波士頓諮詢：對華貿易限制如何結束美國在半導體領域的領導地位
波士頓諮詢：對華貿易限制如何結束美國在半導體領域的領導地位
翻譯：東西智庫薛Kevin、HWD
BCG發佈報告稱，中美貿易摩擦背景下，美國對美國半導體企業施加廣泛的單方面出口限制以阻止其服務中國企業可能會事與願違。此外，BCG還對限制的兩種情形進行的預判，認為如果中美事實上技術脱鈎，將可能會導致美國半導體行業全球市場分額下降18%，行業收入下降37%，研發支出減少60%，就業崗位減少12.4萬個，從而打破半導體行業良性創新循環，美國也將因此失去全球領導地位。這將可能導致短期內韓國超過美國成為世界半導體領先者。但從長遠來看，中國經過短期陣痛調整，可能最終取得行業領導地位。
對華貿易限制如何結束美國在半導體領域的領導地位
一、執行摘要
二、報告介紹
三、美國半導體行業的戰略重要性
使美國半導體領導者地位良性循環
加劇外國競爭
四、為什麼美中摩擦威脅美國在半導體領域的領先地位
情形1的影響：維持現狀
情形2的影響：技術脱鈎
對半導體行業的結構影響
五、保持半導體行業“雙贏”全球市場準入
六、附錄：方法
一、執行摘要
在數字化轉型和人工智能時代，強大的半導體產業對美國的全球經濟競爭力和國家安全至關重要。長期以來，美國一直是全球半導體行業的領頭羊，擁有45%到50%的份額。美國的領導地位植根於一個良性的創新循環，這一循環依賴於進入全球市場以實現所需的規模，為持續保持美國技術領先於全球競爭對手的超大規模研發投資提供資金。
剔除中國工廠為外國企業的製造活動，中國企業佔全球半導體需求的23%。 今天，中國的半導體產業只覆蓋了14%的國內需求。我們估計，到2025年，《製造強國計劃》計劃將使中國半導體自給率提高到25%至40%左右，從而使美國在全球的份額降低2至5個百分點。
對中國獲得美國技術的廣泛單邊限制可能會顯着加深並加速美國公司的份額侵蝕。。 中國70%以上的半導體需求已經有了成熟的非美國替代供應商。
圖表1：中美摩擦可能會推翻美國在半導體領域的領導地位
在接下來的三到五年裏，美國公司可以：
如果美國維持對當前實體名單實施的限制，他們的全球份額將損失8個百分點，收入將損失16%。
如果美國完全禁止半導體公司向中國客户銷售產品，實際上會導致技術與中國脱鈎，那麼它們將損失18個百分點的全球份額和37%的收入。
這些收入的下降將不可避免地導致研發和資本支出的大幅削減，並導致美國半導體行業失去1.5萬至4萬個高技能直接工作崗位。
因此，韓國很可能在幾年內超過美國，成為世界半導體領先者；從長遠來看，中國可能會取得領導地位。正如通信網絡設備和其他科技行業的經驗所表明的那樣，一旦美國失去全球領先地位，這種動態實際上扭轉了該行業的良性創新週期，並將美國企業推入競爭力迅速下降、市場份額和利潤率不斷萎縮的下行螺旋。較低的研發投資將抑制美國半導體行業實現美國技術和國防行業維持全球領先地位所依賴的突破的能力，並最終可能迫使它們依賴外國半導體供應商。
為了避免這些負面結果，政策制定者必須設計解決方案，這些解決方案應同時解決美國國家安全問題，並保護美國半導體公司的全球市場準入。這是久經考驗的創新模型的基本支柱，該模型將使該行業繼續實現技術突破。對於美國的經濟競爭力和國家安全至關重要。
二、報告介紹
美國在半導體技術方面的領導地位對於經濟競爭力和國家安全至關重要，尤其是在世界進入數字化轉型和人工智能時代的今天。長期以來，美國的領導地位滿足了全球半導體需求的45％至50％，其基礎是創新密集型模型，該模型依賴於全球市場準入的機會。這種全球化准入可提供擴大規模所需的龐大客户羣，以資助高水平的研發投資，使美國公司能夠保持其在全球競爭對手中的技術優勢，併為行業複雜的製造流程提供了高度專業化的供應鏈。中國佔全球半導體市場的很大一部分，2018年約佔需求的23％。
中美摩擦給美國半導體公司帶來了巨大的阻力。自“貿易戰”開始以來，美國排名前25位的半導體公司的收入中位數同比增長率已從緊接在2018年7月實施第一輪關税之前的四個季度的10％暴跌至在2018年末的1％。 在美國於2019年5月限制向華為銷售某些技術產品的三個季度中，美國頂級半導體公司的收入中位數均下降了4％至9％。這些公司中許多都將與中國的貿易衝突視為其業績的重要因素。儘管美中兩國在2020年1月簽署的“第一階段”貿易協定中包含了有關技術行業關鍵問題的規定，例如中國的知識產權保護及其技術轉讓實踐，但並未解決其他問題，如中國對國內半導體行業的直接支持。此外，出於美國國家安全考慮，對向某些中國實體出口美國技術產品的限制仍在實施。
在本報告中，我們評估了在兩種情況下中美之間持續的摩擦可能如何影響美國半導體產業。第一種情況假設當前的限制將保持不變，並維持現狀。第二種情況認為，進一步升級將導致雙邊技術貿易完全停止，從而事實上使美國和中國的技術產業脱鈎。
