芯片实验室赵工 半导体工程师 2022-02-12 08:16

美国智库CSET【1】《维持美国在半导体制造范畴的竞争力-芯片法案鼓舞优先事项》讲演重要内容简述

为了重振美国本土半导体制造业，2021年国会经过了《美国芯片法案》(CHIPS for America Act)，该法案受权美国商务部管理约390亿美圆联邦拨款（以下称为鼓舞款项），用来资助树立新的半导体制造设备【2】，以鼓舞芯片制造商进步在美消费才干。许多美国和非美芯片制造商都希望能从鼓舞款项中分得一杯羹。如何分配鼓舞款项是《美国芯片法案》能否辅佐美国稳定在先进半导体制造范畴指导位置的关键。

2022年1月，美国智库CSET发布了《维持美国在半导体制造范畴的竞争力-芯片法案鼓舞优先事项》的讲演，该讲演评价了当前美国在半导体制造才干方面存在的突出风险，并从国度保险角度最迫切需求回流的芯片制造才干、现有鼓舞款项下树立多大的产能、如何分配鼓舞款项三个方面，给出了有效运用370亿美圆鼓舞款项【3】的政策倡议。

一、美国半导体制造才干风险评价结果

（一）逻辑芯片【4】过度依赖中国大陆和中国台湾，将要挟美国经济和国度保险。

一是，美国在逻辑芯片上的消费每年达数百亿美圆，这其中约25%的逻辑芯片消费是用在人工智能、数据中心、军事以及汽车 (包含军用车辆)等敏感范畴。二是，美国境内5nm逻辑芯片（以下称先进逻辑芯片）产能为零，而16nm节点以上的传统逻辑芯片（以下称传统逻辑芯片）产能仅占全球的8%。三是，先进逻辑芯片制造才干约85%位于中国台湾，全球传统的逻辑芯片制造才干约65%位于中国大陆和中国台湾。中国台湾地域在未来十年面临地震、海啸等自然灾害和政治紊乱的严重风险，可能会招致逻辑芯片供给中缀的发作。

（二）动态随机存取存储器(DRAM)过于依赖韩国，也存在一定风险。

一是，DRAM芯片对美国经济至关重要，但美国境内DRAM芯片消费才干十分有限。全球DRAM芯片的需求基本由美光、三星和SK海力士三家公司满足，美光公司目前在美国本土没有抢先的DRAM芯片消费才干。二是，全球DRAM芯片的产能50%集中在韩国，其他约43%位于中国大陆和中国台湾。由于韩国紧邻朝鲜，DRAM芯片制造面临供给中缀的风险处于中度。

（三）闪存、模仿、光电子、传感器和离散器件等其他类型的半导体器件供给面临严重中缀的风险较低。

一方面是由于这些器件的消费没有集中在韩国、中国大陆和中国台湾;另一方面，即便是在供给中缀的状况下，大多数也能够找到替代。

二、关于运用370亿美圆鼓舞款项的政策倡议

为确保美国政府将鼓舞款项用于资助对美国经济和国度保险最重要的芯片制造业回流本土，改动全球半导体制造业的格局，该讲演提议芯片鼓舞的优先级次第为：先进逻辑芯片(最高优先级)、DRAM芯片(第二优先级)、传统逻辑芯片(第三优先级)。细致政策倡议如下：

（一）美国应重建先进逻辑芯片制造才干，以期到2027年左右满足本土需求。

基于先进逻辑芯片具有重要的战略意义以及中国台湾地域发作骚动招致供给链中缀风险较高两方面的思索，先进逻辑芯片应取得最高的资助款项。一是倡议230亿美圆(约占芯片鼓舞款项的62%)的芯片鼓舞款项用以提升先进逻辑芯片制造才干。这些鼓舞款项足以支撑到2027年左右美国先进逻辑芯片制造才干满足境内的消费需求，并将鼓舞英特尔、三星和台积电在美国的长期稳定存在。二是倡议先进逻辑芯片鼓舞款项在英特尔、三星和台积电三家企业之间依照1：1：2的准绳中止分配。美国对先进逻辑芯片的需求主要来自英特尔、三星和台积电三家芯片制造商【5】。若230亿美圆用于提升先进逻辑制造才干，能够确保在美国新建4个先进逻辑芯片晶圆厂。由于上述三家企业的芯片制造才干不可互换，230亿美圆的款项应按美国对英特尔、三星和台积电消费的芯片的需求中止分配【6】，细致分配比例见附录表2，相当于支持英特尔和三星各新建1家晶圆厂、台积电新建两家晶圆厂【7】

