近期，為了評估中美貿(mào)易摩擦對美國半導(dǎo)體行業(yè)的影響，美國半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會，委托波士頓咨詢集團(tuán)進(jìn)行了一項(xiàng)獨(dú)立研究，并出具了一份報告。該機(jī)構(gòu)將半導(dǎo)體行業(yè)分為32個類別，羅列了美國的優(yōu)勢項(xiàng)目，及哪些可替代的可能性較大，并預(yù)測未來三到五年內(nèi)，美國半導(dǎo)體會出現(xiàn)哪些走勢，以及對中美雙方產(chǎn)生何種影響。芯三板對這篇進(jìn)行了翻譯，帶領(lǐng)讀者以一個客觀而又全面的視角解讀半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的未來格局。
摘要
強(qiáng)大的半導(dǎo)體對于國家經(jīng)濟(jì)競爭力與國家安全至關(guān)重要，美國長期以來一直是全球半導(dǎo)體行業(yè)的領(lǐng)頭羊，擁有45%至50%的市場份額。美國的領(lǐng)導(dǎo)地位建立在一個良性創(chuàng)新周期的基礎(chǔ)上，這一周期依賴于進(jìn)入全球市場，以實(shí)現(xiàn)所需的規(guī)模，為巨額研發(fā)投資提供資金，從而始終保持美國技術(shù)領(lǐng)先于全球競爭對手。
除了中國工廠為外國公司提供的制造活動外，中國公司占全球半導(dǎo)體需求的23%。今天，中國本土的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)只滿足了14%的國內(nèi)需求。預(yù)計2025年中國的半導(dǎo)體自給率將提高25%到達(dá)40%，從而使得美國在全球的份額減少2到5個百分點(diǎn)。
美國對于中國的技術(shù)限制，可能會顯著加深加速美國半導(dǎo)體企業(yè)市場份額的流失，從現(xiàn)在來看，非美國供應(yīng)商已經(jīng)可以滿足中國70%的半導(dǎo)體需求了，在接下來的三到五年時間里，可能會出現(xiàn)以下三種情況。
最后的結(jié)果是，韓國可能在幾年內(nèi)取代美國，成為全球半導(dǎo)體行業(yè)的領(lǐng)軍者。從長遠(yuǎn)來看，中國可能會取得領(lǐng)導(dǎo)地位。通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和其他科技行業(yè)的經(jīng)驗(yàn)表明，一旦美國失去全球領(lǐng)導(dǎo)地位，這種動態(tài)就會有效地逆轉(zhuǎn)該行業(yè)的良性創(chuàng)新周期，將美國企業(yè)推入競爭力迅速下降、市場份額和利潤率不斷下降的惡性循環(huán)。較低的研發(fā)投資將抑制美國半導(dǎo)體行業(yè)的增長，并最終可能迫使美國依賴外國半導(dǎo)體供應(yīng)商。
中美摩擦給美國半導(dǎo)體企業(yè)帶來了巨大的阻力。自“貿(mào)易戰(zhàn)”開始以來，美國最大的25家半導(dǎo)體公司的收入同比增長中位值，從2018年7月第一輪關(guān)稅實(shí)施前的4個季度的10%，大幅降至2018年底的約1%。在美國2019年5月限制向華為出售某些技術(shù)產(chǎn)品后的三個季度里，美國最大的半導(dǎo)體公司報告營收中值下降了4%~9%，這些公司中有許多都將與中國的貿(mào)易沖突列為業(yè)績的一個重要因素。
美國半導(dǎo)體領(lǐng)先的秘訣——良性循環(huán)
根據(jù)Gartner的數(shù)據(jù)，美國的半導(dǎo)體公司——包括集成設(shè)備制造商(IDMs)和無晶圓廠設(shè)計公司——在2018年占據(jù)了全球48%的半導(dǎo)體市場。事實(shí)上，美國在32個半導(dǎo)體產(chǎn)品類別中的23個都處于世界領(lǐng)先地位。
