[原创] 张忠谋说对了，美国芯片产业前面有几座大山
2022-04-27
14:00:03
来源: 半导体行业观察
随着全球半导体供应链紧张和地缘政治中的竞争性因素加强，美国国会正在准备加强对于本土半导体制造业的投入。根据报道，美国国会正在推进总额达520亿美元的CHIPS法案，用于半导体相关的投资。在四月初，Intel、美光和Analog Devices宣布加入了美国本土半导体行业组织半导体联盟，以进一步推进CHIPS法案通过投票。
而就在美国本土公司和政府大张旗鼓投入半导体制造业的时候，台积电创始人张忠谋却在上周美国布鲁金斯协会的访谈中给这样的努力浇了冷水。在访谈中，张忠谋表示，美国本土半导体制造业人才缺乏，且成本居高不下，台积电在俄勒冈州的制造厂在经过25年的努力之后，美国的芯片制造成本仍然比台湾高50%。而且张忠谋认为美国目前投资本土芯片制造业的举措将会花费巨大但是收效甚微。
根据笔者在美国多年的观察，张忠谋对于美国半导体制造人才和成本的论述非常准确。
首先，半导体制造业需要的是全方位的人才，包括经过最好教育的高端人才，以及能够熟练完成各项工序的中等人才。美国虽然有全球最好的高等教育，但是其职业教育并不发达，这也导致了在美国想要以合理的成本招募到半导体制造行业的中等人才并不容易。即使在高端人才方面，目前美国在半导体制造行业的人才储备也并不乐观，其主要原因是由美国的教育体制所决定的。
在美国，就读高等院校的成本很高，许多大学每年的学费加上生活费需要五万美元以上，这个数字与美国家庭的中位数收入相近，而另一方面美国大学的奖学金覆盖面并不大，因此在每年开销接近整个家庭收入的情况下，许多学生会选择贷款来支付学费，这样四年大学之后尚未工作已经欠下了数十万美元的债务，这样的压力促使美国的大学生会大量地选择就业较好的行业以确保能及时还清贷款，或者说美国人非常重视高等教育的回报而不仅仅是兴趣。这就意味着对于半导体制造行业来说，如果不能给出很有竞争力的工资，那么就不会有足够的大学生去就读相关的专业。
随着半导体制造业的中心从2000年之后逐渐移动到亚洲，美国的本土芯片制造业为了和亚洲人力成本较低的半导体制造行业竞争也不得不降低在人力方面的支出，这样一来就导致美国愿意就读相关专业方向的学生数量进一步减少（因为工资回报较低），这就进一步促使了芯片制造行业移到亚洲等人力成本较低的地方。
经过十多年这样的循环之后，目前美国的半导体制造行业人才储备已经非常少，想要复兴本土半导体制造业不可能是一次性投入就能实现的事情，而是需要五到十年以上的持续大量投入，而这也是张忠谋认为美国如果想要复兴本土制造业需要付出昂贵代价的原因。
另一点值得注意的是，半导体制造业的成本不仅仅取决于专业的人才，还和上下游物料人才成本有关。半导体制造业是最复杂的系统工程之一，需要相关的厂房建设、仪器制造、物料运输存储等等，可以说是一个生态体系问题。
目前，在中国、韩国等亚洲国家已经有很完整的上下游生态，包括物料运输、芯片封测、PCB板生产等等，而美国在这些上下游的配套都不完善或者成本很高，因此在周边生态不完善的情况下，想要培养芯片制造业犹如希望在沙漠中种植一棵苍天大树，需要的付出的成本比起在生态完善的情况下要高许多。
张忠谋在访谈中没有涉及的重要问题是，美国除了人才和成本之外，资本市场对于半导体行业尤其是半导体制造行业也并不友好，这也是美国想要发展半导体制造行业的一个挑战。
美国是资本主义国家，最终企业的发展必须得到资本市场认可才能真正走上正轨，尤其是芯片制造这样需要大量资本支持的产业。而资本是没有国界的，是拥抱全球化最积极的，因此在没有政府控制的情况下，资本对于任何阻碍盈利的行为都会投反对票，这其中就包括了在本土建设半导体制造工厂，因为在美国资本市场的评估下美国本土的芯片制造行业并没有盈利空间，而资本更愿意进入互联网等上升空间较大的市场，甚至是区块链Web3这种高风险但是也可能有高回报的行业。
