（以下第一部分：積體電路設計）

四、關於積體電路製造

（一）花旗集團對IC製造業的基本預估

半導體產品幾乎驅動著每個經濟領域，包括能源、醫療保健、農業、消費性電子、製造和運輸。 2019年全球半導體最終用途需求為：手機（26%）、資訊通訊基礎設施（包括資料中心、通訊網路）（24%）； 電腦（19%）、工業（12%）、汽車（10%）和消費性電子產品（10%）。

在這些多樣化的應用中，約 9% 直接支援國家安全和關鍵基礎設施應用。 這些關鍵的半導體產品最終用途包括航空航太、電信網路、能源和公用事業、醫療保健和金融服務。 而其他政府用途僅佔全球半導體消費量的 1% 多一點。

美國在全球半導體產量中所佔的份額已從 37 年的 1990% 下降到如今的 12%，如果美國沒有全面的策略來支持該產業，預計這一比例還會進一步下降。

美國製造能力不足：美國製造能力幾十年來一直在下降。本世紀前十年對美國製造業來說尤其具有破壞性，2000 年至 2010 年間，三分之一的製造業工作流失。下降的部分原因是來自低工資國家的競爭。經濟學家估計，約25%的失業可歸因於中國的崛起​​，尤其是在中國加入世界貿易組織之後。但與其他經濟體相比，美國的國內生產力成長也陷入停滯，例如，在大多數產業平均落後於德國。如今，美國的小型企業的生產力通常低於大型製造商。人們普遍認為人工智慧和機器人技術即將到來，但與此相反，美國中小型企業製造商對新的生產力增強技術的投資不足。製造能力的喪失導致創新能力的喪失。製造能力是產品創新的基礎。創新能力一旦喪失，就很難重建。近幾十年來，當積體電路產能轉移到海外時，研發和更廣泛的工業供應鏈往往也會隨之轉移。

(2) 半導體產品供應鏈

從設計到封裝，再到整合到客戶最終購買的電子產品中，產業鏈極其複雜且地理分散。典型的半導體生產流程涉及多個國家，由於企業在特定環節的專業化，產品可能跨越國際邊界70次。整個流程長達100天，其中12天在供應鏈各環節之間傳遞。以下是供應鏈的簡單表示。

半導體產品的小尺寸和輕重量是實現如此複雜的跨地域供應鏈的重要因素。半導體產品的運輸成本與其價值相比較低。然而，這也意味著運輸路線的中斷可能會為供應鏈帶來風險。根據階段和行駛距離以及產品的性質，鏈條中需要使用各種形式的運輸（例如空運、海運、卡車）。在某些情況下，運輸還需要專門處理，例如處理製造中使用的危險和高純度氣體和化學品，或保護敏感電子設備免受損壞。

半導體製造：產業結構

加工晶圓和製造積體電路的工廠有兩種基本的商業模式。第一個是垂直整合的半導體公司或IDM企業。他們在內部執行半導體產品設計和製造過程的所有步驟，從設計到最終測試。 IDM公司約佔全球半導體產能的三分之二。雖然美國領先的IDM公司英特爾主要生產邏輯元件，但其他大多數IDM公司主要生產DRAM、分立元件和類比積體電路等儲存晶片。除了英特爾之外，美國也是多家全球領先的IDM公司的所在地，包括Analog Devices、Maxim Integrated Products、MicrochipTechnology、美光半導體和德州儀器。值得注意的是，雖然這些公司總部位於美國，但他們的最終產品製造卻在世界各地的工廠進行。例如，除了美國之外，英特爾在以色列、愛爾蘭和中國也設有晶圓加工廠。總部位於韓國的三星和其他外國（非美國）公司除了海外（非美國）工廠外，在美國也設有晶片工廠。 SIA報告顯示，美國半導體公司44%的產能位於美國。整體來看，51年美國IDM企業佔全球IDM廠商總營業收入的2020%。