美國半導(dǎo)體公司將這種市場成功轉(zhuǎn)化為強(qiáng)勁的財務(wù)業(yè)績。在過去五年里，它們的股東年平均回報率接近14%，比標(biāo)準(zhǔn)普爾500指數(shù)高出4個多百分點(diǎn)，截至2019年11月，它們的總市值已達(dá)到約1萬億美元。這種持續(xù)的財務(wù)實(shí)力對該行業(yè)在未來繼續(xù)大力投資研發(fā)至關(guān)重要。
事實(shí)上，美國半導(dǎo)體行業(yè)的全球領(lǐng)導(dǎo)地位要?dú)w功于大量研發(fā)投資帶來的技術(shù)卓越和產(chǎn)品創(chuàng)新。半導(dǎo)體是由高度先進(jìn)的制造工藝生產(chǎn)的高度復(fù)雜的產(chǎn)品。改進(jìn)常常需要在多年才能實(shí)現(xiàn)的硬科學(xué)上取得突破。
半導(dǎo)體是高度復(fù)雜的產(chǎn)品，由高度先進(jìn)的制造工藝生產(chǎn)。改進(jìn)往往需要長年累月的科學(xué)突破才能實(shí)現(xiàn)。在過去的十年里，美國半導(dǎo)體工業(yè)在研發(fā)上投入了3120億美元，僅在2018年就投入了390億美元——幾乎是世界其他國家半導(dǎo)體研發(fā)投資總和的兩倍。就美國政府而言，它在基礎(chǔ)研究上投入了大量資金，這有助于填補(bǔ)學(xué)術(shù)突破和新商業(yè)產(chǎn)品之間的鴻溝。然而，與其它國家相比，美國政府投資多年來一直持平或下降。
技術(shù)領(lǐng)先使美國公司建立了一個創(chuàng)新的良性循環(huán)。大規(guī)模的研發(fā)工作帶來了更先進(jìn)的技術(shù)和產(chǎn)品，進(jìn)而帶來更高的市場份額，通常也會帶來更高的利潤率，從而為這種良性循環(huán)提供了動力。
這種良性循環(huán)的核心在于兩個因素:研發(fā)強(qiáng)度和規(guī)模。從歷史上看，美國半導(dǎo)體公司在研發(fā)方面的投資一直占其收入的17%至20%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他地區(qū)半導(dǎo)體公司7%至14%的投資比例。事實(shí)上，2018年美國半導(dǎo)體企業(yè)的研發(fā)強(qiáng)度在美國經(jīng)濟(jì)的所有行業(yè)中排名第二，僅次于制藥/生物技術(shù)行業(yè)。
規(guī)模是創(chuàng)新良性循環(huán)的第二支柱。2018年，美國半導(dǎo)體行業(yè)的全球產(chǎn)品收入約為2260億美元，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他競爭地區(qū)的同行。它的規(guī)模是韓國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的兩倍，是日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的5倍，是歐洲半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的6倍，是中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的15倍。
開放國際市場是擴(kuò)大規(guī)模的關(guān)鍵要求，因?yàn)槊绹鴩鴥?nèi)市場占全球半導(dǎo)體需求的比例不到25%。大約80%的美國工業(yè)收入來自對出口市場的銷售，包括占全球需求約23%的中國。根據(jù)美國國際貿(mào)易委員會(US International TradeCommission)的數(shù)據(jù)，按價值計算，2018年半導(dǎo)體是美國第四大出口產(chǎn)品，僅次于飛機(jī)、成品油和原油。
