半导体回流是否能推动美国制造业复兴？

 

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半导体回流是否能推动美国制造业复兴？

远望智库开源情报中心 忆竹 编译

半导体制造的新战略关注不仅有利于为国防应用提供安全的芯片供应，更代表了一种对工业重要性更全面的理解。在芯片法案及相关强有力激励措施的鼓舞下，美国开始计划并建设空前规模的新半导体晶圆制造厂。比如，英特尔、德州仪器、美光、台积电、韩国三星和格罗方德等美国和外资企业都将推出重大投资计划。经济发展专业人士认识到，芯片工厂通常是制造和创新“集群”的焦点，其特征是技术密集型公司的集聚，大量的熟练工人，以及提供芯片设计和生产相关课程的学术机构和培训中心。芯片法案提供了一个重大机会，但要想让这个机会结出硕果，则需要精明、有效的执行。

拜登政府认识到重振美国创新和制造业的战略意义，于2021年发起了一项促进几个关键工业领域“回流”的倡议，尤其是半导体制造业。虽然两党都认识到，与其他国家相比，美国的半导体生产能力在数量和质量上都有所落后，但相关立法却迟迟未能出炉。幸运的是，相关协议最终在2022年8月达成，通过一项全面法案为科学研究提供支持，包含2800亿美元的投资计划，其中520亿美元联邦资金用以促进美国芯片制造的扩张，可谓是前所未有。半导体制造的新战略关注不仅有利于为国防应用提供安全的芯片供应，更代表了一种对工业重要性更全面的理解。

（一）芯片法案是对供应链短缺的回应

新冠肺炎疫情提高了公众和国会对半导体民用应用重要性的认识。芯片短缺开始影响汽车、智能手机和其他关键消费产品的生产。然而，疫情只是一剂催化剂，暴露了美国在半导体战略供应方面的长期弱点。数十年来，美国在岸芯片制造能力一直在下降，因为美国越来越依赖于不断扩张的脆弱的全球供应链，尤其是先进芯片供应链。俄乌战争的爆发进一步凸显了这些弱点；并暴露出美国对于台湾（台积电）和韩国（三星）半导体芯片的依赖达到了新的高度。

在芯片法案及相关强有力激励措施的鼓舞下，美国开始计划并建设空前规模的新半导体晶圆制造厂。比如，英特尔、德州仪器、美光、台积电、韩国三星和格罗方德等美国和外资企业都将推出重大投资计划。这些新工厂一旦投入运营，将减少美国对外国芯片制造业务的依赖，并将惠及美国所有下游制造业。

（二）芯片法案是创新集群的催化剂

由于这些独特的高科技投资引发的“外溢”效益，在美国建立新的半导体制造厂可能会刺激众多国内制造业。

经济发展专业人士认识到，芯片工厂通常是制造和创新“集群”的焦点，其特征是技术密集型公司的集聚，大量的熟练工人，以及提供芯片设计和生产相关课程的学术机构和培训中心。值得研究的是这种“集群”的产生要素，以了解新的芯片制造设施如何催化其所在的美国地区的额外制造活动。

1. 推动附近的制造业务

建造先进的半导体晶圆厂可以吸引投资到附近的制造企业，这些企业可以提供晶圆厂运营所需的设备和材料。西北太平洋国家实验室东亚国家安全顾问约翰·维韦（John Verwey）说:“当你建造一个前沿制造设施时，你不仅仅得到了一个前沿制造设施，而是支持工厂运行的化学供应商、材料供应商、口罩供应商和设备供应商的生态系统。”目前，英特尔、台积电、三星、格罗方德和其他芯片公司在美国建立新晶圆厂的计划正在吸引数十亿美元的投资，这些投资不仅用于芯片，还用于生产国内芯片制造所需的化学品和材料。创新是主要的驱动力，因为“新晶圆厂将渴求化学原材料，因为在每个晶圆上进行的工艺越来越多……包括光刻步骤、清洗步骤、沉积步骤和蚀刻的数量，”塔夫茨大学工程学院的教授迈克尔·科比特说。随着步骤的增加，管理这些令人难以置信的高科技过程对材料、设备、供应品和人才的需求也在增长。

德克萨斯州就是一个有力的例子。该州拥有超过200家半导体相关制造工厂，其中绝大多数为当地设备制造商，如德州仪器、恩智浦、英飞凌和三星的设备制造商和材料供应商。这些上游公司随着芯片制造厂的成长和激增而扩张。

这一点在2021年8月得到了印证，彼时三星正在考虑在德克萨斯州中部建立一个新的工厂。该州半导体用石英的制造商Schunk Xycarb科技公司表示，如果三星选择德克萨斯州，Schunk将在那里建立第二家工厂，并“加快招聘和设备采购”。同样，Huntsman公司在2021年9月宣布，将扩大得克萨斯州专业半导体级胺的产能，以支持“不断增长和充满活力的半导体行业”，并“满足我们的许多客户对这些至关重要的产品的北美供应源的要求”。