還有其他較多的美國半導體產品龍頭企業（例如AMD、英偉達、博通、高通和賽靈）採用的是「無晶圓廠半導體公司」的商業模式，這些公司將設計資料提供給專門從事半導體代工製造的獨立公司，由代工企業轉入晶片產品製造加工。這些第三方代工廠被歸類為“純半導體代工廠”，因為他們不設計或銷售任何自己的晶片產品，而是充當無晶圓廠半導體公司的合約製造商（這些代工廠有時會提供額外的產能或以其他方式為IDM 生產某些晶片供應商）。一些IDM公司，特別是三星，也為無晶圓廠半導體公司提供加工服務。

隨著技術的進步以及建造和維護最先進的半導體製造設施的成本飆升，無晶圓廠企業+代工廠的商業模式變得越來越普遍。晶片製造技術的持續進步需要全新且日益昂貴的製造設備。最先進的晶圓廠（5 奈米製程節點）成本至少為 12 億美元。一台極紫外線 (EUV) 微影機需要在 5 nm 或以下製程條件下使用，通常在 7 nm 條件下使用，其成本可能高達 150 億美元。除了光刻機之外，晶圓廠還需要許多其他類型的設備。據估計，採用 3nm 節點的下一代晶圓廠所需投資可能超過 20 億美元。此外，新晶圓廠建立後，營運成本將非常高，需要持續且昂貴的資本投入；還必須保持製程設計人員所需的尖端技術，以保持在最先進的生產節點上運作。純代工廠受益於規模經濟，使它們能夠以高而高效的產能利用率吸收和消化半導體工廠的巨額成本。據 SIA 稱，純代工廠約佔全球晶片產能的三分之一。其中，邏輯晶片產量佔近80%。台積電（TSMC）是全球第一家純晶圓代工廠，成立於 1987 年，如今在代工市場佔據主導地位。

代工市場由台灣企業主導，光是台積電就佔了53%的市場。整體而言，台灣代工企業佔全球代工市場的63%。韓國佔18%，中國佔6%。 GlobalFoundries 是一家總部位於美國、阿布達比擁有的代工廠，擁有 7% 的份額，佔代工市場剩餘 13% 的一半以上。

如上所述，雖然美國在IDM企業生產的晶片方面擁有較大的市場份額，但僅佔全球代工收入的10%左右。亞洲代工廠約佔總數的80%。光是台灣就佔全球合約製造的 63%。這意味著，雖然美國是半導體設計領域的領導者，但其國內無晶圓廠公司嚴重依賴外國合約製造商（主要在亞洲）來製造產品。雖然這種代理業務模式適合大量商業應用的積體電路產品，但許多相關應用都是小批量的，這使得應用的先進半導體製造技術的採用具有不確定性和挑戰性。

對美國來說，絕大多數半導體製造（IDM 和代工模式）都是在國外完成的：台灣、韓國、日本、中國和美國。全球約 12% 的半導體產能位於美國，低於 37 世紀 1990 年代的 2019%。 20年，台灣約佔全球裝置容量的19%，其次是韓國，佔17%。日本佔16%，中國佔9%，歐洲佔6%。其餘XNUMX%的產能位於新加坡、以色列和世界其他地區。

在美國 40 個主要半導體製造工廠中，有一半 (20) 使用 300 毫米（12 吋）晶圓；其他生產使用 200 毫米（8 英吋）或更小的晶圓。 2009年至2018年間，全球有超過100家150-200mm晶圓製造廠關閉，其中70%位於美國和日本。根據 IC Insights 的數據，多達 68 家晶圓製造廠已有數十年歷史，超出了其合理壽命。關閉的晶圓廠部分被更具成本效益或升級的新設施所取代；還有一些晶圓廠營運成本太高，企業開始轉向輕型晶圓廠或無晶圓廠商業模式

在國內，有六家公司在八個州經營 20 毫米晶圓廠，詳情如下表所示。除了 Skorpios 之外，另外五家公司也在美國境外經營晶圓工廠。

如上所述，英特爾在以色列、愛爾蘭和中國擁有半導體製造業務。除了在美國的工廠外，美光在新加坡、日本和台灣也有工廠。德州儀器 (TI) 在中國、馬來西亞、台灣和菲律賓以及德克薩斯州都有晶圓生產。 GlobalFoundries 是美國領先的純晶圓代工廠，由阿布達比酋長國透過主權財富基金 Mubadala 擁有，並在德國和新加坡擁有晶圓製造工廠。 2019年，該公司取消了在中國成都開設晶圓廠的計畫。

