出席此項法案簽署儀式的成員包括美國存儲芯片巨頭美光科技 CEO 桑賈伊·梅洛特拉、老牌美國科技巨頭惠普CEO恩里克·洛雷斯、全球最大CPU供應(yīng)商英特爾CEO帕特·基辛格、第二大 CPU 供應(yīng)商 AMD 掌門蘇姿豐和美國航空航天制造商洛克希德·馬丁 CEO 詹姆斯·泰克萊特，以及內(nèi)閣政府官員和汽車行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)人。
根據(jù)這項法案，美國政府將在 5 年內(nèi)撥款 502 億美元，其中 2022 財年將撥款 240 億美元，2023 財年將撥款 70 億美元，2024 財年將撥款 63 億美元，2025 財年將撥款 61 億美元，2026財年將撥款 68 億美元。
值得關(guān)注的是，該法案主要的扶持對象是芯片制造商，將通過減稅等種種措施來扶持企業(yè)在美國本土建廠。然而，并不是所有芯片制造商都能得到政策扶持。這項法案惠及的大多是行業(yè)中的龍頭企業(yè)。
因此，這項舉措是利用市場篩選出最具實力的公司，讓這些行業(yè)的中堅力量獲得資源。這樣不僅省去了美國政府重新規(guī)劃一個行業(yè)的精力，也讓資金支持更加落地有聲，能夠在短期內(nèi)看到效果。
對于《芯片法案》給中國芯片制造行業(yè)帶來的深遠影響，以及國家可能出臺的一系列舉措，本文暫且不深入討論。在這里，我們只對該法案產(chǎn)生的背景和芯片制造業(yè)的歷史做相關(guān)講解。我們將從美國的芯片行業(yè)如何從頂尖地位滑落開始探討。
一、美國是如何失去自制芯片的
美國曾經(jīng)主導(dǎo)著芯片制造。1947 年，貝爾實驗室的科學(xué)家創(chuàng)造了世界上第一個晶體管，這是一種基本的電子開關(guān)，可以打開和關(guān)閉信號。
圖：貝爾實驗室的科學(xué)家發(fā)明了晶體管 | Vox.com
日本工程師 Tadashi Sasaki 當(dāng)時在新澤西研究晶體管。Sasaki 設(shè)想將晶體管加到集成電路中，為他的公司夏普生產(chǎn)袖珍計算器。
為節(jié)省電力，這需要用到 CMOS 芯片，但由于生產(chǎn)計算器用的芯片利潤太低，只有一家美國公司接下了這一單。而其他公司都在生產(chǎn)利潤豐厚的軍用芯片。
日本公司隨后掌握了這項 CMOS 技術(shù)。而當(dāng) CMOS 在節(jié)能和促進小型化方面的潛力被發(fā)現(xiàn)時，日本公司已經(jīng)處于領(lǐng)先地位。1980 年四家領(lǐng)先的半導(dǎo)體公司中有三家是美國公司，而 1990 年前四家中有三家是日本公司。
隨即，美國開始通過保護主義來掐斷日本的主宰。最終，美國和日本于 1986 年達成協(xié)議，讓日本公司通過提高價格和減少出口來將半導(dǎo)體市場的 20% 引流給美國公司。
而這一協(xié)議為韓國提供了機會。彼時，韓國正面臨來自朝鮮的入侵危險，開始大力發(fā)展經(jīng)濟以應(yīng)對這一威脅。
1980 年左右，三星發(fā)現(xiàn)美日激烈爭奪的中心 —— DRAM 芯片是一個很有前景的出口領(lǐng)域。由于政府的貸款擔(dān)保，三星可以滿足半導(dǎo)體制造的大量投資要求。
隨后在 1983 年，三星終于從美國獲得了 DRAM 技術(shù)。到 1990 年代初，三星已經(jīng)成為領(lǐng)先的 DRAM 生產(chǎn)商，并在 2021 年繼續(xù)保持領(lǐng)先。
二、日韓之后，第三顆新星
雖然韓國在制造 DRAM 等存儲芯片方面占主導(dǎo)地位，但中國臺灣在生產(chǎn)中央處理單元和圖形處理單元等邏輯芯片方面處于領(lǐng)先地位。
中國臺灣的通貨膨脹率在 1973 年和 1974 年分別上升到 22.9% 和 40.6%，并在 1974 年失去了來自日本的資金支持。面對多重危機，臺灣也采取了優(yōu)先發(fā)展經(jīng)濟的策略，許多華僑主動提出無償幫助。
例如，著名的半導(dǎo)體技術(shù)的研發(fā)實驗室 ——大衛(wèi)薩諾夫?qū)嶒炇业呢撠?zé)人潘文元主持了一個由海外華人研究人員組成的技術(shù)咨詢委員會（ TAC ）。
TAC 建議臺灣發(fā)展半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。臺灣成立工業(yè)技術(shù)研究院（ITRI）監(jiān)督其發(fā)展，并從 RCA 購買半導(dǎo)體技術(shù)。ITRI 招募了 40 名工程師，其中一些擁有美國博士學(xué)位，他們努力研究這項技術(shù)。
