美国芯片行业是如何衰落的:过度削减成本,供应链十分脆弱

36氪的朋友们2021-03-29
由于台积电等英特尔的竞争对手崛起,美国半导体行业的技术和商业优势变得越来越小,甚至失去了在某些技术前沿领域的领先地位,美国公司也因此面临着严重的供应瓶颈。

编者按:本文来自腾讯科技,36氪经授权发布。

【划重点】

  1. 美国半导体行业诞生之初,该国制定的产业政策能让各种参与者各尽其责,并让大小公司和政府机构都从中受益。

  2. 20世纪70年代,美国半导体产业政策逐渐被轻资本的“科学政策”战略所取代,这导致其供应链变得十分脆弱。

  3. 虽然美国半导体行业在20世纪90年代重新获得了主导地位,但其技术和商业优势变得越来越小,甚至最终失去了技术前沿领域的领先地位。

  4. 如今,美国面临着尖端半导体短缺和创新能力下降的局面,政策制定者正在认真考虑进行干预,以防止下一次供应短缺危机重演。

由于台积电英特尔的竞争对手崛起,美国半导体行业的技术和商业优势变得越来越小,甚至失去了在某些技术前沿领域的领先地位,美国公司也因此面临着严重的供应瓶颈。

不过,伴随着新冠肺炎疫情逐渐得到控制,美国将迎来新的历史性机遇,以全面改造其半导体行业的公共和经济基础设施。然而,为了确保新的产业政策有效,许多旧有的战略需要调整,以确保它们与支持劳动力市场的宏观经济政策相一致。

美国半导体制造业的历史为我们提供了明确的经验教训,制定有效的产业政策不仅可以解决目前的供应短缺危机,还可以帮助建立更强大的创新生态系统,以确保美国长期保持领先优势。

以下为文章正文:

自从美国半导体行业诞生以来,其产业政策就对该行业的发展起到了关键作用。早期的产业政策让各种参与者各尽其责:小公司在技术前沿进行试验,而大公司则追求流程改进,从而确保这些创新能够迅速扩大规模。美国政府的需求确保了这种试验在财务上的可行性,而技术转让法规确保了技术进步能在大公司和小公司之间分享。至关重要的是,政府的定期采购为公司提供了必要的流动资金支持,使其能够在不依赖大规模生产一次性产品的情况下继续迭代。这种产业政策方针鼓励创新,确保小公司能够获得国内大规模生产创新设计的机会,同时允许大公司也从中受益。

随着美国半导体行业日趋走向成熟,以及竞争环境发生改变,政策框架也随之发生了变化。自20世纪70年代以来,美国产业政策逐渐被轻资本的“科学政策”战略所取代,而庞大的“冠军企业”和轻资产创新者已经取代了由以生产为重点的大小企业组成的强大生态系统。虽然这一战略最初是成功的,但它创造的是一个十分脆弱的体系。如今,这个行业一方面受到脆弱供应链的限制,这些供应链仅能满足少数拥有巨额资金的公司的需求。另一方面,它也受到了许多轻资产设计公司的限制,这些公司无法帮助改进流程。

虽然美国半导体行业在20世纪90年代重新获得了主导地位,但由于其所奉行的政策方针,该行业的技术和商业优势变得越来越小。随着台积电等英特尔竞争对手的崛起,美国失去了在技术前沿领域的领先地位,美国公司也因此面临着严重的供应瓶颈。新冠肺炎疫情暴露出的供应链危机表明,半导体生产已经成为攸关经济和国家安全的关键问题。毕竟,半导体生产是一项通用技术,几乎可以在每一条主要供应链中发挥作用。

虽然“科学政策”显然可以发挥作用,但它对待技术进步的态度过于狭隘,这有利于新思想的发展,但不利于将新技术扩散出去。工艺创新需要实践的支持,需要持续不断地建设和部署新的生产线。在低资本支出、轻资产的生产环境中,“边做边学”的模式显然并不合适。

