为什么美国将失去半导体

2022-07-25 09:48:44
在过去的几十年里,美国在半导体行业的主导地位似乎在慢慢下降。

编译来源:semianalysis

美国在半导体设计、制造和生产工具方面一直处于世界领先地位。半导体是计算和信息技术中所有技术创新的基础。没有他们,亚马逊、谷歌、微软、Meta、苹果和特斯拉等公司就不会存在。但是在过去的几十年里,美国已经慢慢失去了在半导体行业的主导地位。近年来,它的优势在不断减弱。如果这样的状态持续下去,那么美国很有可能失去现代技术的基础基石,失去其在半导体行业上的优势。

首先,让我们谈谈美国半导体主导地位的现状。大多数最大的半导体设备、设计和软件公司都位于美国,或者在美国拥有关键工程。在设备领域,泛林集团、应用材料公司和KLA都位于美国以外的地方。ASML是广为人知的光刻领域的领导者,为圣地亚哥的EUV Source和EUV Collector进行了大量关键工程。这些技术资产和团队来自对圣地亚哥Cymer的收购。ASML向EUV-LLC支付特许权使用费,其成员包括多个美国国家实验室。没有这些工具,就不可能制造芯片。

设计芯片所需的关键软件称为EDA,它们都来自美国。Cadence,Synopsys和Mentor Graphics(现在由西门子拥有)位于美国。没有这个软件,就不可能设计出现代芯片。

德州仪器(Texas Instruments)和英特尔(Intel)等美国公司在各自领域拥有领先的市场份额,同时制造自己的芯片。为外部销售和使用合同制造商设计芯片的4家最大公司也是美国人。他们是高通,博通,英伟达和AMD。

但这种主导地位正在向外转移。 美国芯片制造业的份额处于历史最低点。 除非立即采取行动,否则美国将失去半导体产业。这是一场国家安全危机。

美国一直是通过创业、教育和进行大量投资进行创新的标志。这三个原则都在受到侵蚀,部分原因是私人市场的态度,部分原因是政府的政策激励了某些行为。这种转变正在朝着那些拥有有利的政府政策、监管支持、专注于STEM(即科学Science,技术Technology,工程Engineering,数学Mathematics)高等教育以及对半导体制造重要性的普遍文化认识的国家发展。

半导体企业家精神

企业家精神是创新和半导体的首要因素。自从贝尔实验室发明晶体管以来,硅谷的初创公司创造并定义了现代半导体行业。不幸的是,半导体行业的企业家精神正在消退。

SemiEngineering是半导体行业的领先出版物之一,按公司总部所在地跟踪半导体和半导体相邻行业创业公司每月的筹款情况。它们表示现在的趋势对于美国硬件主导地位的前景来说是可怕的。不仅大部分组装都是在中国完成的,而且半导体领域资金最雄厚的初创公司和半导体领域最多的IPO都在那里发生得很好。

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虽然初创公司和IPO并不一定意味着创新,但它们是创新的基石之一。并非所有的创业公司都会成功,美国创业公司更严格的融资模式很可能意味着他们更有可能成功,但这种差异是一个大问题。美国不再是创业的国度,尽管继续主导着世界其他地区,如欧洲。这是中国。

为什么美国的半导体创业公司如此之少?

美国风险投资和天使投资的私人市场完全投入了对基于软件平台的“科技”公司的投资。虽然这种类型的投资很好,但这些风险投资和天使投资人完全忽视了半导体和硬件领域。我们在SemiAnalysis亲眼目睹了这一点,因为我们帮助半导体行业的一些公司筹集资金。说服风险资本家投资创业公司是极其困难的,即使他们拥有有前途的技术和卓越的业绩记录。

私募市场对硬件创业公司有强烈的偏见。一般来说,半导体的启动成本较高,与基于平台的科技公司相比,市场潜力有限。需要它们的美国风险投资人和天使投资人倾向于考虑数百或数千亿美元的投资市场。他们想要能够拥有几十名员工的软件平台,并有可能扩展到数十亿美元的收入。不过,Instagram,Uber,Shopify和Airbnb只能有这么多。硬件创业是必要的,即使它不符合美国风险投资人和天使投资人所拥有的疯狂梦想。

对半导体行业投资肯定是不太令人感兴趣的,因为任何私人都不会投资这种公共基础设施,原因是这种投资给他们带来的回报太少了。但是半导体制造和设计能力恰恰靠的就是技术和软件的基础设施建设,所以这些基础设施项目需要政府的激励措施和监管支持才能蓬勃发展。美国政府必须通过美国国家科学基金会(National Science Foundation)提供孵化器和加速器,来协助半导体初创企业。

半导体投资危机

创业公司并不是唯一缺乏投资的地方。这个问题在大的公司也存在。因此,美国半导体研发的份额急剧下降,美国芯片产量从40%降至15%以下。美国的金融市场或政府政策不鼓励投资。我们将通过几个例子来展示美国政策的困境,这些政策激励回购和股息超过投资。