接入全球產(chǎn)業(yè)鏈的美國半導(dǎo)體，可以利用高度專業(yè)化的資源來制造日益復(fù)雜的產(chǎn)品。例如，依靠臺積電的晶圓制造，ASML的光刻機(jī)，日本企業(yè)的半導(dǎo)體材料，美國在各種電子材料方面同樣依賴于外國合作伙伴;用于某些工序的設(shè)備;以及用于芯片的制造、組裝和測試。沒有任何一家公司或國家具備控制整個供應(yīng)鏈的技術(shù)能力。
全球競爭格局加劇
盡管美國半導(dǎo)體行業(yè)在全球處于明顯的領(lǐng)先地位，但它面臨著相當(dāng)大的競爭。智能手機(jī)、PC和消費(fèi)電子產(chǎn)品等終端市場的快速產(chǎn)品周期意味著，美國半導(dǎo)體公司每年都必須展開激烈競爭，以贏得每一代設(shè)備的供應(yīng)合同。
在全球行業(yè)分類中的32個半導(dǎo)體產(chǎn)品線中，占全球需求總量61%的18條產(chǎn)品線中，至少都有一家非美國公司占據(jù)10%的市場份額，這就使得這些公司能夠替代美國半導(dǎo)體企業(yè)。
此外，美國半導(dǎo)體企業(yè)正面臨來自韓國和中國的日益激烈的競爭。自2009年以來，韓國和中國的市場份額分別增長了12和3個百分點(diǎn)。與此同時，美國企業(yè)在美國本土市場也面臨著日益激烈的競爭。歐洲和日本的領(lǐng)先半導(dǎo)體企業(yè)正加大投資力度，以擴(kuò)大自己的投資組合和業(yè)務(wù)，通常是通過大規(guī)模收購。
韓國
韓國市場份額的增長，在一定程度上反映了市場對存儲產(chǎn)品需求的飆升。韓國兩家公司都是存儲產(chǎn)品領(lǐng)域的全球領(lǐng)軍企業(yè)。三星大力推動各種附加半導(dǎo)體產(chǎn)品,如顯示驅(qū)動程序,圖像傳感器和集成移動處理器，這些產(chǎn)品除了內(nèi)部自產(chǎn)自銷外，相當(dāng)大一部分銷往全球，從而提高了該國在半導(dǎo)體行業(yè)的競爭力，也為韓國的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。
中國
與此同時，自本世紀(jì)初以來，中國在半導(dǎo)體設(shè)計方面取得了穩(wěn)步進(jìn)展，當(dāng)時它幾乎沒有任何業(yè)務(wù)。幾十年來，發(fā)展國家半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，減輕對外國供應(yīng)商的依賴，一直是中國政府的優(yōu)先政策。根據(jù)中國半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會(CSIA)的數(shù)據(jù)，在中國本土的半導(dǎo)體公司報告的總收入在過去5年中以每年超過20%的速度增長。2018年中國公司在全球半導(dǎo)體銷售和半導(dǎo)體制造中僅占3-4%的份額。無晶圓廠設(shè)計的進(jìn)步最為顯著，近年來中國的無晶圓廠設(shè)計活動呈爆炸式增長。CSIA報告稱，中國目前有1,600多家本土企業(yè)，占全球市場的份額總計13%，高于2010年的5%。
在需求方面,中國目前占全球半導(dǎo)體需求的23%。這意味著國內(nèi)半導(dǎo)體公司只占中國終端設(shè)備制造商總需求的14%。
“中國制造2025”制定了一個雄心勃勃的半導(dǎo)體自給自足目標(biāo)，其目標(biāo)是到2025年使國內(nèi)供應(yīng)商滿足全國70%的半導(dǎo)體需求。為了支持這一努力，中國正在使用各種政策手段，包括國家支持的投資基金，為本土半導(dǎo)體開發(fā)和制造提供資金。到目前為止，中央和地方政府已經(jīng)承諾為該計劃投入約1200億美元。中國也在積極尋求海外人才和并購機(jī)會。
雖然中國距離實(shí)現(xiàn)自給自足的目標(biāo)還有很長的路要走，但似乎在半導(dǎo)體設(shè)計的幾個關(guān)鍵領(lǐng)域取得了重大進(jìn)展:
