芯片是新石油 美国斥资数十亿美元保障供应 - 《华尔街日报》

直到过去两年，美国才完全意识到半导体对现代经济的重要性已与石油不相上下。

在数字化世界中，电动工具普遍配备蓝牙芯片以追踪定位，家电也通过新增芯片来管理用电。2021年，每辆汽车平均搭载约1200枚价值600美元的芯片，数量是2010年的两倍。

造成芯片短缺的供应链危机让这一教训深入人心。咨询公司艾睿铂数据显示，去年汽车制造商因缺芯损失了2100亿美元销售额。与中国的竞争加剧了美方担忧——无论是民用还是军用领域，中国都可能主导关键芯片产业，甚至切断美国获取零部件的渠道。

如今，美国政府和企业正投入数百亿美元疯狂推进本土制造并保障芯片供应。半导体行业协会称，自2020年以来，全美已提出逾40个半导体项目计划，总投资近2000亿美元，将创造4万个就业岗位。

这场豪赌押注的产业，正塑造着国际经济竞争的格局，决定着各国的政治、科技与军事优势。

“过去五十年地缘政治由石油储备所在地决定，“英特尔公司首席执行官帕特·盖尔辛格在十月《华尔街日报》峰会上宣称，“未来五十年，芯片工厂的选址将更为关键。”

2022年9月，拜登总统在俄亥俄州参加英特尔新半导体制造工厂的奠基仪式。图片来源：James D. DeCamp/Zuma Press20世纪石油成为工业经济的关键支柱时，美国跃居全球最大产油国之一。而确保半导体供应则复杂得多——石油具有高度同质性，半导体却存在种类、性能和成本的巨大差异，依赖横跨数千种原材料、多个国家的多层供应链。考虑到规模经济因素，美国无法实现全产业链自主生产。

“美国目前尖端芯片产量为零，”美国商务部芯片法案实施办公室主任迈克·施密特表示。该法案由拜登总统于去年8月签署生效，计划为半导体制造与研究提供520亿美元补贴。“我们的目标是让美国成为全球尖端芯片生产领导者，并建立可持续发展的产业生态。这无疑是一组极具雄心的目标。”

近期造成最严重影响的芯片短缺问题，往往不涉及最昂贵的芯片品类。

福特汽车公司首席执行官吉姆·法利去年11月在加州圣何塞的芯片行业会议上透露，由于芯片短缺，北美工厂工人全年仅有3周实现满负荷生产。F-150皮卡挡风玻璃雨刷电机所需的40美分基础芯片缺货，就导致该车型减产4万辆。

截至2014年，圣地亚哥瑞思迈公司生产的睡眠呼吸暂停治疗仪每台仅配备一枚芯片，用于控制气压和湿度。后来瑞思迈开始为设备加装蜂窝芯片，将用户夜间睡眠模式的报告卡传输至其智能手机和医生处。

这使得设备常规使用率从略超50%跃升至约87%。由于坚持使用治疗仪的睡眠呼吸暂停患者死亡率更低，一枚相对简单的芯片竟能帮助挽救生命。

芯片短缺期间，因竞争对手产品召回导致需求激增，瑞思迈无法获得足够的蜂窝芯片。部分供应商违背供货协议，患者面临长达数月的等待。

首席执行官米克·法雷尔表示，尽管订单量相对较小，他仍恳求长期合作的供应商优先保障其医疗设备。“我不断请求增加供应，请求优先考虑我们，“他说，“这关乎生死存亡——我们要的不是改善生活品质的普通商品。”

这家在新加坡和悉尼组装设备的公司重新设计治疗仪，用更易获得的芯片替代短缺型号，同时寻找新供应商，甚至回溯旧版设计推出了无蜂窝芯片版本。

尽管芯片短缺有所缓解，最新款呼吸设备已重新搭载蜂窝芯片，法雷尔仍担忧芯片供应可能成为瓶颈。

5月，他与其他医疗科技公司的首席执行官们一起，在一次电话会议上向商务部长吉娜·雷蒙多请求帮助。雷蒙多的团队要求其他联邦机构将医疗设备列为必需品，并帮助买家直接联系制造商，绕过分销商。

