半導體行業成為美國國家戰略，微電子、5G、量子技術成為軍事重點

    本文的內容來自BCG（波士頓諮詢）發佈的研究報告，本報告主要分析美國半導體產業發展的現狀和發展策略，美國已經把半導體提升到國家戰略的高度，讓我們來看一下美國有多麼重視半導體技術。

    以下為報告原文翻譯：

    一個強大，財務狀況良好的半導體產業對美國具有重要的戰略意義。半導體使技術突破能夠推動經濟增長，對國家安全至關重要。

    在過去的三十年中，半導體行業一直是信息和通信技術（ICT）連續革命性發展的核心。

    反過來，ICT的突破已成為經濟增長的驅動力，使美國自1988年以來在生產率增長和實際GDP增長方面都大大超過其他高收入國家。

    小編想説：美國也提生產率，把半導體提升到促進生產力增長的角度。

    美國半導體技術帶來的這些技術進步的好處也惠及了世界其他地區。例如，移動通信已經成為歷史上全球採用最快的技術，其對全球經濟的影響估計超過1萬億美元。

    在過去的三十年中，每個晶片的晶體管數量增加了近100萬倍，處理能力提高了45萬倍，並且每年降低了20％到30％的成本。

    這項技術進步的飛速發展使得它可以從1980年代的大型機過渡到2010年代的智能手機。如今，全球有超過50億消費者擁有智能手機，該智能手機的計算能力比NASA用來將Apollo 11送上月球的大型計算機更強大。

    因此，自1987年以來，半導體利用強度（工業收入佔全球名義GDP的比重）增長了2.8倍。全球半導體需求以年均8.6％的速度增長，到2018年達到4750億美元。

    我們現在正處於全球經濟中由技術驅動的另一次大規模變革的早期階段：數字化轉型和AI時代。增強型/虛擬現實體驗，無人駕駛汽車，物聯網（IoT）和工業4.0系統等革命性應用程序以及智能城市正逐漸成為商業現實。

    實現這些新應用中的每一個都是半導體技術的進步，其中包括：

• 實時收集豐富數據的傳感器
• 5G技術可為數十億個設備提供安全的高速，低延遲無線連接
• 高性能處理單元，為具有機器學習能力的計算機提供動力
• 各種邊緣計算設備中內置的高級低功耗處理器，可以執行非常複雜的任務，例如計算機視覺和自然語言理解

    此外，半導體行業目前正在測試首批量子計算原型，該原型的運行速度可比當前計算機快1億倍。量子計算可以徹底改變需要大量計算強度的區域，例如人工智能和網絡安全，維護國家安全。

    半導體工業在1950年代起源於美國國防工業，儘管如今美國國防部（DoD）約佔該行業收入的1％，但電子組件在國防和武器系統中無處不在，因此對於美國軍事能力仍然至關重要。

    《 2018年美國國防戰略》列出的國防現代化重點包括微電子，5G和量子科學，這是需要美國投資的戰略領域。其他優先領域，例如網絡安全，人工智能，自治系統和高級成像設備，也高度依賴於先進的半導體功能（請參見圖表1。）

    “這些技術的優勢……是阻止或贏得未來衝突的關鍵，”美國國防研究與工程部副部長邁克·格里芬（Mike Griffin）在《國防新聞》最近的一篇文章中寫道。

    隨着數字化連接的電子系統對於管理先進武器系統以及關鍵基礎設施和信息變得越來越重要，可以提供經濟上可行，可靠和安全組件的可信賴半導體供應商的可用性對於國家安全變得更加重要。

    為此，國防部的研發部門國防高級研究計劃局（DARPA）牽頭了一項為期多年的電子復興計劃。該計劃的重點是通過與美國公司建立公私合作伙伴關係來設計用於軍事用途的半導體設計和基礎技術。

    同時，國防部正在倡導“可信賴和有保證的微電子”計劃等計劃，以確保用於國內供應的價值鏈製造層的安全。該計劃在2020年的90種國防部研發計劃中佔第二位。

    根據高德納(Gartner)的數據，2018年，美國半導體公司，包括在自己的設施中設計和製造產品的集成器件製造商(IDM)，以及依賴獨立鑄造廠製造芯片的無工廠設計公司佔據了約48%的全球半導體市場。

    實際上，在我們的行業分類中，在從PC和IT基礎設施到消費電子產品的所有最終應用市場中，美國在23種半導體產品類別中均處於領先地位（參見圖表2）。

    美國半導體公司將這一市場成功轉化為強勁的財務業績。在過去五年中，它們為股東帶來的年均回報率接近14％，比標準普爾500指數高出4個百分點，截至2019年11月，它們的總市值約為1萬億美元。

