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50年半導(dǎo)體簡史梳理:探討美國失去競爭優(yōu)勢的原因

傳感器技術(shù) ? 來源:機器之能 ? 作者:機器之能 ? 2021-03-31 09:55 ? 次閱讀
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近期,美國產(chǎn)經(jīng)智庫《Employ America》梳理了過去50 年來的半導(dǎo)體發(fā)展史,探討美國失去競爭優(yōu)勢的原因,以史為鑒,重新奪回技術(shù)前沿。

文章指出,「產(chǎn)業(yè)政策」美國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展中扮演著非常關(guān)鍵的角色。然而,隨著行業(yè)的成熟和競爭環(huán)境的變化,政策框架也發(fā)生了變化。自20世紀70年代以來,產(chǎn)業(yè)政策逐漸被輕資本的「科學政策」戰(zhàn)略所取代,而大型企業(yè)和輕資產(chǎn)創(chuàng)新企業(yè)取代了由小型和大型生產(chǎn)企業(yè)組成的強大生態(tài)系統(tǒng)。

盡管這一戰(zhàn)略最初取得了成功,但它創(chuàng)建了一個脆弱的體系。比如,「科學政策」顯然扮演著一個角色,但它的視野過于狹隘,側(cè)重新思想的發(fā)展,而不是將技術(shù)轉(zhuǎn)往資本。制程技術(shù)的創(chuàng)新是一種「實踐」的過程,需要不斷建立與營運新的生產(chǎn)線。但在美國的低資本環(huán)境中,半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)很難做到邊做邊學。

技術(shù)創(chuàng)新發(fā)生在供應(yīng)鏈的每一個環(huán)節(jié),并受益于多樣化的參與者和充滿活力的勞動力市場。勞動力不僅是技術(shù)前沿的成本中心,而且是創(chuàng)新過程的關(guān)鍵投入。

半導(dǎo)體在現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟中扮演著至關(guān)重要的角色,它們的技術(shù)路線太重要了,不能以短期盈利能力為指導(dǎo)。政府有機會也有責任利用產(chǎn)業(yè)政策,在下一次短缺發(fā)生之前阻止它,同時確保美國保持其在技術(shù)前沿的地位。

最近,富士康(Foxconn)子公司和主要芯片設(shè)備制造商(Foxsemicon)正在考慮在美國建廠,這是該公司在美國的第一家工廠。與此同時,越來越多的公司響應(yīng)美國政府的號召,將關(guān)鍵的科技零部件制造業(yè)搬回美國。

「我們正在積極評估在美的第一家工廠,但尚未最終敲定,」公司首席執(zhí)行官兼總裁Kevin Chiu對日經(jīng)亞洲(Nikkei Asia)表示。

「如果這個計劃成為現(xiàn)實,它將從一個小規(guī)模的生產(chǎn)基地開始,在那里開發(fā)最高端、最先進的芯片工具和零部件?!?/p>

不過在美國投資建廠,現(xiàn)實挑戰(zhàn)也十分明顯。建廠的成本至少是在臺灣建廠的2.5至3倍、 「我們能否在那里找到足夠多合格的工人,可能仍然是個大問題。此外,我們必須與客戶討論他們是否愿意支付更高的價格。」

有消息稱,英特爾將斥資約200億美元在亞利桑那州新建兩家芯片工廠,也勢必面臨同樣的基礎(chǔ)設(shè)施問題(比如合格的工人)。

勞動力冗余有助于確保公司能夠迅速內(nèi)部化過程改進,同時也培訓了下一代的工程師和技術(shù)人員。然而,這些關(guān)鍵因素卻在歷史進程中被視為「冗余」而遭剔除,造成美國公司高度依賴外部制造工廠的局面。雖然極力邀請臺資企業(yè)赴美,也只是試圖通過購買解決問題,并未降低對單一供應(yīng)商的依賴。

面對尖端半導(dǎo)體的短缺和創(chuàng)新能力的下降,美國政策制定者正在考慮認真干預(yù)。解決目前的短缺可能為時已晚,但防止下一次短缺的時機就是現(xiàn)在,以史為鑒,猶未為晚。

