还估计，其中有多少需求目前由美国供应商覆盖，有多少流向可能从在中国面临限制的美国公司手中夺取份额的其他供应商。

我们发现，继续限制对华出口可能对美国半导体业产生深远的负面影响。我们的分析表明，美国在半导体领域的长期全球领导地位最终岌岌可危。

虽然这份报告没有提供政策建议，但我们的调查结果认为，有必要对目前美中之间的技术贸易摩擦采取更具建设性、更有针对性的多边方式。如果美国半导体公司要继续实现让美国和世界各地的企业和消费者受益的技术突破，一个既能解决国家安全担忧，又能保持半导体行业创新主导模式基本面的解决方案是必要的。

三、美国半导体行业的战略重要性

一个强大，财务状况良好的半导体产业对美国具有重要的战略意义。半导体使技术突破能够推动经济增长，对国家安全至关重要。

实现技术突破。 在过去的三十年中，半导体行业一直是信息和通信技术（ICT）连续革命性发展的核心。反过来，ICT的突破已成为经济增长的驱动力，使美国自1988年以来在生产率增长和实际GDP增长方面都大大超过其他高收入国家。美国半导体技术带来的这些技术进步的好处也惠及了世界其他地区。例如，移动通信已经成为历史上全球采用最快的技术，其对全球经济的影响估计超过1万亿美元。

在过去的三十年中，每个晶片的晶体管数量增加了近100万倍，处理能力提高了450,000倍，并且每年降低了20％到30％的成本。这项技术进步的飞速发展使得它可以从1980年代的大型机过渡到2010年代的智能手机。如今，全球有超过50亿消费者拥有智能手机，该智能手机的计算能力比NASA用来将Apollo 11送上月球的大型计算机更强大。因此，自1987年以来，半导体利用强度（工业收入占全球名义GDP的比重）增长了2.8倍。全球半导体需求以年均8.6％的速度增长，到2018年达到4750亿美元。

我们现在正处于全球经济中由技术驱动的另一次大规模变革的早期阶段：数字化转型和AI时代。增强型/虚拟现实体验，无人驾驶汽车，物联网（IoT）和工业4.0系统等革命性应用程序以及智能城市正逐渐成为商业现实。实现这些新应用中的每一个都是半导体技术的进步，其中包括：

实时收集丰富数据的传感器

5G技术可为数十亿个设备提供安全的高速，低延迟无线连接

高性能处理单元，为具有机器学习能力的计算机提供动力

各种边缘计算设备中内置的高级低功耗处理器，可以执行非常复杂的任务，例如计算机视觉和自然语言理解

此外，半导体行业目前正在测试首批量子计算原型，该原型的运行速度可比当前计算机快1亿倍。量子计算可以彻底改变需要大量计算强度的区域，例如人工智能和网络安全。

维护国家安全。 半导体工业在1950年代起源于美国国防工业。尽管如今美国国防部（DoD）约占该行业收入的1％，但电子组件在国防和武器系统中无处不在，因此对于美国军事能力仍然至关重要。《 2018年美国国防战略》列出的国防现代化重点包括微电子，5G和量子科学，这是需要美国投资的战略领域。其他优先领域，例如网络安全，人工智能，自治系统和高级成像设备，也高度依赖于先进的半导体功能。（请参见图表2。）“这些技术的优势……是阻止或赢得未来冲突的关键，”美国国防研究与工程部副部长迈克·格里芬（Mike Griffin）在《国防新闻》最近的一篇文章中写道。

图表2：国防现代化依靠先进的半导体技术

随着数字化连接的电子系统对于管理先进武器系统以及关键基础设施和信息变得越来越重要，可以提供经济上可行，可靠和安全组件的可信赖半导体供应商的可用性对于国家安全变得更加重要。为此，国防部的研发部门国防高级研究计划局（DARPA）牵头了一项为期多年的电子复兴计划。该计划的重点是通过与美国公司建立公私合作伙伴关系来设计用于军事用途的半导体设计和基础技术。同时，国防部正在倡导“可信赖和有保证的微电子”计划等计划，以确保用于国内供应的价值链制造层的安全。该计划在2020年的90种国防部研发计划中占第二位。

1. 使美国半导体领导者地位良性循环

根据高德纳(Gartner)的数据，2018年，美国半导体公司，包括在自己的设施中设计和制造产品的集成器件制造商(IDM)，以及依赖独立铸造厂制造芯片的无工厂设计公司占据了约48%的全球半导体市场。实际上，在我们的行业分类中，在从PC和IT基础设施到消费电子产品的所有最终应用市场中，美国在23种半导体产品类别中均处于领先地位（参见图表3）。

