芯東西 9 月 29 日訊息，本週一，美國半導體行業協會（SIA）釋出了其年度行業報告。該報告共 27 頁，從半導體在新冠肺炎疫情中的表現、美國半導體行業在全球的地位、半導體行業對美國國內經濟的影響等進行了梳理和分析。

根據這份報告，2021 年半導體行業資本支出預計將接近 1500 億美元，而此前該支出從未超過 1150 億美元。由於疫情和新興技術等因素，2020 年全球半導體銷售額增長了 6.8%，為 4404 億美元。

近年來，雖然美國佔全球晶片製造份額有所下滑，但是美國半導體公司研發佔銷售額比例超過任何其他國家和地區，是行業的重要創新來源。

以下是芯東西對報告全文的編譯和整理。

01. 全球缺芯，晶圓廠產能利用率超 80%

在 2020 年和 2021 年，缺芯問題引發了全球關注。報告指出，半導體行業一直在努力增加產能，以保障晶片供應。

由於市場需求火熱，前端晶圓廠的產能利用率普遍超過 80%，個別晶圓廠產能利用率甚至高達 90%、100%。SIA 預計，2021 年全球晶圓廠產能利用率將進一步提高。

▲ 全球晶圓廠產能利用率變化

如今，全球半導體行業正在加大製造和研發投資，以滿足未來的市場增長。2021 年以來，全球晶片製造商正在投資新的晶圓廠。

此外，半導體行業的資本支出（CAPEX）創造了歷史紀錄。SIA 預計，2021 年的行業資本支出將接近 1500 億美元，2022 年則將超過這一數字。而在 2021 年之前，行業年度資本支出從未超過 1150 億美元。

當前的晶片短缺提醒了人們晶片對於汽車等行業的重要性，從長遠來看這種重要性將會不斷加大，全球對晶片的需求也會繼續上升。

02. 汽車跌倒、電腦吃飽，誰佔了最多的晶片？

由於疫情影響和新興技術的發展，半導體市場增速較快。2019 年，全球半導體銷售額為 4123 億美元，2020 年全球半導體銷售額增長 6.8% 至 4404 億美元。

根據世界半導體貿易統計組織（WSTS）的資料，2021 年全球半導體銷售額將達到 5270 億美元，2022 年則可能達到 5730 億美元。

▲ 全球半導體市場變化

受疫情影響，各種終端對晶片的需求也發生了較大變化。根據 SIA 的資料，2020 年半導體銷售額漲幅最高的終端產品是電腦，其銷售額上漲了 21.2%，市場價值達 1422 億美元。

2020 年下降最多的則是政府終端，該業務的半導體銷售額降低了 11.8%，僅為 46 億美元。備受關注的汽車行業則波動較大，最終減少了 0.3%。

▲ 2020 年半導體在各終端市場價值

整體看來，2020 年全球半導體需求最高的是電腦，該終端佔據了 32.3% 的全球半導體份額；智慧手機等通訊終端緊隨其後，佔據了 31.2% 的份額。消費電子、工業、汽車 3 大終端分別佔據 12%、12% 和 11.4% 的半導體份額。

如果以地區來看，美國半導體公司的銷售額佔據了全球接近一半的市場份額，韓國、日本、歐洲、中國等國家和地區企業所佔市場份額分別為 20%、10%、10% 和 12%。

03. 晶片設計撐起行業地位，本土沒有 10nm 以下晶片產線

SIA 也列出了美國半導體行業的支柱和短板。

具體來說，美國半導體行業在 EDA、IP 核、晶片設計和半導體裝置等環節處於領先地位，而在矽片等原材料、封裝、測試等環節處於落後。在晶片製造方面，美國本土缺少 10nm 以下的邏輯晶片製造能力，在模擬晶片和儲存上則處於領先地位。

▲ 按各供應鏈環節和地區劃分的半導體附加值和份額

值得注意的是，美國在晶片設計方面的優勢已成為其保持行業地位的關鍵。晶片設計屬於技術密集環節，其研發佔整個半導體行業的 65%，附加值則佔 53%。

自 90 年代以來，採用無晶圓廠模式（Fabless）的公司不斷增多。2000 年，無晶圓廠企業的銷售總額佔整個半導體市場的 10% 不到，2019 年這一數字已接近 30%。美國無晶圓廠企業銷售額佔全球無晶圓廠的 60%，也擁有全球最多的設計人才，是美國在半導體領域保持領先地位的關鍵。