01

美國半導(dǎo)體的兩種產(chǎn)業(yè)政策

行業(yè)早期,美國政府通過混合使用供應(yīng)激勵、需求支持和監(jiān)管協(xié)調(diào)來指導(dǎo),創(chuàng)建出一個強大、以創(chuàng)新為中心的競爭生態(tài)系統(tǒng)。其中,產(chǎn)業(yè)政策對半導(dǎo)體早期發(fā)展起了關(guān)鍵作用,因為她為各種參與者劃分了各自角色:

小公司在技術(shù)前沿進行試驗,而大公司則追求流程改進,以確保這些創(chuàng)新的規(guī)模擴大。政府的需求確保了試驗在財政上是可行的,而技術(shù)轉(zhuǎn)讓條例確保了大公司和小公司之間分享取得的進展。

重要的是,定期購買為企業(yè)提供了必要的流動性,使它們可以在不依賴大規(guī)模一次性產(chǎn)品的情況下繼續(xù)迭代。這種工業(yè)政策方針鼓勵創(chuàng)新,確保小公司能夠獲得國內(nèi)大規(guī)模生產(chǎn)創(chuàng)新設(shè)計的機會,同時允許大公司獲得大規(guī)模生產(chǎn)這些創(chuàng)新設(shè)計的好處。

隨著行業(yè)的成熟和競爭環(huán)境的變化,政策框架也發(fā)生了變化。自20世紀70年代以來,產(chǎn)業(yè)政策逐漸被輕資本的「科學政策」戰(zhàn)略所取代,而大型企業(yè)和輕資產(chǎn)創(chuàng)新企業(yè)取代了由小型和大型生產(chǎn)企業(yè)組成的強大生態(tài)系統(tǒng)。盡管這一戰(zhàn)略最初取得了成功,但它創(chuàng)建了一個脆弱的體系。

如今,這個行業(yè)一方面受到了脆弱的供應(yīng)鏈的限制,這些供應(yīng)鏈僅滿足少數(shù)擁有巨大投資護城河公司的需求,另一方面則受到了許多輕資產(chǎn)設(shè)計公司的限制,這些公司無法產(chǎn)生或獲取流程改進。盡管美國半導(dǎo)體行業(yè)在上世紀90年代重新占據(jù)主導(dǎo)地位,但如今——由于這種政策方針的影響——美國半導(dǎo)體行業(yè)的技術(shù)和商業(yè)優(yōu)勢比以往更加脆弱。隨著臺積電對英特爾的崛起,美國已經(jīng)失去了技術(shù)前沿,美國公司面臨嚴重的供應(yīng)瓶頸。

疫情暴露的供應(yīng)鏈瓶頸表明,半導(dǎo)體生產(chǎn)是一個關(guān)鍵的經(jīng)濟和國家安全問題——鑒于其作為一種通用技術(shù)的地位,在幾乎所有主要供應(yīng)鏈中都可以發(fā)揮作用。雖然「科學政策」顯然扮演著一個角色,但它的視野過于狹隘,側(cè)重新思想的發(fā)展,而不是將技術(shù)轉(zhuǎn)往資本。制程技術(shù)的創(chuàng)新是一種「實踐」的過程,需要不斷建立與營運新的生產(chǎn)線。但在美國的低資本環(huán)境中,半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)很難做到邊做邊學。

技術(shù)創(chuàng)新發(fā)生在供應(yīng)鏈的每一個環(huán)節(jié),并受益于多樣化的參與者和充滿活力的勞動力市場。勞動力不僅是技術(shù)前沿的成本中心,而且是創(chuàng)新過程的關(guān)鍵投入。

02

1940 到1960 年代:半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)由國防主導(dǎo)

在半導(dǎo)體行業(yè)成立之初,美國政府利用產(chǎn)業(yè)政策和科學政策幫助培育了半導(dǎo)體公司的多元化生態(tài),以確保任何科學可行的方法在經(jīng)濟上也可行。財政支出為這個高度投機的行業(yè)提供了必要的流動性。該戰(zhàn)略需要持續(xù)的干預(yù),以保持創(chuàng)新和充滿活力的競爭生態(tài)系統(tǒng)。

