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美國供應鏈檢討報告之結論及意涵:以半導體為例
日期:2021/09/02
作者:中華經濟研究院WTO及RTA中心 顏慧欣 副執行長、李淳 資深副執行長
文件編號:WTOepaper749
一、前言

  拜登總統於2021年2月24日簽署第14017號行政命令《美國供應鏈》[1],要求特定機關首長分別於100日內以及1年內針對特定產業展開供應鏈審查,設想可能遭遇之風險及提出強化供應鏈韌性之具體行動,做成報告提交至白宮。報告內容應包括各產業供應鏈所需的關鍵物資及原材料(critical goods and materials)、其他基本物資及原材料(other essential goods and materials),及製造或其他必要生產能力多項評估項目。針對100日內應先完成的四大領域:半導體、高容量電池、關鍵礦物和材料,以及藥物和原料藥,拜登政府已完成4項關鍵供應鏈之檢視,並於6月8日提出「100日關鍵供應鏈檢討報告」(Building Resilient Supply Chains, Revitalizing American Manufacturing, And Fostering Broad-Based Growth)[2]

  鑑於公布檢討結果的四大領域,基本上對臺灣至為關鍵的就是半導體產業,至於其他三個產業美國也未特別提及臺灣。爰此,本文透過白宮報告對半導體產業的調查結果、風險考量與因應建議等面向,作為探討之核心。

二、美國對半導體產業之檢討重點

(一)供應鏈之組成結構

  1. 市場概況

  根據美國商務部分析,半導體(以下亦稱為晶圓或晶片)供應鏈主要涉及之供應鏈包含五個階段,分別是半導體設計、晶圓製造、封裝測試(ATP)及先進封裝、半導體材料及生產設備(SME)。檢討報告依美國半導體協會(SIA)統計研究指出,2020年全球半導體銷售總額約為4,260億美元,2021年推估為4,520億[3]。從各國半導體企業市占率來看,2019年的前六名分別是美國(47%)、韓國(19%)、日本(10%)、歐盟(10%)、臺灣(6%)以及中國(5%)[4]

  若由商業模式觀察,美國2019年在全球各類型市場市占率,分別是整合型半導體市場(Integrated Device Manufactures, IDM。意指包含設計、生產及測試封裝垂直整合半導體市場)為51%、無廠半導體設計(Fabless Design)為65%、晶圓代工製造(Pure-Play Foundry)為10%、設備市場為40%,以及委外封測公司(Outsourced Assembly and Test companies, OSATs)則為15%[5]

  2. 供應鏈分佈情形

  由半導體供應鏈來看,美國雖然在設計、IDM、設備及材料階段仍保有優勢,但優勢正在逐漸流失,同時半導體生產製造階段則面對最大的威脅挑戰。

  檢討報告指出,美國半導體設計生態系統強大且世界領先,但問題在於銷售市場高度依賴中國。又美國仍主導半導體材料及設備,但因種類繁多,仍有部分掌握在其他國家手中。此外,由於美國國內半導體製造者有限,因而設備製造商嚴重依賴海外(亞洲)市場。此外,美國在第三代半導體GaN及SiC材料有領先優勢,但同樣面對部分原料也有過度集中在東亞地理區位之風險。至於製造能量部分,美國半導體製造在1990年代的產能佔全球37%, 至2018年只剩12%。反之,2019 年台灣佔全球半導體生產裝機容量(installed capacity)的20%,緊隨其後的是韓國之佔 19%、日本17%、中國16%及歐洲9%。

  進一步來看,在邏輯半導體、存儲半導體(記憶體)和類比半導體等三種最主要半導體類型中,以邏輯半導體最為重要。2020年時邏輯半導體約佔整體半導體市場42%之營收、存儲半導體約佔 26%,而類比類半導體約佔 14%,其餘市場由分離、光電(discrete, optoelectronic)等非集成電路半導體組成。雖然美國在分離、類比與光電元件的產量中仍有30%的佔有率,但在邏輯半導體和記憶體則分別僅有12%與4%,兩者皆是目前各種主要電子產品如手機、電腦所必須之關鍵零件。最後,在生產技術方面,目前全球能生產10奈米以下的先進節點(advanced nodes)的公司為數僅有三家,即台積電、三星與美國英特爾;台積電更是在尖端節點(leading nodes),如5奈米及7奈米產能的唯一生產者[6]

(二)美國半導體產業之風險考量

  半導體是所有技術產品及先進軍事系統的基礎,不但是消費者日常生活中不可或缺的部分,亦與能源、公衛、農業、消費電子、製造業、交通及國防能量有關。美國為半導體生產之全球領先國家,迄今美國半導體產業之收益仍佔全球半導體收益近五成,但數十年來半導體之製造均外包或移至海外,導致美國本土半導體製造能力的份額大幅下降。美國除缺乏製造最先進技術之能量外,無晶圓廠半導體公司亦高度依賴進口。

