僅在過去兩年里，美國(guó)才充分認(rèn)識(shí)到半導(dǎo)體現(xiàn)在與石油一樣對(duì)現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)至關(guān)重要。

在數(shù)字化世界中，電動(dòng)工具通常帶有可跟蹤其位置的藍(lán)牙芯片。家電已經(jīng)添加了芯片來(lái)管理用電。2021 年，每輛汽車平均裝有約 1200 個(gè)價(jià)值 600 美元的芯片，是 2010 年的兩倍。

造成芯片短缺的供應(yīng)鏈緊縮讓我們明白了教訓(xùn)。據(jù)咨詢公司 AlixPartners 稱，去年汽車制造商因缺少芯片而損失了 2100 億美元的銷售額。與中國(guó)的競(jìng)爭(zhēng)引發(fā)了人們的擔(dān)憂，即中國(guó)可能會(huì)主導(dǎo)關(guān)鍵的民用或軍用芯片領(lǐng)域，甚至?xí)柚姑绹?guó)獲得零部件。

現(xiàn)在，政府和企業(yè)正斥資數(shù)十億美元大力發(fā)展國(guó)內(nèi)制造業(yè)并保障芯片供應(yīng)。據(jù)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)稱，自 2020 年以來(lái)，半導(dǎo)體公司在全國(guó)提出了 40 多個(gè)項(xiàng)目，價(jià)值近 2000 億美元，將創(chuàng)造 4 萬(wàn)個(gè)就業(yè)崗位。

這是一個(gè)定義國(guó)際經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)輪廓并決定國(guó)家政治、技術(shù)和軍事優(yōu)勢(shì)的行業(yè)的重大賭注。

“在過去的五年里，石油儲(chǔ)量的位置決定了地緣政治，”英特爾公司首席執(zhí)行官帕特·基辛格 ( Pat Gelsinger )在 10 月份的華爾街日?qǐng)?bào)會(huì)議上宣布?！拔磥?lái)五年芯片工廠的位置更為重要?！?/p>

隨著石油在 1900 年代成為工業(yè)經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵，美國(guó)成為世界上最大的生產(chǎn)國(guó)之一。確保半導(dǎo)體供應(yīng)更加復(fù)雜。雖然一桶石油與另一桶石油非常相似，但半導(dǎo)體的類型、能力和成本卻令人眼花繚亂，并且依賴于跨越數(shù)千種投入和眾多國(guó)家的多層供應(yīng)鏈。鑒于規(guī)模經(jīng)濟(jì)，美國(guó)無(wú)法自行生產(chǎn)所有這些產(chǎn)品。

“美國(guó)的前沿生產(chǎn)為零，”負(fù)責(zé)監(jiān)督芯片和科學(xué)法案實(shí)施的商務(wù)部辦公室主任邁克施密特說(shuō)，該法案由拜登總統(tǒng)于 8 月簽署成為法律，該法案向半導(dǎo)體提供 520 億美元的補(bǔ)貼制造和研究?！拔覀冋谡?wù)撌姑绹?guó)成為領(lǐng)先生產(chǎn)領(lǐng)域的全球領(lǐng)導(dǎo)者，并在未來(lái)創(chuàng)造自我維持的動(dòng)力。毫無(wú)疑問，這是一組非常雄心勃勃的目標(biāo)。”

最近影響最大的短缺并不一定涉及最昂貴的芯片。

福特汽車公司首席執(zhí)行官吉姆法利去年 11 月在加利福尼亞州圣何塞舉行的一次芯片業(yè)高管聚會(huì)上說(shuō)，工廠工人，即北美的工人，自那年開始以來(lái)只工作了整整一周 3 次年因?yàn)樾酒倘薄Ｓ捎谌狈?jiǎn)單的芯片，包括 F-150 皮卡車擋風(fēng)玻璃刮水器電機(jī)所需的 40 美分零件，導(dǎo)致其生產(chǎn)目標(biāo)不足 40,000 輛。

直到 2014 年，總部位于圣地亞哥的ResMed Inc. 制造的治療睡眠呼吸暫停的機(jī)器每臺(tái)都只包含一個(gè)芯片，用于處理氣壓和濕度。然后 ResMed 開始將蜂窩芯片放入設(shè)備中，將用戶睡眠模式的夜間報(bào)告卡發(fā)送到他們的智能手機(jī)和他們的醫(yī)生。

結(jié)果，用戶的常規(guī)使用率從略高于一半攀升至約 87%。由于持續(xù)使用設(shè)備的睡眠呼吸暫停患者的死亡率較低，因此相對(duì)簡(jiǎn)單的芯片可以幫助挽救生命。

