近日，美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)（SIA）發(fā)布了其年度行業(yè)報(bào)告。該報(bào)告共27頁(yè)，從半導(dǎo)體在新冠肺炎疫情中的表現(xiàn)、美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)在全球的地位、半導(dǎo)體行業(yè)對(duì)美國(guó)國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的影響等進(jìn)行了梳理和分析。

根據(jù)這份報(bào)告，2021年半導(dǎo)體行業(yè)資本支出預(yù)計(jì)將接近1500億美元，而此前該支出從未超過(guò)1150億美元。由于疫情和新興技術(shù)等因素，2020年全球半導(dǎo)體銷(xiāo)售額增長(zhǎng)了6.8%，為4404億美元。

近年來(lái)，雖然美國(guó)占全球芯片制造份額有所下滑，但是美國(guó)半導(dǎo)體公司研發(fā)占銷(xiāo)售額比例超過(guò)任何其他國(guó)家，是行業(yè)的重要?jiǎng)?chuàng)新來(lái)源。

在2020年和2021年，缺芯問(wèn)題引發(fā)了全球關(guān)注。報(bào)告指出，半導(dǎo)體行業(yè)一直在努力增加產(chǎn)能，以保障芯片供應(yīng)。

由于市場(chǎng)需求火熱，前端晶圓廠的產(chǎn)能利用率普遍超過(guò)80%，個(gè)別晶圓廠產(chǎn)能利用率甚至高達(dá)90%、100%。SIA預(yù)計(jì)，2021年全球晶圓廠產(chǎn)能利用率將進(jìn)一步提高。

▲全球晶圓廠產(chǎn)能利用率變化

如今，全球半導(dǎo)體行業(yè)正在加大制造和研發(fā)投資，以滿足未來(lái)的市場(chǎng)增長(zhǎng)。2021年以來(lái)，全球芯片制造商正在投資新的晶圓廠。

此外，半導(dǎo)體行業(yè)的資本支出（CAPEX）創(chuàng)造了歷史紀(jì)錄。SIA預(yù)計(jì)，2021年的行業(yè)資本支出將接近1500億美元，2022年則將超過(guò)這一數(shù)字。而在2021年之前，行業(yè)年度資本支出從未超過(guò)1150億美元。

當(dāng)前的芯片短缺提醒了人們芯片對(duì)于汽車(chē)等行業(yè)的重要性，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看這種重要性將會(huì)不斷加大，全球?qū)π酒男枨笠矔?huì)繼續(xù)上升。

由于疫情影響和新興技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體市場(chǎng)增速較快。2019年，全球半導(dǎo)體銷(xiāo)售額為4123億美元，2020年全球半導(dǎo)體銷(xiāo)售額增長(zhǎng)6.8%至4404億美元。

根據(jù)世界半導(dǎo)體貿(mào)易統(tǒng)計(jì)組織（WSTS）的數(shù)據(jù)，2021年全球半導(dǎo)體銷(xiāo)售額將達(dá)到5270億美元，2022年則可能達(dá)到5730億美元。

▲全球半導(dǎo)體市場(chǎng)變化

受疫情影響，各種終端對(duì)芯片的需求也發(fā)生了較大變化。根據(jù)SIA的數(shù)據(jù)，2020年半導(dǎo)體銷(xiāo)售額漲幅最高的終端產(chǎn)品是電腦，其銷(xiāo)售額上漲了21.2%，市場(chǎng)價(jià)值達(dá)1422億美元。

2020年下降最多的則是政府終端，該業(yè)務(wù)的半導(dǎo)體銷(xiāo)售額降低了11.8%，僅為46億美元。備受關(guān)注的汽車(chē)行業(yè)則波動(dòng)較大，最終減少了0.3%。

▲2020年半導(dǎo)體在各終端市場(chǎng)價(jià)值

整體看來(lái)，2020年全球半導(dǎo)體需求最高的是電腦，該終端占據(jù)了32.3%的全球半導(dǎo)體份額；智能手機(jī)等通信終端緊隨其后，占據(jù)了31.2%的份額。消費(fèi)電子、工業(yè)、汽車(chē)3大終端分別占據(jù)12%、12%和11.4%的半導(dǎo)體份額。

如果以地區(qū)來(lái)看，美國(guó)半導(dǎo)體公司的銷(xiāo)售額占據(jù)了全球接近一半的市場(chǎng)份額，韓國(guó)、日本、歐洲、中國(guó)等國(guó)家和地區(qū)企業(yè)所占市場(chǎng)份額分別為20%、10%、10%和12%。

