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美国芯片制造,真的那么差吗?

过去几十年来,在全球半导体一轮又一轮的分工体系之下,欧洲、日韩以及中国并没有产生较强的Fabless生态,其它地区总体衰微的态势让美国巩固了在该领域的强势地位。

过去几十年来,在全球半导体一轮又一轮的分工体系之下,欧洲、日韩以及中国并没有产生较强的Fabless生态,其它地区总体衰微的态势让美国巩固了在该领域的强势地位。

美国芯片制造,真的那么差吗?

按公司总部所在地划分的IC销售市场份额

上图直观地反映了全球半导体企业排除纯晶圆代工厂之后美国的巨大优势,证明着美国半导体产业作为全球化分工的最大受益者之一,充分享受了时代的红利。据数据统计,2021年美国的半导体公司销量额高达2575亿美元,占据了全球半导体市场的46.3%,接近全球一半的份额了。

随着产业分工的细化和资本投入的精准化,不同半导体企业的产能、产品线类型的分工也越来越地域性地系统化。从不同类型的产品模式来看,绝大部分存储芯片和模拟芯片大厂都采用了IDM模式,尽可能把生产销售链掌握在自己手里;而逻辑芯片则由于产品周期、交货流程、人力资金投入力度以及芯片工艺等一系列因素的叠加,79%的产能和47%的销售都走了外包模式。

经过一波整合和外包浪潮之后,大多数美国公司都退出了制造业竞赛。美国半导体行业协会(SIA)发布的《2021年美国半导体行业报告》表示,美国半导体产业的优势地带主要集中在EDA、核心IP、芯片设计、制造设备等研发密集型领域,但在芯片制造的份额正在急剧下降。

美国曾是全球最大的芯片制造国,英特尔也曾长达20多年在芯片制造行业居于第一名,依靠英特尔、德州仪器(TI)等企业在全球芯片行业的领导地位,美国在芯片制造行业曾占有近五成的份额。但据统计,现如今约75%的全球半导体制造能力,包括全部的10纳米以下先进制程制造能力都由亚洲贡献。

在过去十年中,各国通过强有力的激励计划吸引半导体制造企业,美国以外地区芯片产出的增长速度是美国的五倍。而美国半导体制造业在全球的份额从1990年的37%一直跌到了2020年的12%。

美国芯片制造,真的那么差吗?

世界各地区产能对比图

究其原因,一是美国半导体公司的制造部门大多位于海外,或是Fbless企业利用亚洲的代工厂。虽然全球的半导体分工使芯片供应链实现了巨大增长和行业创新,但半导体供应链的脆弱性也不容忽视。尤其是在中美科技战以及全球供应链不稳定的大背景下,半导体制造的重要性被相关政府部门和机构层层加码,依赖于亚洲芯片代工厂的美国犹如热锅上的蚂蚁,急于推动半导体本土制造,需要更大力度的投资和激励措施以强化半导体供应链的竞争力。

重启晶圆代工业务的英特尔,已经意识到了自身困局所在,英特尔的问题也进一步映射出美国半导体制造的症结。

为了扭转这些不利局面,美国的政界和工业界不断有声音要求加强半导体产业,让芯片制造回归美国。美国参议院于2021年年中通过《美国创新和竞争法》(USICA) (S.1260),其中包括520亿美元的联邦预算用于美国芯片法案。今年年初美国众议院又通过《2022年美国竞争法案》,同样包括520亿美元拨款用于增强美国半导体产业,其中,390亿美元用于激励本土半导体制造和研发,以及105亿美元的项目资金。

此外,作为CHIPS法案的补充,众议院还在本月通过了《促进美国制造的半导体》(FABS)法案,为半导体投资提供税收抵免。

从一系列举措能够看出,短期内美国谋求打造完整的半导体供应链的决心坚定,美国寻求建立一个支持国内商业制造的生态系统,使Fabless公司能够在美国本土的晶圆厂和OSAT中以成本效益和可靠性的方式制造其尖端产品。

美国芯片制造现状

从美国当局的反应以及行业直观数据来看,美国半导体制造环节十分薄弱。SIA同样连续在几篇报告中强调美国在半导体制造能力的份额从37%下降到12%的颓势和窘境。

然而,业内人士仔细观察也能发现,美国宣称的“制造能力”的大幅下滑仅是外包代工的那一部分产能,而一直有意回避了30多年来美国IDM和Fabless份额稳中有升,且上升幅度不亚于东亚地区的这一事实现状。

IDM企业从设计、制造、封测甚至下游电子产品一条龙全包,规模大、技术全面、资金雄厚。从全球范围看,美国是妥妥的IDM霸主,占据全球近一半的市场份额。2022年的Factbook统计数据显示,美国半导体企业在本土的制造基地比在任何其他国家都多,美国的半导体产能大部分是由美国公司完成的。2021年,美国大约80%的半导体晶圆制造能力来自总部位于美国的公司。

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美国绝大多数的半导体制造都是由美国公司完成的

结合IC Insights最新发布的数据也能看到,2021年IDM、无晶圆厂公司和 IC 总销售额的区域市场份额由总部位于美国的公司领先,其中IDM占据了47%的市场份额,以IDM模式运营的半导体公司和晶圆代工厂同样拥有生产芯片的能力。

美国芯片制造,真的那么差吗?