國防部利用采購協(xié)議和準監(jiān)管措施,確保企業(yè)的生態(tài)系統(tǒng)和技術(shù)進步的廣泛分散。政府合同為早期的公司創(chuàng)造了一個現(xiàn)成的市場,而國防部渴望扮演第一個客戶的角色。有了大規(guī)模生產(chǎn)半導(dǎo)體的需求的保證,產(chǎn)能投資對許多小型、早期的公司來說在財務(wù)上是可行的。

作為許多公司的核心客戶,國防部對該行業(yè)的最新技術(shù)發(fā)展有明確的看法,并利用這一觀點直接促進公司和研究人員之間的對話和知識共享。與此同時,「第二來源」(second source)合同要求國防部購買的任何芯片必須由至少兩家公司生產(chǎn),并將采購與技術(shù)轉(zhuǎn)讓聯(lián)系起來。國防部甚至要求貝爾實驗室和其他大型研發(fā)部門公布技術(shù)細節(jié),并廣泛授權(quán)他們的技術(shù),以確保創(chuàng)新的基石能夠提供給國防部可能與之簽訂合同的所有公司。

這一體系加速了創(chuàng)新的步伐,并迅速蔓延到整個行業(yè)。政府采購協(xié)議確保了投資者愿意消費,而增加對重復(fù)資本貨物的支出有助于創(chuàng)造重大的流程改進。與此同時,工人們在整個系統(tǒng)中自由流動,應(yīng)用在一家公司獲得的知識來改善其他公司的生產(chǎn)過程。

這種競爭環(huán)境——加上那個時代的反壟斷方法——鼓勵了大公司的大型研究實驗室的發(fā)展,以及小公司的瘋狂實驗。成功的實驗有助于創(chuàng)建新的大公司,或者被已經(jīng)存在的大公司擴大規(guī)模。來自國防部的工業(yè)指導(dǎo)幫助推動技術(shù)向新的方向發(fā)展,同時保持工業(yè)能力的一致性和針對性。至關(guān)重要的是,這一戰(zhàn)略隱含著對整個行業(yè)新技術(shù)的開發(fā)的特權(quán),而不是使任何單個公司的收入最大化或成本最小化。如果企業(yè)需要投資并持有資本貨物,融資是可行的。政府保護了這個行業(yè)不受所謂的「市場規(guī)律」的影響,這樣一來,重點就可以繼續(xù)放在創(chuàng)新和生產(chǎn)上,而不是被狹隘地理解為經(jīng)濟成功。

然而,到20世紀60年代末,該行業(yè)發(fā)展得如此之快,以至于政府采購——因此政府通過第二源合同等手段實施準監(jiān)管的能力——已變得相對不重要。雖然半導(dǎo)體工業(yè)的存在是基于20世紀40年代后期的軍事采購,但到60年代后期,軍事采購只占不到四分之一的市場。

03

70年代:商用市場發(fā)展,半導(dǎo)體進入黃金時代

20世紀70年代,在商業(yè)應(yīng)用蓬勃發(fā)展和缺乏嚴肅的國際競爭之間,是美國國內(nèi)半導(dǎo)體企業(yè)的黃金時代,盡管政府采購和指導(dǎo)相對不那么重要。

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ICE半導(dǎo)體數(shù)據(jù)(1955-1973美國公司的半導(dǎo)體銷售額),紅色曲線為政府采購的占比顯著下降趨勢。制圖Alex Williams 、 Hassan Khan

雖然工業(yè)政策促進了早期的創(chuàng)新和產(chǎn)能建設(shè),但它在上世紀70年代的相對缺失幾乎沒有引起注意。可以肯定的是,政府采購在20世紀70年代仍然發(fā)揮了一些作用,但私營企業(yè)開始認真地將電子產(chǎn)品整合到它們的供應(yīng)鏈中,成為了更重要的采購商。大規(guī)模生產(chǎn)計算機最初也與半導(dǎo)體的發(fā)展有著某種共生關(guān)系,其對芯片的需求推動了封裝、集成技術(shù)的進步。

事實上,國防部的優(yōu)先事項開始與商業(yè)客戶的優(yōu)先事項有意義上的分歧。國防部為特定的軍事問題尋求利基解決方案,特別是開發(fā)非硅基或抗輻射硬化半導(dǎo)體,這些都沒有多大的商業(yè)應(yīng)用。政府和半導(dǎo)體公司都認識到這個行業(yè)不再需要直接的指導(dǎo),雙方的需求開始出現(xiàn)分歧。