▲2020年半導(dǎo)體在各終端份額（左）以及各地區(qū)的全球市場(chǎng)份額（右）

SIA也列出了美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)的支柱和短板。具體來(lái)說(shuō)，美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)在EDA、IP核、芯片設(shè)計(jì)和半導(dǎo)體設(shè)備等環(huán)節(jié)處于領(lǐng)先地位，而在硅片等原材料、封裝、測(cè)試等環(huán)節(jié)處于落后。在芯片制造方面，美國(guó)本土缺少10nm以下的邏輯芯片制造能力，在模擬芯片和存儲(chǔ)上則處于領(lǐng)先地位。

▲按各供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)和地區(qū)劃分的半導(dǎo)體附加值和份額

值得注意的是，美國(guó)在芯片設(shè)計(jì)方面的優(yōu)勢(shì)已成為其保持行業(yè)地位的關(guān)鍵。芯片設(shè)計(jì)屬于技術(shù)密集環(huán)節(jié)，其研發(fā)占整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)的65%，附加值則占53%。

自90年代以來(lái)，采用無(wú)晶圓廠模式（Fabless）的公司不斷增多。2000年，無(wú)晶圓廠企業(yè)的銷(xiāo)售總額占整個(gè)半導(dǎo)體市場(chǎng)的10%不到，2019年這一數(shù)字已接近30%。美國(guó)無(wú)晶圓廠企業(yè)銷(xiāo)售額占全球無(wú)晶圓廠的60%，也擁有全球最多的設(shè)計(jì)人才，是美國(guó)在半導(dǎo)體領(lǐng)域保持領(lǐng)先地位的關(guān)鍵。

雖然此前美國(guó)政府對(duì)半導(dǎo)體投入并不如其他政府，但美國(guó)半導(dǎo)體公司的研發(fā)支出一直在增長(zhǎng)。2000年到2020年期間，其年復(fù)合增長(zhǎng)率為7.2%。2020年美國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)用于研發(fā)的總投資額達(dá)440億美元。

▲美國(guó)半導(dǎo)體公司研發(fā)投入

就研發(fā)支出占行業(yè)銷(xiāo)售額比例來(lái)說(shuō)，美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)的研發(fā)支出占比僅次于制藥和生物技術(shù)行業(yè)，而且其研發(fā)占比高于任何國(guó)家的半導(dǎo)體行業(yè)。SIA稱(chēng)，這些對(duì)研發(fā)的高水平投入推動(dòng)了美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)的創(chuàng)新，幫助其保持了在全球市場(chǎng)中的領(lǐng)先地位，并在美國(guó)各地創(chuàng)造了就業(yè)機(jī)會(huì)。

▲美國(guó)行業(yè)研發(fā)支出排名（左）和半導(dǎo)體研發(fā)支出排名（右）

而在芯片制造上，基于先進(jìn)制程的邏輯芯片制造是美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)的短板。在存儲(chǔ)芯片領(lǐng)域，美國(guó)在DRAM和3D NAND閃存方面有著較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，美光等公司正在全面迎接EUV光刻技術(shù)的到來(lái)。此外，美國(guó)還在先進(jìn)封裝、化合物半導(dǎo)體和碳化硅等寬禁帶半導(dǎo)體制造技術(shù)上處于領(lǐng)先地位。

SIA指出，美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)對(duì)其國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)至關(guān)重要。據(jù)其統(tǒng)計(jì)，美國(guó)從事半導(dǎo)體設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試和研發(fā)的人員超過(guò)27.7萬(wàn)，能夠影響2600多萬(wàn)美國(guó)工人。報(bào)告顯示，每個(gè)半導(dǎo)體崗位都會(huì)額外制造5.7個(gè)工作崗位。2020年，美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)就創(chuàng)造了185萬(wàn)個(gè)工作崗位。除了創(chuàng)造就業(yè)，半導(dǎo)體行業(yè)對(duì)GDP的影響十分重要。2020年美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)對(duì)GDP的總影響達(dá)2464億美元，還創(chuàng)造了1608億美元的收入，覆蓋范圍包括建筑、金融、休閑、酒店等不同領(lǐng)域。在出口方面，2020年美國(guó)半導(dǎo)體總出口額達(dá)490億美元，僅排在飛機(jī)、成品油和原油之后。

▲美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)所帶動(dòng)的GDP

值得注意的是，相比2013年，美國(guó)半導(dǎo)體制造商逐漸開(kāi)始更多地將前端晶圓廠產(chǎn)能設(shè)在新加坡、中國(guó)臺(tái)灣、歐洲、日本等地區(qū)。2013年，約57%的美國(guó)半導(dǎo)體制造商晶圓產(chǎn)能位于美國(guó)；2020年，這一數(shù)字降到了43%。