图表3：美国目前是半导体的全球领导者

美国半导体公司将这一市场成功转化为强劲的财务业绩。在过去五年中，它们为股东带来的年均回报率接近14％，比标准普尔500指数高出4个百分点，截至2019年11月，它们的总市值约为1万亿美元。财务实力对于使该行业在未来继续对R＆D进行大量投资至关重要。

的确，**美国半导体行业在全球的领导地位归功于大量研发投资带来的卓越技术和产品创新。**半导体是由高度先进的制造工艺生产的高度复杂的产品。改进通常需要在硬科学上取得突破，而这些突破需要很多年才能实现。**在过去的十年中，美国半导体行业在研发方面的投资为3,120亿美元，仅在2018年一年就达到390亿美元，几乎是全球半导体研发总投资额的两倍。**就其本身而言，美国政府在基础研究方面进行了大量投资，这有助于弥合学术突破与新商业产品之间的鸿沟。但是，与其他国家相比，美国的政府投资多年来一直持平或下降。（参见``赢得未来：美国在半导体技术上持续领导的蓝图’’，半导体行业协会，2019年4月。）技术领先地位使美国公司得以建立良性创新圈。大规模的研发工作带来了卓越的技术和产品，进而带来了更高的市场份额，通常还带来了更高的利润率，从而助长了良性循环（参见图表4）

图表4：良性创新周期巩固了美国市场的领导地位

**这个良性循环的核心在于两个因素：R＆D强度和规模。**从历史上看，美国半导体公司一直将其收入的约17％至20％用于研发，大大高于其他地区的半导体公司的7％至14％。实际上，2018年美国半导体公司的研发强度水平在美国经济所有部门中排名第二，仅次于制药/生物技术部门。

**规模是创新良性循环的第二大支柱。**美国半导体产业在2018年的全球产品收入约为2260亿美元，远大于其他竞争地区的半导体产业。它的规模是韩国半导体产业的两倍，是日本的五倍，是欧洲的六倍，是中国的十五倍。

开放国际市场是规模发展的关键要求，因为美国国内市场仅占全球半导体需求的不到25％。**美国约80％的行业收入来自对包括中国在内的出口市场的销售，其中中国约占全球需求的23％。**根据美国国际贸易委员会的数据，按价值计算，半导体是2018年美国第四大出口产品，仅次于飞机，成品油和原油。

全球访问还使美国半导体行业能够利用高度专业化的资源来制造日益复杂的产品。例如，在一家耗资150亿美元的晶圆厂中，使用高精度设备需要大约1500步，才能制造出领先的7纳米芯片。尽管美国公司可以在价值链的设计和设备层上广泛依赖美国本土的半导体生态系统，但它们也需要外国合作伙伴提供各种电子材料。用于某些过程的设备；以及用于制造，组装和测试芯片。没有哪个公司或国家具有控制整个供应链的技术能力（参见图5）。

图表5：美国在全球半导体价值链的关键环节上处于领先地位

2. 加剧外国竞争

尽管在全球范围内拥有明显的领导地位，但美国半导体行业仍面临着巨大的竞争。智能手机，PC和消费电子等终端市场（占半导体总需求的一半以上）中的快速产品周期意味着美国半导体公司每年必须进行激烈竞争以赢得每款新一代设备的供应合同。

**在我们的全球行业分类中的32个半导体产品系列中，有18个占全球总需求的61%，其中至少有一家非美国企业的全球市场份额达到或超过10%，这使其有潜力成为美国企业的可行替代商。**而且，即使在中央处理器(CPU)、图形处理器(GPU)和现场可编程门阵列(FPGA)等产品领域，美国公司也很脆弱，目前它们在这些领域的总市场份额超过90%。这是因为全球大型客户越来越多地为其数据中心设计自己的定制芯片。他们优化了这些称为专用集成电路（ASIC）的芯片，以用于自己的大型硬件设备基础，这些硬件设备是为涉及大量数据处理（例如AI，计算机视觉和加密货币挖掘）的特定用例而构建的。（请参阅BCG文章“当硅满足数据时”，2018年12月19日。）