在20世紀70年代,蓬勃發(fā)展的非國防市場意味著在沒有政府支持和協(xié)調(diào)的情況下,成功的小公司和大公司共存。技術(shù)改進轉(zhuǎn)化為工藝改進,進而推動進一步的技術(shù)改進。諸如MOS ICs、微處理器、DRAM等新發(fā)明將產(chǎn)業(yè)推向新的高度,并遞歸地提出進一步的創(chuàng)新路徑。

在一個普遍繁榮和創(chuàng)新的環(huán)境中,半導(dǎo)體作為通用技術(shù)脫穎而出,在整個經(jīng)濟中得到了廣泛的應(yīng)用。盡管大型研究實驗室和國內(nèi)制造代表著大量資產(chǎn),但缺乏國際競爭和蓬勃發(fā)展的市場,確保了大多數(shù)投資最終都能取得成功,無論是在創(chuàng)新方面還是在利潤方面。

04

80年代:日本的崛起

然而,這種競爭環(huán)境所灌輸?shù)臉酚^和慷慨在上世紀80年代被中斷。當時,在日本國際貿(mào)易產(chǎn)業(yè)省的產(chǎn)業(yè)政策指導(dǎo)下,美國將市場和技術(shù)主導(dǎo)地位輸給了日本企業(yè)。

日本采取了與美國相同的政策,以迅速擴大產(chǎn)能并主導(dǎo)全球市場,比如集中指導(dǎo)、采購協(xié)議、廉價融資。然而,日本奉行的戰(zhàn)略略有不同,它專注于為出口而打磨產(chǎn)品、更好地理解技術(shù),而不僅僅是軍事利益。一旦DRAM成為標準,成為半導(dǎo)體行業(yè)中最大的單一市場之一,日本很快就占據(jù)主導(dǎo)地位。

當美國政府不得不為半導(dǎo)體創(chuàng)造最初市場時,日本能夠圍繞一個快速增長且已經(jīng)存在的市場來構(gòu)建其產(chǎn)業(yè)政策。正因如此,日本能夠?qū)嵤┍让绹鼑绤柕恼摺ㄔO(shè)基礎(chǔ)設(shè)施,協(xié)調(diào)計算和半導(dǎo)體等領(lǐng)域的合資企業(yè)——因為,日本知道自己的產(chǎn)品有現(xiàn)成的商業(yè)市場。雖然政府支持和協(xié)調(diào)投資的戰(zhàn)略與美國在50年代和60年代使用的戰(zhàn)略相同,但是,用于實施該戰(zhàn)略的戰(zhàn)術(shù)是為適應(yīng)80年代的競爭環(huán)境而量身定制的。

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ICE半導(dǎo)體數(shù)據(jù),隨著日本產(chǎn)品激增(綠線),美國全球半導(dǎo)體份額呈顯著下降。制圖Alex Williams 、 Hassan Khan

來自日本的競爭對美國公司產(chǎn)生了巨大影響。許多人在隨后的洗牌中永久性地退出了DRAM市場。作為回應(yīng),該行業(yè)還成立了倡導(dǎo)團體,協(xié)調(diào)生產(chǎn),游說關(guān)稅和貿(mào)易政策干預(yù)。

半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會游說政府對日本「傾銷」采取保護措施,而半導(dǎo)體研究公司(SRC)的成立是為了組織和資助與商業(yè)市場相關(guān)的半導(dǎo)體學術(shù)研究;SEMATECH是由行業(yè)成員和國防部共同資助的,最初的目的是按照早期的行業(yè)政策,促進企業(yè)之間的橫向合作。然而,它很快轉(zhuǎn)向關(guān)注供應(yīng)商和制造商之間的垂直整合,以最小化成本。

落后的半導(dǎo)體已經(jīng)成為商品,可互換,并根據(jù)單位成本進行判斷。由于技術(shù)和經(jīng)濟因素的共同作用,傳統(tǒng)的垂直整合公司在20世紀80年代開始解體。鑒于當時美國的經(jīng)濟形勢,在競爭激烈得多的全球市場上,人們幾乎沒有興趣投資于低附加值活動的產(chǎn)能。

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Alex Williams 、 Hassan Khan根據(jù)ICE半導(dǎo)體數(shù)據(jù)計算。