半导体行业的技术创新发生在供应链的每个环节中,并受益于多样化的参与者和充满活力的劳动力市场。劳动力不仅是技术前沿的成本中心,而且是创新过程必不可少的组成部分。美国政策制定者在解决目前的供应短缺问题时,应该吸取半导体产业政策演变过程中的教训,并努力创造刺激创新所需的那种强大的竞争生态系统。本文将阐述美国半导体行业的演化历史,以向政策制定者展示,在创建更安全、更有弹性的供应链的同时,如何追求让美国重新获得技术优势的战略。

美国半导体行业早期与产业政策

在半导体行业诞生之初,美国政府利用产业政策和科学政策帮助培育了半导体公司的多元化生态体系,以确保任何科学上可行的方法在经济上也可行。政府财政支出提供了必要的流动资金支持,使这个高度投机的行业脱颖而出。这一战略需要持续的干预,以保持创新和充满活力的竞争生态系统。

美国国防部利用采购协议和准监管措施来确保公司生态系统和技术进步能够广泛扩散。政府合同为早期公司创造了一个现成的市场,国防部渴望扮演第一个客户的角色。有了对大规模生产半导体的需求,产能投资对许多早期的小公司来说在财务上变得可行。

作为许多公司的核心客户,美国国防部对半导体行业的最新技术发展有着清晰的认识,并利用这一观点直接促进公司和研究人员之间的对话和知识共享。与此同时,“第二来源”合同要求国防部购买的任何芯片至少由两家公司生产,将采购与技术转让联系起来。国防部甚至要求贝尔实验室(Bell Labs)和其他大型研发部门公布技术细节,并广泛授权他们的技术,以确保国防部可能与之签约的所有公司都能获得创新的“基石”。

这种政策加快了创新的步伐,并帮助其迅速扩展到整个行业。政府采购协议确保了投资者愿意支出资本,而增加对重复资本货物的支出有助于显著改善流程。与此同时,从业者在整个系统中自由流动,应用从一家公司获得的知识来改进其他公司的生产流程。

这种竞争环境与当时的反垄断手段相结合,鼓励了大公司建设大型研究实验室,并促使小公司进行疯狂实验。成功的实验帮助创建了新的大公司,或者在已经存在的大公司支持下扩大规模。美国国防部的产业指导帮助推动这项技术朝着新的方向发展,同时保持行业发展的连贯性和针对性。

至关重要的是,这一策略隐含着政府对整个行业新技术开发享有的优先特权,而不是帮助任何单个公司实现收入最大化或成本最小化。如果企业需要投资并持有资产,融资也是可行的。政府保护了这个行业不受所谓“市场纪律”的影响,这样就可以让企业继续将重点放在创新和生产上,而不是被狭隘地理解为经济上取得成功。

然而,到了20世纪60年代末,该行业发展得如此之快,以至于政府采购以及政府通过“第二来源”合同等方式实行准监管的能力,都变得相对不再重要。虽然半导体行业的存在是基于20世纪40年代末的军事采购,但到了20世纪60年代末,军事采购在市场中所占的份额已经不到原来的四分之一。

20世纪70年代:蓬勃发展的商业市场

由于半导体的商业应用日趋繁荣,再加上缺乏真正的国际竞争,20世纪70年代是美国半导体公司崛起的黄金时代,尽管政府采购和指导变得越来越不重要。

1955年到1973年之间,美国半导体公司的销售额变化情况

虽然产业政策促进了半导体行业早期的创新和产能建设,但其在20世纪70年代的相对缺失却几乎没有被注意到。可以肯定的是,当时政府采购仍然起到了某种作用,但随着私营企业开始认真地将电子产品整合到半导体供应链中,它们成为了更重要的采购者。大规模生产计算机也与半导体的发展有着共生关系,因为芯片的需求推动了封装和集成技术的改进。

事实上,美国国防部的优先事项开始明显偏离商业客户的需求。国防部寻求专门针对军事问题的利基解决方案,特别是开发商业应用最少的非硅基或抗辐射半导体。政府和半导体公司都认识到,该行业不再需要直接指导,双方的需求也开始出现分歧。

在20世纪70年代,蓬勃发展的非国防半导体市场意味着,成功的小公司和大公司在没有太多政府支持或协调的情况下共存。技术改进转化为工艺改进,这反过来又进一步推动技术改进。新的发明,比如MOS IC、微处理器、DRAM等,将该行业推向了新的高度,并提出了不同的创新路径。