**特别是，美国半导体公司的竞争日益激烈，来自韩国和中国的市场份额自2009年以来分别增长了12个百分点和3个百分点。**与此同时，美国公司在美国本土市场也面临着越来越激烈的竞争。欧洲和日本领先的半导体公司通常通过大型收购来加强投资以扩大其产品组合和业务。

韩国

韩国份额的增长部分反映了对存储器产品的需求激增，该领域的两家公司在全球处于领先地位。三星在显示驱动器，图像传感器和集成移动处理器等广泛的其他半导体产品方面的强力推动—既是该公司不断扩大的消费电子产品和网络设备的硬件产品组合的内部供应商，又是其他设备制造商的供应商-为韩国的增长做出了贡献。2019年3月，总统文在寅指示政府采取措施，提高该国在存储器市场以外的全球半导体行业的竞争力。

中国

同时，自2000年代初期以来，中国在半导体设计领域一直取得稳步进展，当时中国几乎没有半导体设计。几十年来，发展国家半导体产业和减轻对外国供应商的依赖一直是中国政府的政策重点。根据中国半导体工业协会（CSIA）的数据，在过去五年中，在中国运营的半导体公司的报告总收入每年以20％以上的速度增长。**剔除外国半导体公司在中国的活动，2018年中国公司在全球半导体销售和半导体制造中的总体份额仅为3%-4%。**无晶圆厂设计方面的进展最为显着，近年来中国在这方面迅猛发展。CSIA的报告显示，该国目前有1600多家本地公司，在全球市场中所占的份额为13％，而2010年为5％。

在需求方面，尽管行业报道和媒体经常使用各种较高的数字来指代中国市场的规模，但我们认为，由中国原始设备制造商（OEM）生产的设备中所包含的半导体组件的价值是最好的。衡量中国真正推动的全球半导体需求份额的方法。按照这一指标，中国目前占全球半导体需求的23％。这意味着，国内半导体公司仅占中国终端设备制造商总需求的14％（参见图表6）:

图表6：中国正在追求快速增长以满足其庞大的国内需求

政府制定的“制造强国计划”计划设定了一个宏伟的目标，即半导体自给自足。其目标是到2025年使国内供应商满足该国70％的半导体需求。为支持这一努力，该国正在使用各种政策手段，包括由国家支持的投资基金，这些资金将为本土半导体的开发和制造提供资金。迄今为止，中央和地方政府已对该计划承诺了约1200亿美元。中国还积极寻求海外人才和并购机会。

尽管中国距离实现自给自足的目标还很遥远，但它似乎在半导体设计的几个关键领域取得了重大进展：

华为的全资子公司海思半导体（HiSilicon）成立于2004年，其设计的芯片可为公司的大多数智能手机和越来越多的5G基站提供动力。海思半导体（HiSilicon）在2018年2月推出了其首款5G芯片组Balong 5G01，它声称这是全球首款符合5G标准的商用芯片组。最近，在2019年10月，华为宣布已开始生产不含美国组件的5G基站。

自2018年中以来，至少有九家中国大型消费电子公司紧随华为的脚步，宣布了内部开发芯片的计划，以为其数据中心，智能手机或IoT设备供电。

几家中国公司正在生产基于替代架构的服务器，以此作为中国发展替代本地数据中心生态系统的一部分。

成立于2013年的中国公司Bitmain，已成为设计用于加密货币和区块链应用的高级定制芯片的全球先驱。

在人工智能方面，百度，阿里巴巴和腾讯等多家大型中国新兴设计公司，企业硬件供应商和具有深厚软件专业知识的互联网巨头正在投资开发自己的具有硬件和软件集成的高级ASIC芯片。。

在内存领域，YMTC是清华紫光集团于2016年成立的子公司，其目标是在拥有自己的专有架构的新兴3D NAND闪存领域取得突破。

在制造业方面，中国计划在未来五年内将其装机容量翻一番，占全球新增产能的25％以上。再加上目前在组装和测试服务领域的强势地位，制造业产能的大规模扩张可能会在2023年之前使中国大陆成为全球最大的半导体输出地区。预计中国公司将占这一新增国内产能的60％， 其余的由外国公司在中国建造。因此，预计中国公司在半导体制造（包括代工厂和IDM）中的全球份额将从2018年的3％增加到2023年的7％。

中国在国家量子计算实验室上花费了4亿美元，近年来申请的量子专利几乎是美国的两倍。

鉴于这些事态发展，分析人士预计，到2025年，中国将通过本地设计的半导体满足其国内需求的25％至40％，这是目前水平的两倍多，但仍低于其自身70％的目标。