垂直一體化企業(yè)(IDM,Integrated Device Manufacturer)也開始解體。由于MOS 電晶體開始主導(dǎo)市場,專門制造「晶圓廠」變得經(jīng)濟,因為各公司開始采用類似的設(shè)計原則,代工(foundry)模式隨之發(fā)展,而專注于設(shè)計的無晶圓廠(fabless)也因此誕生。大型代工巨頭與專注于設(shè)計的「無晶圓廠」(fabless)小公司共存,后者只生產(chǎn)設(shè)計,不生產(chǎn)芯片。

理論上,這為這些「無晶圓廠」公司保留了靈活性,以追求創(chuàng)新的設(shè)計策略,同時最小化間接成本。上世紀90年代,美國企業(yè)率先推出了新產(chǎn)品類別,而日本企業(yè)則面臨著來自韓國進入者的競爭,因此,美國工業(yè)界采納了這一戰(zhàn)略,導(dǎo)致了市場份額的復(fù)蘇。

在政策方面,美國再也沒有回到國內(nèi)產(chǎn)業(yè)政策上來。相反,外國工業(yè)政策成功得益于國內(nèi)整合、壟斷、貿(mào)易保護主義和為科學研究提供資金。

05

90年代:「科學政策」進入高潮,美國重奪優(yōu)勢

由于該行業(yè)面臨80年代的技術(shù)和競爭變化,90年代見證了美國「科學政策」高潮。上世紀90年代,政府沒有回歸產(chǎn)業(yè)政策——無論是美國過去使用的那種,還是更受日本通產(chǎn)省影響的那種——而是將「科學政策」的引入視為半導(dǎo)體制造業(yè)政府行動的新范式。

「科學政策」的重點是,培養(yǎng)政府與各企業(yè)的合作關(guān)系、產(chǎn)業(yè)研發(fā)與學術(shù)研發(fā)的密切結(jié)合、研究分工,以及允許新創(chuàng)企業(yè)透過輕資產(chǎn)運行的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。

「科學政策」的目標在于,從建立一個強大生態(tài)系與供應(yīng)鏈,轉(zhuǎn)變?yōu)榻⒐綑C構(gòu)來協(xié)調(diào)研究人員、Fabless設(shè)計公司、設(shè)備供應(yīng)商與大型公司間的復(fù)雜關(guān)系,讓企業(yè)不需投入高昂的研發(fā)費用,也讓政府避免大量的投資支出。

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圖表來自于1994年由半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會生產(chǎn)的國家半導(dǎo)體技術(shù)路線圖,展示了科學政策背后的策略。

「科學政策」的中心主題是非冗余的效率,這與早期的產(chǎn)業(yè)政策側(cè)重于冗余和重復(fù),形成對比。早期產(chǎn)業(yè)政策大大加快創(chuàng)新步伐,并確保了整個供應(yīng)鏈對于單個公司的失敗將是穩(wěn)健的,但這確實意味著大量的重復(fù)投資。盡管這種方法有助于推動流程改進的采用,靜態(tài)股東價值最大化表明,這種重復(fù)在經(jīng)濟上太浪費了。

前幾十年的產(chǎn)業(yè)政策促進了大規(guī)模就業(yè),這是創(chuàng)新的核心動力,而上世紀90年代的「科學政策」為了盡可能降低效率而避免了這種做法。

工人經(jīng)常更換公司、「邊做邊學」是創(chuàng)新的核心途徑。事實上,經(jīng)濟地理學中的「非貿(mào)易的相互依賴」文獻在一定程度上解釋了半導(dǎo)體行業(yè)工人大群體的融合對該行業(yè)快節(jié)奏創(chuàng)新的重要性。雖然在一個地方保持大量的工人是許多進步的關(guān)鍵,但在這個新的競爭環(huán)境中,它被視為浪費。勞動力是單位成本的重要組成部分,企業(yè)相信,如果它們能夠戰(zhàn)略性地縮小規(guī)模,全球競爭力就會恢復(fù)。

事實上,當時很多美國大型制造企業(yè)認為,將內(nèi)部研究、收購新創(chuàng)、向?qū)@钟姓呱暾埵褂脵?quán)結(jié)合起來,是最有性價比的途徑,不僅降低了風險,還將前期開發(fā)成本轉(zhuǎn)嫁到別人頭上了。