鑒于這些發(fā)展，分析人士預(yù)計，到2025年，中國將利用本土設(shè)計的半導(dǎo)體滿足25%至40%的國內(nèi)需求——是目前水平的兩倍多，但仍低于其70%的目標(biāo)。
貿(mào)易摩擦威脅美國半導(dǎo)體領(lǐng)導(dǎo)地位
中美之間的貿(mào)易和地緣政治摩擦給美國半導(dǎo)體行業(yè)帶來了一系列新的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。迄今為止，中國基本上將半導(dǎo)體產(chǎn)品排除在關(guān)稅之外。自2018年初以來，中國對一系列進(jìn)口自美國的產(chǎn)品加征關(guān)稅，以報復(fù)美國提高關(guān)稅。與此同時，半導(dǎo)體是其它有爭議問題的核心，比如美國政府對華為和其它中國實(shí)體實(shí)施的技術(shù)準(zhǔn)入限制，美國政府認(rèn)為這些限制違反了美國的國家安全或外交政策利益。
美國和中國在2020年1月簽署的“第一階段”協(xié)議，包含了與半導(dǎo)體行業(yè)相關(guān)的幾個領(lǐng)域的條款，如知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)和技術(shù)轉(zhuǎn)讓要求。然而，它沒有解決其它復(fù)雜的問題，比如國家對國內(nèi)半導(dǎo)體企業(yè)的支持。對某些中國實(shí)體獲得與美國國家安全擔(dān)憂相關(guān)的美國技術(shù)的限制依然存在。
雙邊沖突的持續(xù)，可能危及中美半導(dǎo)體企業(yè)之間的公平競爭，并且使得美國半導(dǎo)體設(shè)備制造商損失490億美元(占其總收入的22%)風(fēng)險收入的規(guī)模威脅到美國工業(yè)需要維持其創(chuàng)新和全球領(lǐng)導(dǎo)力的良性循環(huán)。
鑒于目前的不確定性水平，未來將會出現(xiàn)兩種可能的情況:
情況一：維持現(xiàn)狀
在這種情況下，中國將不再對美國半導(dǎo)體產(chǎn)品征收關(guān)稅，但在可預(yù)見的一段時間內(nèi)，美國仍將對華為和其他幾家列入美國商務(wù)部實(shí)體清單的中國企業(yè)，使用美國開發(fā)的技術(shù)實(shí)施廣泛限制。未被列入實(shí)體清單的中國企業(yè)，將被允許從美國供應(yīng)商采購半導(dǎo)體，但因其軍事用途而受到出口管制的特定部件除外。
維持現(xiàn)狀的四個主要直接影響是:
1、全球科技公司可能會將部分供應(yīng)鏈從中國轉(zhuǎn)移出去，以便繼續(xù)服務(wù)于美國市場，而不必對從中國進(jìn)口的產(chǎn)品征收關(guān)稅或受到其它潛在限制。
2、中國以外的消費(fèi)者和企業(yè)將不愿購買中國的科技產(chǎn)品，因?yàn)樗麄儞?dān)心美國的限制會損害這些產(chǎn)品的功能和質(zhì)量。因此,中國科技公司在美國以及其他發(fā)達(dá)地區(qū)市場中的份額受到侵蝕。相反, 隨著買家避開美國的產(chǎn)品，美國的技術(shù)公司將失去在中國的市場份額。
3、被列入實(shí)體清單的中國公司將使用來自中國、歐洲和亞洲其他供應(yīng)商的組件取代基于美國技術(shù)的組件。
4、未被列入實(shí)體清單的中國設(shè)備制造商將積極推動半導(dǎo)體供應(yīng)商多元化，以減少對美國技術(shù)的依賴，因?yàn)樗鼈冾A(yù)計美國的限制可能會升級。這將加速中國幾家主要智能手機(jī)、消費(fèi)電子產(chǎn)品和互聯(lián)網(wǎng)公司已經(jīng)在進(jìn)行的內(nèi)部努力，以設(shè)計自己的芯片。
前兩種效應(yīng)對美國半導(dǎo)體行業(yè)的影響微乎其微。將科技供應(yīng)鏈的部分轉(zhuǎn)移到其他國家，以繞過美國對中國進(jìn)口產(chǎn)品的限制，不會引發(fā)半導(dǎo)體供應(yīng)商的變化。