在芯片短缺期間，當(dāng)對(duì)其機(jī)器的需求上升時(shí)，ResMed無(wú)法獲得足夠的蜂窩芯片，部分原因是競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的設(shè)備被召回。一些供應(yīng)商違背供應(yīng)協(xié)議?；颊呙媾R長(zhǎng)達(dá)數(shù)月的等待。

首席執(zhí)行官米克·法雷爾 (Mick Farrell ) 表示，盡管他的訂單相對(duì)較小，但他懇求長(zhǎng)期供應(yīng)商優(yōu)先供應(yīng)他的設(shè)備?！拔乙笤絹?lái)越多，請(qǐng)優(yōu)先考慮我們，”他說(shuō)?！斑@是一個(gè)生死攸關(guān)的案例——我們不只是要求讓你感覺更好的東西?！?/p>

該公司重新設(shè)計(jì)了在新加坡和悉尼組裝的機(jī)器，以用更容易獲得的其他芯片替換供不應(yīng)求的芯片。它尋找新的芯片供應(yīng)商。它甚至倒退了時(shí)鐘并發(fā)布了一個(gè)沒有蜂窩芯片的設(shè)備版本。

盡管芯片短缺情況有所緩解，而且該公司最新的呼吸設(shè)備也重新使用了蜂窩芯片，但 Farrell 先生擔(dān)心芯片供應(yīng)可能成為瓶頸。

5 月，他是一群醫(yī)療技術(shù) CEO 之一，他們?cè)陔娫挄?huì)議上向商務(wù)部長(zhǎng)吉娜·雷蒙多 (Gina Raimondo) 請(qǐng)求幫助。雷蒙多女士的工作人員要求其他聯(lián)邦機(jī)構(gòu)將醫(yī)療設(shè)備指定為必不可少的設(shè)備，并幫助將買家直接與制造商聯(lián)系起來(lái)，繞過分銷商。

這種請(qǐng)求也讓拜登政府在雷蒙多女士的領(lǐng)導(dǎo)下努力通過芯片和科學(xué)法案變得更加緊迫。長(zhǎng)期以來(lái)，美國(guó)一直對(duì)產(chǎn)業(yè)政策持謹(jǐn)慎態(tài)度，在該政策下，政府而非市場(chǎng)將資源引導(dǎo)至特定行業(yè)。許多經(jīng)濟(jì)學(xué)家批評(píng)產(chǎn)業(yè)政策是在挑選贏家。但許多共和黨和民主黨立法者認(rèn)為，半導(dǎo)體應(yīng)該是一個(gè)例外，因?yàn)樗鼈兣c石油一樣，具有重要的民用和軍用用途。

該法案通過后不久，曾推動(dòng)國(guó)會(huì)通過該法案兩年的英特爾公司在俄亥俄州破土動(dòng)工了一項(xiàng)耗資 200 億美元的項(xiàng)目。商務(wù)部將在下個(gè)月公布有關(guān)如何授予法律制造業(yè)補(bǔ)貼的指導(dǎo)方針。

美國(guó)科學(xué)家和工程師從 1940 年代開始發(fā)明半導(dǎo)體并將其商業(yè)化，如今美國(guó)公司仍然主導(dǎo)著半導(dǎo)體供應(yīng)鏈中最賺錢的環(huán)節(jié)：芯片設(shè)計(jì)、將這些設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為實(shí)際半導(dǎo)體的軟件工具，以及與日本的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手和荷蘭，價(jià)值數(shù)百萬(wàn)美元的機(jī)器將芯片設(shè)計(jì)蝕刻到制造廠或晶圓廠內(nèi)的晶圓上。

但半導(dǎo)體的實(shí)際制造越來(lái)越多地外包給亞洲。根據(jù)波士頓咨詢集團(tuán)和 SIA 的數(shù)據(jù)，美國(guó)在全球芯片制造中的份額已從 1990 年的 37% 下降到 2020 年的 12%，而中國(guó)大陸的份額已從大約零上升到約 15%。臺(tái)灣和韓國(guó)各占20%多一點(diǎn)。

先進(jìn)邏輯芯片（計(jì)算機(jī)、智能手機(jī)和服務(wù)器的大腦）的最前沿制造商是臺(tái)積電（代工廠）和韓國(guó)三星電子公司，英特爾位居第三。內(nèi)存芯片主要由總部位于美國(guó)和亞洲的公司在亞洲制造。低端模擬芯片在消費(fèi)和工業(yè)產(chǎn)品中通常只執(zhí)行一些任務(wù)，但在世界各地都有生產(chǎn)。