「垂直一體化是一個陷阱,我們從20世紀90年代末期開始去資產(chǎn)化,對我們所從事的生產(chǎn)活動進行分類:真正有價值的活動;開展大規(guī)模生產(chǎn)才會有價值的活動;如果不開展大規(guī)模生產(chǎn),就將之轉(zhuǎn)移到供應(yīng)商那里去的活動;應(yīng)該將普通產(chǎn)品轉(zhuǎn)移到供應(yīng)商那里去去生產(chǎn)的活動。我們現(xiàn)在毫不懷疑這些決定的正確性。由于這樣做,我們現(xiàn)在可以在研發(fā)方面加大投資,因為在固定資產(chǎn)方面的投資減少了?!挂晃皇澜?00強企業(yè)的總裁在《重塑制造業(yè)》一書中告訴采訪者。

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BLS,美國人口普查局,Alex Williams 、 Hassan Khan計算發(fā)現(xiàn),半導(dǎo)體附加值的增速遠高于雇用步伐(綠線)

在半導(dǎo)體發(fā)展的早期,相對對價格不敏感的政府合同占總銷售額的很大一部分,這種低效率被視為創(chuàng)新的成本。隨著外國競爭對手的到來,注重成本的商業(yè)市場成為半導(dǎo)體的主要買家,這種能力的重復(fù)似乎是一個純粹的成本中心,對許多公司沒有什么好處。

對盈利能力的關(guān)注意味著確保盡可能少的工作重復(fù),以便在對價格高度敏感的競爭環(huán)境下控制成本。這就產(chǎn)生了一個集體行動的問題,削減開支符合每個公司的利益,但這樣做進一步惡化了美國公司的創(chuàng)新能力。

在20世紀90年代,美國政府沒有回歸到工業(yè)政策,而是選擇了成本更低的科學政策。

理想情況下,「科學政策」將允許政府協(xié)調(diào)企業(yè)相互矛盾的節(jié)約愿望,而不會在技術(shù)上進一步落后。然而,與時代精神相一致的是,美國政府也在努力節(jié)約,不會為產(chǎn)業(yè)政策在新的競爭環(huán)境中取得成功提供大規(guī)模的財政支持。

相反,政府將花費更少的錢,并嘗試開創(chuàng)一種勞動分工,允許所有參與者在不犧牲技術(shù)前沿的前提下削減成本,以追求利潤。為此,它一方面資助學術(shù)研究實驗室的研發(fā),另一方面資助產(chǎn)業(yè)集團將研究轉(zhuǎn)化為商業(yè)能力。在某種程度上,這進一步降低了單個公司的研發(fā)投資,因為進步只創(chuàng)造了最小的競爭優(yōu)勢。這種結(jié)構(gòu)沒有建立具有重疊供應(yīng)鏈的生態(tài)系統(tǒng),而是形成了一種分工,每家企業(yè)與機構(gòu)都負責一個明顯可分割的單獨部分。同時,寬松的貿(mào)易政策與密切的貿(mào)易網(wǎng)絡(luò),讓企業(yè)能更經(jīng)濟地進入無工廠模式,發(fā)展輕資產(chǎn)戰(zhàn)略。

這個戰(zhàn)略「短期上」成功了,到了1990 年代末期,美國重新獲得半導(dǎo)體技術(shù)優(yōu)勢。多數(shù)企業(yè)將研發(fā)工作集中于生產(chǎn)工藝的下一兩個節(jié)點,而較遠的研究則由政府資助的學術(shù)單位負責,接著再由產(chǎn)業(yè)界將學術(shù)研究轉(zhuǎn)為商用,消除研發(fā)與生產(chǎn)的重復(fù)成本。然而,這會削弱企業(yè)的創(chuàng)新能力,大型研究實驗室也逐漸空洞化,只針對少數(shù)核心企業(yè)的需求研究,供應(yīng)鏈也更加狹隘。

06

千禧年:「科學政策」脆弱浮現(xiàn)