為了量化美國半導體業的潛在風險，我們開發了一個分析市場模型，該模型提供了按地區、終端應用市場和產品線劃分的半導體需求和供應結構的詳細視圖。這一基於公開數據的模型使我們能夠確定在我們的全球半導體市場分類中考慮的32個產品系列中的每一個產品線中，來自中國客户的需求部分。它還估計，其中有多少需求目前由美國供應商覆蓋，有多少流向可能從在中國面臨限制的美國公司手中奪取份額的其他供應商。
我們發現，繼續限制對華出口可能對美國半導體業產生深遠的負面影響。我們的分析表明，美國在半導體領域的長期全球領導地位最終岌岌可危。
雖然這份報告沒有提供政策建議，但我們的調查結果認為，有必要對目前美中之間的技術貿易摩擦採取更具建設性、更有針對性的多邊方式。如果美國半導體公司要繼續實現讓美國和世界各地的企業和消費者受益的技術突破，一個既能解決國家安全擔憂，又能保持半導體行業創新主導模式基本面的解決方案是必要的。
三、美國半導體行業的戰略重要性
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。
實現技術突破。在過去的三十年中，半導體行業一直是信息和通信技術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。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450,000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。“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·格里芬在《國防新聞》最近的一篇文章中寫道。
圖表2：國防現代化依靠先進的半導體技術
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。
1. 使美國半導體領導者地位良性循環
根據高德納的數據，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，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。
圖表3：美國目前是半導體的全球領導者
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
圖表4：良性創新週期鞏固了美國市場的領導地位
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。
圖表5：美國在全球半導體價值鏈的關鍵層面上處於領先地位
2. 加劇外國競爭
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、圖形處理器和現場可編程門陣列等產品領域，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。
韓國
韓國份額的增長部分反映了對存儲器產品的需求激增，該領域的兩家公司在全球處於領先地位。三星在顯示驅動器，圖像傳感器和集成移動處理器等廣泛的其他半導體產品方面的強力推動—既是該公司不斷擴大的消費電子產品和網絡設備的硬件產品組合的內部供應商，又是其他設備製造商的供應商-為韓國的增長做出了貢獻。2019年3月，總統文在寅指示政府採取措施，提高該國在存儲器市場以外的全球半導體行業的競爭力。
中國
同時，自2000年代初期以來，中國在半導體設計領域一直取得穩步進展，當時中國幾乎沒有半導體設計。幾十年來，發展國家半導體產業和減輕對外國供應商的依賴一直是中國政府的政策重點。根據中國半導體工業協會的數據，在過去五年中，在中國運營的半導體公司的報告總收入每年以20％以上的速度增長。 剔除外國半導體公司在中國的活動，2018年中國公司在全球半導體銷售和半導體制造中的總體份額僅為3%-4%。無晶圓廠設計方面的進展最為顯着，近年來中國在這方面迅猛發展。CSIA的報告顯示，該國目前有1600多家本地公司，在全球市場中所佔的份額為13％，而2010年為5％。
在需求方面，儘管行業報道和媒體經常使用各種較高的數字來指代中國市場的規模，但我們認為，由中國原始設備製造商生產的設備中所包含的半導體組件的價值是最好的。衡量中國真正推動的全球半導體需求份額的方法。 按照這一指標，中國目前佔全球半導體需求的23％。這意味着，國內半導體公司僅佔中國終端設備製造商總需求的14％:
圖表6：中國正在追求快速增長以滿足其龐大的國內需求
政府制定的“製造強國計劃”計劃設定了一個宏偉的目標，即半導體自給自足。其目標是到2025年使國內供應商滿足該國70％的半導體需求。為支持這一努力，該國正在使用各種政策手段，包括由國家支持的投資基金，這些資金將為本土半導體的開發和製造提供資金。迄今為止，中央和地方政府已對該計劃承諾了約1200億美元。中國還積極尋求海外人才和併購機會。
