美国半导体科技和产业政策与举措及对我国的启示

史冬梅，王 晶，刘 栋

（科学技术部高技术研究发展中心，北京 100044）

面对全球半导体需求持续增长、半导体供应链普遍短缺的现状以及美国半导体行业在全球市场地位逐年下滑的挑战，美国认为提升本土半导体制造实力是“经济和国家安全方面的当务之急”，美国需要再一次成为半导体行业的领军者。2021 年以来，拜登政府、美国半导体行业以及龙头企业，围绕促进美国半导体技术和产业发展、增强其本土半导体供应链弹性以及应对中国竞争等方面，密集开展行动，理清美国半导体产业现状和存在的风险，提出一系列政府和行业方面的扶持政策举措。这些政策措施的落实将推动美国半导体产业重振，也必将对全球半导体产业格局以及我国半导体产业发展带来深刻影响。

1 提出《美国半导体激励法案》（CHIPS）

2021 年1 月，美国颁布的《2021 财年国防授权法案》中首次纳入《美国半导体激励法案》，授权政府实施促进半导体产业发展扶持措施[1]。该法案授权政府开展一系列行动以促进半导体领域的创新和制造，并降低半导体供应链中的风险。在全球半导体芯片紧缺的大背景下，该法案不仅获得了美国总统拜登的支持，更是在国会获得两党领袖的赞成。2021 年6 月，美国参议院组织通过《2021 年美国创新与竞争法》，将《美国半导体激励法案》列于《无尽前沿法案》等多个法案之前[2]。

《美国半导体激励法案》旨在支持《2021 财年国防授权法案》中包含的半导体条款的快速实施，为执行法案提供了527 亿美元的紧急补充拨款，包括“为美国制造半导体创造有益激励机制”“为美国国防基金生产半导体的有益激励机制”“为美国国际技术安全与创新基金生产半导体创造有益激励机制”等3 个基金。

1.1 为美国制造半导体创造有益激励机制

法案要求基金必须用于实施《2021 财年国防授权法案》第9 902 条（半导体激励）和9 906 条（半导体研发）授权的商务部半导体激励和研发计划。美国计划5年内拨款502亿美元， 2022 财年拨款 240 亿美元，2023 财年拨款70 亿美元，2024 财年拨款63 亿美元，2025 财年拨款61 亿美元，2026 财年拨款68 亿美元[2]。每一财政年度，高达2%的资金用于美国本土半导体制造的工资和开支、管理和监督，其中每年有500 万美元供商务部监察长使用。

半导体激励计划：预先拨款390 亿美元，2022 财年190 亿美元，2023—2026 财年每年50 亿美元，用于美国的半导体制造、组装、测试、先进封装或研发设施和设备的投资，包括资金援助和资源协调[2]。半导体研发计划：预先拨款112 亿美元，包括国家半导体技术中心（NSTC）、国家先进封装制造计划和第9 906 条授权的其他研发计划，2022 财年为50 亿美元，其中 20 亿美元用于国家半导体技术中心， 25 亿美元用于先进封装，5 亿美元用于其他相关研发项目[2]；2023—2026 财年分别为20 亿美元、13 亿美元、11 亿美元和18 亿美元。

1.2 为美国国防基金生产半导体的有益激励机制

法案要求20 亿美元用于美国国防基金，资金拨付给国防部，2022—2026 财年每年拨款4 亿美元，为期5 年，用于实施《2021 财年国防授权法案》第9 903（b）条（国防部全国半导体网络研发）授权的项目，为国防部在半导体研发方面的活动需求提供支持，包括研发、测试和评估、人力和其他相关活动等[2]。

1.3 为美国国际技术安全与创新基金生产半导体创造有益激励机制

法案要求 5 亿美元用于美国国际技术安全与创新基金的开放无线接入网（O-RAN）和芯片，实施《2021 财年国防授权法案》第9 905 条（半导体供应链），2022—2026 财年每年拨款1 亿美元。资金拨给国务院，与美国国际开发署、进出口银行和美国国际开发金融公司协调，与外国政府合作伙伴协调，用于支持国际信息和通信技术安全和半导体供应链活动，包括支持安全和可信赖的电信技术、半导体和其他新兴技术的开发和采用。国务卿可将每个财年基金中最多500 万美元用于半导体供应链活动的工资和开支、管理和监督，其中50 万美元应在2022—2026 年的每个财年移交国务院监察长办公室，以监督基金支出[2]。