工研院于 1979 年從聯(lián)合微電子公司和臺積電（TSMC）于 1987 年分拆出來。臺積電不設(shè)計集成電路，而是根據(jù)客戶的規(guī)格制造這些集成電路。隨后，更多類似的公司也在臺灣地區(qū)出現(xiàn)了。而如今，臺積電已經(jīng)成為世界第三大半導(dǎo)體公司。
亞洲經(jīng)濟體還有另一個優(yōu)勢。半導(dǎo)體行業(yè)需要對研發(fā)和資本形成進行大量持續(xù)投資。東亞經(jīng)濟體擁有高私人儲蓄率和嚴格的財政政策。高國民儲蓄促進了投資，使芯片制造商保持競爭力。
三、建立芯片工廠難在哪里？
制造芯片，需要使用碳化硅，這是一種半導(dǎo)體材料，特別適用于驅(qū)動電機的芯片，比如電動汽車中的芯片。這種碳化硅呈半透明圓盤，稱為晶圓，由北卡羅來納州的 Wolfspeed 工廠提供。
該設(shè)施有一個特殊的熔爐，它的溫度是太陽表面的一半。一旦這些碳化硅晶圓 被送到 Wolfspeed 的工廠，它們就會被送到制造車間，由機器人將它們轉(zhuǎn)化為芯片。
芯片制造極其精細，哪怕是最微小的灰塵或人類頭發(fā)都可能污染整批芯片——因此芯片制造車間必須極為潔凈。Wolfspeed 的制造車間受到高度監(jiān)控，配備強大的空氣過濾系統(tǒng)。
在車間內(nèi)，機器人在晶片中來回穿梭，而技術(shù)人員則在控制室監(jiān)控他們的活動。這個過程包括光刻，即將微小的圖案印刷到晶圓上；以及薄膜沉積，即在碳化硅上逐層添加薄膜金屬。這些步驟完成之后，晶圓就會被送到流水線的下一步，被切割成單獨的芯片。
制造芯片是一個復(fù)雜的過程，對廠房的要求也很高。一方面，并不是隨便哪個地方都可以建立晶圓廠，它們附近需要有可靠的電力支持，因為它們一年要使用足夠 5 萬個家庭生活所需的能源，也會釋放大量的碳。
這些工廠還需要靠近水體，用來清潔和冷卻設(shè)備，這反過來又會產(chǎn)生大量廢水。并且，它們也不能靠近任何機場或地質(zhì)斷層線，地震活動會破壞他們使用的極其精確的機器。
然后是供應(yīng)鏈的問題。在晶圓廠之外，制造芯片可能涉及 70 個不同的過境點和 1 千多個步驟，任何一步中的中斷都可能會使整個過程偏離正軌，因為設(shè)備出現(xiàn)問題時很少有其他供應(yīng)選擇。例如，荷蘭只有一家公司 ASML 制造了價值 2 億美元的專業(yè)光刻工具，許多先進芯片廠都依賴于這種工具。同時，只有兩家烏克蘭公司能提供這種設(shè)備需要的氖氣的一半。
“我們沒辦法獲得這些資源，”Wolfspeed 的首席技術(shù)官 John Palmour 說，“這只是一場持續(xù)不斷的供應(yīng)鏈爭奪。”
由于這些原因，建造一座晶圓廠的成本可能從 10 億美元到 200 億美元不等，具體取決于芯片的復(fù)雜性。由于這些工廠需要數(shù)年時間才能獲得批準和建設(shè)，芯片公司并不急于花費數(shù)十億美元建造更多工廠，因為需求總是會消退。這也是政府干預(yù)和激勵工廠建設(shè)的一個原因。
價值 2800 億美元的《芯片和科學(xué)法案》通過后，對全球芯片產(chǎn)業(yè)的影響無疑是巨大的。但同時，它還規(guī)定，接受聯(lián)邦補貼的公司將在 10 年內(nèi)不能夠進行任何“重大交易”以擴大其在中國或任何其他受關(guān)注國家的芯片制造能力。
就這一點來說，雖然芯片制造商似乎有一些回旋余地來保護其在中國的現(xiàn)有業(yè)務(wù)，但該立法的條款實際上為公司創(chuàng)造了一個雷區(qū)，可能迫使他們在美國和中國之間做出選擇。
在公開場合，芯片制造商對該法案的通過表示歡迎。許多人已經(jīng)承諾在美國投資—— 臺積電在亞利桑那州投資至少 120 億美元，三星在德克薩斯州投資 170 億美元。SK 海力士上周宣布了一項 150 億美元的投資計劃，美國的美國廠商英特爾和美光也在加大投資力度。
幾家芯片制造商稱，法案將影響投資計劃，而一些芯片制造商，如臺積電創(chuàng)始人 Morris Chang，批評了他們所提供的小規(guī)模支持。
而國內(nèi)芯片產(chǎn)業(yè)目前在積極應(yīng)對。政府或許也會出臺相應(yīng)的政策，不僅僅是給予企業(yè)補貼，更應(yīng)該動用各種手段，“團結(jié)一切可以團結(jié)的力量”，做好重點任務(wù)的統(tǒng)籌與協(xié)調(diào)，實現(xiàn)在半導(dǎo)體領(lǐng)域的科技自立自強。
原文：
I. America is trying to fix the chip shortage one factory at a time shorturl.at/eFRW9