举例来说，如果目前有一家新的公司决定在美国本土大规模投入半导体制造业，恐怕这样的公司甚至都很难拿到一级市场的风险投资，更不用说到二级市场上市融资了。这一点和中国的资本市场非常不同，因为中国在政府的支持下半导体生产企业有科创板这样的资本顺畅退出渠道，因此半导体制造在中国会得到资本更好的支持。
另一方面，美国的政府对于半导体行业的支持除了拨款之外，最多也就是对于一些企业有选择性的免税，几乎不可能像中国这样有全方位的政策支持甚至创造科创板这样的渠道供相关资本运作，而如果仅仅是拨款和税务优惠其实效率很低（因为没有经过市场的考验，无法把资金用在最需要的地方），同时光靠拨款也不足以帮助相关企业走上真正的正轨自立生长。
在目前的环境中，美国想要扶持本土的半导体制造行业在传统的CMOS电路等领域追赶上亚洲几乎不可能——虽然美国有Intel可以和台积电在高端的芯片制造领域处于相近水平，但是在绝大多数芯片使用的成熟工艺等领域则无论是成本还是产能在可预期的未来都基本无法有竞争力。
半导体制造行业资产重，投入大，回报周期慢，如果美国政府希望违背市场规律来强行扶持本土芯片制造产业在亚洲的优势方向实施超越则无论是在成本还是政策资源上都需要付出高昂的代价，目前看来可能性并不大。
虽然美国半导体行业想要在目前亚洲半导体行业的优势方向追赶不太容易，但是并不是说美国半导体行业在未来毫无希望。
对于半导体制造行业来说，事实上美国的情况和几年前的汽车制造业很像。美国汽车制造业在本世纪本来已经因为成本等原因成为夕阳产业，但是随着特斯拉的兴起，美国汽车制造业又看到了新的希望。半导体制造行业也是类似，虽然目前遇到了瓶颈，但是美国由于其高端人才的储备以及多年来在前沿技术上的持续投入，因此对于下一代半导体制造技术仍然有很大的潜力。
以DARPA、NSF等为代表的政府机构在碳纳米管、下一代高级封装等技术上的投入在这几年来一直很大，同时也有以MIT、Stanford等顶级的科研机构在不断产出（例如碳纳米管的科研水平目前美国是领先于全球），同时由于下一代半导体制造在技术刚刚落地时是处于高技术门槛以及高回报的状态，因此无论是美国的人才环境还是美国的资本都比较欢迎这类公司（例如MIT做硅光子的初创公司Ayra Labs虽然处于半导体制造行业，但是由于是针对下一代半导体制造因此仍然在资本市场得到了顶级投资机构的大量支持）。
换句话说，美国半导体制造行业要复兴，与其去期待与亚洲的半导体行业做同质化竞争慢慢追赶，还不如期待出现一个半导体制造业的特斯拉，在下一代半导体制造行业实现弯道超车。
在芯片设计领域，目前美国仍然处于全球领先的水准，全球技术最领先的芯片设计公司仍然绝大多数研发和设计在美国完成，但是目前芯片设计在美国也在慢慢走上半导体制造的老路，由于人力成本、资本回报率较低等原因，在美国正在逐渐衰落（虽然衰落速度并不是很快），未来可望会和全球其他国家的半导体芯片设计行业的领先优势正在逐渐缩小。
未来的半导体设计行业预计未来会是全球多个中心的状态，分布在全球的多个地方。同时，与半导体制造行业类似，美国如果想继续大幅领跑全球其他国家，还需要依靠下一代芯片设计范式的机会，这种机会既包括使用新的方法来设计传统电路（例如AI，开源EDA等等，这也是DARPA大力资助高校和业界在这类方向做研发地原因），也包括新的芯片类型（例如超大规模异质集成等）带来的新设计范式。
对于中国半导体行业来说，美国的情况不无启示。为了进一步推进中国半导体行业的发展，一方面需要政策和资本的持续支持以踏实积累本代半导体技术，另一方面也需要关注下一代芯片生产和设计范式，确保在下一代范式出现时，也能够继续跟上潮流甚至领先。
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