同样，Merck KGaA在2021年12月表示，将在美国四个地点投资约10亿美元用于电子材料、研发和产能扩张，以支持扩大国内半导体生产。2022年1月，台湾侨力化工开始在亚利桑那州首府菲尼克斯建造一座价值1亿美元的工厂（台积电也再次建造一个晶圆厂），生产用于半导体蚀刻和清洗的氢氟酸。与此同时，法国液化空气公司宣布将在菲尼克斯投资6000万美元建设工厂，向当地一家半导体制造商供应超高纯度的氢气、氦气和二氧化碳。

2. 创建分支产业

除了提高制造先进半导体所需的先进技术和工业能力外，新的晶圆厂建设还需要支持能够利用这些能力的分支行业。

英特尔与荷兰QuTech公司合作，计划重新利用传统的硅制造工艺来制造硅量子位，以满足量子计算的大量需求。英特尔量子硬件主管詹姆斯·克拉克称:“我们的研究证明，一台全尺寸的量子计算机不仅是切实可行的，而且可以在现有的芯片工厂投入生产。”

此外，美国半导体设计和制造企业芯科科技于2021年宣布，将出售汽车和基础设施业务，完全专注于物联网所需的技术。物联网是指服装、墙壁覆盖物、厨房电器、包装等非计算对象与互联网连接的术语。半导体技术是物联网的核心，这将涉及在纸张、塑料薄膜、金属箔、墙纸和布料等基材上集成晶体管和电子电路。虽然芯科科技和其他类似公司的成败尚不得知，但其在半导体技术方面的核心竞争力是一笔巨大的资产。观察人士预测，与人工智能相关联的物联网将在人类活动的许多领域带来生产率、便利性、效率和创新方面的革命性进步。

3. 增加亚太地区的熟练劳动力

半导体制造依赖于当地大量的物质和人力资本，其中最重要的是拥有从事高科技制造的技能、纪律和耐力的劳动力。丰富的人才库，能够提供培训和基础设施的教育机构，包括研究型大学和专业社区大学，可以有力地吸引半导体制造业入驻。此外，这些机构和设施可以吸引投资到具有类似要求的其他类型的先进制造业。

当英特尔在2021年宣布计划斥资200亿美元在亚利桑那州建造两个新的晶圆厂时（该州当时已经有其他晶圆厂），公司发言人观察到“多个晶圆厂聚集在一个地方会带来很多好处，包括获得强大的人才渠道，建立供应链合作伙伴的生态系统，以及可靠的基础设施来支持我们的电力、用水和其他公用事业需求。”

对德克萨斯奥斯汀公司来说，吹嘘“该地区突出的劳动力是吸引新工厂的主要因素之一”，这些新工厂来自于特斯拉、Plastikon Industries、德国大陆（Continental AG）等公司和其他制造商。奥斯汀地区制造商协会（ARMA）非常注重劳动力发展，其创始人在2021年表示:“与德克萨斯州其他地区相比，奥斯汀的独特之处在于我们先进的制造业劳动力。我们正在生产很多电子产品、仪器仪表和半导体，这真的创造了充满活力的劳动力，吸引了特斯拉等很多先进的工厂来到这里。”

4. 培养跨行业合作

在一个地方设立半导体制造厂，可以吸引其他技术密集型行业的制造商，因为这些制造商希望与一家芯片制造商开展研发和生产合作。

特斯拉公司于2021年将总部从加州迁至德克萨斯州，一年后在奥斯汀郊区的新工厂开始生产Model Y电动汽车。这些举措在一定程度上反映了它与三星的合作关系，后者也在奥斯汀扩大芯片制造产能。三星已经在其位于奥斯汀的工厂生产特斯拉的完全自动驾驶（FSD）芯片，三星生产的LED正应用于特斯拉的“智能大灯”。三星在德克萨斯州的新工厂距离特斯拉的工厂只有40分钟的路程，预计将为特斯拉Cybertruck等汽车生产下一代FSD，该汽车将采用特斯拉的硬件4.0计算机。作为世界最大的电动汽车制造企业，特斯拉与三星电子的合作可能始于寻找电动汽车和自动驾驶汽车所需的电子零部件。

2018年，AT&T和三星联合宣布在三星奥斯汀园区创建美国“首个以制造业为重点的5G创新区”，现在该创新区以AT&T的无线技术和三星的5G网络设备为特色。两家公司表示，他们选择奥斯汀作为基地，“是因为那里强大的半导体制造业”。该园区的目的是“为5G如何影响制造业提供真实的理解，并为智能工厂的未来提供洞察。”

5. 鼓励企业分拆上市

自从半导体行业开始发展以来，芯片制造商们就把一些由公司前辈创立的本地企业分拆出来，这种做法一直延续到今天。当员工离开公司去追求新的想法和战略，或者母公司决定进入新的领域或剥离自己的某些专业领域时，就会进行分拆上市。虽然其中很多都失败了，但也有一些取得了惊人的成功——在某些情况下完全盖过了母公司的风头。

最著名的例子是仙童半导体公司（Fairchild），该公司于1957年在后来被称为“硅谷”的加州山景城成立。仙童的员工创立了应用材料（AM）公司、英特尔公司、国家半导体（NS）公司和先进微器件公司，这些公司打造了工业史上一些最重要的创新，包括MOS和CMOS集成电路技术。根据2014年的一项追踪研究，仙童的创始人和员工在旧金山湾区建立了90多家科技公司市值超过2万亿美元。