儘管中國距離實現自給自足的目標還很遙遠，但它似乎在半導體設計的幾個關鍵領域取得了重大進展：
華為的全資子公司海思半導體成立於2004年，其設計的芯片可為公司的大多數智能手機和越來越多的5G基站提供動力。海思半導體在2018年2月推出了其首款5G芯片組Balong 5G01，它聲稱這是全球首款符合5G標準的商用芯片組。最近，在2019年10月，華為宣佈已開始生產不含美國組件的5G基站。
自2018年中以來，至少有九家中國大型消費電子公司緊隨華為的腳步，宣佈了內部開發芯片的計劃，以為其數據中心，智能手機或IoT設備供電。
幾家中國公司正在生產基於替代架構的服務器，以此作為中國發展替代本地數據中心生態系統的一部分。
成立於2013年的中國公司Bitmain，已成為設計用於加密貨幣和區塊鏈應用的高級定製芯片的全球先驅。
在人工智能方面，百度，阿里巴巴和騰訊等多家大型中國新興設計公司，企業硬件供應商和具有深厚軟件專業知識的互聯網巨頭正在投資開發自己的具有硬件和軟件集成的高級ASIC芯片。。
在內存領域，YMTC是清華紫光集團於2016年成立的子公司，其目標是在擁有自己的專有架構的新興3D NAND閃存領域取得突破。
在製造業方面，中國計劃在未來五年內將其裝機容量翻一番，佔全球新增產能的25％以上。再加上目前在組裝和測試服務領域的強勢地位，製造業產能的大規模擴張可能會在2023年之前使中國大陸成為全球最大的半導體輸出地區。預計中國公司將佔這一新增國內產能的60％， 其餘的由外國公司在中國建造。因此，預計中國公司在半導體制造中的全球份額將從2018年的3％增加到2023年的7％。
中國在國家量子計算實驗室上花費了4億美元，近年來申請的量子專利幾乎是美國的兩倍。
鑑於這些事態發展，分析人士預計，到2025年，中國將通過本地設計的半導體滿足其國內需求的25％至40％，這是目前水平的兩倍多，但仍低於其自身70％的目標。
四、為什麼中美摩擦威脅美國在半導體領域的領先地位
中美之間的貿易和地緣政治摩擦給美國半導體產業帶來了一系列新的嚴峻挑戰。迄今為止，中國在很大程度上將半導體排除在其對美國產品徵收的關税上調之外，以報復美國自2018年初以來對一系列中國進口商品徵收的更高關税。與此同時，半導體處於其他有爭議問題的中心，例如美國政府對華為和其他中國實體施加的限制，美國政府認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”協議中包含與半導體行業相關的多個領域的規定，例如知識產權保護和技術轉讓要求。但是，它沒有解決其他複雜問題，例如國家對國內半導體公司的支持。與某些美國國家安全問題相關的對某些中國實體使用美國技術的限制仍然存在。
雙邊衝突的繼續進行可能會損害美國半導體公司在中國開展業務的能力，使其與中國和其他地區的競爭對手處於平等地位。這可能會對美國半導體產業從中國設備製造商那裏獲得的大約490億美元的收入構成直接風險。 風險收入的規模威脅着美國行業維持其創新和全球領導力良性循環所需要的規模。
鑑於當前的不確定性水平，我們評估了兩種可能的情況：
情形1：維持現狀。在這種情況下，中國將不再對美國半導體徵收任何關税，但在可預見的將來，華為和美國商務部實體名單中包括的其他幾家中國公司在美國獲得美國開發技術的廣泛限制仍將繼續。不在實體名單上的中國公司將被允許從美國供應商那裏採購半導體，但由於軍事應用而已受到出口管制的特定組件除外。
情形2：逐步升級以使美國和中國的技術產業脱鈎。在這種情況下，將有效地禁止美國半導體公司向所有中國客户出售產品，而不僅限於目前的實體清單上的客户。該禁令將涵蓋所有出售給中國設備製造商或在中國組裝產品的非中國製造商的半導體組件。該禁令還將適用於半導體價值鏈中使用的其他技術和產品，例如設計工具和製造設備，而美國公司在這些技術和產品方面處於全球領先地位。
1. 情形1的影響：維持現狀
我們預計，維持現狀將有四個主要的直接影響：
全球科技公司可能會將部分供應鏈從中國轉移出去，這樣它們就可以繼續服務於美國市場，而不會受到從中國發貨的產品的關税和其他潛在限制。
出於對美國限制會損害其功能和質量的擔憂，中國境外的消費者和企業將不願購買中國的技術產品。結果，中國科技公司在美國以及其他發達市場的市場份額將受到侵蝕。相反，由於買家因關税，監管行動，消費者情緒或者僅僅是面對來自海外市場的不利因素而受到國內品牌競爭壓力的增加而避開了美國產品，美國科技公司將在中國失去市場份額。在美國於2019年5月對華為施加限制之後，這種模式的最初跡象已經以西歐，加拿大和中國等市場中智能手機品牌份額不斷增長的形式出現。
實體列表中的中國公司將用來自中國，歐洲和亞洲其他供應商的組件替換基於美國技術的組件。