2 美国政府高度重视半导体供应链安全问题

2021 年2 月，美国总统拜登签署“美国供应链行政令”，提出审查4 类关键产品的供应链风险以及对相关产业供应链进行评估等要求，半导体行业为4 类关键产品之一[3]。同年4 月，拜登在白宫“半导体和供应链首席执行官峰会”上会见19 家美国半导体企业以及韩国三星和中国台湾台积电的相关人员，强调要确保美国半导体芯片制造的领导优势[4]。6 月，白宫发布半导体等供应链百日评估报告，研判美国半导体供应链现状并指出存在的问题及应对措施[5]。9 月，美国商务部和国家经济委员会召集芯片和汽车企业召开半导体高峰会，希望寻求化解芯片短缺局面的方案，并以提升芯片“供应链透明度”为目的，要求所有的供应链参与者，包括半导体供应链厂商和汽车厂商，在45 天内共享有关库存、需求和交付动态等信息[6]。11 月，台积电、三星电子、美光科技、西部数据、联华电子、SK 海力士和新科电子等多家企业已向美国商务部提交了供应链相关信息[7]。

2.1 美国白宫发布半导体等供应链百日评估报告

报告指出，美国在半导体芯片设计方面仍处于全球领先水平，美国公司约占半导体芯片设计市场份额的70%。然而，美国半导体制造业的全球份额由1990 年的37%下滑到2020 年的仅12%，如果没有一个全面的美国战略来支持，该数字预计还会进一步下降[5]。在考察和分析了美国半导体行业在设计、制造、封测、材料、制造设备等供应链关键环节现状的基础上，报告指出在半导体设计生态系统方面，美国处于世界领先地位，但高度依赖对中国的销售和有限的知识产权、劳动力及制造资源是其劣势；在半导体制造和封测方面，美国制造能力相对不足，前沿逻辑芯片主要依赖中国台湾，成熟节点芯片主要依赖中国台湾、韩国和中国大陆，封测严重依赖亚洲企业；在半导体材料方面，美国主要生产用于半导体的气体和湿式化学品，但硅晶圆、光掩膜和光刻胶主要依赖海外供应商；在设备方面，美国的大多数前端半导体制造设备占全球相当大的份额，但关键的光刻设备生产主要集中在荷兰和日本。

报告结合对全球半导体供应链局势的分析，总结了美国半导体供应链面临的8 种主要风险，包括脆弱的供应链；恶意中断供应链；使用过时的半导体，以及供应链中公司持续盈利的相关挑战；客户集中度与地缘政治因素；电子生产网络效应；人力资本缺口；知识产权盗用；在获取创新利益、协调私人和公共利益方面的挑战等。

报告汇总中国、韩国、欧盟、日本等国家/地区的半导体激励措施，结合美国半导体行业面临的机遇及挑战，提出解决供应链风险的七项政策建议：一是促进投资和业界合作，以解决半导体短缺问题；二是向《美国半导体激励法案》拨款；三是通过立法改善国内半导体制造生态系统，以落实拜登总统《美国就业计划》的设想；四是给予中小型制造商特别支持；五是通过大量投资，为半导体行业建立储备充足且多元化的人才资源池；六是鼓励外国制造商和材料供应商在美国和其他盟国地区投资；七是保护美国在半导体制造和先进封装方面的技术优势。