2008年，台湾半导体制造商联华电子的子公司NextPower 科技成为首家大批量生产薄膜太阳能电池的台湾公司。2010年，台积电投资2.58亿美元在台湾建立了薄膜太阳能研发中心。2011年，台积电剥离了其太阳能业务，当时台湾太阳能电池产业已超过日本和德国，在全球排名第二。

2003年，台积电成立了一家分拆公司VisEra，以开发和运营光学传感器的代工生产。2016年，VisEra成为台积电全资子公司。2021年，台积电开始减持即将上市的VisEra的股份，当时台积电是唯一的所有者。如今，VisEra是全球领先的独立图像传感器代工供应商，也是唯一能够制造超薄光学指纹解决方案的代工公司。

6. “交叉传授”效应的好处

最后，熟悉产业集群研究的人都知道，技术密集型公司集中在一个特定的地理区域会产生“交叉传授”效应，因为不同背景的创造性个体会正式或非正式地聚集在一起分享想法和信息，或在集群内从一个工作岗位转移到另一个工作岗位。19世纪英国经济学家阿尔弗雷德·马歇尔首次对产业集群进行学术研究，他说在这些地方：“交易的秘密就在空气中。”这些好处是偶然的，不能轻易量化或衡量，但它们是真实的和可以观察到的。其结果可能是新技术、新公司和新行业的诞生。

伯克利大学教授Enrico Moretti在其备受赞誉的著作《新就业经济》中提供了许多现实世界中的例子，说明当不同的高科技产业社区聚集在一处时会发生交叉传授。例如，在硅谷医学研究和视频游戏这两个看似不相关的领域，“以'严肃游戏’的形式交织在一起，用尖端游戏技术来治疗疾病”，比如“旨在提高记忆力和注意力的游戏类软件，甚至可能有助于治疗自闭症和精神分裂症等疾病”。

这些影响在台湾半导体产业的诞生地新竹科技园就可见一斑。其结果是形成了一个研究机构、制造商和供应链公司的密集集合，其中园区内相关行业工作人员之间的各种互动，可以说是台湾现代化转向的支点，以及（联华电子和台积电等公司）将台湾转变为全球电子产业的关键中心的主要原因。斯坦福大学经济政策研究所的一份报告显示：“这个社区内的紧密沟通促进了模仿、问题的共同解决、信息和管理、技术、就业市场、新公司和新产品的专有知识的转移。”

7. 集合有利因素

值得注意的是，积极的公共和私人伙伴关系将使得半导体投资产生积极的动态效应，台湾和奥斯汀不是唯一的例子。纽约州的“地区振兴”是一个具有指导意义的案例研究，关于公共和私人倡议如何合作开发一个充满活力的纳米集群。纽约州立大学奥尔巴尼分校纳米尺度科学学院拥有独特的研究设施，这是全球铸造厂在纽约州北部建立晶圆厂的关键因素。纽约州不得不与奥斯汀、德累斯顿和新加坡等地竞争，但现有的研究设施加上该地区优秀的教育系统和大量的国家补贴，成功地吸引了一个主要的代工厂（合同工厂）。该州的投资取得了巨大的成功，创造了三倍于预期的直接就业机会，并为地区增长提供了巨大的刺激——以及相关的税收收入。格罗方德随后在没有政府援助的情况下扩张。该公司现在芯片法案的支持下计划进一步扩大，这将再次在整个地区创造大量的建筑收入和额外的高科技、高薪工作。

如上所述，重点是对半导体制造的投资会在相关的高科技行业创造新的机会，而且在关键的新兴行业或许更加重要，如人工智能、量子计算和物联网。先进的研究设施结合实际的制造技术将成为未来地区和国家增长的关键。

8. 推动制造业复苏

新兴产业给地区带来的具体利益难以预测。然而，考虑到芯片制造对一个地区内更广泛的制造业的直接和强大的刺激作用，我们有充分理由相信，在德克萨斯州、纽约州、亚利桑那州、俄亥俄州和其他州的众多新的和计划中的芯片工厂可以帮助推动美国制造业的更广泛复苏，并促进就业、技能、技术并最终巩固美国国家安全。

在此郑重警告：如果美国想要获得这些好处，联邦政府和各州将需要合作，鼓励和促进私营部门加快推进新建设项目的能力，并加快与之相关的环境审查和地方许可程序。这将需要州和地方政府以及行业之间的合作，以迅速创造双赢的解决方案。芯片法案提供了一个重大机会，但要想让这个机会结出硕果，则需要精明、有效的执行。

来源：美国国际战略研究中心

原文作者：

苏杰·希瓦库马尔，复兴美国创新项目主任兼高级研究员

查尔斯·威斯纳， 复兴美国创新项目高级顾问(非常驻)

汤姆·豪厄尔， 国际贸易律师

原文链接

http://www./analysis/can-semiconductor-reshoring-prime-us-manufacturing-renaissance