另一方面，上述最后兩個影響，意味著中國客戶將不再購買美國零部件，這將對美國半導(dǎo)體企業(yè)產(chǎn)生重大負(fù)面影響。首先，目前在實(shí)體清單上的華為和其他中國公司購買的所有美國半導(dǎo)體，都必須轉(zhuǎn)移到非美國供應(yīng)商。沒有直接替代美國半導(dǎo)體方案的僅約占實(shí)體公司半導(dǎo)體總需求的10-15％，這意味絕大多數(shù)中國企業(yè)都能找到替代方案。例如，2019年9月，華為發(fā)布的Mate 30旗艦機(jī)，美國制造只占比15%，其他的都已找到替代。
對于不在實(shí)體清單上的中國企業(yè)來說，取代美國供應(yīng)商的努力力度可能會有所不同，這取決于美國進(jìn)一步限制的潛在風(fēng)險，以及能否找到針對特定零部件的可行替代供應(yīng)商。只有在中國企業(yè)看到一個清晰、低風(fēng)險的機(jī)會，使其供應(yīng)商基礎(chǔ)多樣化的情況下，美國供應(yīng)商才會全部或部分被替代。中國客戶2018年已經(jīng)有73%的半導(dǎo)體需求有了美國之外的替代供應(yīng)商。
所以針對中國客戶可替代程度的不同，會存在以下三種情況：
即使在這些適度的假設(shè)下，也表明美國公司由于出口的綜合影響，可能會失去其在中國目前業(yè)務(wù)的50％以上。總體而言，美國半導(dǎo)體行業(yè)的全球市場份額將減少8個百分點(diǎn)，全球收入將下降16%，相當(dāng)于2018年的360億美元。具體在產(chǎn)品周期較短的設(shè)備，如智能手機(jī)，個人消費(fèi)電子產(chǎn)品、PC等，將會在兩到三年內(nèi)出現(xiàn)直觀體現(xiàn)。
對中國和全球競爭對手而言，美國的損失將是收益。中國供應(yīng)商將獲得美國半導(dǎo)體行業(yè)放棄的大約一半收入，使中國能夠?qū)⑵淙蚴袌龇蓊~提高到7%左右，并將其半導(dǎo)體設(shè)計自給率從14%提高到25%。這一比例仍遠(yuǎn)低于《中國制造2025》設(shè)定的70%的目標(biāo)，但與分析師根據(jù)中國半導(dǎo)體行業(yè)近期發(fā)展預(yù)測的區(qū)間低端相符。美國半導(dǎo)體公司損失的另一半收入，將流向歐洲或亞洲的替代供應(yīng)商。
除了情況一中對收入的影響外，美國的半導(dǎo)體研發(fā)支出每年將減少50億至100億美元，資本支出每年將減少80億美元。這將導(dǎo)致美國失去逾4萬個就業(yè)崗位，其中1.5萬個將在半導(dǎo)體行業(yè)。收入的損失將迫使美國公司每年減少50億美元的研發(fā)投資，也就是13%，如果想要保持研發(fā)占收入的比例不變，以保持營業(yè)利潤率不變的話。
考慮到因?yàn)橹袊挠绊?，美國的行業(yè)總收入可能會因估算而停滯或下降，美國半導(dǎo)體公司可能不得不削減研發(fā)支出25%（100億美元），以實(shí)現(xiàn)股東回報。這將扭轉(zhuǎn)美國半導(dǎo)體業(yè)發(fā)展的方向，降低研發(fā)投資，意味著將降低美國企業(yè)的核心競爭力，導(dǎo)致美國無法再同中國進(jìn)行競爭。
情況二:中美科技產(chǎn)業(yè)脫鉤升級
中美貿(mào)易緊張局勢升級，導(dǎo)致美國全面禁止技術(shù)出口，這實(shí)際上會導(dǎo)致兩國科技行業(yè)脫鉤。這將使美國半導(dǎo)體企業(yè)被擋在龐大的中國市場之外，并迫使中國設(shè)備制造商尋找替代供應(yīng)來源。作為對美國限制的回應(yīng)，我們假設(shè)中國也將禁止美國的軟件和設(shè)備，如智能手機(jī)、個人電腦和數(shù)據(jù)中心設(shè)備，進(jìn)入其國內(nèi)市場。這將加速中國的外國技術(shù)替代計劃，該計劃已于2020年在國家機(jī)構(gòu)和公共機(jī)構(gòu)啟動。
中國設(shè)備制造商的中斷程度因半導(dǎo)體組件而異，根據(jù)供應(yīng)情況有三種不同的響應(yīng).