按公司总部所在地划分的2021年IDM和无晶圆厂公司在IC销售中的份额

(该数据不包括纯代工厂,

可见,美国只是在纯晶圆代工领域存在一定短板,在以IDM模式为代表的模拟芯片和存储芯片制造方面可谓基础雄厚(更多的是制造一些相对工艺成熟一点的芯片,在先进工艺上存在不足)。

ATREG公司创始人兼总裁/首席执行官Stephen Rothrock表示,美国目前有70多家运营中的晶圆厂,由于台积电、英特尔、三星和GlobalFoundries之间的军备竞赛,以及模拟厂商的持续扩产,这个数字将在未来几年增加。鉴于运营中的晶圆厂数量和改善半导体供应链的重要性,交易将继续呈上升趋势。

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全球各地区200mm、300mm代工厂情况

SIA表示,美国半导体行业是世界上最先进的制造业之一,美国18个州是主要半导体制造设施或晶圆厂的所在地。

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美国本土晶圆制造部门分布在18个州中

根据SIA信息,笔者按照各州划分对美国半导体制造厂进行了统计和梳理:

加利福尼亚州

Vishay:工厂位于加利福尼圣克拉拉市,开放时间为1997年,晶圆尺寸150毫米

ADI:工厂位于加利福尼亚州罗斯维尔,开放时间为2001年,晶圆尺寸150毫米

英飞凌:工厂位于加利福尼亚州特曼库拉,开放时间为1995年,晶圆尺寸150毫米

TowerJazz:工厂位于加利福尼亚州纽波特海滩,开放时间为1995年,晶圆尺寸200毫米

Skyworks:工厂位于加利福尼亚州纽伯里公园,开放时间为1984年,晶圆尺寸150毫米

TSI:工厂位于加利福尼亚州罗斯维尔,开放时间为2006年,晶圆尺寸200毫米

IXYS(被Littelfuse收购):工厂位于加利福尼亚州罗斯维尔,开放时间为2006年,晶圆尺寸200毫米

Silicon Microstructures(2019年被泰科电子收购):工厂位于加利福尼亚州罗斯维尔,开放时间为1991年,晶圆尺寸150毫米

得克萨斯州

X-FAB:工厂位于加利福尼亚州拉伯克,开放时间为1977年,晶圆尺寸150毫米

Skorpios:工厂位于加利福尼亚州奥斯汀,开放时间为1989年,晶圆尺寸300毫米

赛普拉斯(被英飞凌收购):工厂位于加利福尼亚州奥斯汀,开放时间为1995年,晶圆尺寸200毫米

NXP:工厂位于加利福尼亚州奥斯汀,开放时间为1991年,晶圆尺寸200毫米

NXP奥斯汀与技术中心:工厂位于加利福尼亚州奥斯汀,开放时间为1995年,晶圆尺寸200毫米

TowerJazz:工厂位于加利福尼亚州圣安东尼奥,开放时间为1989年,晶圆尺寸200毫米

三星:工厂位于加利福尼亚州奥斯汀,开放时间为2007年,晶圆尺寸300毫米

TI:工厂位于加利福尼亚州谢尔曼,开放时间为1980年,晶圆尺寸150毫米

TI(DFAB):工厂位于加利福尼亚州达拉斯,开放时间为1985年,晶圆尺寸200毫米

TI(DMOS5):工厂位于加利福尼亚州达拉斯,开放时间为1995年,晶圆尺寸200毫米

TI(DMOS6):工厂位于加利福尼亚州达拉斯,开放时间为2001年,晶圆尺寸300毫米

TI:工厂位于加利福尼亚州理查森,开放时间为2009年,晶圆尺寸300毫米

Qorvo:工厂位于加利福尼亚州理查森,开放时间为1995年,晶圆尺寸100毫米

Qorvo:工厂位于加利福尼亚州理查森,开放时间为2007年,晶圆尺寸150毫米

Qorvo:工厂位于加利福尼亚州农民分公司,晶圆尺寸200毫米

俄勒冈州

Microchip:工厂位于俄勒冈州格雷西姆,开放时间为2003年,晶圆尺寸200毫米

安森美:工厂位于俄勒冈州格雷西姆,开放时间为1998年,晶圆尺寸200毫米