这样的请求也加速了由雷蒙多领导的拜登政府通过《芯片与科学法案》的努力。美国长期以来对产业政策持谨慎态度，这种政策下，政府而非市场将资源引导到特定行业。许多经济学家批评产业政策是在挑选赢家。但许多共和党和民主党议员认为，半导体应该是个例外，因为像石油一样，它们在民用和军事上都有至关重要的用途。

商务部长吉娜·雷蒙多，摄于7月。图片来源：Anna Moneymaker/Getty Images法案通过后不久，英特尔公司——两年来一直推动国会通过该法案——在俄亥俄州启动了一个200亿美元的项目。商务部将于下月公布该法案制造补贴的发放指南。

美国科学家和工程师从20世纪40年代开始发明并商业化半导体，如今美国公司仍然主导着半导体供应链中最赚钱的环节：芯片设计、将这些设计转化为实际半导体的软件工具，以及与日本和荷兰的竞争对手一起，制造用于在晶圆厂中将芯片设计蚀刻到晶圆上的价值数百万美元的机器。

但半导体实际制造环节已日益外包至亚洲。根据波士顿咨询集团和半导体产业协会的数据，美国在全球芯片制造中的份额从1990年的37%降至2020年的12%，而中国大陆份额从近乎零增长至约15%。台湾地区和韩国各自占据略高于20%的份额。

生产计算机、智能手机核心——先进逻辑芯片的最尖端制造商是台积电（一家为他人代工芯片的晶圆厂）和韩国三星电子，英特尔位列第三。存储芯片主要由总部设在美国和亚洲的企业在亚洲生产。而用于消费及工业产品中执行简单任务的低端模拟芯片，则遍布全球各地生产。

芯片生产高度集中于中国、台湾地区和韩国这三大热点区域，令美国军政高层深感不安。他们担忧若中国通过自主发展或武力攻台取得尖端半导体主导权，将对美国经济及国家安全构成日本在1980年代短暂主导半导体产业时（作为盟友）未曾带来的威胁。

自2016年前后起，美国官员开始阻挠中国获取尖端芯片企业及技术。去年七月，当加拿大研究机构报告中国最大芯片制造商中芯国际已开始量产7纳米芯片（这一工艺复杂度被认为超出其能力范围）时，华盛顿许多人士措手不及。

10月7日，美国政府几乎未作预警就出台了史上最全面的对华芯片相关出口限制。只要美国保持领先地位，长期以来它一直愿意让中国的半导体能力发展。新规更进一步，试图在美国及其盟友向前冲刺时将中国固定在原地。

与此同时，美国官员希望联邦补贴能催生出足够庞大和先进的工厂，从而在很长一段时间内保持竞争力和盈利能力。“我们必须想办法利用我们手中的每一张牌……推动这些公司扩大规模，“雷蒙多女士在接受采访时说。“我需要英特尔考虑将俄亥俄州200亿美元的工厂变成1000亿美元的工厂。我们必须说服台积电或三星，他们可以从每月2万片晶圆增加到10万片，并在美国取得成功和盈利。这就是全部意义所在。”

这一雄心壮志出现在芯片制造商的一个微妙时期，其中许多制造商已经看到在疫情初期热销的电子产品需求急剧下降。英特尔正在削减资本支出以应对低迷，台积电本周表示，需求疲软可能导致其削减今年的资本支出。

为了分担芯片公司的投资需求，雷蒙多女士已就参与芯片项目接洽了私人基础设施投资者，效仿布鲁克菲尔德资产管理公司共同投资英特尔亚利桑那州工厂的模式。去年11月，她在巴克莱银行在新加坡组织的投资会议上向700名基金经理推销了这一想法。

她还接洽了包括苹果公司在内的芯片客户，商讨购买这些晶圆厂生产的芯片。“我们需要大客户承诺采购[晶圆厂产品]，这将有助于降低交易风险，并证明这些芯片存在市场需求，“她表示。