2.2 美国建立半导体供应链早期预警系统

美国政府正在建立半导体供应链早期预警系统，协调供应链并提供准确信息，以尽早发现可能的供应链中断问题、加强和外国政府/电子行业的接触以及提高整个供应链的透明度。政府作为协调者和可信赖的数据来源，将成为短缺时期的重要角色。2021 年9 月，美国商务部发起一项信息请求，希望包括生产者、消费者和中间供应商在内的所有供应链参与者自愿共享有关库存、需求和交付动态的信息。针对供应链的生产环节和消费环节分别需要回答13 个问题，供应环节厂商需要回答的问题包括：公司在供应链中的角色、产品和技术类型、销售额、客户、订单、库存和供应能力等情况；中间采购商和最终用户厂商需要回答的问题包括：公司的业务和产品类型、应用领域、购买情况、缺少半导体而限产、短缺半导体类型以及采购方式等情况[8]。

2.3 美国加强与盟友在供应链安全方面的战略合作

美国政府频频与日本、韩国、中国台湾、欧盟互动，推动加强半导体供应链等领域合作。2021 年3 月，美国在台协会中国台北负责人表示，美国与中国台湾是全球半导体供应链中最自然的合作伙伴，推动合作是美国的一项政策要务。4 月，美国总统国家安全事务助理与日本国家安全保障局局长和韩国国家安保室长举行三方会晤，明确半导体供应链安全至关重要。4 月，美国总统拜登在华盛顿与日本首相菅义伟会晤，表示双方将在半导体供应链方面进行合作，并分别设立专门政府工作组分担芯片研发和生产职责。5 月，韩国总统文在寅访美期间与美国总统拜登共同发表韩美伙伴关系联合声明，表示韩美将促进对半导体（包括先进芯片和汽车级芯片）等互补投资，并承诺在材料、零件和设备的整个供应链上进行互补投资，以扩大这些关键产品的生产能力[9]。6 月，日本首相菅义伟推出增长战略草案，把日本重建半导体制造自主能力和加强尖端技术管控作为优先事项，以确保半导体供应安全，并支持日本公司与美国和中国台湾等地主要芯片制造商合作。9 月，在美国和欧盟启动的美国-欧盟贸易和技术理事会（TTC）首次会议中，美欧达成了一项加强半导体供应链的联合声明，最初重点是缓解短期半导体供应瓶颈，随后解决较长期的供应链脆弱问题，并采取更统一的方式来监管大型全球科技公司[10]。9 月，美国、日本、澳大利亚和印度在华盛顿举行了四方首脑会议。会后，白宫发布了关于新兴技术的原则声明，四方将启动一项联合计划，以评估半导体及其关键部件的产能、识别漏洞并加强供应链安全。这一举措将确保四方合作伙伴支持一个多样化和竞争性的市场，为全球数字经济提供必要的安全关键技术[11]。

3 成立美国半导体联盟，推动龙头企业投入

美国半导体行业协会（SIA）作为行业的重要组织协调机构，积极响应美国政府的号召，开展了系列活动。2021 年4 月，美国半导体行业协会向美国商务部提交文件，回应拜登总统关于确保美国关键供应链安全的行政命令，提出相关建议。5 月，在美国半导体行业协会推动下，美国半导体联盟宣布成立，由来自美国、欧洲、日本、韩国、中国台湾等地64 家有实力的半导体产业链上下游企业组成。

3.1 成立美国半导体联盟

美国半导体联盟（Semiconductors in America Coalition，SIAC）是美国建立的以美国及其盟友企业为核心、以美国利益和标准为优先的“技术圈”群体。美国企业包括亚马逊、苹果、AT&T、思科、通用电气、谷歌、惠普、微软、英特尔、AMD、高通、科锐等。非美国企业成员约占2/3，包括荷兰光刻设备供应商阿斯麦、德国半导体企业英飞凌、英国芯片设计企业ARM、韩国制造商三星、日本光刻设备制造商尼康、中国台湾芯片代工企业台积电和芯片设计企业联发科等[12]。

美国半导体联盟的使命是呼吁制定并实施美国半导体产业相关政策，推动美国半导体技术持续发展创新，以支持美国未来经济、关键基础设施和国防装备的升级，提高美国本土产能，减少对亚太地区半导体制造业的过度依赖[12]。