雖然美國晶片製造能力相對穩定，但美國以外的產能和產量正在成長，尤其是在亞洲。因此，SIA 預測，到 10 年，美國的半導體產能份額將下降至 2030%，而亞洲的份額將增長至 83%。 2019年，全球新增的XNUMX家半導體製造工廠均不在美國，而有XNUMX家在中國。

如本報告「設計」部分所討論的，涵蓋了三種主要類型的晶片：記憶體、邏輯或數位晶片以及類比晶片。如下圖所示，世界不同地區專注於不同領域。例如，只有 5% 的記憶體晶片是在美國生產的，而韓國和中國大陸的比例分別為 44% 和 14%。記憶中，中國重點關注長江儲存的快速擴張，為該公司提供了 24 億美元的補貼（僅針對其武漢工廠）。其擴張和低價產品對美國記憶體晶片製造商MICron和西部數據構成直接威脅。

在邏輯或數位晶片（如電腦和手機微處理器）方面，美國不生產任何先進製程節點（10奈米以下），而台灣則有92%。在其他邏輯鎖定技術上，美國非常領先：最先進（43-10奈米）邏輯晶片佔22%，上一代（6奈米及AB）佔9%至28%ove) 邏輯晶片在美國生產； 台灣生產了 47% 的此類邏輯晶片，而中國大陸生產了大約 19% 至 23% 的邏輯晶片。 最後，對於模擬/分立元件部分，19%在美國生產，17%在中國生產，約27%在韓國生產。

（四）積體電路製造審查

美國缺乏最先進技術水準的生產能力：

美國缺乏最先進半導體製程節點（目前為5奈米）的半導體生產能力，目前只有台積電（台灣）和三星（韓國）運作。 美國最先進的FAB是英特爾營運的10奈米製程線，預計要到7年才會全面進入2023奈米生產，並於2021年7月宣布將採用台積電的「增強型」XNUMX奈米或下面是其最新邏輯電路產品的生產線。 因此，美國無晶圓廠晶片公司現在幾乎完全依賴亞洲生產商，尤其是台積電，來生產最先進的晶片（7奈米或更小）。 除了地理集中生產造成的供應鏈風險之外，缺乏最先進的國內技術能力也引發了國家安全擔憂，因為某些應用需要安全存取最先進的製程技術以確保技術優勢。

晶片產品銷售收入取決於中國：

由於中國在電子產品生產中佔據主導地位，美國晶片製造商也嚴重依賴對中國的銷售。 中國是最大的半導體市場，其中大部分半導體在組裝成終端電子產品（包括消費性電子產品和家用電器）時進行再出口。 例如，根據《經濟學人》57年的數據，手機晶片供應商高通三分之二的收入來自中國，而記憶體製造商美光則有2018%的收入來自中國。 英特爾2020年報告稱，中國市場佔其營收的26%。 對中國銷售的嚴重依賴為中國政府提供了經濟槓桿和對美國報復的潛力。

中國引領半導體產業的願望：

中國在全球半導體產業中所佔份額相對較小，其企業主要生產低階晶片。 中芯國際是中國最先進的純代工廠，只能生產14奈米節點，產能有限。 然而，中國正在國家主導下大力發展本土垂直整合IDM產業，目標是到2030年使該產業成為所有領域的領導者。 16年，中國在半導體晶圓產能的份額為2019%，但預計到28年將成長至2030%。 中國政府正在為其半導體產業提供100億美元的補貼，其中包括開發60個新的製造工廠。 正如供應鏈「設計」部分所討論的，中國積極補貼自己的記憶體晶片製造商，以打破對全球三大儲存公司三星（韓國）、SK海力士（韓國）和美光（美國）的依賴。 美國儲存公司美光科技是長江儲存的直接競爭對手，很可能是第一家看到其未來競爭力和創新受到中國對其競爭對手的補貼威脅的美國公司。

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