盡管美國(guó)在大量研發(fā)領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，但在制造業(yè)方面卻落后。

芯片制造商正斥資數(shù)十億美元興建新工廠，以提高該國(guó)在制造業(yè)中的份額，但仍然存在重大障礙，包括美國(guó)工程專業(yè)學(xué)生人數(shù)增長(zhǎng)緩慢。

從 2016 年左右開始，美國(guó)官員開始阻撓中國(guó)采購(gòu)一線芯片公司和技術(shù)的努力。去年 7 月，當(dāng)一家加拿大研究公司報(bào)告稱中國(guó)最大的芯片制造商中芯國(guó)際已開始制造7 納米芯片時(shí)，華盛頓的許多人都感到措手不及——這種復(fù)雜程度超出了它的能力。

10 月 7 日，美國(guó)政府毫無(wú)征兆地對(duì)向中國(guó)出口芯片相關(guān)產(chǎn)品實(shí)施了有史以來(lái)最廣泛的限制。長(zhǎng)期以來(lái)，美國(guó)一直愿意讓中國(guó)的半導(dǎo)體能力進(jìn)步，只要美國(guó)保持領(lǐng)先。新的控制措施走得更遠(yuǎn)，試圖在美國(guó)及其盟友領(lǐng)先的同時(shí)阻止中國(guó)。

與此同時(shí)，美國(guó)官員希望聯(lián)邦補(bǔ)貼將導(dǎo)致工廠足夠大和先進(jìn)，以在未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)保持競(jìng)爭(zhēng)力和盈利能力。雷蒙多女士在接受采訪時(shí)說(shuō)：“我們必須想辦法利用我們擁有的每一個(gè)杠桿……來(lái)推動(dòng)這些公司變得更大?！?“我需要英特爾考慮將俄亥俄州那個(gè)價(jià)值 200 億美元的設(shè)施變成一個(gè)價(jià)值 1000 億美元的設(shè)施。我們必須說(shuō)服臺(tái)積電或三星，他們可以從每月 20,000 片晶圓增加到 100,000 片，并在美國(guó)取得成功并盈利。這就是這里的全部游戲?！?/p>

這一雄心壯志出現(xiàn)在芯片制造商的微妙時(shí)刻，他們中的許多人已經(jīng)看到對(duì)大流行初期炙手可熱的電子產(chǎn)品的需求急劇下降。英特爾正在經(jīng)濟(jì)低迷時(shí)期削減資本支出，臺(tái)積電本周表示，需求疲軟可能導(dǎo)致其削減今年的資本支出。

為了滿足芯片公司的投資需求，雷蒙多女士已與私人基礎(chǔ)設(shè)施投資者接洽以參與芯片項(xiàng)目，仿效布魯克菲爾德資產(chǎn)管理公司對(duì)英特爾亞利桑那州晶圓廠的共同投資。去年 11 月，她在巴克萊銀行 (Barclays Bank) 在新加坡舉辦的一次投資會(huì)議上向 700 名基金經(jīng)理提出了這個(gè)想法。

她還與包括蘋果公司在內(nèi)的芯片客戶接洽，商討購(gòu)買這些晶圓廠生產(chǎn)的芯片。“我們將需要大客戶承諾購(gòu)買 [晶圓廠的產(chǎn)出]，這將有助于降低交易風(fēng)險(xiǎn)并表明這些芯片有市場(chǎng)，”她說(shuō)。

這些努力似乎在 12 月得到了回報(bào)，當(dāng)時(shí)臺(tái)積電宣布將在菲尼克斯北部一片廣闊的灌木叢中建造的設(shè)施中將投資增加到 400 億美元用于尖端芯片。這里以前是野驢和土狼的家園，現(xiàn)在到處都是建筑起重機(jī)，并運(yùn)送了一些世界上最先進(jìn)的制造設(shè)備。

在那個(gè)月拜登和包括雷蒙多女士在內(nèi)的高級(jí)政府官員出席的儀式上，蘋果公司首席執(zhí)行官蒂姆庫(kù)克和Advanced Micro Devices Inc. 首席執(zhí)行官蘇姿豐承諾購(gòu)買該設(shè)施的部分產(chǎn)品。

盡管如此，臺(tái)積電在一封公開信中告訴商務(wù)部，盡管對(duì)其計(jì)劃以及地方、州和潛在的聯(lián)邦補(bǔ)貼感到興奮，但成本高于在國(guó)內(nèi)建立類似業(yè)務(wù)的成本。臺(tái)積電創(chuàng)始人張忠謀去年 11 月表示，差距可能達(dá)到 50%。臺(tái)積電稱已派出600多名美國(guó)工程師赴臺(tái)培訓(xùn)。