由於預期美國限制措施可能升級，未被列入實體名單的中國設備製造商將主動將半導體供應商多元化，以減少對美國技術的敞口。這將包括加快中國幾大智能手機、消費電子和互聯網公司已經在進行的內部努力，以設計自己的芯片。
上述前兩種影響對美國半導體業的影響微乎其微。將部分科技供應鏈轉移到其他國家，以繞過美國對從中國進口的限制，不會引發半導體供應商的變化。關於消費者和企業購買決策的變化，儘管我們的市場模型預測，智能手機、個人電腦和服務器領域的領先品牌在特定地區的單個市場份額將發生重大變化，但所有類別的淨綜合影響對中國設備製造商來説都是小幅增長，因為他們將用中國國內市場的增長來抵消其在海外市場的份額損失。這將使中國設備製造商的半導體需求規模僅增加約1%，而犧牲其他地區的需求，這最終將轉化為美國半導體公司的營收温和下降。
另一方面，上面列出的最後兩個影響導致中國客户放棄美國組件，這將對美國半導體公司產生重大負面影響。首先，必須將華為和目前在實體名單上的其他中國公司購買的所有美國半導體轉移給非美國供應商。我們估計，沒有直接替代供應商的美國半導體僅佔實體名單上公司總半導體需求的10-15％，這意味着這些公司將能夠迅速找到幾乎所有組件的替代品。例如，在2019年9月發佈的Mate 30旗艦智能手機中，華為用內部開發或從其他地區的供應商那裏購買的替代品替換了美國公司的組件，這些組件約佔該設備半導體含量的15％。
對於不在實體名單上的中國公司，更換美國供應商的努力強度可能會有所不同，具體取決於美國進一步限制的風險以及針對特定組件的可行替代供應商的可用性。我們預計，只有在中國公司看到明顯，低風險的機會來多元化其供應商基礎時，美國供應商才會全部或部分被替代。我們估計，中國客户目前已經建立了替代性的非美國供應商，無論是國內還是其他地區的供應商，這些供應商在2018年約佔其半導體需求的73％。
圖表7：中國已經為其當前半導體需求的很大一部分建立了替代性的非美國供應商
具體而言，我們的模型包括以下假設：
如果存在那些半導體產品的一個或多個公認的非美國替代供應商，且全球市場份額在10％或以上，則美國供應商的替代率將為50％至100％。
如果不存在公認的非美國供應商，但如果這些相當小的替代供應商的總份額為10％或以上，則美國供應商的替代率將為30％至40％。
如果美國半導體供應商在某特定產品上的全球市場份額超過90％，則不會發生替代，這表明尚不能立即找到明確的替代方案。
即使在這些温和的假設下，我們的逐個組件分析表明，由於對當前實體名單上的公司的出口限制和中國客户積極的供應商多元化的共同作用， 美國公司可能會失去當前在華業務的50%以上。總體而言，我們估計，繼續保持目前的現狀將導致美國半導體業的全球市場份額減少8個百分點， 這將相當於全球營收下降16%，相當於2018年的360億美元 。由於大多數替代將發生在產品週期較短的設備中，如智能手機、個人電腦和消費電子產品，因此大部分影響可能會在兩到三年內感受到。
圖表8：當前的僵局可能會使美國工業損失8％的全球份額和360億美元的收入
美國的損失將是中國和全球競爭對手的收益。我們預計，中國供應商將獲得美國產業所放棄的收入的大約一半，從而使中國能夠將其全球市場份額提高到7％左右，並將半導體設計的自給自足性從14％提高到25％。這個百分比仍遠低於《製造強國計劃》計劃所設定的70％的目標，但這將與分析師根據中國半導體產業的最新發展預測的範圍的下限相符。 美國半導體公司損失的另一半收入將流向歐洲或亞洲的替代供應商。重要的是要注意，這種從美國到非美國供應商的收入轉移不會使中國更加自給自足。因此，這部分對美國公司的負面影響將與《製造強國計劃》計劃的預期效果完全分開，並進一步增加。
除了情形1對收入的影響外，我們估計半導體研發支出將每年減少50億美元至100億美元，資本支出每年減少80億美元，這將導致美國失去40,000多個工作崗位，其中15,000個工作崗位在半導體行業。收入的損失將迫使美國公司將其每年的研發投資減少50億美元，即13％，如果它們要保持與現在的研發收入相同的比例，以保持其營業利潤率不變。但考慮到美國行業總收入可能會因估計對其中國業務的負面影響而停滯不前或下降，美國半導體公司可能不得不削減高達100億美元的研發支出，即25%，以提供等於該行業估計資金成本的總股東回報，這將事實上扭轉美國半導體產業創新良性循環的方向：降低研發投入將降低美國企業保持其在技術和產品方面領先於全球競爭對手的領先能力，從而導致美國在中國以外的市場份額進一步受到侵蝕。
2. 情形2的影響：技術脱鈎
中美貿易緊張局勢的升級導致全面的美國技術出口禁令，將事實上導致兩國技術產業脱鈎。這將使美國半導體公司無法進入龐大的中國市場，並迫使中國設備製造商尋找替代供應來源。為響應美國的限制，我們假設中國還將禁止其國內市場使用美國的軟件和設備，例如智能手機，PC和數據中心設備。這將加快該國的外國技術替代計劃，該計劃原定於2020年在各州機構和公共機構中啓動。