然而,這一戰(zhàn)略的短期成功是以巨大的長期成本為代價的。勞動力和資本的冗余有助于確保公司能夠迅速內(nèi)部化過程改進,同時也培訓了下一代的工程師和技術(shù)人員。雖然從單一時期內(nèi)股東回報靜態(tài)最大化的角度來看,這種重復(fù)可能是「冗余」的,但它對確保長期創(chuàng)新軌跡至關(guān)重要?!赶哂唷购汀冈黾哟嗳跣浴故且幻队矌诺膬擅?。

長期來看,勞動力和資本投資不足會在某些方面顯現(xiàn)出來,比如資產(chǎn)負債表、創(chuàng)新能力,或者兩者兼而有之。就目前情況而言,美國正面臨失去其在前沿設(shè)計優(yōu)勢的危險,而且在前沿制造方面的大部分優(yōu)勢已經(jīng)被臺積電奪走。把投資過程的一部分分配給每家公司可能會讓每家公司的資產(chǎn)負債表看起來更加穩(wěn)健,但由于持續(xù)的投資不足,整個行業(yè)已經(jīng)變得更加脆弱。幾十年的最低勞動力成本已經(jīng)使熟練技術(shù)人員和工程師的數(shù)量減少,而幾十年的產(chǎn)能投資不足已經(jīng)阻礙了國內(nèi)公司應(yīng)對目前短缺的能力。

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中國(包括臺灣)主要半導(dǎo)體產(chǎn)量(全球占比)情況,基于Alex Williams 、 Hassan Khan的計算。

該行業(yè)目前的問題是科學政策戰(zhàn)略的自然長期結(jié)果,該戰(zhàn)略在20世紀90年代末和21世紀初非常成功。整合和垂直整合的動力集中在學術(shù)實驗室的長期研究,大型企業(yè)和輕資產(chǎn)的「無晶圓廠」創(chuàng)新者創(chuàng)造了一個搖搖晃晃的競爭生態(tài)系統(tǒng)。

由于這些大型企業(yè)在競爭格局中占如此大的比例,它們的研發(fā)優(yōu)先級和中間投入需求為整個行業(yè)設(shè)定了條件。

像英特爾這樣的主要買家可以隱式或顯式地使用他們的相對壟斷權(quán)來圍繞他們的需求構(gòu)建供應(yīng)鏈。當更廣泛的經(jīng)濟需求發(fā)生轉(zhuǎn)變時——正如自疫情爆發(fā)以來所發(fā)生的那樣——這些脆弱的供應(yīng)鏈很容易越位。這種脆弱性顯然是供應(yīng)鏈為短期盈利和消除冗余而優(yōu)化的結(jié)果,而不是為整個經(jīng)濟的需要而調(diào)整的結(jié)果。

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Fabless商業(yè)模式的增長情況,基于Alex Williams 、 Hassan Khan的計算。

無論是有意還是無意,這些大型也會圍繞自身的財務(wù)需求和計劃來制定技術(shù)發(fā)展道路。因此,學術(shù)實驗室的研發(fā)與稅收優(yōu)化和私營企業(yè)單位成本最小化相結(jié)合的政策組合,創(chuàng)造了重大的技術(shù)路徑依賴。與此同時,從技術(shù)意義上講,這些企業(yè)「太大而不能倒」:如果它們錯過了流程改進,同樣規(guī)模的國內(nèi)競爭對手的缺席意味著整個行業(yè)都錯過了這一進步。在這個意義上,技術(shù)政策作為一個整體被委托給了私營行為者。

07

當下: 高度依賴的海外代工

從研發(fā)到生產(chǎn)的過程,也出現(xiàn)不一致的回饋??茖W政策的關(guān)鍵,是將知識產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新與生產(chǎn)過程的創(chuàng)新分開;也就是說,科學政策優(yōu)先考慮研究、設(shè)計與創(chuàng)意,而不是實施、生產(chǎn)與投資。因此,專注于設(shè)計的無工廠公司興起,并將制造外包給海外的代工廠。

但這種做法反而會降低創(chuàng)新速度,因為「邊做邊學」是技術(shù)創(chuàng)新的關(guān)鍵。工程師會在生產(chǎn)過程中的每一步,以及供應(yīng)鏈的每個環(huán)節(jié)尋求創(chuàng)新,將生產(chǎn)外包給代工廠,就會產(chǎn)生工藝上的「黑盒子」。另外,學術(shù)研究往往遠離當下的制造問題,因此時常偏離商業(yè)化的道路,無法驅(qū)動產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新。