美信(Maxim):工厂位于俄勒冈州比弗顿,开放时间为1987年,晶圆尺寸200毫米

Qorvo:工厂位于俄勒冈州希尔斯伯勒,开放时间为1997年,晶圆尺寸150毫米

Qorvo:工厂位于俄勒冈州本德,开放时间为1998年,晶圆尺寸100毫米

Alpha&Omega:工厂位于俄勒冈州希尔斯伯勒,开放时间为1996年,晶圆尺寸200毫米

英特尔Fab D1C:工厂位于俄勒冈州希尔斯伯勒,开放时间为2001年,晶圆尺寸300毫米

英特尔Fab D1D:工厂位于俄勒冈州希尔斯伯勒,开放时间为2003年,晶圆尺寸300毫米

英特尔Fab D1X(第1阶段):工厂位于俄勒冈州希尔斯伯勒,开放时间为2013年,晶圆尺寸300毫米

英特尔Fab D1X(第2阶段):工厂位于俄勒冈州希尔斯伯勒,开放时间为2017年,晶圆尺寸300毫米

明尼苏达州

Skywater:工厂位于明尼苏达州布卢明顿,开放时间为1995年,晶圆尺寸200毫米

Sanken Electric Fab2:工厂位于明尼苏达州布卢明顿,开放时间为2001年,晶圆尺寸200毫米

Sanken Electric Fab3:工厂位于明尼苏达州布卢明顿,开放时间为2014年,晶圆尺寸200毫米

霍尼韦尔:工厂位于明尼苏达州普利茅斯,开放时间为1965年,晶圆尺寸150毫米

霍尼韦尔:工厂位于明尼苏达州普利茅斯,开放时间为2004年,晶圆尺寸200毫米

亚利桑那州

英特尔Fab12:工厂位于加利福尼亚州钱德勒,开放时间为1996年,晶圆尺寸300毫米

英特尔Fab32:工厂位于加利福尼亚州钱德勒,开放时间为2007年,晶圆尺寸300毫米。

NXP:工厂位于加利福尼亚州钱德勒,开放时间为1993年,晶圆尺寸200毫米

Microchip:工厂位于加利福尼亚州坦佩,开放时间为1994年,晶圆尺寸200毫米

CompoundPhotonics:工厂位于加利福尼亚州凤凰城,开放时间为1996年,晶圆尺寸150毫米

科罗拉多州

博通:工厂位于科罗拉多州柯林斯堡,开放时间为1981年,晶圆尺寸150毫米

Microchip:工厂位于科罗拉多州科罗拉多斯普林市,开放时间为1994年,晶圆尺寸150毫米

犹他州

IM Flash(2019年被美光收购):工厂位于犹他州李海,开放时间为2007年,晶圆尺寸300毫米

新墨西哥州

英特尔:工厂位于新墨西哥州里约兰乔,开放时间为2002年,晶圆尺寸200毫米

爱达荷州

美光科技:工厂位于爱达荷州首府博伊西,开放时间为2001年,晶圆尺寸300毫米

安森美:工厂位于爱达荷州波卡特洛,开放时间为1997年,晶圆尺寸200毫米

安森美:工厂位于爱达荷州南帕,晶圆尺寸200毫米和300毫米

华盛顿州

霍尼韦尔:工厂位于华盛顿州雷德蒙德,晶圆尺寸150毫米

台积电:工厂位于华盛顿州卡马斯,开放时间为1998年,晶圆尺寸200毫米

ADI:工厂位于华盛顿州卡马斯,开放时间为1997年,晶圆尺寸150毫米

佛罗里达州

瑞萨电子:工厂位于佛罗里达州棕榈湾,晶圆尺寸150毫米

Qorvo:工厂位于佛罗里达州阿波普卡,晶圆尺寸100毫米

北卡罗来纳州

Qorvo:工厂位于北卡罗来纳州格林斯伯勒,开放时间为2001年,晶圆尺寸150毫米

Wolfspeed:工厂位于北卡罗来纳州三角研究园,晶圆尺寸100毫米

Wolfspeed:计划斥资10亿美元扩建位于北卡罗来纳州的现有工厂

佛吉尼亚州

美光:工厂位于佛吉尼亚州马纳萨斯,开放时间为2002年,晶圆尺寸300毫米

宾夕法尼亚州

博通:工厂位于宾夕法尼亚州布雷尼格斯维尔

安森美:工厂位于宾夕法尼亚州布雷尼格斯维尔,开放时间为1997年,晶圆尺寸200毫米

三菱半导体:工厂位于宾夕法尼亚州杨伍德,开放时间为1986年,晶圆尺寸100毫米.

