薯片是新的石油，美国正在花费数十亿美元来保障其供应-华尔街日报
Asa Fitch and Greg Ip
仅在过去两年，美国才完全意识到半导体现在与石油一样，是现代经济的核心。
在数字化世界中，电动工具通常配备蓝牙芯片来跟踪它们的位置。家用电器添加了芯片来管理用电。2021年，平均每辆汽车包含约1200个价值600美元的芯片，比2010年多了一倍。
造成芯片短缺的供应链危机让人深刻认识到这一教训。根据咨询公司AlixPartners的数据，汽车制造商去年因缺少芯片而损失了2100亿美元的销售额。与中国的竞争引发了人们对其可能主导关键芯片领域的担忧，无论是用于民用还是军事用途，甚至可能阻止美国获得零部件。
现在政府和公司正在花费数十亿美元进行疯狂的努力，以发展国内制造业并保障芯片供应。根据半导体行业协会的数据，自2020年以来，半导体公司已提出了价值近2000亿美元的全国40多个项目，将创造4万个就业机会。
这是对一个定义国际经济竞争轮廓并决定国家政治、技术和军事优势的行业的重大赌注。
“过去五十年石油储备的位置定义了地缘政治，”英特尔公司首席执行官帕特·盖尔辛格在十月份的《华尔街日报》会议上宣布。“未来五十年芯片工厂的位置更为重要。”
“在美国没有零领先生产，”负责商务部办公室监督《芯片与科学法案》实施的迈克·施密特说，该法案由拜登总统于8月签署，指示拨款520亿美元用于半导体制造和研究。“我们正在谈论让美国成为领先生产的全球领导者，并创造自我持续的动态。毫无疑问，这是一组非常雄心勃勃的目标。”
最近造成最大影响的短缺并不一定涉及最昂贵的芯片。
福特汽车公司首席执行官吉姆·法利在11月份的圣何塞芯片高管聚会上表示，由于芯片短缺，工厂工人，即北美地区的工人，自那一年年初以来只工作了三次全周。包括F-150皮卡风挡刮水器电机所需的40美分零件的短缺，使其生产目标短缺了4万辆车。
直到2014年，圣地亚哥的ResMed公司生产的治疗睡眠呼吸暂停的设备每台只装有一颗芯片，用于处理空气压力和湿度。然后ResMed开始在设备中加入蜂窝芯片，将用户的睡眠模式每晚的报告发送到他们的智能手机和医生那里。
结果，用户的定期使用率从略高于一半提高到约87%。因为对于那些一直使用设备的睡眠呼吸暂停患者，死亡率较低，一个相对简单的芯片可以帮助挽救生命。
在芯片短缺期间，ResMed无法获得足够的蜂窝芯片，因为对其设备的需求增加，部分原因是竞争对手的设备被召回。一些供应商违约。患者面临数月的等待。
首席执行官Mick Farrell表示，他恳求长期供应商优先考虑他的设备，尽管他的订单相对较小。他说：“我要求更多，更多，还请优先考虑我们。”“这是生死攸关的问题——我们不只是要求让你感觉更好的东西。”
该公司重新设计了在新加坡和悉尼组装的设备，用更容易获得的其他芯片替换短缺的芯片。它寻找新的芯片供应商。甚至将时钟拨回，发布了一个没有蜂窝芯片的设备版本。
尽管芯片短缺情况有所缓解，公司最新的呼吸设备又开始使用蜂窝芯片，但Farrell先生担心芯片供应可能成为瓶颈。
五月份，他是一群医疗技术公司首席执行官之一，他们在一次电话会议上向商务部长吉娜·蕾蒙多请求帮助。蕾蒙多女士的工作人员要求其他联邦机构将医疗设备指定为必需品，并帮助直接将买家与制造商联系起来，绕过经销商。
这样的请求也给拜登政府的努力增添了紧迫性，由蕾蒙多女士领导，通过通过芯片和科学法案。长期以来，美国一直对工业政策持谨慎态度，根据这种政策，政府而不是市场引导资源到特定行业。许多经济学家批评工业政策是在挑选赢家。但许多共和党和民主党议员认为半导体应该是一个例外，因为像石油一样，它们在民用和军事用途上具有至关重要的作用。
自上世纪40年代开始，美国科学家和工程师发明并商业化了半导体，如今美国公司仍然主导半导体供应链中最赚钱的环节：芯片设计、将这些设计转化为实际半导体的软件工具，以及与日本和荷兰的竞争对手一起，在制造厂内将芯片设计刻在晶圆上的价值数百万美元的设备。
但实际上，半导体的制造越来越多地外包到亚洲。根据波士顿咨询公司和半导体行业协会的数据，美国在全球芯片制造中的份额已经从1990年的37%下降到2020年的12%，而中国大陆的份额已经从大约零增长到约15%。台湾和韩国的份额分别占了略高于20%。
最尖端的先进逻辑芯片制造商，即计算机、智能手机和服务器的大脑，是台积电和总部位于韩国的三星。英特尔排名第三。记忆芯片主要由总部位于美国和亚洲的公司在亚洲制造。低端模拟芯片，通常在消费品和工业产品中执行少数任务，全球各地生产。
在中国、台湾和韩国这三个热点地区集中了如此多的芯片生产，令美国军事和政治领导人感到不安。他们担心，如果中国在领先的半导体领域取得主导地位，无论是独自实现还是通过入侵台湾，都将威胁到美国经济和国家安全，这种威胁程度超过了日本在20世纪80年代短暂主导半导体制造时对美国经济和国家安全的威胁。