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來自公共(非國防)研發(fā)支出在上世紀90年代驟升,后來進入停滯階段,作者根據(jù)美國科學促進會數(shù)據(jù)計算。

考慮到學術(shù)研究往往是圍繞著遠離當前生產(chǎn)的問題而構(gòu)建的,因此,它有時無法為現(xiàn)有技術(shù)的替代應(yīng)用或替代過程驅(qū)動的創(chuàng)新路徑提供見解也就不足為奇了。由于「科學政策」讓這個小組負責整個行業(yè)的長期創(chuàng)新戰(zhàn)略,這一盲點不容忽視。事實上,摩爾定律的失敗,以及在許多應(yīng)用中轉(zhuǎn)向異構(gòu)芯片的獨特設(shè)計,很好地說明了創(chuàng)新往往意味著在任何時候技術(shù)發(fā)展的多條路徑。

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美國聯(lián)邦政府研發(fā)費用撥款從產(chǎn)業(yè)流向大學,作者根據(jù)美國科學促進會數(shù)據(jù)計算。

08

尾聲

歷史表明,科學政策是產(chǎn)業(yè)政策的必要補充,但本身是不夠的。協(xié)調(diào)研發(fā)是任何解決方案的必要組成部分,但并非全部解決方案。

為了獲得工藝改進,并確保勞動力具備在技術(shù)前沿操作的足夠技能,該行業(yè)需要看到持續(xù)的產(chǎn)能擴張。然而,正如我們之前所顯示的,在低需求環(huán)境下,私營企業(yè)明顯不愿進行不確定的投資。產(chǎn)業(yè)政策,通過結(jié)合政府采購和融資擔保、直接融資等方式,是為該行業(yè)提供充足流動性的唯一途徑,以確保產(chǎn)能擴張足夠快,該行業(yè)保持在技術(shù)前沿。同時,政府有財政能力讓國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)落后的半導(dǎo)體產(chǎn)品,以保障國家安全和供應(yīng)鏈的彈性理由。從長遠來看,以股東最大化為目標的產(chǎn)業(yè)外包政策尚未形成。

同樣重要的是要認識到,整個經(jīng)濟的強勁需求,因此勞動力市場普遍吃緊,尤其是半導(dǎo)體生產(chǎn)的勞動力市場吃緊,對這些政策的成功至關(guān)重要。由政府主導(dǎo)的大規(guī)模投資將為不同經(jīng)驗和技能水平的人創(chuàng)造良好的就業(yè)機會。這將創(chuàng)造一個高技能的勞動力,以及大量的機會,這種邊做邊學,推動有意義的過程改進。在高技能、高資本密度的產(chǎn)業(yè)中,勞動力的表現(xiàn)幾乎就像另一種形式的資本商品,為投資帶來明顯的紅利。然而,在缺乏足夠的就業(yè)機會的情況下,這些專業(yè)技能會隨著工人轉(zhuǎn)移到其他行業(yè)而消失。這并不是說提高勞動力技能就足夠了,立法制定培訓計劃而不同時創(chuàng)造必要的工作和投資,將很快證明是弄巧成拙的。

一些人可能會在半導(dǎo)體和其他關(guān)鍵行業(yè)的產(chǎn)業(yè)政策所需資金的規(guī)模上退縮。這是一個巨大的市場,有著巨大的價格標簽,現(xiàn)代制造工廠耗資數(shù)十億美元。然而,半導(dǎo)體是一項關(guān)鍵的通用技術(shù),幾乎進入每個供應(yīng)鏈。大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)政策可以防止瓶頸拖累經(jīng)濟增長,同時為我們的國家安全需求創(chuàng)造一個強大的國內(nèi)供應(yīng)鏈。相對于半導(dǎo)體技術(shù)的初始投資,回歸產(chǎn)業(yè)政策的成本要高得多,但回報甚至更高。作為4萬億美元基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)或兩黨合作的供應(yīng)鏈法案的一部分,振興落后和領(lǐng)先的行業(yè),回到一個強大的競爭生態(tài)系統(tǒng),是一項不容錯過的好投資。

原文標題:美國半導(dǎo)體簡史:癡迷「降本」如何讓美失去前沿優(yōu)勢?

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