纽约州

MACOM:工厂位于纽约州伊萨卡,晶圆尺寸50毫米

GlobalFoundries(第2晶圆厂):工厂位于纽约州马耳他,开放时间为2012年,晶圆尺寸300毫米

GlobalFoundries:工厂位于纽约州东菲什基尔,开放时间为2006年,晶圆尺寸300毫米

佛蒙特州

GlobalFoundries:工厂位于佛蒙特州埃塞克斯,开放时间为1996年,晶圆尺寸200毫米

缅因州

安森美:工厂位于缅因州南波特兰,开放时间为2007年,晶圆尺寸200毫米

TI:工厂位于缅因州南波特兰,开放时间为1997年,晶圆尺寸200毫米

马萨诸塞州

IXYS:工厂位于马萨诸塞州贝弗利,晶圆尺寸150毫米

Skyworks:工厂位于马萨诸塞州沃本,开放时间为1987年,晶圆尺寸150毫米

MACOM:工厂位于马萨诸塞州洛厄尔,开放时间为1985年,晶圆尺寸150毫米

ADI:工厂位于马萨诸塞州威尔明顿,开放时间为1987年,晶圆尺寸150毫米

除了上述制造厂商外,美国近年来还在陆续招揽晶圆代工企业赴美建厂,目前已有多家半导体制造商和代工厂押注美国本土制造。

英特尔在亚利桑那州凤凰城投入200亿美元建立两座新工厂,随后又宣布1000亿美元在俄亥俄州兴建可能是世界上最大的芯片制造园区。

晶圆代工巨头台积电斥资120亿美元的5纳米亚利桑那州工厂于2021年中动工建设,规划于2024年建成投产。台积电还预计未来10-15年内,在该州建立至多6座晶圆厂。

三星电子也宣布了在得克萨斯州的170亿美元建厂计划,该工厂有望6月正式动工。

全球SiC技术引领者Wolfspeed位于美国纽约州莫霍克谷的采用领先前沿技术的SiC制造工厂今年4月正式开业,这座200mm晶圆工厂将助力推进诸多产业从Si基产品向SiC基半导体的转型。

5月,德州仪器(TI)宣布其位于德克萨斯州谢尔曼的全新12英寸(300mm)半导体晶圆制造基地正式破土动工,此项目投资约300亿美元,计划建造四座工厂以满足长期的市场需求。这些新工厂每天将制造数千万颗模拟和嵌入式处理芯片,广泛地应用于全球市场的各类电子产品领域。

据悉,谢尔曼晶圆制造基地中的首座工厂预计于2025年开始投产,该晶圆制造基地将加入TI现有的12英寸晶圆制造厂阵营,包括德州达拉斯(Dallas)DMOS6;位于德州理查森(Richardson)的RFAB1和即将竣工并预计于2022年下半年开始投产的RFAB2;以及位于犹他州李海(Lehi)预计于2023年初投产的LFAB。通过对长期产能的持续投资,TI将进一步提升公司的成本优势,并加强对供应链的控制能力。

去年7月,GlobalFoundries也宣布将在美国纽约州马耳他的园区内新建一座工厂,同时将投资10亿美元扩大已有的Fab 8晶圆厂的产能。扩产完成后,将新增15万片晶圆的年产能。

美国存储芯片巨头美光也正在考虑在美国扩产…

综合来看,除了IDM厂商原本就强劲的制造业务之外,美国政府还正积极招揽代工厂推动半导体在本地制造,希望让半导体制造市占率回升。

写在最后

不少媒体和分析机构对美国本土半导体制造是否面临危机,以及在何种角度阐述这种危机展开过诸多讨论。

美国芯片制造,真的那么差吗?

“美国宣称的‘制造能力’的大幅下滑仅是外包代工的那一部分产能,而30多年来美国IDM中的制造能力和市场份额一直是稳中有升。”

在当前芯片行业供应不足,全球贸易关系不稳定的趋势下,异样的危机感笼罩着美国半导体产业,以为Fabless提供代工业务为主的先进工艺晶圆厂成为美国追逐的焦点。

如今,随着美国政府鼓励政策的陆续推出,半导体制造制造业转移回归到美国本土,英特尔、台积电、三星、格芯等公司在美建厂的计划均浮出水面,未来将会有6-7家半导体工厂在美国本土建设,这其中甚至包括5nm、3nm产线。美国将投入大量研发资金,建立尖端技术能力,创新研发更多的半导体产品,以确保在半导体领域的供应安全。

从最近的一些报道上看,台积电、三星、英特尔都在争取美国政府在芯片制造上的补贴,同样美国各州也在极力争取美国政府的芯片制造政策向其倾斜。但从美国的政策补贴情况上看,其所能提供的依旧是杯水车薪

正如张忠谋近日所言,目前美国供应链尚不完整,且生产和人力成本高,这可能也会导致美国半导体在本地制造的计划不会成功。

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