（二）美国应在本土新建一家先进的大型DRAM芯片工厂。

一是倡议50-100亿美圆的芯片鼓舞款项用于提升美国境内DRAM制造才干。DRAM经济范围高，成本效益最低的DRAM晶圆厂的月产能是10万片，相当于目前全球DRAM产能的6%左右。当全球DRAM芯片呈现严重短缺时，月产能10万片即可满足美国DRAM最敏感的应用范畴需求，新建一家月产能10万片的DRAM晶圆厂将需求50-100亿美圆的资金。二是倡议DRAM鼓舞款项给予美光公司。全球DRAM的需求基本由美光、三星和SK海力士三家公司满足，这三家消费商的产品在很大水平上是可替代的。思索到DRAM投资具有大范围性和长期性的特性，DRAM的鼓舞款项应给予在美国具有长期生存才干和对美忠实的公司。作为总部位于美国的唯逐一家存储芯片制造商，美光将是很好的对象。

（三）美国应与盟友谐和，用来重塑传统逻辑芯片制造才干。

一是瞄准传统逻辑芯片境内产能缺口，用剩余的40 - 90亿美圆鼓舞款项建造2 - 5家传统逻辑芯片厂。固然这不会完整满足美国对传统逻辑芯片的需求，但能够掩盖敏感应用范畴的需求。二是分离盟友（特别是德国、日本和韩国）投资传统逻辑芯片制造，以减少全球对中国大陆和中国台湾的依赖。德国、日本、韩国、新加坡等都具备传统逻辑芯片制造才干，分离这些国度投资传统逻辑芯片制造，美国可将更多的鼓舞款项用于提升先进逻辑芯片制造才干。

（四）美国应分离东亚盟国参与评价和谐和关于半导体制造的鼓舞措施。

一是，进一步研讨和了解日本和韩国为其芯片制造商提供的鼓舞措施的水平。二是，与盟友（特别是中国台湾和韩国）协商调整鼓舞措施，以鼓舞供给链的弹性和多样性。

附录：

表1. 不同类型半导体器件回流的相对需求

注：（1）橘色：表示未来更容易发作供给短缺；

（2）*：数据 25%是先进和传统逻辑芯片加起来的统计结果，当前 Gartner的数据尚无法分辨不同节点芯片的销售状况。

表2. 美国对先进逻辑芯片需求的预算

注：以2021年年出货量为规范中止计算

注脚

【1】 CSET简介：CSET是美国乔治敦大学(Georgetown University)沃尔什外交学院 (Walsh School of Foreign Service)下属智库保险与新兴技术中心(Center for Security and Emerging Technology, 简称CSET)，乔治城大学具有“政客乐园”的称誉，乔治城大学沃尔什外交学院与哈佛大学肯尼迪政治学院、约翰·霍普金斯大学保罗·尼采高级国际研讨学院、哥伦比亚大学国际与公同事务学院齐名，为美国及世界各国政府机构输送了大量出色的指导人。

【2】包含曾经在建的和计划新建的芯片制造厂

【3】390亿美圆联邦拨款中有20亿美圆是为成熟技术节点预留的，该部分刺激款项的运用不在该讲演研讨范围。

【4】包含16纳米（nm）节点以上的传统逻辑芯片和5nm节点的先进逻辑芯片。

【5】英特尔主要专注PC机和效劳器芯片，三星主要专注于平板电脑和智能手机芯片，台积电可提供简直一切先逻辑芯片的代工。

【6】CSET估量，美国先进逻辑芯片的消费英特尔占25%，三星占20%，台积电占55%。

【7】目前，英特尔、三星和台积电都曾经有了在美国新建先进逻辑芯片厂的计划，若这些计划不依赖于芯片法案的鼓舞款项，俭省下来的资金可用于投资于未来几代的先进逻辑芯片。在这种状况下，未来的鼓舞款项仍应遵照相似1:1:2的比例散布在英特尔、三星和台积电的晶圆厂。

来源： 集成电路产业研讨

作者：孟祥翠、冯锡平

半导体工程师

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