如圖7所示，中國設備製造商的破壞程度會因半導體組件的不同而有所不同，取決於供應情況，會有三種不同的響應：
已有中國知名供應商的半導體組件。中國電子設備製造商將把採購轉移到那些已建立的國內供應商。假設即使沒有目前僅可從美國供應商處獲得的行業領先的設計工具，替代供應商仍可保持競爭力。這還將取決於他們是否有能力擴大和提升中國日益增長的國內鑄造能力，或者保持與亞洲主要鑄造合作伙伴的聯繫。無論如何，我們的分析表明，在我們的半導體市場分類法中，只有32個產品類別中的一個滿足此標準，並且僅佔中國半導體需求的5％。對於代表中國需求23％的其他十種產品，可能會隨着時間的推移而擴大規模，但新興的國內供應商存在。
唯一已確定的非美國供應商是外國的半導體組件。短期內，中國設備製造商將把購買的產品轉移到亞洲或歐洲其他地區的現有供應商。前提是這些海外供應商仍然可以不受限制地使用美國開發的設計工具和製造設備，並且在與中國客户開展業務方面沒有任何限制。從中長期來看，中國可能會尋求完全或部分地用國內供應商取代第三國供應商，以實現其宣稱的半導體自給自足的願望。總體而言，這12個半導體產品類別佔中國需求的45％。
不存在既定的非美國半導體供應商的半導體組件。中國將必須加快其本土替代品的發展，其中許多將需要進行架構上的改變。總共9種半導體產品類別滿足了中國的需求，佔中國需求的27％。在某些情況下，中國客户可以用其他芯片替代美國最先進的處理器。例如，代替美國來源的CPU，GPU和FPGA，中國公司可以設計自己的ASIC。確實，一些領先的中國公司已經在AI領域做到這一點。另一種選擇是基於不受美國出口管制的架構開發處理器。這種高度複雜的半導體產品需要目前只能從美國供應商處獲得的先進設計工具，因此中國將不得不開發一套本土設計工具或從第三國尋找能夠設計這些關鍵替代組件的新供應商。
在技術脱鈎的情況下，中國的半導體供應鏈看起來將大不相同。在某種程度上，中國可以保持與亞洲和歐洲半導體供應商以及將繼續使用美國供應商的設計工具和製造設備的代工廠的接觸的機會，因此，在中等程度上，中國設備製造商的預期中斷將受到一定程度的限制。長期來看。除了短期內動搖新供應商以應對需求激增而需要迅速增加產能的動盪之外，中國面臨的主要挑戰將是為計算密集型應用開發可行的替代高性能處理器。與亞洲或歐洲其他地區的新供應商緊密合作，這些供應商可以使用美國供應商提供的先進設計工具。中國已經在此方面取得了進展，已經使用非美國體系結構構建了神威超級計算機處理器。歐洲的歐洲處理器計劃和富士通的K和Post-K超級計算機計劃表明，歐洲和亞洲國家自己正在積極努力擺脱美國CPU供應商和體系結構。
圖表9：即使在技術脱鈎的情況下，中國也可以通過其他渠道獲得關鍵的半導體組件和功能
隨着這種向更新的，至少在短期內不那麼先進的替代組件的轉變，中國的PC，服務器和其他ICT基礎設施設備在國際市場上可能不再具有競爭力。由於無法訪問美國軟件，內容和應用程序，中國的智能手機和其他消費電子產品也可能失去市場份額，尤其是在高收入經濟體中。反過來，這可能導致中國設備製造商減少海外收入。另一方面，即使缺乏最先進技術的產品，由於禁止競爭美國產品，中國供應商也有可能擴大其在中國國內市場的份額。 實際上，我們估計，通過擴大在國內市場的份額，中國設備製造商將能夠彌補海外收入損失的75％。
然而，技術脱鈎將對中國產生的主要影響可能是在向基於替代處理器架構的國內IT生態系統的長達數年的過渡期內，對其經濟的整體生產率的影響。即使這樣的替代處理器可以與美國公認的設計相媲美，中國仍需要為消費者和企業應用創建和擴展全新的硬件和軟件堆棧。中國公司將所有系統和業務流程遷移到新的IT基礎設施，並在用户功能和成本方面趕上世界各地大多數企業和消費者目前使用的基於美國技術的產品，這需要投資和時間。
脱鈎對美國半導體公司的直接影響將是中國科技客户以及其他國家客户的全部收入損失，這些收入最終也將與美國脱鈎。 總體而言，一旦考慮到直接和間接影響，美國半導體收入將下降37％，相當於2018年的830億美元。其中約四分之三的影響將是中國客户為回應美國技術出口禁令而被迫更換美國半導體的直接後果。因此，它幾乎是在美國限制措施生效後立即打擊的。
圖表10：在技術脱鈎的情況下，美國可能會失去18個百分點的份額和37％的全球收入
如果美國公司保持目前的研發密集度，那麼如此巨大的收入損失將觸發美國公司的研發投資大幅度削減至少約120億美元，即30％。如果儘管收入大幅下降，但美國半導體公司的目標是股東總回報等於該行業的估計資本成本，則研發支出的減少可能必須達到60％。除了削減研發費用外，資本支出還將減少130億美元，從而導致美國失去12.4萬個工作崗位，其中37,000個工作崗位在半導體行業。
