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痛定思痛:美國計畫提升本土半導體製造能力

【李淑蓮╱北美智權報 編輯部】

※如欲轉載本文,請與北美智權報聯絡

去年第4季車用晶片嚴重缺貨引起歐美國家高度重視,美國更重新審視其半導體產業的發展現況,發現其本土半導體生產能力嚴重不足,於是在《2021 財年國防授權法》(National Defense. Authorization Act for Fiscal Year 2021)中製定了條款,授權聯邦政府對美國本土半導體製造及半導體研發投資祭出激勵措施,以及通過投資稅收抵免來支持製造業的努力。美國的顧問服務機構Boston Consulting Group (BCG)及半導體產業協會 (Semiconductor Industry Association,SIA)合作發表的一分研究報告(以下簡稱為「報告」),分析了美國政府的激勵措施會對本土半導體製造業產生什麼影響。

在數位化轉型、人工智慧和5G通信的時代,半導體行業對於經濟競爭力和國家安全至關重要。儘管在EDA、IC設計、核心IP的部分美國可以說是傲視全球,但美國的半導體製造能力已從1990年的37%下降到2020年底的12%。而且,在全球新開發的半導體產能中,只有6%位於美國。相比之下,預計在未來十年內,中國將增加約40%的產能,並成為世界上最大的半導體製造基地 (如圖1所示)。

報告表示政府政策一直是讓亞洲半導體製造業強勁成長的主要因素:這些國家將戰略重點放在半導體上,並透過優惠的補助政策、稅收抵免和其他政府激勵措施來支持其國內製造業的發展,從而使其本國經濟更具吸引力。

另一方面,無晶圓廠IC設計公司模式的興起也對半導體產業的發展造成了一定的影響。許多美國公司採用了這種商業模式,依靠國外的合作夥伴(純晶圓代工廠)來進行生產製造,讓本身可以專注於半導體晶片設計和商品化。這些外國的代工夥伴在其他國家/地區能以較低的成本和具吸引力的政府激勵措施來經營。目前純晶圓代工廠占全球半導體製造能力38%,其中只有7%位於美國。相比之下,美國的整合元件製造商 (IDM)的占比要高許多,達到14%。

圖1. 全球半導體產能各地區分佈狀況 (%) (資料來源:VLSI Research projection;SEMI second-quarter 2020 update;BCG analysis;2020 / 09 備註:所有產能均以8吋或等值晶圓計算,不包括產能低於5 KWPM或小於8吋晶圓之產能。Others包括以色列、新加坡及其他地區。)
圖1. 全球半導體產能各地區分佈狀況 (%) (資料來源:VLSI Research projection;SEMI second-quarter 2020 update;BCG analysis;2020 / 09 備註:所有產能均以8吋或等值晶圓計算,不包括產能低於5 KWPM或小於8吋晶圓之產能。Others包括以色列、新加坡及其他地區。)

對美國來說,半導體產能的市占減少不是技術的問題,事實上,在10奈米以下的先進製程,美國有28%的全球市占率。而且,美國公司在不同產品領域(邏輯、記憶體、類比)的先進製程研發也是領先全球的,包括應用於晶圓廠的軟體、設備、以及製程制控工具等等 (如圖2所示)。現在比較大的問題是許多公司都選擇在美國以外的國家或地區建廠,為什麼呢?

圖2. 美國在半導體價值鏈中製造領域市占率明顯偏低(左);其半導體業產值也普遍比別的產業低(右) (資料來源:半導體價值鏈部分:為BCG依據Gartner、SIA、SEMI數據及各公司財報的分析結果;美國不同產業產值部分:為BCG依據Oxford Economics所作的宏觀經濟分析。 備註:DAO = Discrete, analog, optoelectronics; EDA = electronic design automation tools; ICT = information and communication; OSAT = outsourced semiconductor assembly and test)
圖2. 美國在半導體價值鏈中製造領域市占率明顯偏低(左);其半導體業產值也普遍比別的產業低(右) (資料來源:半導體價值鏈部分:為BCG依據Gartner、SIA、SEMI數據及各公司財報的分析結果;美國不同產業產值部分:為BCG依據Oxford Economics所作的宏觀經濟分析。 備註:DAO = Discrete, analog, optoelectronics; EDA = electronic design automation tools; ICT = information and communication; OSAT = outsourced semiconductor assembly and test)

成本為最大考量

報告指出美國的半導體製造能力之所以日漸萎縮與成本結構很大的關係。在選擇建造前端製造設施的位置時,美國在關鍵因素上的排名很高,像是有可以獲得熟練人才的管道以及足夠的智慧財產權保護。但是,於美國建置新晶圓廠十年的總擁有成本 (Cost of Ownership) 比台灣,韓國或新加坡高約30%;如果與中國大陸比,更是高出37%至50%。也就是說,其初始投資和年度運營成本的差距落在100億美元至400億美元之間(視乎生產的產品類型)。

從圖3「選擇晶圓廠位置的關鍵因素」可見,儘管美國在三個選擇晶圓廠的位置條件上都獲得了很高的評價,但美國在晶圓廠經濟效益方面卻沒有競爭力。美國在五個最重要的因素中,有三個是名列前茅的:分別是與現有產業生態有協同作用、人才的獲取以及對智慧財產權有足夠的保護。但是,在另外兩個關鍵因素(勞動力成本和政府激勵措施)方面,美國被認為是遠遠落後於其他地區的 (如圖4所示)。

圖3. 選擇建造晶圓廠位置的關鍵因素 (資料來源:BCG針對SIA會員所作的調查,問題C2:你選擇晶圓廠位置的最主要考量因素為何?)
圖3. 選擇建造晶圓廠位置的關鍵因素 (資料來源:BCG針對SIA會員所作的調查,問題C2:你選擇晶圓廠位置的最主要考量因素為何?)

圖4. 選擇晶圓廠位置前5項關鍵指標中5大國家/地區之比較 (資料來源:BCG針對SIA會員所作的調查,問題C1:請以你選擇晶圓廠位置的關鍵因素為以下國家作出評分 (N6)。 評分標準:1-5,5 = 非常吸引、1 = 一點吸引力也沒有。)
圖4. 選擇晶圓廠位置前5項關鍵指標中5大國家/地區之比較 (資料來源:BCG針對SIA會員所作的調查,問題C1:請以你選擇晶圓廠位置的關鍵因素為以下國家作出評分 (N6)。 評分標準:1-5,5 = 非常吸引、1 = 一點吸引力也沒有。)


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