这些努力在12月似乎取得了成效，台积电宣布将把在凤凰城北部荒漠地带新建的先进制程工厂投资追加至400亿美元。这片曾经野驴和郊狼出没的土地，如今遍布施工起重机，接收着全球最尖端的制造设备。

当月举行的典礼上，拜登总统和雷蒙多部长等政府高官出席，苹果CEO蒂姆·库克与超微半导体公司CEO苏姿丰承诺将采购该厂部分产品。

2022年12月台积电凤凰城工厂的施工场景。图片来源：Brendan Smialowski/法新社/盖蒂图片社不过台积电在致美国商务部的公开信中表示，尽管其建厂计划获得各界热情响应，并有望获得地方州及联邦补贴，但成本仍比在台湾建设同类工厂高出许多。台积电创始人张忠谋11月称成本差距可能达50%。该公司表示已派遣600多名美国工程师赴台培训。

在美国之外，欧洲也制定了约十年内将其全球芯片产量占比翻倍的计划，同时中国台湾地区及其他亚洲国家政府正对该领域大量注资。台积电除亚利桑那州工程外，正在日本建设芯片工厂，并考虑在欧洲进行潜在投资。

美国高昂的成本和合格劳动力短缺问题曾阻碍了电子制造业回流本土的尝试。印第安纳州普渡大学校长蒋濛指出，计算机与工程专业学生更倾向于选择美国企业占优势的芯片设计或软件领域，而非制造业。

“即便他们说’半导体制造听起来很棒，我想从事这个’，但他们能在哪里获得真实的实践经验呢？”

为此，普渡大学设立了专项半导体人才培养计划，目标到2030年通过线上线下方式每年颁发超1000份证书和学位。今年7月，明尼苏达州布卢明顿的晶圆代工厂SkyWater Technology宣布将在普渡校园建设价值18亿美元的晶圆厂，该项目有望获得《芯片法案》资金支持。

培养本土人才仅是挑战的一部分。美国在半导体制造的诸多关键原材料方面仍依赖进口。

用于在硅片上刻印微型电路图案的激光设备需要高纯度氖气，这种气体通常来自钢铁厂配套的大型空气分离装置——这些设备在为炼钢炉制备氧气时同步提取氖气原料。

图片来源：Caitlin Ochs/华尔街日报过去半个世纪以来，随着钢铁工业基本迁出美国，目前美国国内氖气产量极少。这类气体主要来自乌克兰、俄罗斯和中国，但俄罗斯入侵乌克兰后，中国成为全球氖气的主要供应国。

总部位于马萨诸塞州的电子氟化物公司执行副总裁马修·亚当斯表示：“这对美国构成风险吗？毫无疑问。中国若长期禁止向美国出口氖气，将导致半导体库存耗尽后，美国大部分半导体生产陷入停滞。“该公司从事氖气等气体的进口、提纯和销售业务。

芯片制造所需的钨等其他少数原材料同样主要依赖中国供应，这些钨被转化为六氟化钨用于制造芯片上的晶体管部件。若要让美国芯片产业真正摆脱对中国依赖，需要逆转长达数十年的全球化进程，而行业领袖们认为这并不现实。

即便美国无法完全掌控整个半导体供应链，仍有机会扭转近年来在乘用车、铁路设备、机床、消费电子和太阳能电池板等一个又一个制造业领域丧失领先地位的历史趋势。

信息技术与创新基金会主席罗伯·阿特金森指出：“我认为我们从未有过这样的尝试：以有意识、有目标的方式，在一个我们曾领先后又失去优势的行业中重新赢得市场份额。“该基金会主张政府对制造业给予支持。

Liza Lin 为本文做出了贡献。

写信给 Asa Fitch，邮箱：[email protected] 和 Greg Ip，邮箱：[email protected]

刊登于2023年1月14日的印刷版，标题为《美国押注将芯片产业带回本土》。