3.2 龙头企业积极响应

在美国政策推动下，联盟主要企业积极加大投入，英特尔、苹果公司、三星电子等纷纷宣布扩大产能。

英特尔宣布重启制造产能扩张战略，包括投资 200 亿美元在美国亚利桑纳州建两座新的 7 纳米晶圆厂Fab 52 和Fab 62，预计2024 年全面投入运营后，新芯片厂将采用英特尔最先进的制程技术，包括采用全新RibbonFET 和PowerVia 创新技术的英特尔20A（2 纳米）工艺[13]。苹果宣布在2024 年前投资超过10 亿欧元在德国慕尼黑建设大型的欧洲硅设计中心，该设计中心将集中研发5G 连接和无线半导体及硬件[14]。三星电子计划投资170 亿美元在美国得克萨斯州建立新的晶圆厂，这将是三星电子在美国的第二座芯片工厂。三星电子在美国的这一新工厂建成之后，将采用先进的5 纳米极紫外（EUV）光刻胶芯片制造工艺，生产先进的逻辑半导体。新工厂计划在2024 年年底投入运营，将创造约1 800 个就业岗位[15]。台积电投资 120 亿美元，扩大在美国亚利桑纳州的投资设厂计划，新建造六间晶圆工厂，直接创造 1 600 多个高技术专业职位[16]。此外，台积电还计划在美国再建一家先进半导体技术制造工厂。美国半导体存储制造商美光宣布计划在2021 年至2031 年投资1 500 亿美元用于存储器制造和研发，包括提升其本国晶圆厂的潜在生产能力和规模[17]。

4 研判半导体产业发展态势，提出政策建议

美国半导体行业协会牵头，联合市场调研机构和半导体行业机构，发布了一系列计划和报告，对美国半导体的技术研发、市场态势、制造能力及就业情况等多方面进行了深入了研究和剖析，并就美国半导体产业的未来发展提出一系列举措和建议。

2021 年1 月，美国半导体行业协会与美国半导体研究公司（SRC）联合发布《半导体十年计划》报告[18]，旨在加速重大芯片技术革新，推动美国在人工智能、量子计算、先进无线通信等半导体重要应用领域的发展。5 月，美国半导体行业协会与牛津经济研究院合作发布研究报告《芯片市场：美国半导体产业劳动力及联邦激励措施如何增加就业》，分析了美国半导体产业对拉动就业的积极影响以及联邦政府大力投资国内芯片制造将带来的经济利益[19]。7 月，美国半导体行业协会发布《盘点中国半导体产业》白皮书，分析了中国半导体产业在全球半导体供应链中的角色和作用、中国半导体产业策略、中国半导体产业现状及遇到的挑战，以及应对中国日渐提升的半导体实力的措施[20]。9 月，美国半导体行业协会发布《2021 年美国半导体行业报告》，从新冠疫情对美国半导体产业的影响及应对，美国芯片法案和晶圆代工法案，全球芯片短缺和产业应对举措、市场及需求驱动因素，美国市场份额及技术竞争力、劳动力就业情况，以及美国为保持产业竞争力采取的举措等多个维度分析了美国的半导体产业形势[21]。

4.1 全球半导体产业发展态势

当前全球半导体产业的竞争愈演愈烈，世界范围内的半导体芯片紧缺问题在全球范围内影响多个行业的发展以及国际经济形势。《2021 年美国半导体行业报告》指出，2020 年和2021 年全球芯片紧缺，半导体行业一直努力增产来保证芯片供应。为了满足火热的市场需求，前端晶圆厂的产能利用率普遍超过80%，甚至高达90%、100%。当前，全球半导体产业正在加大制造和研发方面的投资，以满足未来市场的增长，全球的芯片制造商都在投资新的晶圆厂。半导体行业的资本支出也创造了历史纪录，2021 年的行业资本支出接近1 500 亿美元，而在2021 年之前，此项数据从未超过1 150 亿美元。疫情的影响和新兴技术的发展促进了半导体市场快速增长。2019 年，全球半导体销售额为4 123 亿美元，在2020 年为4 404 亿美元，增幅为6.8%。2020 年全球半导体需求最高的终端是电脑，占据了32.3%的全球半导体份额；其次是智能手机等通信终端，占据31.2%的份额；消费电子、工业、汽车3 个领域终端产品分别占据12%、12%和11.4%的份额，政府终端份额仅为1%。