▲美國(guó)半導(dǎo)體制造廠商晶圓廠產(chǎn)能地區(qū)占比

過(guò)去十年，海外芯片制造產(chǎn)出的平均增長(zhǎng)率是美國(guó)的五倍。事實(shí)上，全球3/4的芯片制造能力集中在東亞地區(qū)，中國(guó)大陸很可能在2030年占據(jù)全球最大的芯片制造份額。這也是美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)呼吁美國(guó)出臺(tái)激勵(lì)法案的重要原因之一。同時(shí)，美國(guó)政府對(duì)芯片研究投資占GDP的比重基本持平，相比其他國(guó)家有所不足，削弱了芯片制造、研究實(shí)力。為了改善這一局面、創(chuàng)造高薪崗位，美國(guó)兩黨通過(guò)了CHIPS芯片法案，但該法案仍有待美國(guó)國(guó)會(huì)撥款。

▲2019年全球邏輯芯片產(chǎn)能情況

此外，美國(guó)國(guó)會(huì)還考慮制訂名為FABS法案的芯片制造法案，該法案將包含半導(dǎo)體投資稅收抵免政策，以幫助加強(qiáng)其半導(dǎo)體生態(tài)系統(tǒng)。SIA認(rèn)為通過(guò)這些法案，美國(guó)芯片制造將會(huì)迎來(lái)復(fù)興，并確保其在人工智能、量子計(jì)算、5G/6G等基于半導(dǎo)體的關(guān)鍵技術(shù)上處于領(lǐng)先地位。最后，SIA提出了4點(diǎn)建議，分別為：1、加強(qiáng)投資美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)，包括制定投資稅收抵免政策等，以刺激創(chuàng)新；2、加強(qiáng)美國(guó)技術(shù)人才實(shí)力，改善教育體系，并吸引外國(guó)技術(shù)人才移民；3、促進(jìn)自由貿(mào)易和知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)，擴(kuò)大信息技術(shù)協(xié)定；4、加強(qiáng)和盟友合作，認(rèn)識(shí)到半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的全球?qū)傩?，塑造更有利于增長(zhǎng)、創(chuàng)新和供應(yīng)鏈彈性的監(jiān)管和法律環(huán)境。

對(duì)于全球來(lái)說(shuō)，2021年最重要的事情還是抗擊新冠肺炎病毒疫情，半導(dǎo)體行業(yè)也不例外。SIA稱(chēng)，疫情期間，半導(dǎo)體行業(yè)在五大領(lǐng)域發(fā)揮了自己的作用，對(duì)抗擊疫情作出了自己的貢獻(xiàn)。

1、芯片進(jìn)入更多醫(yī)療設(shè)備，十萬(wàn)美元降至數(shù)千美元

半導(dǎo)體是當(dāng)前許多醫(yī)療設(shè)備重要的組成部分，能夠提供如操作控制、數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)、無(wú)線連接和電源管理等功能。由于半導(dǎo)體能夠提供以前非半導(dǎo)體器件的功能，醫(yī)療設(shè)備的性能有所提升，成本則有所下降，有助于應(yīng)對(duì)疫情和改善整體醫(yī)療環(huán)境。

SIA舉了兩個(gè)具體的例子來(lái)驗(yàn)證這一說(shuō)法。第一個(gè)是便攜式超聲設(shè)備，該設(shè)備可以檢測(cè)患者肺部病變等病毒癥狀，快速識(shí)別與新冠病毒相關(guān)的急性肺炎特征，而無(wú)需等待核酸檢測(cè)。

這種設(shè)備之前采用壓電晶體作為超聲波探頭，這使得超聲波檢測(cè)設(shè)備的價(jià)格一般超過(guò)10萬(wàn)美元。通過(guò)半導(dǎo)體芯片替代壓電晶體，設(shè)備成本僅需數(shù)千美元，可以更便捷地探測(cè)、評(píng)估患者身體內(nèi)部情況。

第二個(gè)是呼吸機(jī)。在疫情期間，呼吸機(jī)用于幫助嚴(yán)重肺損傷的患者進(jìn)行輔助呼吸。呼吸機(jī)系統(tǒng)使用半導(dǎo)體傳感器和處理器來(lái)監(jiān)測(cè)生命信號(hào)。傳感器用于確定患者每次呼吸的速度、體積和氧氣量，并根據(jù)患者的需要準(zhǔn)確調(diào)節(jié)氧氣水平。處理器控制電機(jī)速度，輔助患者進(jìn)行呼吸。

