13張圖看懂美國半導體

美國半導體行業市場份額，半導體是在美國發明的，美國的產業仍然是全球市場的領導者。儘管幾十年來美國在半導體行業的地位多次受到挑戰，但由於其驚人的韌性和更為領先的能力，它始終佔據上風。不過，這並不意味着美國在未來不會受到挑戰。半導體的重要性之高，讓大多數訊息時代國家在這個關鍵行業的（至少）某些方面努力保持競爭力，而一些雄心勃勃的國家正在試圖趕超美國。

美國半導體產業佔據全球近一半市場份額，並呈現穩定的年增長

自20世紀90年代末以來，美國半導體行業以每年近50%的全球市場份額成為全球銷售市場份額的領導者。此外，美國半導體公司在研發、設計和製造工藝技術方面也保持着領先地位。

全球銷售市場份額的領先地位也使美國半導體行業受益於創新的良性循環；銷售領導力使美國半導體產業能夠在研發方面投入更多資金，這反過來又有助於確保美國的銷售領導力。只要美國半導體行業保持全球市場份額的領先地位，它將繼續受益於這種創新的良性循環。

2020全球市場份額

創新的良性循環

就商業模式和子產品而言，美國半導體公司在市場上處於領先地位，但就某些商業模式細分市場而言，美國半導體行業落後於亞洲的競爭對手。

從廣義上講，美國半導體行業在研發最密集的領域保持着市場份額領先地位：EDA、核心IP、晶片設計以及製造設備。資本密集度更高的原材料和製造業，包括晶圓的製造和組裝、測試以及封裝，則主要集中在亞洲。亞洲擁有全球75%的半導體生產能力，包括所有小於10納米的前沿產能。這種不平衡使得美國需要考慮戰略激勵以支持更多的國內製造業。

同樣，在子產品的領導方面，美國在邏輯和分立、模擬以及光半導體領域處於領先地位。然而，在存儲器方面，其他國家則處於領先地位。

2019年按活動和地區劃分的半導體行業增長值（%）

美國的技術競爭力

美國半導體行業在半導體研發和晶片設計方面處於全球領先地位。對於美國公司來說，無論是無晶圓廠半導體公司還是集成設備製造商（IDM），它們在全球半導體銷售額中的份額合計接近50%，關鍵的成功因素是獲得高技能工程人才和蓬勃發展的創新生態系統，特別是來自領先大學的創新生態系統。美國半導體產業在研發密集型活動方面處於領先地位，而亞洲在製造工藝技術方面處於領先地位，這主要歸因於政府的激勵措施。而當涉及到低於10納米的前沿工藝時，美國並非如此。事實上，美國在28納米及以上的方面也遠遠落後。

美國是半導體設計方面的領導者

在製造半導體之前，必須先對其進行設計。半導體是在設計方面高度複雜的產品。參與半導體設計的公司開發納米級集成電路，來執行使電子設備工作的關鍵任務，如網絡連接、計算、存儲和電源管理。晶片設計者必須使用高度先進的電子設計自動化軟件（EDA）和可重用的體系結構構建塊（即IP）來完成這項任務。

設計主要是知識和技能密集型活動，佔整個行業研發的65%和增長值的53%。到目前為止，在半導體制造的任何階段中，這些都代表着研發和附加值的最高份額。專注於半導體設計的公司通常會將其年銷售額的12-20% 重新投入研發。現代複雜晶片的開發，比如為當今智能手機供電的「片上系統」（SoC）處理器，需要數百名工程師多年的工作，有時還會用到外部IP和設計支持服務。隨着晶片變得越來越複雜，開發成本也迅速上升。

雖然IDM和無晶圓廠半導體公司都設計半導體，但無晶圓廠半導體公司選擇專注於設計並外包製造、組裝、封裝和測試。無晶圓廠半導體公司通常將製造外包給純代工廠以及組裝和測試（OSAT）公司。自20世紀90年代以來，無晶圓廠模式隨着半導體需求的增長而增長，因為創新的步伐使得許多公司越來越難以兼顧製造的資本密集和設計的高水平研發支出。技術難度和前期投資隨着向小型製造節點的遷移而激增，無晶圓廠企業佔半導體總銷售額的比例從2000年的不到10%上升到2019年的近30%。