首先,让我们讨论一下问题的症结所在。下图显示了按地区划分的半导体晶圆制造设备总支出。这表明,到目前为止,中国正在建设最多的晶圆厂,这是由他们有利的税收和监管政策以及巨额补贴推动的。美国在全球支出中所占的份额很小。如果目前的支出率保持不变,那么在十年内,美国将制造不到10%的全球半导体,而中国将制造近30%的半导体。

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美国国家、州和地方政府制定了税收和监管政策,这使得投资半导体的新制造能力变得异常困难。这需要大量的资金和许多年的时间才能通过许可和批准的过程才能成为美国的一个项目。此外,虽然这些政策旨在保护环境,但实际上并非如此。它们只会减慢流程并增加成本。

这与其他国家形成鲜明对比,其他国家为半导体工具的投资提供税收抵免和大幅扣除。它们为制造设施的许可和批准提供了简化的流程。他们通过对污染公司采取积极的惩罚措施来保护环境。它们允许新公寓,房屋和企业的整个开发在半导体设施周围迅速出现,因此工人不必将大部分薪水用于生活费用,这反过来又降低了公司的成本,提高了整个社区的生活水平。

美国必须使公司的利益相关者更有利于在新产能上进行大量投资,而不是支付股息和进行股票回购。一种解决方案是提供永久选项,在购买的第一年内100%扣除芯片制造设备,工具和其他相关资本支出。卡车等其他工业设备是此类政策的先例。

需要明确的是,这种政策只会旨在使政策与其他国家平等的多方面一揽子激励措施的一部分。中国甚至提供长达10年的免税期。这种激烈的措施在美国是不现实的。

这种政策差距是导致美国最大的内存制造商美光(Micron)将制造业离岸化的原因。美光现在在新加坡和台湾地区生产大部分存储芯片,尽管他们的研发中心和原始制造设施位于美国。全球最大的两家内存制造商SK海力士和三星的总部位于韩国。虽然它们在技术上通常被认为与美光有差距,但SK海力士和三星拥有更大的市场份额。这些公司就是韩国各种半导体政策下的产物,这些政策激励了韩国国内半导体的发展。韩国还提出了专注于地理区域而命名为“K-Belt 半导体战略”,该计划包括高达 50% 的研发税收和 44% 的制造业税收抵免、8.86 亿美元的长期贷款、13 亿美元的联邦研发投资、放宽监管和升级基础设施。

此外,税收抵免必须应用于研发支出。目前,美国的税收政策没有与许多亚洲国家相匹配的政策。相反,它激励尽可能多地减少研发,为股票回购,股息和财务工程收购提供资金。

博通就是是美国税收政策失败的一个例子,它引发了半导体行业的错误趋势。尽管博通一直是值得投资的明星股票,并且在某些技术领域仍然处于领先地位,但他们的创新战略对整个行业来说非常不利。博通通常对所有费用(包括研发增长)都保持非常严格的控制。与此同时,他们提高了芯片和软件的价格,在那里他们享有近乎垄断的地位。最后,他们利用自己产生的这些利润来收购更具创新性的领先公司,这些公司拥有可以应用此公司的产品和技术。该政策被半导体行业人士和投资者俗称为“Hock Tan Flywheel”,以设计这一战略的首席执行官的名字命名。我们甚至不会进入他们将总部迁往新加坡多年的时间,但这也是美国政策不佳的结果。

另一个与投资相关的政策不佳的例子是英特尔在过去十年中的政策。他们在半导体方面处于世界之巅。他们没有在半导体设计和制造的新领域进行创新,而是专注于降低资本支出和总支出占收入的百分比。他们用利润回购股票并支付更大的股息。股东选出的董事会成员欢呼并特别鼓励这种行为。英特尔垮台的故事当然还有很多,包括技术失误和有毒的企业文化,但美国税收政策和金融市场的缺陷无疑是一个很大的贡献者。如今,英特尔已经意识到了他们的错误,并将股票回购率降至0。他们正在尽其所能地投资每一美元,但他们根本无法承受花费台积电和三星等其他国家英雄的绝对规模。

良好的针对性政策的一个例子是Wolfspeed和纽约州。纽约通过退税和其他补贴协助Wolfspeed,以建造世界上最大的碳化硅半导体制造设施。因此,纽约是电动汽车中大量使用的芯片的世界领导者,创造了数千个高薪工作,纽约州立大学有一个成熟的研究和教育计划,为人们在这个领域的持续创新做好准备。

半导体教育

即使初创公司和生产设施在美国,现在该领域的技术工人严重短缺。到2025年,预计这一短缺将高达30万工人。受过良好教育和熟练的人才是创新的基石,没有他们,工作就无法完成。