在一个普遍繁荣和创新的环境中,半导体作为一种通用技术在整个经济中得到了广泛的应用。尽管大型研究实验室和国内制造代表着大量资产,但缺乏国际竞争和蓬勃发展的市场,确保了大多数投资最终都能取得成功,无论是在创新方面还是在利润方面。

20世纪80年代:激烈的国际竞争

然而,这种竞争环境灌输的乐观和慷慨在20世纪80年代被切断,当时在日本通商产业省产业政策的指导下,美国将市场和技术主导地位拱手让给了日本公司。

日本使用了与美国半导体行业诞生之初相同的产业政策,包括集中化指导、签署采购协议、鼓励融资等,以迅速扩大产能并主导全球市场。然而,日本采取了略有不同的战略,即专注于为迎合出口市场研究更容易理解的技术,而不仅仅是聚焦国防领域的需求。当DRAM成为标准,并成为半导体行业中最大的单一市场后,日本很快就占据了主导地位。

虽然美国政府为半导体行业创造了最初的市场,但日本却能够围绕这个快速增长且已经存在的市场构建其产业政策。因此,日本能够推行比美国完善得多的策略,比如建设基础设施,协调计算机和半导体领域的合资企业等,因为日本知道其产品有现成的商业市场。虽然日本政府支持和协调投资的战略与美国在20世纪50年代和60年代使用的战略相同,但其实施这一战略的策略却是根据80年代的竞争环境量身制定的。

在20世纪80年代,随着日本产能增加,美国在全球半导体生产领域所占份额急速下降

日本竞争对手的到来对美国公司产生了戏剧性的影响。在随后的行业洗牌中,许多美国公司永久退出了DRAM市场。作为回应,美国半导体行业成立了倡导团体——半导体工业协会,以协调生产,并为关税和贸易政策干预进行游说。该组织游说政府保护其免受日本“倾销”的影响,而半导体研究公司(src)的成立则是为了组织和资助与商业市场相关的半导体研发,国防部不再是唯一客户。

半导体制造技术联合体(SEMATECH)是由行业成员和国防部联合资助的,最初的目的是像早期的产业政策那样,促进半导体公司之间的横向合作。然而,它很快将重点转向供应商和制造商之间的垂直整合,以期将成本降至最低。

由于技术和经济驱动因素的共同作用,遗留下来的垂直整合公司在20世纪80年代开始分崩离析。考虑到当时美国的经济形势,在竞争激烈得多的全球市场上,人们几乎没有多少兴趣投资于低附加值活动的产能。

从1968年到1988年之间,美国商业集成电路销售情况

取而代之的是,大公司集中了小公司剩余的生产能力,并创建了更为庞大的企业集团。随着各家公司开始采用类似的设计原则,以及MOS晶体管作为行业主导设计的出现,使得专门致力于制造的“代工厂”变得更经济实惠。随之而来的垂直瓦解导致了大型垂直整合企业的出现,它们与专注于设计的小型“无厂房”公司共存。

小型“无厂房”公司只负责设计而不生产芯片。从理论上讲,这让它们保留了灵活性,在追求创新设计策略的同时将管理成本降至最低。20世纪90年代,随着美国公司率先开发新的产品类别,日本公司面临来自韩国新来者的竞争,美国行业对这一战略的接受促使市场份额开始复苏。

从政策方面看,美国再也没有恢复以前的国内产业政策。相反,外国工业政策方案的成功取决于国内的合并、垄断、贸易保护主义和为科学研究提供资金。

20世纪90年代:科学政策取代产业政策

如果说美国半导体行业在20世纪80年代面临的是技术和竞争环境变化的挑战,那么20世纪90年代则是美国推行科学政策方针的高潮。当时,美国没有回归从前的产业政策,而是将“科学政策”的引入视为政府在半导体制造领域采取行动的新范式。科学政策的重点是促进与个别公司的公私合作伙伴关系,行业研发与学术研发的更紧密结合,广泛的研究劳动分工,以及允许创新公司轻资产运营的行业结构。