雖然此前美國政府對半導體投入並不如其他政府，但美國半導體公司的研發支出一直在增長。2000 年到 2020 年期間，其年複合增長率為 7.2%。2020 年美國半導體產業用於研發的總投資額達 440 億美元。

▲ 美國半導體公司研發投入

就研發支出佔行業銷售額比例來說，美國半導體行業的研發支出佔比僅次於製藥和生物技術行業，而且其研發佔比高於任何國家和地區的半導體行業。

SIA 稱，這些對研發的高水平投入推動了美國半導體行業的創新，幫助其保持了在全球市場中的領先地位，並在美國各地創造了就業機會。

▲ 美國行業研發支出排名（左）和半導體研發支出排名（右）

而在晶片製造上，基於先進製程的邏輯晶片製造是美國半導體行業的短板。在儲存晶片領域，美國在 DRAM 和 3D NAND 快閃記憶體方面有著較強的競爭力，美光等公司正在全面迎接 EUV 光刻技術的到來。

此外，美國還在先進封裝、化合物半導體和碳化矽等寬禁帶半導體制造技術上處於領先地位。

04. 創造 1600 億美元收入，本土廠商產能正在流失

SIA 指出，美國半導體行業對其國內經濟至關重要。據其統計，美國從事半導體設計、製造、測試和研發的人員超過 27.7 萬，能夠影響 2600 多萬美國工人。

報告顯示，每個半導體崗位都會額外製造 5.7 個工作崗位。2020 年，美國半導體行業就創造了 185 萬個工作崗位。

除了創造就業，半導體行業對 GDP 的影響十分重要。2020 年美國半導體行業對 GDP 的總影響達 2464 億美元，還創造了 1608 億美元的收入，覆蓋範圍包括建築、金融、休閒、酒店等不同領域。在出口方面，2020 年美國半導體總出口額達 490 億美元，僅排在飛機、成品油和原油之後。

▲ 美國半導體行業所帶動的 GDP

值得注意的是，相比 2013 年，美國半導體制造商逐漸開始更多地將前端晶圓廠產能設在新加坡、中國臺灣、歐洲、日本等地區。2013 年，約 57% 的美國半導體制造商晶圓產能位於美國；2020 年，這一數字降到了 43%。

過去十年，海外晶片製造產出的平均增長率是美國的五倍。事實上，全球 3/4 的晶片製造能力集中在東亞地區，中國大陸很可能在 2030 年佔據全球最大的晶片製造份額。

這也是美國半導體行業協會呼籲美國出臺激勵法案的重要原因之一。

同時，美國政府對晶片研究投資佔 GDP 的比重基本持平，相比其他國家和地區有所不足，削弱了晶片製造、研究實力。為了改善這一局面、創造高薪崗位，美國兩黨通過了 CHIPS 晶片法案，但該法案仍有待美國國會撥款。

▲ 2019 年全球邏輯晶片產能情況

此外，美國國會還考慮制訂名為 FABS 法案的晶片製造法案，該法案將包含半導體投資稅收抵免政策，以幫助加強其半導體生態系統。SIA 認為通過這些法案，美國晶片製造將會迎來複興，並確保其在人工智慧、量子計算、5G/6G 等基於半導體的關鍵技術上處於領先地位。

最後，SIA 提出了 4 點建議，分別為：

1、加強投資美國半導體行業，包括制定投資稅收抵免政策等，以刺激創新；

2、加強美國技術人才實力，改善教育體系，並吸引外國技術人才移民；

3、促進自由貿易和智慧財產權保護，擴大資訊科技協定；

4、加強和盟友合作，認識到半導體供應鏈的全球屬性，塑造更有利於增長、創新和供應鏈彈性的監管和法律環境。

05. 半導體抗疫五大領域盤點

對於全球來說，2021 年最重要的事情還是抗擊新冠肺炎病毒疫情，半導體行業也不例外。SIA 稱，疫情期間，半導體行業在五大領域發揮了自己的作用，對抗擊疫情作出了自己的貢獻。