    財務實力對於使該行業在未來繼續對R＆D進行大量投資至關重要。的確，美國半導體行業在全球的領導地位歸功於大量研發投資帶來的卓越技術和產品創新。

    半導體是由高度先進的製造工藝生產的高度複雜的產品。改進通常需要在硬科學上取得突破，而這些突破需要很多年才能實現。在過去的十年中，美國半導體行業在研發方面的投資為3,120億美元，僅在2018年一年就達到390億美元，幾乎是全球半導體研發總投資額的兩倍。

    就其本身而言，美國政府在基礎研究方面進行了大量投資，這有助於彌合學術突破與新商業產品之間的鴻溝。但是，與其他國家相比，美國的政府投資多年來一直持平或下降。

    技術領先地位使美國公司得以建立良性創新圈。大規模的研發工作帶來了卓越的技術和產品，進而帶來了更高的市場份額，通常還帶來了更高的利潤率，從而助長了良性循環（參見圖表3）

    這個良性循環的核心在於兩個因素：R＆D強度和規模。

    從歷史上看，美國半導體公司一直將其收入的約17％至20％用於研發，大大高於其他地區的半導體公司的7％至14％。實際上，2018年美國半導體公司的研發強度水平在美國經濟所有部門中排名第二，僅次於製藥/生物技術部門。

    規模是創新良性循環的第二大支柱。美國半導體產業在2018年的全球產品收入約為2260億美元，遠大於其他競爭地區的半導體產業。它的規模是韓國半導體產業的兩倍，是日本的五倍，是歐洲的六倍，是中國的十五倍。開放國際市場是規模發展的關鍵要求，因為美國國內市場僅佔全球半導體需求的不到25％。

    美國約80％的行業收入來自對包括中國在內的出口市場的銷售，其中中國約佔全球需求的23％。根據美國國際貿易委員會的數據，按價值計算，半導體是2018年美國第四大出口產品，僅次於飛機，成品油和原油。

    全球訪問還使美國半導體行業能夠利用高度專業化的資源來製造日益複雜的產品。例如，在一家耗資150億美元的晶圓廠中，使用高精度設備需要大約1500步，才能製造出領先的7納米芯片。

    儘管美國公司可以在價值鏈的設計和設備層上廣泛依賴美國本土的半導體生態系統，但它們也需要外國合作伙伴提供各種電子材料。用於某些過程的設備；以及用於製造，組裝和測試芯片。沒有哪個公司或國傢俱有控制整個供應鏈的技術能力（參見圖4）。

    儘管在全球範圍內擁有明顯的領導地位，但美國半導體行業仍面臨着巨大的競爭。

    智能手機，PC和消費電子等終端市場（佔半導體總需求的一半以上）中的快速產品週期意味着美國半導體公司每年必須進行激烈競爭以贏得每款新一代設備的供應合同。

    在我們的全球行業分類中的32個半導體產品系列中，有18個佔全球總需求的61%，其中至少有一家非美國企業的全球市場份額達到或超過10%，這使其有潛力成為美國企業的可行替代商。

    而且，即使在中央處理器(CPU)、圖形處理器(GPU)和現場可編程門陣列(FPGA)等產品領域，美國公司也很脆弱，目前它們在這些領域的總市場份額超過90%。這是因為全球大型客户越來越多地為其數據中心設計自己的定製芯片。

    他們優化了這些稱為專用集成電路（ASIC）的芯片，以用於自己的大型硬件設備基礎，這些硬件設備是為涉及大量數據處理（例如AI，計算機視覺和加密貨幣挖掘）的特定用例而構建的。

    特別是，美國半導體公司的競爭日益激烈，來自韓國和中國的市場份額自2009年以來分別增長了12個百分點和3個百分點。與此同時，美國公司在美國本土市場也面臨着越來越激烈的競爭。歐洲和日本領先的半導體公司通常通過大型收購來加強投資以擴大其產品組合和業務。

    強大的美國半導體產業，已很好地融入全球技術供應鏈，對於持續交付將使數字化轉型和AI成為新時代的進步至關重要。

    與移動革命一樣，這些突破所帶來的巨大好處將不僅在美國，而且在所有國家/地區的消費者和企業中都能受益。

    因此，迫切需要中美之間找到新的平衡點，在維護各自國家安全利益的同時，允許美國半導體公司繼續在研發方面進行大量投資，並將其尖端產品廣泛提供給全球創新的設備製造商，無論他們在哪裏。