隨着時間的流逝，美國半導體公司可能會失去其技術和產品相對於全球競爭對手的優勢，從而不可避免地導致市場份額進一步下降。我們估計， 從中長期來看，美國半導體公司的全球份額將從48％降至約30％。美國也將失去其在該行業的長期全球領導地位。
哪些競爭對手從美國半導體公司放棄的中國客户那裏獲得收入，將取決於中國開發替代國內供應商的能力。這種能力會因產品和時間範圍的不同而不同。
考慮到中國半導體產業的當前發展狀況，短期內大部分收入將流向第三國。中國半導體公司將積極發展，以滿足約40％的國內需求，這幾乎是當前自給自足水平的3倍，並且處於分析師對2025年的預測的上限範圍內。此外，我們的模型顯示，韓國憑藉其在內存，顯示器，影像和移動處理器等關鍵產品中的強大功能以及擴大製造能力的能力，該公司很可能會取代美國，成為全球半導體的領導者。
從情形2的中長期來看，中國可能會成功發展具有競爭力的國內半導體設計產業，從而滿足其大部分國內需求。但是，這將需要時間，並且需要持續的高水平投資。儘管中國在短短五到七年內就在太陽能電池板，LCD顯示屏和智能手機等技術產品上趕上了追趕，但它在獲取國外技術和組件方面做到了這一點。就半導體而言，技術壁壘要高得多。舉例來説，韓國和中國台灣地區大約需要15至20年的時間才能分別成為內存和晶圓製造的全球領導者。
此外，正如我們前面提到的，半導體的技術複雜性是如此之高，以至於沒有哪個國家擁有完全本地化的生產流程以及整個價值鏈的完全自給自足。對於可能需要美國供應商提供先進設計工具的高度複雜芯片，中國以及在亞洲其他地方的代工廠生產其本地設計的某些芯片，尤其是需要先進製造節點的芯片，中國可能仍必須依靠外國設計公司。
即使中國不得不進口替代性的高性能處理器來替代基於美國技術的CPU，GPU和FPGA，隨着時間的流逝，中國的半導體公司也許最終能夠滿足該國幾乎所有其他半導體產品的國內需求，這樣做會使中國的自給率達到約85％。 在這種情況下，中國半導體行業的全球份額將從3％增長到30％以上，從而取代美國成為全球領導者。
對半導體行業的結構影響
我們的分析表明，中美摩擦將對美國半導體產業產生深遠的負面影響。我們的全球市場模型表明，根據情況，美國將失去8至18個百分點的份額。
圖表11：美中摩擦的影響可能會改變產業結構，遠遠超出“製造強國計劃”計劃的影響
這種影響要嚴重得多，而且比“製造強國計劃”的預期效果要快得多。分析人士目前預測，包括IDM和無晶圓廠設計公司在內的中國半導體公司可能會將其收入以每年10％至15％的速度增長，到2025年，將其國內需求的覆蓋率從2018年的14％提高到25％至40％。這種增長將使中國半導體行業的全球市場份額提高4至7個百分點，這與我們對情形1和2的模型中的預測相一致。在沒有限制美國技術採購的情況下， 根據“製造強國計劃”計劃更換外國半導體將影響美國和非美國供應商。假設替代程度與當前的市場份額成正比，我們的市場模型預測，僅憑“製造強國計劃”效應，美國半導體公司的全球份額將損失僅2至5點。在我們評估的中美摩擦的兩種情況下，市場份額損失比市場份額損失低大約四倍。
有兩個主要原因説明了中美摩擦帶來的負面影響。首先，如果有國內供應商可用的半導體組件，我們預計中國設備製造商將以替換美國供應商為目標，並在需要時選擇保留非美國供應商作為第二供應商。此外，面對美國的出口限制，中國的設備製造商還將嘗試用其他亞洲或歐洲供應商取代美國半導體供應商， 即使這種替代並不能幫助實現“製造強國計劃”目標。
除財務影響外，我們的分析還顯示出將美國半導體公司拒之於中國市場之外的風險可能會觸發該行業的重大結構變化，並對美國經濟競爭力和國家安全產生不可逆轉的深遠影響。如果美國半導體公司的全球份額下滑至約30％，美國將把其長期的全球半導體領導地位移交給韓國或中國。從根本上説，美國可能有很大程度地不得不依賴外國供應商來滿足其自身對半導體的國內需求的風險。預計每年的研發投入將減少30％到60％，美國工業可能不再能夠提供滿足美國國防和國家安全系統未來需求所需的技術進步。
美國半導體產業的下行風險可能不會就此止步。 一旦美國行業失去全球領導地位，將很難重新獲得它。如果我們的中長期情形2成為現實，中國成為全球領導者，那麼美國半導體產業將可能面臨超出我們預測的18個百分點的進一步侵蝕。在沒有貿易壁壘的情況下，中國競爭對手將不會侷限於自己在國內市場的統治。在其他幾個技術領域，中國公司利用其在國內市場中建立的規模優勢，以低價搶佔了海外市場的市場份額，使行業的利潤率降低了50％至90％。
圖表12：中國科技公司通常會利用在國內市場上獲得的規模來在海外市場上獲得更多份額