1、晶片進入更多醫療裝置，十萬美元降至數千美元

半導體是當前許多醫療裝置重要的組成部分，能夠提供如操作控制、資料處理和儲存、無線連線和電源管理等功能。由於半導體能夠提供以前非半導體器件的功能，醫療裝置的效能有所提升，成本則有所下降，有助於應對疫情和改善整體醫療環境。

SIA 舉了兩個具體的例子來驗證這一說法。第一個是行動式超聲裝置，該裝置可以檢測患者肺部病變等病毒症狀，快速識別與新冠病毒相關的急性肺炎特徵，而無需等待核酸檢測。

這種裝置之前採用壓電晶體作為超聲波探頭，這使得超聲波檢測裝置的價格一般超過 10 萬美元。通過半導體晶片替代壓電晶體，裝置成本僅需數千美元，可以更便捷地探測、評估患者身體內部情況。

第二個是呼吸機。在疫情期間，呼吸機用於幫助嚴重肺損傷的患者進行輔助呼吸。呼吸機系統使用半導體感測器和處理器來監測生命訊號。感測器用於確定患者每次呼吸的速度、體積和氧氣量，並根據患者的需要準確調節氧氣水平。處理器控制電機速度，輔助患者進行呼吸。

2、先進感測器、模擬晶片實現密集人群測溫

對於許多重新開放的工作場所和公共設施來說，對大量人員進行體溫檢查十分重要。當前的熱像儀或非接觸式額頭紅外溫度計是兩種常用的方式，這些裝置也依靠感測器和模擬晶片等半導體將溫度等資料轉化為數字讀數。

3、AI、超算加速疫苗研發

大流行迅速產生了大量可以用於開放新冠病毒疫苗的資料，但是其龐大的資料量使研究人員很難快速找到所需的資料。而尖端半導體技術正在簡化疫苗研究人員對資料的蒐集過程。

美國的一家半導體公司工程師開發了一個名為 Deep Search 的平臺，該平臺使用自然語言處理來標記研究論文，以便研究人員通過搜尋引擎可以更快地發現所需論文。

在疫情初期，產業界、學術界、國際政府機構等組成了 COVID-19 高效能運算聯盟（The COVID-19 High Performance Computing Consortium），該聯盟成員擁有超算平臺和 AI 部署能力，在疫情初期幫助大學、公司和醫院將疫苗建模和模擬潛在治療時間從幾周縮短到了幾分鐘，大大節省了疫苗的開發時間。

▲ COVID-19 高效能運算聯盟官網頁面

4、遠端辦公、網課基礎設施

在疫情期間，半導體是公司遠端辦公和學校網課通訊的基礎設施。隨著疫情發展，遠端辦公、教育的趨勢還在持續，頂級企業的網路使用率已增長了 30%-50%，就連物流和交付都很大程度上依賴於基於晶片的通訊服務。

封城時，商店物品、雜貨和餐廳食品的運輸十分普遍。雜貨配送公司利用智慧手機 App 來連線購物者和顧客，這些基於半導體的服務使取貨和送貨都變得簡便、安全。

5、新型感測器助力弱勢群體抗疫

半導體技術更是加強了對老年人、糖尿病患者和聽力障礙者等弱勢群體的保護。疫情爆發後，實時監控系統能夠幫助醫生對這些人群提供遠端醫療幫助和指導。由於新型半導體感測器的出現，可穿戴裝置可以提供對血糖等健康指標的監測服務。

此外，半導體還改善了聽力障礙者的處境。當疫情來臨時，許多感染新冠病毒的人患有聽力損失問題，所以幾家聽力護理公司推出了允許患者遠端護理的醫療平臺。在部分地區，遠端醫療平臺的使用者增加了 700% 以上。

06. 結語：缺芯推動美政府加大晶片製造投資

雖然美國半導體行業在晶片製造份額上有所下滑，但是高通、蘋果、英特爾、IBM 等國際巨頭不僅手握大量市場份額，更是在專利、研發投入上處於領先地位。

全球缺芯的當下，中國半導體玩家固然獲得了擴大市場份額、實現國產替代的機會，但也讓美國政府和行業意識到了製造環節的重要性，開始推進晶片製造領域的投資和立法。未來，中、美雙方在半導體領域的博弈與合作，將成為影響行業發展走向的重要因素。