该政策的目标从创建一个具有强大供应链的竞争生态系统,转变为创建公私合作机构以协调研究人员、无厂房设计公司、设备供应商和大型“冠军公司”之间的复杂关系。这样,任何公司在研发上的支出都不会超过绝对必要的水平,从而保持全球成本竞争力,同时政府也可以避免大规模的投资支出。

“科学政策”方针的中心主题是狭义、非冗余意义上的提高效率。早期的产业政策侧重于冗余和重复,以尽快将创新带到供应链的每一个部分。无论是大公司还是小公司都管理着自己的生产,“第二来源”合同确保了可行的流程在公司的生态系统中迅速扩散。尽管早先的产业政策战略大大加快了创新的步伐,并确保了整个供应链在个别公司倒闭时依然表现强劲,但这确实意味着大量重复投资。尽管这种方法有助于推动流程改进的普及,但股东价值最大化决定了这种重复在经济上显得过于浪费。

虽然前几十年的产业政策促进了半导体行业的大规模就业,这也是创新的核心驱动力,但20世纪90年代的“科学政策”为了最低限度的效率而避免了这种做法。员工频繁更换公司,而“边做边学”成为创新的核心途径。虽然大量半导体行业工人的融合对该行业快速创新至关重要,但在这种新的竞争环境中,这同样被视为浪费。劳动力的单位成本很高,企业相信,如果他们能够战略性地缩减员工规模,就将可以帮助恢复全球竞争力。

在20世纪90年代施行的科学政策下,半导体行业附加值的增速比员工增长更快

在半导体行业诞生的早期,相对对价格不敏感的政府合同占总销售额的很大一部分,这种低效被视为创新的成本。但随着外国竞争对手出现,注重成本的商业市场成为半导体的主要买家,这种能力复制似乎纯粹以成本为中心,对许多公司来说几乎没有了吸引力。对盈利能力的担忧意味着,为了在对价格高度敏感的竞争环境中保持对成本的控制,应确保尽可能少的重复工作。这引发了美国半导体行业的集体行动问题,削减开支似乎符合每家公司的利益,但这样做进一步恶化了美国公司的创新能力。

在20世纪90年代,美国政府没有回归产业政策,而是选择了成本低得多的科学政策项目。理想情况下,“科学政策”将允许政府协调企业相互矛盾的节约愿望,同时又不会在技术上落后。然而,与时代精神相一致的是,美国政府也在提倡节约,不会提供产业政策在新的竞争环境中取得成功所需的大规模财政支持。

取而代之的是,政府支出更少,并试图开创一种劳动分工机制,允许所有参与者在不牺牲技术前沿领先地位的情况下削减成本,并追求盈利。为了做到这一点,它一方面资助学术研究实验室进行研发,另一方面资助行业团体将研究转化为商业能力。在某种程度上,这进一步降低了单个公司的研发投资。

这种结构不是由供应链重叠的公司组成的生态系统,而是创造了一种新的分工,每个公司或机构都参与了一个明显可分割的创新过程的不同部分。与此同时,更宽松的贸易政策和更好的运输能力使得领先的公司从经济角度选择“无厂房”模式,这可能是一种最轻资产战略。其目标是通过解决集体行动问题和减少整个系统中的冗余,以更低的价格重新夺回公共和私营部门的技术优势。

在短期内,这一策略的确奏效了!上世纪90年代末,在国内半导体和技术投资普遍繁荣的背景下,美国成功地重新获得了技术优势。在没有国内产业政策大规模财政支持的情况下,该行业能够在保持国际竞争力的同时进行创新。

大多数个体公司将研发重点放在生产过程的下一两个节点上,而较长范围的研究则由政府资助的学术研究人员进行。行业团体的介入将这些学术研究转化为商业行为,研发和生产中重复劳动的成本基本上被消除了。然而,大型集中式研究实验室逐渐空心化,供应链变得更加狭隘地针对少数几家核心公司的研究需求。

21世纪头十年:互联网泡沫破裂

显然,上述战略的短期成功是以高昂的长期成本为代价的。劳动力和资本的裁汰有助于确保公司能够迅速将流程改进内部化,同时还能帮助培训下一代工程师和技术人员。虽然从单一时期股东回报最大化的角度来看,这种重复可能是“多余的”,但它对确保长期创新轨迹至关重要。“裁员”和“增加脆弱性”成为不可调和的两个方面。