如果這種模式保持不變，中國的半導體公司也有可能成為國際市場上的激進競爭者，從而獲得進一步的全球份額。事實上，這恰恰是中國國務院在2014年制定的雄心壯志，正是這一雄心促成了《製造強國計劃》的發展：最終目標是到2030年，中國成為半導體行業各細分領域的全球領先者。根據其他科技行業觀察到的中國公司全球市場份額與中國國內市場權重之間的比率推斷，從長遠來看，中國半導體行業潛在的全球份額為35%至55%。隨着中國半導體企業加快海外擴張，行業利潤率可能會大幅壓縮。因此，美國半導體公司將再也無法維持今天的高研發強度。目前的創新良性循環可能會逆轉，轉而成為美國公司陷入競爭力下降、市場份額和利潤萎縮的惡性循環。
由於重大的國家安全擔憂，電信網絡設備行業今天處於正在進行的美中摩擦的中心，該行業的經歷説明了這些動態。2000年，三大北美公司成為全球領導者，總收入約為1000億美元。在網絡泡沫破滅之後的技術衰退期間需求枯竭之後，網絡設備公司的收入大幅下降。到2005年，這三家公司的總收入下降了45％。結果，他們被迫重組業務並削減包括研發在內的成本。儘管他們將其收入的投入與危機前時期保持相同的12％，但他們的年度研發總支出從120億美元下降至67億美元，在短短五年內減少了45％。
這削弱了他們保持其在歐洲競爭對手中的技術領先地位以及支持不斷髮展的無線設備市場中的新產品開發的能力，就像世界各地的運營商都在基於新技術標準推出無線網絡一樣。大約在同一時間，進入1990年代中期市場的中國製造商開始以低得多的價格引入“足夠好”的網絡設備。中國競爭者在國內和新興市場迅速擴張，到2008年已佔領了全球約20％的市場。在隨後的十年中，中國電信網絡設備公司的份額幾乎翻了一番，達到38％。同時，三大北美前巨頭最終被其歐洲競爭對手收購，價格僅為其原先估值的一小部分。如今，沒有總部位於美國的無線接入網絡基礎設施供應商，這對於下一波將改變全球經濟的5G網絡的鋪設和管理至關重要，因為它們將迎來從大規模物聯網應用到自動駕駛汽車的一切。
五、保持半導體行業“雙贏”全球市場準入
在過去的30年中，半導體產業一直是技術進步的核心，這些技術進步為美國經濟，美國國防能力以及世界各地的消費者和企業帶來了巨大的利益。它還為中國創造了好處，中國的技術產業已經能夠使用國外的半導體組件來開發競爭日益激烈的電子設備，從而在全球市場中獲得份額。
半導體領域的這些進步是創新良性循環的結果，創新依賴於對知識產權的充分保護， 依賴於核心技術和工具自由公平地進入全球市場，也依賴於將這些創新帶給最終客户的高度專業化的供應鏈。
在相互對立的國家安全關切的推動下，中美之間最近的摩擦導致制定了旨在對進入市場，技術和資源施加廣泛障礙的政策。當然，維護國家利益至關重要。但是，如果要避免永久損害使半導體行業取得成功的創新模式，則必須仔細考慮政策機制。
從美國的角度來看，我們的分析表明， 對美國半導體公司施加廣泛的單方面限制，以阻止它們為中國客户提供服務可能會事與願違，並有可能危及美國長期以來在全球半導體領域的領導地位。最終，這可能導致美國嚴重依賴外國半導體供應商來滿足美國技術產業的需求，而美國過去三十年來一直是美國生產力提高和經濟增長的核心引擎。同樣，規模急劇縮小的美國半導體產業不再發揮全球領導者的作用，將無法為滿足關鍵國防和國家安全能力所需的高級半導體需求的研發投資提供資金。
保持獲得尖端技術也符合中國的利益，特別是在中國尋求加快經濟向更多依賴更高附加值產品和技術驅動的生產率提高的新增長模式轉型的情況下。找到建設性的方法來解決美國表達的一些關切，比如加強知識產權保護，確保外國半導體公司的公平競爭環境，也可能有利於中國自己的技術發展願望。這些措施可以進一步鼓勵外國投資中國的研發活動，有利於中國提升國內產業能力所需的技術訣竅和人才的流入，最終刺激創新和質量方面的健康競爭。
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。
六、附錄：方法
為了評估美中摩擦對半導體行業的潛在影響，我們開發了一個市場模型，按地區、終端應用市場和產品線提供半導體需求和供應結構的詳細視圖。該模型基於Gartner的市場數據，並與WSTS的半導體銷售數據進行了交叉核對。我們還為智能手機、PC、服務器和存儲系統等特定終端設備補充了IDC等其他來源。我們還利用多份分析師報告預測了中國半導體產業中期發展和《製造強國計劃》政策的潛在影響。
該模型由六個相互連接的模塊組成：
圖表13：BCG半導體產業模型綜述
模塊1、模塊2和模塊3確立了2018年全球和中國半導體市場的基線：
模塊1：終端設備模塊對使用半導體的電子設備的需求和供應進行建模。我們考慮了七種不同類型的終端設備：智能手機、PC、消費電子產品、數據中心、網絡設備、汽車以及工商業設備。對於這七個終端應用市場中的每一個，我們都制定了一個矩陣，按地區細分供需情況。這使我們能夠量化中國設備製造商在每個應用市場的全球份額，以及其中有多少份額來自中國國內市場與出口市場。例如，該模塊顯示，按價值計算，中國公司在全球智能手機市場佔有36%的份額。中國國內市場佔其營收的54%；東南亞、拉丁美洲、東歐、中東和非洲等新興市場的營收佔其營收的33%；其餘13%的營收來自美國、西歐、日本和韓國等高收入地區。