美國半的晶片設計是半導體行業的領導者。美國無晶圓廠公司約佔全球無晶圓廠公司銷售額的60%，一些自行設計的大型IDM也是美國公司。此外，美國在全球設計勞動力中所佔份額最大，這突出了美國晶片設計行業和學術生態系統的實力。鑑於半導體設計在製造過程增值方面的重要性，美國半導體行業在這一生產階段擁有並保持領先地位至關重要。

美國半導體行業研發支出一直居高不下，反映出美國市場份額領先與持續創新之間的內在聯繫。

從2000年到2020年，美國半導體行業研發支出以大約7.2%的複合年增長率增長。無論年銷售周期如何，美國半導體公司的研發支出往往居高不下，這反映了研發投資對半導體生產的重要性。2020年，美國半導體行業研發投資總額為440億美元。

研發支出（億美元）

半導體有助於解決氣候變化挑戰

半導體技術的創新應用有可能對解決全球氣候變化做出重大貢獻。利用半導體技術在整個經濟中應用訊息和通信技術（ICT），可以顯著提高能源效率和清潔能源的生產。此外，隨着我們經濟的全面數字化，半導體的數量繼續增長，半導體技術為推動幾乎所有經濟部門（從運輸和製造到建築、能源和農業）的排放大幅減少提供了機會。據世界經濟論壇（World Economic Forum）稱，數字技術等半導體技術可以將温室氣體排放量減少15%——幾乎是2030年所需50%減排量的三分之一。

半導體是ICT行業的支柱：比如電子、計算硬件、電信以及傳感器和恆温器等連接設備。2019年，在半導體晶片（即物聯網）上運行的互聯設備數量為226億，預計到2025年將增長至750億。半導體也是3D打印、機器學習和人工智能（AI）等創新的基礎，這些創新反過來增強了醫療保健，降低了建築成本，加強了食品供應，推動了科學進步。

美國半導體行業的研發指出佔銷售額的百分比是美國所有行業中最高水平之一

就研發支出佔銷售額的百分比而言，美國半導體行業僅次於美國製藥和生物技術行業。雖然全球競爭對手正在增加研發投資，來與美國半導體行業競爭，但美國公司在研發上的支出佔銷售額的百分比高於任何其他國家的半導體行業。這些高水平的研發再投資推動了美國半導體行業的創新，進而有助於保持其全球銷售市場份額的領先地位，並在美國創造就業機會。

美國各行業研發支出佔銷售額的百分比

按國家劃分的半導體研發支出佔銷售額的百分比

雖然美國在研發密集型活動中處於領先地位，但在製造技術方面卻較為落後

政府政策在亞洲尖端製造技術的強勁增長中發揮了重要作用。與此同時，美國在製造技術方面落後於亞洲，尤其是在邏輯方面。事實上，根據SIA/BCG最近的一份報告，目前美國還沒有10納米以下的尖端製造技術，這一切都是在亞洲完成的，那裏已經實現了5納米加工技術，3納米技術即將問世。在內存製造技術方面，美國已經恢復了在DRAM和3D-NAND方面的競爭力，美國公司也完全接受EUV。美國公司在使用3D異構集成的先進封裝技術方面也處於領先地位。最後，美國半導體行業在許多新興製造技術方面處於領先地位，如化合物半導體制造技術和碳化硅（SiC）。

2019年全球邏輯處理技術地區細分（%）

美國國內勞動力和製造業

擁有具有競爭力的國內勞動力和製造能力對於美國在半導體領域的領先地位至關重要。此外，強大的國內半導體產業對美國經濟同樣至關重要。半導體行業在美國有相當大的經濟影響。該行業有近27.7萬人，在美國49個州從事半導體設計、製造、測試和研發工作。有300多個下游經濟部門（有約2600多萬美國工人）是半導體的消費者，半導體為其行業提供了支持。

半導體行業對美國勞動力的積極影響。

除了為美國經濟中幾乎每一個行業提供投入外，美國半導體行業對美國經濟至關重要的方面還表現在刺激就業和向工人支付收入。2020年，美國半導體行業總共提供了185萬個就業崗位。該行業在研發、設計和製造活動等方面直接僱用了277000多名從業者。此外，對於每個直接受僱於半導體行業的美國工人而言，在更廣泛的美國經濟中，無論是在半導體行業的供應鏈中還是通過公司本身僱傭的員工的工資支出，都可以增加5.7個工作崗位。