从长远来看,劳动力和资本投资不足的恶果最终会在某个地方显现出来,可能是在资产负债表上,也可能是在创新能力上,或者两者兼而有之。就目前而言,美国正面临失去其在尖端设计方面优势的危险,而且在尖端制造方面的霸主地位已经被台积电抢走了很大一部分。将投资过程的一部分分配给每家公司,可能会让每家公司的资产负债表看起来更加稳健,但由于持续投资不足,整个行业变得更加脆弱。几十年来劳动力成本的最小化减少了熟练技术人员和工程师的数量,而数十年的产能投资不足阻碍了美国公司应对当前供应短缺的能力。

美国半导体行业目前的问题是科学政策战略的自然长期结果,该战略在20世纪90年代末和21世纪初显得非常成功。整合和垂直整合的驱动力集中在学术实验室的长期研究,庞大的“冠军公司”和轻资产“无厂房”创新者的结合,这帮助创造了一个摇摇晃晃的竞争生态系统。

由于这些“冠军公司”在竞争格局中占据了过高的比例,他们的研发重点和中间投入需求为整个行业设定了先决条件。像英特尔这样的主要买家能够隐含或明确地利用他们相对的垄断力量,狭隘地围绕他们的需求构建供应链。当更广泛的经济需求发生变化时,就像此次疫情爆发以来的情况,这些脆弱的供应链很容易被切断。这种脆弱性是供应链为短期盈利和消除冗余而优化的明显结果,而不是面向整体经济需求的供应链。

无论是有意还是无意,“冠军公司”也会围绕自己的财务需求和计划来塑造技术发展的道路。与此同时,从技术意义上讲,这些冠军企业“太大而不能倒”:如果它们错过了流程改进,同样规模的国内竞争对手的缺席意味着整个行业也都会错过这一进步。

2010年以后:“无厂房”企业、研发和外包

从研发到生产的过程中,也开始出现奇怪的不一致和反馈循环。科学政策战略的关键是将知识产权中的创新与生产过程中的创新进行分析和经济分离。通俗地说,该政策优先于研究、设计和想法,而不是实施、生产和投资。利用外国制造工厂工艺改进的“无厂房企业”的崛起,就是这一战略的直接结果。

半导体行业的非国防公共研发支出情况

然而,将研发放在首位可能会放慢创新的步伐。单独补贴研发与鼓励外包没有什么不同:政策奖励的是知识产权的发展,而不是实物资产的所有权。问题是,流程改进来自于实施体现在新物理资产中的新技术,“边做边学”是技术创新的重要组成部分。一名优秀的工程师希望在生产过程的每一步、供应链的每一个环节都进行创新。尖端设计的外包生产围绕流程引入了一个黑匣子,可能会让不具经济效益的行为无法得到纠正。只专注于研发会导致这些工艺的改进更慢,并让国内生产商陷入困境,同时阻止劳动力开发新技能。

事实上,学术研究已经偏离了商业化的道路,并沿着某些创新范式形成了固定模式。鉴于学术研究往往是围绕远离当前生产的问题构建的,因此有时无法对现有技术的替代应用或替代流程驱动的创新路径提供洞察力。但由于科学政策让这一群体负责整个行业的长期创新战略,这一盲点不容忽视。事实上,摩尔定律的失败,以及在许多应用中对异类芯片的独特设计的转变,很好地表明了创新往往意味着在任何时候都会有多条技术发展道路。

美国半导体行业的研发支出从企业转向大学

几十年来,美国未能在工业产能和就业方面进行投资,造成了美国企业高度依赖外部制造工厂的局面。美国目前的计划是投资于台积电在美国的芯片制造厂,这代表了其试图简单地通过购买来解决问题的态度,而不是减少美国对单一来源供应商提供尖端设计的依赖。相反,我们应该回顾半导体生产初期的产业政策历史,重新夺回技术前沿的领先地位,推动供应链上每个环节的创新。