从2016年左右开始，美国官员开始阻止中国收购前沿芯片公司和技术。去年七月，华盛顿的许多人对一家加拿大研究公司的报告感到措手不及，报告称中国最大的芯片制造商中芯国际公司已经开始生产7纳米芯片，这一技术水平被认为超出了其能力。
在10月7日，美国政府突然实施了对芯片相关出口到中国的最广泛限制。长期以来，美国一直愿意让中国的半导体能力不断提升，只要美国保持领先地位。新的控制措施更进一步，试图将中国固定在原地，而美国及其盟友则在快速发展。
与此同时，美国官员希望联邦补贴能够带来足够大、先进的工厂，以保持竞争力和盈利能力长期存在。“我们必须想出一种方法，利用我们拥有的每一种杠杆力量…推动这些公司扩大规模，” Raimondo女士在一次采访中说道。“我需要英特尔考虑将俄亥俄州的200亿美元工厂扩建为1000亿美元工厂。我们必须说服台积电或三星，他们可以将每月2万块晶圆扩大到10万块，在美国取得成功和盈利。这就是整个游戏的关键。”
这种雄心正值芯片制造商处于敏感时期，许多公司看到了在疫情早期热门的电子产品需求急剧下降。英特尔在低迷中削减资本支出，而台积电本周表示，需求疲软可能导致今年削减资本支出。
为了减轻芯片公司的投资需求，Raimondo女士已接触私人基础设施投资者，参与芯片项目，借鉴了Brookfield Asset Management公司对英特尔亚利桑那工厂的共同投资。去年11月，她在由巴克莱银行组织的新加坡投资会议上向700名基金经理提出了这个想法。
她还接触了包括苹果公司在内的芯片客户，希望购买这些晶圆厂生产的芯片。“我们需要大客户承诺购买[晶圆厂的产出]，这将有助于减轻交易风险，并表明这些芯片有市场，”她说。
这些努力似乎在去年十二月取得了成果，当时台积电宣布将在凤凰城北部一片广阔的荒地上已经在建的工厂，将其投资额提高到400亿美元，用于生产领先的芯片。这片地区以前是野生驴和郊狼的家园，现在到处都是建筑起重机，还接收着世界上一些最先进的制造设备。
在那个月的一个仪式上，拜登先生和包括莱蒙多女士、苹果首席执行官蒂姆·库克和超威半导体首席执行官苏姿丰在内的高级政府官员出席，承诺购买该工厂的部分产出。
在美国之外，欧洲有自己的计划，在大约10年内将其全球产量份额翻倍，而台湾、中国和其他亚洲国家的当局正在向该行业投入资金。除了在亚利桑那州的项目外，台积电还在日本建设芯片工厂，并正在考虑在欧洲进行潜在投资。
美国高昂的劳动力成本和合格劳动力的稀缺阻碍了以往的重新本土化电子制造努力。印第安纳州普渡大学校长姜梦表示，计算机和工程学生更倾向于芯片设计或软件等领域，这些领域是美国公司的领导者，而不是制造业。
“即使他们说，‘是的，半导体制造听起来很不错，我想做这个，’那么，他们在哪里可以学到真实的、实际的经验呢？”
作为回应，普渡大学创建了一个专门的半导体项目，希望到2030年每年在校园内和在线颁发超过1,000个证书和学位。今年7月，SkyWater Technology，总部位于明尼苏达州布卢明顿的晶圆厂，表示将在普渡大学校园内建造一个价值18亿美元的晶圆厂，有望得到芯片资金的支持。
培养国内人才供应只是战斗的一半。美国还依赖外国国家提供半导体的许多关键输入。
在硅片上印刷微小电路蓝图的激光使用纯化的氖气，这种氖气通常是从附属于钢铁厂的大型空气分离装置中收集的原始氖气制成的。这些设施在将氧气从空气中分离出来供钢铁炉使用时生产氖气。
“这对美国来说是一个风险吗？绝对是，”马萨诸塞州一家名为Electronic Fluorocarbons LLC的公司的执行副总裁马修·亚当斯说，该公司进口、提纯和销售氖气和其他气体。“如果中国对美国的氖气出口长期禁止，将在库存耗尽后关闭大部分半导体生产。”
用于芯片制造的其他一些原材料，如钨，主要也是从中国进口，将其转化为六氟化钨，用于芯片上的晶体管部件。要真正将美国芯片行业与中国解开，需要撤销几十年的全球化进程，行业领袖表示这并不切实际。
即使美国无法确保整个半导体供应链，它仍有机会扭转最近失去领导地位的历史模式，包括乘用车、铁路设备、机床、消费电子和太阳能电池板等制造部门。
“我认为我们以前从未这样做过：有意识、有针对性地尝试在一个我们曾经是领导者但后来失去领先地位的行业中重新获得市场份额，”信息技术与创新基金会总裁罗伯·阿特金森说，该基金会主张政府支持制造业。
Liza Lin为本文做出了贡献。
写信给Asa Fitch，邮箱：[email protected]，以及Greg Ip，邮箱：[email protected]
本文于2023年1月14日的印刷版上发表，标题为“美国赌注带回芯片”。