2、先進(jìn)傳感器、模擬芯片實(shí)現(xiàn)密集人群測(cè)溫

對(duì)于許多重新開(kāi)放的工作場(chǎng)所和公共設(shè)施來(lái)說(shuō)，對(duì)大量人員進(jìn)行體溫檢查十分重要。當(dāng)前的熱像儀或非接觸式額頭紅外溫度計(jì)是兩種常用的方式，這些設(shè)備也依靠傳感器和模擬芯片等半導(dǎo)體將溫度等數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字讀數(shù)。

3、AI、超算加速疫苗研發(fā)

大流行迅速產(chǎn)生了大量可以用于開(kāi)放新冠病毒疫苗的數(shù)據(jù)，但是其龐大的數(shù)據(jù)量使研究人員很難快速找到所需的數(shù)據(jù)。而尖端半導(dǎo)體技術(shù)正在簡(jiǎn)化疫苗研究人員對(duì)數(shù)據(jù)的搜集過(guò)程。

美國(guó)的一家半導(dǎo)體公司工程師開(kāi)發(fā)了一個(gè)名為Deep Search的平臺(tái)，該平臺(tái)使用自然語(yǔ)言處理來(lái)標(biāo)記研究論文，以便研究人員通過(guò)搜索引擎可以更快地發(fā)現(xiàn)所需論文。在疫情初期，產(chǎn)業(yè)界、學(xué)術(shù)界、國(guó)際政府機(jī)構(gòu)等組成了COVID-19高性能計(jì)算聯(lián)盟（The COVID-19 High Performance Computing Consortium），該聯(lián)盟成員擁有超算平臺(tái)和AI部署能力，在疫情初期幫助大學(xué)、公司和醫(yī)院將疫苗建模和模擬潛在治療時(shí)間從幾周縮短到了幾分鐘，大大節(jié)省了疫苗的開(kāi)發(fā)時(shí)間。

▲COVID-19高性能計(jì)算聯(lián)盟官網(wǎng)頁(yè)面

4、遠(yuǎn)程辦公、網(wǎng)課基礎(chǔ)設(shè)施

在疫情期間，半導(dǎo)體是公司遠(yuǎn)程辦公和學(xué)校網(wǎng)課通訊的基礎(chǔ)設(shè)施。隨著疫情發(fā)展，遠(yuǎn)程辦公、教育的趨勢(shì)還在持續(xù)，頂級(jí)企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)使用率已增長(zhǎng)了30%-50%，就連物流和交付都很大程度上依賴(lài)于基于芯片的通信服務(wù)。封城時(shí)，商店物品、雜貨和餐廳食品的運(yùn)輸十分普遍。雜貨配送公司利用智能手機(jī)App來(lái)連接購(gòu)物者和顧客，這些基于半導(dǎo)體的服務(wù)使取貨和送貨都變得簡(jiǎn)便、安全。

5、新型傳感器助力弱勢(shì)群體抗疫

半導(dǎo)體技術(shù)更是加強(qiáng)了對(duì)老年人、糖尿病患者和聽(tīng)力障礙者等弱勢(shì)群體的保護(hù)。疫情爆發(fā)后，實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)能夠幫助醫(yī)生對(duì)這些人群提供遠(yuǎn)程醫(yī)療幫助和指導(dǎo)。由于新型半導(dǎo)體傳感器的出現(xiàn)，可穿戴設(shè)備可以提供對(duì)血糖等健康指標(biāo)的監(jiān)測(cè)服務(wù)。

此外，半導(dǎo)體還改善了聽(tīng)力障礙者的處境。當(dāng)疫情來(lái)臨時(shí)，許多感染新冠病毒的人患有聽(tīng)力損失問(wèn)題，所以幾家聽(tīng)力護(hù)理公司推出了允許患者遠(yuǎn)程護(hù)理的醫(yī)療平臺(tái)。在部分地區(qū)，遠(yuǎn)程醫(yī)療平臺(tái)的用戶增加了700%以上。

雖然美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)在芯片制造份額上有所下滑，但是高通、蘋(píng)果、英特爾、IBM等國(guó)際巨頭不僅手握大量市場(chǎng)份額，更是在專(zhuān)利、研發(fā)投入上處于領(lǐng)先地位。全球缺芯的當(dāng)下，中國(guó)半導(dǎo)體玩家固然獲得了擴(kuò)大市場(chǎng)份額、實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代的機(jī)會(huì)，但也讓美國(guó)政府和行業(yè)意識(shí)到了制造環(huán)節(jié)的重要性，開(kāi)始推進(jìn)芯片制造領(lǐng)域的投資和立法。未來(lái)，中、美雙方在半導(dǎo)體領(lǐng)域的博弈與合作，將成為影響行業(yè)發(fā)展走向的重要因素。