1、已有成熟的中國供應(yīng)商供應(yīng)的半導(dǎo)體元件。中國電子設(shè)備制造商將把采購業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)向國內(nèi)老牌供應(yīng)商。這意味著即使沒有業(yè)界領(lǐng)先的設(shè)計工具，替代供應(yīng)商也能保持競爭力，而目前這些設(shè)計工具只能從美國的供應(yīng)商那里獲得。這也取決于他們是否有能力擴(kuò)大和提升中國日益增長的國內(nèi)制造能力，或者保持與主要亞洲制造伙伴的聯(lián)系。分析表明，在32個半導(dǎo)體產(chǎn)品類別中只有一個符合這一標(biāo)準(zhǔn)——它僅占中國半導(dǎo)體需求的5%。對于占中國需求23%的其他10種產(chǎn)品，規(guī)模雖小但新興的國內(nèi)供應(yīng)商可能會隨著時間的推移而擴(kuò)大規(guī)模。
2、有成熟的非美國半導(dǎo)體供應(yīng)商。短期內(nèi)，中國設(shè)備制造商將把采購轉(zhuǎn)向亞洲或歐洲其他地區(qū)的現(xiàn)有供應(yīng)商。假設(shè)這些海外供應(yīng)商繼續(xù)不受限制地使用美國開發(fā)的設(shè)計工具和制造設(shè)備，與中國客戶做生意不受限制。從中期到長期，中國可能會尋求完全或部分地用國內(nèi)供應(yīng)商取代第三國供應(yīng)商，以實(shí)現(xiàn)其半導(dǎo)體自給自足的既定目標(biāo)?？傮w而言，12個半導(dǎo)體產(chǎn)品類別(占中國需求的45%)屬于這一類。
3、沒有美國替代商可用。中國將不得不加快本土替代的開發(fā)?？傮w而言，占中國需求27%的9個半導(dǎo)體產(chǎn)品類別符合這一描述。在某些情況下，中國消費(fèi)者可以用其它芯片替代美國最先進(jìn)的處理器。例如，中國公司可以設(shè)計自己的專用集成電路，來代替美國的cpu、gpu和fpga。事實(shí)上，一些領(lǐng)先的中國企業(yè)已經(jīng)在人工智能領(lǐng)域這樣做了。另一種選擇是開發(fā)基于不受美國出口管制的架構(gòu)的處理器，例如RISC-V開源架構(gòu)。這種高度復(fù)雜的半導(dǎo)體產(chǎn)品需要先進(jìn)的設(shè)計工具，而目前只有美國的供應(yīng)商可以提供這些工具，因此中國必須自行開發(fā)一套設(shè)計工具，或者從第三國尋找能夠設(shè)計這些關(guān)鍵替代元件的新供應(yīng)商。
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