除了創造就業機會外，美國半導體行業對GDP和收入也有重大影響。2020年，美國半導體行業對GDP的貢獻為2464億美元。就收入影響而言，該行業在2020年為美國創造了1608億美元的收入，同時，也對其他行業產生了積極影響。例如，在該行業創造的185萬個直接和間接就業崗位中，許多都是在建築、金融活動、休閒和酒店等不同行業創造的。

美國半導體行業在美國創造了25多萬個直接就業崗位，以及近160萬個額外的間接就業崗位

美國半導體行業總增加值（GVA）對GDP的貢獻

美國半導體制造業分佈

半導體是美國最大的出口產品之一

2020年，美國半導體出口總額為490億美元，在美國出口中排名第四，僅次於飛機、成品油和原油。這一持續高水平的原因是今天售出的半導體中有80%以上是在美國市場以外銷售的。

2020年美國最大出口額

美國半導體制造商在美國的製造基地比其他任何國家都多，儘管這一比例在過去8年中穩步下降

2020年，美國半導體制造商約43%的前端晶圓產能位於美國。這一比例從2013年的57%穩步下降。總部位於美國的前端半導體晶圓廠的其他產能領先地區包括新加坡、台灣、歐洲和日本。值得注意的是，與其他主要地區相比，中國大陸在前端製造方面吸引的美國投資則少得多。

過去十年，海外晶片製造業產出的平均增長速度是美國的五倍。這主要是由於各國為吸引半導體制造業而實施的強有力的激勵計劃。為了保持競爭力，美國必須實施類似的激勵措施。

按區域劃分的美國半導體制造商晶圓產能百分比

美國半導體創新政策前景

美國聯邦政府是制定政策促進美國半導體產業強大和創新的關鍵合作伙伴

在過去的一年裏，華盛頓的領導人已經採取措施確保美國在晶片技術方面繼續保持領先地位。被稱為《美國晶片法案》的兩黨立法於2020年出台，並於2021年初在《國防授權法案》（NDAA）中頒佈，該法案授權對國內晶片製造和研究計劃進行投資。至關重要的是，這些規定必須有充足的資金。

美國在全球晶片製造業中的份額急劇下降，再加上聯邦政府在半導體研發方面的投資不足，削弱了美國生產支持經濟復甦所需的先進晶片、為美國軍事和關鍵基礎設施提供動力、創造新的高薪工作崗位的長期能力、降低清潔能源技術的成本、推動未來必勝技術的創新。為了使美國在未來取得成功，必須在半導體方面領先。

通過採取大膽行動應對這些決定性挑戰，國會和政府可以迎來美國晶片製造業的歷史性復甦，加強美國最關鍵的產業，並幫助確保美國在關鍵的晶片技術方面處於領先地位：人工智能、量子計算、5G/6G通信，還有無數其他的領域。這種復甦將決定美國未來幾十年的實力。

為了確保美國在全球半導體行業繼續保持領先地位，美國必須採取措施來提升競爭力和鼓勵創新

1.投資美國半導體領導地位：

根據《美國晶片法案》中的半導體制造、研究和設計條款，為相關產業提供資金。制定一項涵蓋製造業和設計業的投資稅收抵免，以刺激新的在岸先進半導體研究、設計和製造設施的建設，並促進國內晶片創新。

2.加強美國的技術勞動力：

實施一項由適當投資支持並與教育領導人和私營部門協商的國家戰略，以改善美國的教育體系，增加STEM領域畢業的美國人數量。改革美國的高技能移民制度，讓世界上最優秀、最聰明的人才能夠進入並留住他們。

3.促進自由貿易和保護知識產權：

批准消除市場壁壘、保護知識產權和實現公平競爭的自由貿易協定並使之現代化。擴大世界貿易組織最成功的自由貿易協定之一——訊息技術協定。

4.與志同道合的經濟體密切合作：

認識到半導體行業的全球性質，擴大與志同道合的盟友的合作，在監管一致性、標準和出口控制等領域打造一個更有利於增長、創新和供應鏈彈性的監管和法律環境。

通過實施這些政策，國會和政府可以採取關鍵步驟，保護美國在半導體技術方面的領導地位，贏得未來技術的全球競爭