大多数追求高等教育的美国人都是在非STEM(即科学Science,技术Technology,工程Engineering,数学Mathematics)领域接受高等教育的。虽然这本身并不是一个负面因素,但考虑到半导体行业技术工人的预期短缺,这是一个巨大的问题。根据Statista的下图,超过500万人在美国的高等教育机构获得了学位/证书,但在STEM领域的甚至不到1/5

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美国2/3的STEM博士生是外国人。他们能够获得学生签证接受教育,但他们中的许多人尽管希望这样做,但在接受教育后移民非常困难。中国每年有近500万人获得STEM学位,人口规模的差异使得中美之间的差距无法仅靠国内人口来填补。

美国必须使世界各地受过教育的人更容易移民。这在美国历史上的其他时间点要容易得多,这是美国在创新方面超越世界其他地区的秘诀之一。人才流失的情况是非常真实的,必须允许世界上最优秀和最有资格的人搬到美国。

中国不仅允许半导体工人移民,他们明确地找到他们想要的人并去追求它。有多家国有企业为从台湾地区移居的工程师提供优质的生活。他们在半导体中心附近提供宽敞的住宿,并提供个人税收优惠以及有针对性的移民。如果有好的机会,许多来自台湾地区的优秀工程师会来美国,即使没有国家赞助的生活方式。

此外,在美国STEM领域的毕业生中,从事涉及半导体,制造或设计相关领域的人数仅占总数的一小部分。这些与半导体相关的STEM项目资金严重不足有关系。联邦和州政府没有采取任何措施促进毕业生在半导体领域就业。与此同时,其他很多国家已经在很大程度上补贴了半导体项目和鼓励就业,这反过来就增加了其他国家致力于各自半导体行业的人才,从而这些国家有着更多的创新。

美国高等教育系统对所有学位和证书的补贴金额大致相同,尽管有些职业严重缺乏技术工人。我们的教育系统在补贴教育成本或推广某些领域时,需要考虑基于行业劳动力需求差距的有效技能分配。

公众和媒体对该领域的看法也无助于此事。成为芯片架构师、工艺集成工程师或电路板设计师并不是大多数儿童和年轻人渴望拥有的职业。与此同时,中国崇拜半导体行业,甚至创造了一个美化的电视节目

对半导体缺乏兴趣的部分原因是由于维修和修补计算设备的文化。半导体行业的许多人在第一次打开计算机时就爱上了这个行业。不幸的是,由于各种立法和公司特定的障碍,维修电脑,游戏机和智能手机的文化在西方世界正在消亡。

在中国台湾和中国大陆,这种文化蓬勃发展。获得设备的部件非常容易,无论是显示器,电池,内存,甚至是整个主板。人们可以去台湾台北市的光华市场,中国深圳的华强北或这些国家的许多其他市场,购买与维修普通消费电子设备相关的任何组件或工具。

实施维修权政策将使美国与这些国家相提并论,并应得到两党的支持。这对消费者来说是件好事,因为他们对自己购买的设备有更多的控制自由,并允许他们的设备使用更长时间。它对环境有益,因为产生的电子废物更少。这对半导体行业有好处,因为它使更多的人对打开计算机感兴趣,并对它们的工作方式感兴趣。台湾和中国可以这样做,因为他们的政府允许电子维修蓬勃发展,如果我们希望年轻人也爱上这个行业,美国需要与他们相匹配。

国会必须采取的行动来拯救半导体行业

国会必须立即通过多项两党立法努力,才能将美国半导体行业带回世界最前沿。

国会必须立即修改美国税法,使其与公司目前拥有不公平优势的其他国家相提并论。这可以通过对芯片制造设备,制造晶圆制造设备的工具以及与购买当年半导体设计或生产相关的其他相关资本支出实施可选的100%奖金折旧来实现。国会还必须为这些投资集团实施永久性税收抵免,以匹配其他东亚国家。

国会必须立即修复美国的许可和监管锁定,这严重延长了时间并增加了创建半导体制造设施的成本。

国会必须立即通过增加与半导体相关的研发税收抵免来弥补研发支出缺口。国会必须立即解决创业危机,指示美国国家科学基金会创建一个针对半导体行业的创业孵化器和加速器。国会必须通过资助半导体和半导体相邻的高等教育项目来立即解决教育差距。国会必须立即资助并建立一个类似于欧洲IMEC的美国半导体研究机构。

国会必须立即通过允许熟练的半导体工人移民到美国来解决熟练的半导体工人短缺问题。

国会必须立即通过维修权法律,以增加对硬件行业的兴趣,从而提高消费者自由并保护环境。如果采取这些行动,我们相信美国的独创性和创新可以释放出来,美国可以保持在半导体行业的顶峰。如果不采取这些行动,我们相信,美国将进一步削弱其在一个对国家安全越来越重要的行业中的领导地位。

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