4.2 美国半导体产业芯片设计和制造情况

《2021 年美国半导体行业报告》指出，美国半导体产业在芯片设计方面处于领先地位。美国无晶圆厂公司销售额约占全球无晶圆厂公司销售额的60%，一些自行设计的整合元件制造商（Integrated Device Manufacturer， IDM）也是美国公司。此外，美国在全球设计人才中所占的比重最大，这也凸显了美国芯片设计产业和学术生态系统的实力。考虑到半导体设计在制造过程中增值的重要性，美国在这个生产阶段拥有并保持领导地位至关重要。相比2013 年，美国半导体制造商逐渐开始更多地将前端晶圆厂产能设在新加坡、中国台湾、欧洲、日本等地区。2013 年，约57%的美国半导体制造商晶圆产能位于美国；2020 年，这一数字降到了43%。2011 年至2021 年，海外芯片制造产出的平均增长率是美国的5 倍。事实上，全球3/4 的芯片制造能力集中在东亚地区，中国大陆很可能在2030 年占据全球最大的芯片制造份额。

目前，在制造工艺技术方面，美国远远落后于亚洲。美国还没有10 纳米以下的先进逻辑能力，亚洲已经实现5纳米工艺技术，3纳米技术即将问世[22]。在28 纳米以上的逻辑能力方面，美国也远远落后于亚洲。存储器制造技术方面，美国在动态随机存取存储器（DRAM）和立体闪存设备（3D-NAND）领域恢复了竞争力，美国企业正在全面接受极紫外光刻技术。美国公司也走在使用3D 异质集成的先进封装技术的前沿。此外，美国还在一些新兴的制造技术方面处于领先地位，例如复合半导体。

4.3 美国半导体研发投入和市场情况

美国半导体行业在研发密集活动方面处于世界领先地位，包括半导体研发和芯片设计等。《2021 年美国半导体行业报告》显示，美国半导体产业的研发支出一直处在高位，从2000 年到2020 年，美国半导体产业的研发支出以每年约7.2%的复合增长率增长[21]。2020 年，美国半导体产业在研发方面的投资总额为440 亿美元。在美国所有产业中， 美国半导体产业的研发投入占销售额的比重仅次于制药和生命科学产业。在全球竞争对手为与美国竞争而增加研发投资的情况下，美国半导体企业的研发投入占销售额的比例比其他任何国家都要高。这些对高水平研发的再投资推动了美国半导体行业的创新，并在美国各地创造就业机会。

虽然美国占全球芯片制造份额有所下降，但2020 年美国半导体公司的销售额仍占据了全球市场额度的近50%，韩国、日本、欧洲、中国等国家和地区企业所占市场份额分别为20%、10%、10%和12%。在全球销售市场的领先地位使美国半导体产业能够在研发方面投入更多资金，这反过来有助于确保美国持续的销售领先地位。在全球市场占有率的领先地位又能使美国半导体行业持续受益于创新的良性循环，这得益于美国高技能工程人才和蓬勃发展的创新生态系统，特别是来自领先大学的创新生态系统。

4.4 美国半导体产业对就业和经济的影响

《芯片市场：美国半导体产业劳动力及联邦激励措施如何增加就业》和《2021 年美国半导体行业报告》指出，美国半导体行业对其国内经济至关重要。美国从事半导体设计、制造、测试和研发的人员超过27.7 万，能够影响2 600 多万美国工人，每个半导体岗位都会额外制造5.7 个工作岗位。2020 年，美国半导体行业就创造了185 万个工作岗位。美国联邦政府500 亿美元的半导体投资计划预计将在2021—2026 年建造19 家新的半导体制造工厂，平均每年创造18.5 万个临时工作岗位，拉动经济年增长246 亿美元；2026 年后将为美国增加28 万个长期就业岗位，其中包括4.2 万个半导体行业直接就业岗位。