在美國(guó)之外，歐洲也有自己的計(jì)劃，在大約 10 年內(nèi)將其在全球生產(chǎn)中的份額翻一番，而臺(tái)灣、中國(guó)大陸和其他亞洲國(guó)家的當(dāng)局正在向該行業(yè)投入資金。臺(tái)積電除了在亞利桑那州的項(xiàng)目外，還在日本建設(shè)一家芯片廠，并正在尋找對(duì)歐洲的潛在投資。

美國(guó)的高成本和合格勞動(dòng)力稀缺阻礙了之前將電子制造業(yè)回流的努力。印第安納州普渡大學(xué)校長(zhǎng) Mung Chiang 表示，計(jì)算機(jī)和工程專業(yè)的學(xué)生被芯片設(shè)計(jì)或軟件所吸引，而美國(guó)公司在這些領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，而不是制造業(yè)。

“即使他們說(shuō)，‘是的，半導(dǎo)體制造聽起來(lái)很不錯(cuò)，我想去做，’好吧，他們?cè)谀睦锟梢詫W(xué)到真實(shí)的、活生生的經(jīng)驗(yàn)？”

作為回應(yīng)，普渡大學(xué)創(chuàng)建了一個(gè)專門的半導(dǎo)體項(xiàng)目，希望到 2030 年，每年可以親自和在線頒發(fā) 1,000 多個(gè)證書和學(xué)位。7 月，總部位于明尼蘇達(dá)州布盧明頓的晶圓代工廠SkyWater Technology表示，它將在普渡大學(xué)校園內(nèi)建造一座價(jià)值 18 億美元的晶圓廠，預(yù)計(jì)將得到 Chips 資金的支持。

開發(fā)國(guó)內(nèi)人才供應(yīng)只是成功的一半。美國(guó)在半導(dǎo)體的許多關(guān)鍵投入方面也依賴外國(guó)。

在硅晶片上刻印微小電路藍(lán)圖的激光器使用純化的氖氣，這些氖氣由通常從鋼鐵廠附屬的大型空氣分離裝置中收獲的原始氖氣制成。這些設(shè)施在從空氣中分離氧氣以用于煉鋼爐時(shí)會(huì)產(chǎn)生氖氣。

由于鋼鐵行業(yè)在過去半個(gè)世紀(jì)中大部分遷出美國(guó)，目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的氖氣非常少。大多數(shù)來(lái)自烏克蘭、俄羅斯和中國(guó)，但俄羅斯對(duì)烏克蘭的入侵使中國(guó)成為世界的主要來(lái)源。

“這對(duì)美國(guó)來(lái)說(shuō)是一種風(fēng)險(xiǎn)嗎？絕對(duì)是，”Electronic Fluorocarbons LLC 的執(zhí)行副總裁 Matthew Adams 說(shuō)，這家總部位于馬薩諸塞州的公司進(jìn)口、凈化和銷售氖氣和其他氣體。“長(zhǎng)期禁止從中國(guó)向美國(guó)出口霓虹燈將在庫(kù)存耗盡后關(guān)閉很大一部分半導(dǎo)體生產(chǎn)?！?/p>

用于芯片制造的少數(shù)其他原材料，例如鎢，可轉(zhuǎn)化為六氟化鎢并用于在芯片上構(gòu)建部分晶體管，同樣主要來(lái)自中國(guó)。要真正將美國(guó)芯片行業(yè)與中國(guó)脫鉤，就需要取消幾十年的全球化，行業(yè)領(lǐng)袖表示這是不切實(shí)際的。

即使美國(guó)不能成功確保整個(gè)半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的安全，它也有機(jī)會(huì)扭轉(zhuǎn)最近在一個(gè)制造業(yè)領(lǐng)域接連失去領(lǐng)導(dǎo)地位的歷史格局，包括乘用車、鐵路設(shè)備、機(jī)床、消費(fèi)電子和太陽(yáng)能板。

信息技術(shù)與創(chuàng)新基金會(huì)總裁Rob Atkinson說(shuō)：“我認(rèn)為我們以前從未這樣做過：以一種有意識(shí)的、有針對(duì)性的方式嘗試在我們?cè)?jīng)是領(lǐng)導(dǎo)者但后來(lái)失去的行業(yè)中重新獲得市場(chǎng)份額，”該創(chuàng)新基金會(huì)倡導(dǎo)政府支持制造業(yè)。

審核編輯 ：李倩