模塊2：半導體需求模塊使用Gartner的市場數據分解了2018年全球32個產品類別4740億美元的半導體收入。然後，將按產品類別劃分的半導體收入映射到模塊1中終端設備模塊涵蓋的7種終端設備和7個需求區域。我們已經建立了一個“數據立方體”，顯示32個單獨的半導體產品類別中每一個類別的全球總收入的哪一部分來自哪種類型的終端設備，以及來自哪個地區。這使我們能夠計算出來自中國設備製造商的每一種半導體產品的需求。在我們看來，這是衡量中國半導體市場規模的最合適標準，因為這還不包括中國工廠運往中國製造外國設備的半導體。根據這一方法，我們估計2018年中國設備製造商的半導體需求總額為1090億美元，佔全球半導體收入的23%。這一數字低於報告中經常被視為基於基礎WSTS數據的中國半導體市場規模的約1600億美元-但這個數字包括為製造非中國品牌的設備而購買並運往中國的半導體。
圖14：半導體產品分類
模塊3：半導體供應模塊映射了所考慮的32個半導體產品類別中的每一個的主要半導體供應商，以及它們各自的全球市場份額。然後，我們估計了來自中國、美國、歐洲、日本、韓國和亞洲其他地區的半導體公司在中國需求半導體需求模塊中的份額。由於沒有關於個別半導體產品向中國公司銷售的完整公開數據，我們根據我們的行業知識應用了一些假設。從本質上説，我們假設中國半導體公司的所有收入都只來自中國客户，日本和韓國供應商在各自國內市場的份額也高於其他地方。除了這些調整外，供應商在每個需求地區的份額預計將與他們觀察到的全球份額保持一致。例如，該模塊估計，2018年中國半導體公司總共提供了中國設備製造商14%的需求，而美國供應商約佔中國需求的45%。對於智能手機使用的集成基帶/應用處理器等部分產品，中國供應商的份額高於整體的14%。在FPGA、CPU或GPU等其他產品中，沒有一家中國供應商的需求份額至少佔到中國需求的10%。
模塊4、5和6是“分析引擎”，在所考慮的不同場景下模擬最終用户和設備製造商行為的預期變化：
模塊4：最終用户購買行為變化模塊評估最終用户態度變化對跨地區設備製造商市場份額的影響。我們已經建立了兩種撞擊的模型，這兩種撞擊方向相反，並且部分相互抵消。
模塊5：供應商替代模塊評估由於中國設備製造商的供應商替代努力而導致的半導體公司市場份額的變化。我們模擬了三種不同的供應商替代動態，這三種動態將在未來幾年並行發生。
根據場景的不同，這三種類型的替補如何發揮作用是不同的。圖表15概述了我們在所考慮的每個場景中假定的動態：
圖表15：中國半導體市場的供應商替代動態
模塊6：創新週期效應模塊將全球市場份額和收入的變化轉化為對研發投資、資本支出和就業的影響。鑑於報告中描述的該行業的良性創新週期，我們假設研發的大幅減少會使美國公司更難保持相對於全球競爭對手的技術優勢，最終導致競爭力的喪失和隨着時間的推移進一步侵蝕收入份額。
為了估計對研發和資本支出的影響，我們彙編了美國前20家半導體公司的財務狀況，這些公司加起來佔美國行業總收入的90%以上。有關行業就業的數據，無論是直接的還是間接的，都來自半導體產業協會的年度報告。當它們面對市場份額和收入的重大直接影響時，我們的模型針對情景1和2預測，美國公司將需要減少支出以保持其當前的利潤率。至少，我們希望公司與收入下降的比例相同地削減R＆D和資本支出，並保持支出與收入的比例不變。
此外，我們還使用了波士頓諮詢公司專有的總股東回報分析，以瞭解收入增長、利潤率和其他因素對股價升值的貢獻。毫不奇怪，營收增長是半導體行業股東價值創造的最大驅動力。我們的模型表明，在情形1和情形2下，美國半導體行業將損失相當大一部分全球收入。因此，美國行業可能會從2013-2018年每年營收增長10%的時期過渡到未來3到5年的營收下滑時期。因此，美國半導體公司將不得不通過提高利潤率來過度補償，以維持股東的投資回報率高於該行業的估計資金成本。這將需要更大幅度地削減研發和資本支出，遠遠超過收入的下降。
反過來，隨着時間的推移，美國公司研發投資的大幅減少將導致中國以外市場份額的進一步侵蝕，因為全球競爭對手可能會增加總研發投資，因為它們受益於在中國替代美國供應商帶來的更強勁的收入增長–趕上了美國的創新。我們根據產品的研發強度-在每個特定產品類別的領先美國公司的財務中觀察到的研發支出佔收入的百分比-以及由模塊5/供應商替代造成的中國客户收入損失引發的估計研發削減，根據產品的研發強度進行了一些具體的建模假設，從而估計了這種額外的二次訂單影響。
由於“創新週期”效應，研發強度高、中國供應商替代造成的預期份額損失大的產品在中國以外的其他市場將經歷更高的額外市場份額侵蝕。這一影響將相當顯著：根據我們的模型，我們預計這將使美國半導體公司來自中國市場的收入損失增加30%至40%，具體取決於情形。