美国产业政策演变的教训

现在,美国面临着尖端半导体短缺和创新能力下降的局面,政策制定者正在考虑认真进行干预。虽然现在解决目前的短缺问题可能为时已晚,但防止下一次短缺重演应该从现在做起。美国两大政党对基础设施支出的广泛支持、疫情后重建的迫切性以及对半导体采购的国家安全担忧,这些因素加起来应该会鼓励政策制定者,让他们认识到现在是进行雄心勃勃改革的时候了。如上所述,半导体产业政策的历史提供了许多关于如何最好地创造高就业、技术创新和强大国内供应链的经验教训。

历史表明,科学政策是产业政策的必要补充,但仅有科学政策是不够的。协调研发是任何解决方案的必要组成部分,但不是整个解决方案。为了获得工艺改进,并确保劳动力具备在技术前沿操作的足够技能,该行业需要看到持续的产能扩张。然而,正如我们之前所展示的那样,在低需求环境下,私营企业明显不愿进行不确定的投资。

通过政府采购和融资担保、直接融资以及其他方式相结合的产业政策,是为该行业提供充足流动资金的唯一途径,以确保产能扩张足够快,使该行业保持在技术前沿。与此同时,出于国家安全和供应链弹性的考虑,政府应该有足够的财政能力让国内企业生产落后的半导体产品。从长远来看,以股东利益最大化为目标的产业外包政策弊大于利。

同样重要的是,我们要认识到,整个经济范围内强劲的需求以及由此导致的劳动力市场总体紧张,特别是半导体生产领域的劳动力市场紧张,对这些政策的成功至关重要。由政府主导的大规模投资建设将为不同经验和技能水平的人创造良好的就业机会。这既将创造一支高技能的劳动力队伍,也将为推动有意义的流程改进的那种“边做边学”的方式创造充足的机会。

在需要熟练技能、资本密集型产业中,劳动力的表现几乎就像另一种形式的资本商品,为投资带来明显的红利。然而,在缺乏足够就业机会的情况下,这些专业技能会随着工人转移到其他行业而消失。然而,这并不是说提高劳动力技能就足够了。如果立法只支持创建培训计划,而不同时创造必要的就业机会和投资,那么这很快会被证明是弄巧成拙。

有些人可能会对半导体和其他关键行业的产业政策所需资金的庞大规模感到担忧。这是一个巨大的市场,需要巨额投资,比如建设现代制造工厂可能耗资数十亿美元。然而,半导体是一项关键的通用技术,几乎进入了每一条关键供应链。产业政策可以防止瓶颈拖累经济增长,同时为国家安全需求创造一个强大的国内供应链。相对于在半导体技术方面的初始投资,回归产业政策的成本要高得多,但回报也将更高。作为4万亿美元基础设施建设或两党合作的供应链法案的一部分,重振落后的前沿产业并恢复一个强大的竞争生态系统,显然是一项非常不错的投资,不容错过。

美国现在的半导体产业政策目标很简单:开发可扩展的产业政策工具包,以灌输创新、打造紧缩的国内劳动力市场以及维护关键的供应链基础设施。半导体作为一个产业是制定这些政策工具的理想起点,因为它需要大规模的投资和创造就业机会。重建一个强劲的创新环境,还将帮助美国持久地重返技术前沿,创造就业和投资,并在未来几年带来回报。

半导体在现代工业经济中扮演着至关重要的角色,它们的技术路线图非常关键,不能以短期盈利能力为目标。政府有机会也有责任利用产业政策,在下一次供应短缺发生之前阻止危机,同时确保美国保持其在技术前沿的领先地位。(金鹿)

+1
12

好文章,需要你的鼓励

参与评论
登录后才能参与讨论哦...
后参与讨论
提交评论0/1000

请回复有价值的信息,无意义的评论将很快被删除,账号将被禁止发言。

文章提及的项目

下一篇

对于Epic游戏商城来说,显然不仅仅只想作为分发渠道存在。

2021-03-29

36氪APP让一部分人先看到未来
36氪
鲸准
氪空间

为你推送和解读最前沿、最有料的科技创投资讯

一级市场金融信息和系统服务提供商

聚集全球最优秀的创业者,项目融资率接近97%,领跑行业