除了创造就业，半导体产业对GDP 的影响也十分重要。2020 年美国半导体产业对GDP 的总影响达2 464 亿美元，还创造了1 608 亿美元的收入，覆盖范围包括建筑、金融等不同领域。在出口方面，2020 年美国半导体总出口额达490 亿美元，仅排在飞机、成品油和原油之后。

4.5 美国半导体技术未来研究方向

《半导体十年计划》报告指出，美国信息通信技术占全球半导体市场份额的70%以上。因此，美国针对信息通信技术发展趋势和需求，提出模拟电子技术、内存/存储、通信、安全、节能计算五大半导体应用领域面临的重大变革、研究目标和优先研究方向。

在模拟电子技术领域，报告认为重大变革是通过模拟硬件的根本性突破来研制能够感知、传感和推理的更智能的机器接口。在内存/存储领域，重大变革在于内存需求的增长将超过全球硅芯片供应，为全新的内存和存储器解决方案带来机遇。在通信领域，重大变革是随时可用的通信技术需要新的研究方向，以解决通信容量与数据生成速率之间的不平衡。在安全领域，重大变革是需要突破硬件研究障碍，应对高度互联系统和人工智能系统面临的安全挑战。在节能计算领域，重大变革是与全球能源生产相比，日益增长的计算能源需求正在产生新的风险，新的计算模式提供了大幅提高能效的机会[18]。

4.6 提出美国半导体产业发展的措施建议

针对美国半导体行业的短板，美国半导体行业协会在《2021 年美国半导体行业报告》中提出了四点建议：一是加强投资美国半导体行业，包括制定投资税收抵免政策等，以刺激创新；二是加强美国技术人才实力，改善教育体系，并吸引外国技术人才移民；三是促进自由贸易和知识产权保护，扩大信息技术协定；四是加强和盟友合作，认识到半导体供应链的全球属性，打造更有利于增长、创新和供应链弹性的监管和法律环境。

针对未来半导体技术发展方向，《半导体十年计划》报告呼吁联邦政府每年投入34 亿美元研发资金，巩固美国半导体产业的全球领导地位。

针对中国半导体产业的快速发展，《盘点中国半导体产业》白皮书建议美国应在国际贸易规则和市场竞争环境方面与盟友合作，加大对美国国内半导体产业的投资力度，制定新的全球规则和标准，改善市场准入等，从而应对中国日益增强的半导体实力。

5 启示及建议

美国政府和美国半导体行业所采取的一些举措旨在强化其在世界半导体行业的领导地位。《美国半导体激励法案》一旦获批，通过在科技和产业的投入，将推动美国半导体产业重振；半导体联盟的成立标志着美国向增强半导体供应链弹性迈出战略性的一步；供应链评估报告提出的一揽子扶持措施的落实将改善美国半导体制造生态系统，助力美国半导体产业发展和供应链安全；加强与日韩欧盟等盟友的合作，将提升美国半导体供应链安全。美国通过芯片相关企业实体获得半导体供应链数据后，将对我国相关企业产生不利的影响。

近年来，我国半导体产业在国家科技计划和政策支持下取得了快速发展。面对国际半导体产业新的竞争格局，我国应积极应对，制定半导体领域发展战略和协同措施，做好近、中、远期的重点任务的统筹和协调。加大科技投入，建立我国半导体领域国家战略科技力量，充分发挥半导体领域的国家级科研机构、具有学科优势的高校以及科技创新型企业的作用，集中优势力量加快研发和创新速度，实现我国在半导体领域的科技自立自强。积极布局产业链，确保我国半导体产业链供应链安全，建立保障我国供应链安全的弹性机制，发挥我国半导体产业联盟在整合产业链上下游中的作用。加大优惠政策，推动我国半导体产业生态环境的建设，鼓励半导体领域企业强强联合，加强企业知识产权的保护意识，培育具有核心竞争力的龙头企业。加大我国本土半导体科技人才和产业人才的教育和培养力度，加快优势高校新设立的集成电路学院的建设和人才培养。多渠道进行国际科技合作，确保我国半导体产业健康持续发展。