  1. 地理區位集中度(geographic concentration )風險

  SIA於2021年4月發表之研究報告指出位於東亞的臺灣(20%)、中國大陸(16%)、韓國(19%)與日本(17%)佔了全球近四分之三的半導體產能。以先進邏輯晶片(advanced logic chips)為例,美國及其盟友均高度仰賴產能佔全球92%之台灣,至於成熟製程邏輯晶片,美國製造也僅佔全球6%至9%,故存在「地理區位高度集中」的問題。美國對進口晶片之依賴使其在關鍵半導體供應鏈中形成新的弱點,產能的喪失威脅其在半導體供應鏈之各環節及長期的經濟競爭力。

  2. 顧客集中度(customer concentration)風險

  美國設計、材料及半導體設備企業之海外營收及客戶有過度集中於中國之問題。在地緣政治因素下,美國對中國實施之出口管制限制以及中國本土半導體產業政策等,對此等美國企業境外收入有直接且顯著地影響,對台海地緣緊張也有影響。

  3. 其他風險因子

  除了過度集中帶來之供應鏈脆弱及中斷(包含天災及惡意中斷)風險外,美國半導體供應鏈之其他風險因子尚包含:半導體過時及技術世代落後(generations old)導致持續盈利能力受限問題、電子生產網路效應(electronics production network effects)、 人力資本缺口及智財權被竊取等。其中電子生產網路效應部分係指「網路群聚效應」,亦即電子產品及半導體生產受益於所謂的「製造集群」(manufacturing clusters)效益,由於世界最大的電子產品客戶多數在中國,因此各國及美國半導體公司有動力在中國鄰近地區建立據點,而此一聚落結構又進一步強化了與中國建立半導體供應鏈關係的吸引力。

(三)美國考量之因應對策

  美國在檢討報告中,表示擬採用幾項做法來保護其技術優勢,其一乃積極投資國內之生產與研發,以發展本土半導體生態系;其次也擬透過激勵措施、人才培養、資訊透明化及與盟友合作等措施,促進企業投資及重建半導體製造能量。具體而言,美國之對策可分為短期及長期二面向。

  1. 短期(短缺問題)
  • 美國將推動加強與產業之夥伴關係,並促進半導體製造商、供應商及終端使用者間之訊息流動(information flow)。又商務部會邀集所有利害相關人,共同推動提高透明度及數據共享。
  • 拜登政府將在近期與日韓成功合作之基礎上,例如韓國高科技企業宣布對美半導體投資逾170億美元,加強與盟邦與合作夥伴之接洽,以促成公平分配半導體晶片、增加生產並促進投資等。又如TSMC到Arizona,除了設置5奈米每月2萬片產能,並可達到雇用1600員工之效益。
  2. 長期發展對策
  • 長期而言,本報告指出美國應建立具有韌性及競爭力之半導體供應鏈。美國之戰略必須包含採用防禦行動來保護其技術優勢,另一方面亦須積極投資國內之生產與研發;美國應發展一生態系,其中包含發展其創新產業以及創造高薪半導體就業發展藍圖。最後,美國應與夥伴及盟邦合作以促進全球之韌性。
  • 美國將從四個面向重建美國製造及創新能力,包括:增加在美國半導體投資,如建議國會至少提供500億美元,投資美國本土半導體生產及研發、透過研發來維持與確保美國領先地位,對此乃提及應與美國已有「科學及技術合作協定」(Science and Technology Agreements)的國家,如台灣、歐盟等,探討R&D合作。
  • 美國政府將引導建立跨國半導體「企業與產業間的夥伴」關係。
  3. 《美國製造晶片法》主要內涵
 
  美國國會自2020年起陸續推動立法,期能創造吸引半導體製造業回流與投資研發的誘因,相關法案包括《建立有效獎勵美國半導體生產法案》(Creating Helpful Incentives to Produce Semiconductors for America Act,又稱《美國製造晶片法》(CHIPS for America Act))、《美國半導體晶圓廠法》(American Foundries Act),後來兩案已合併在《2021財政年度國防授權法》(National Defense Authorization Act for Fiscal Year 2021, 2021NDAA)之中,經參眾兩院通過並於2021年1月2日正式成為法律(Public Law No: 116-283),但仍需獨立預算撥款程式以落實法案要求[7]。合併後法案對美國半導體產業的重點政策或措施,主要如下:

  (1)建立與執行半導體激勵措施

  預計透過商務部,針對符合資格的公司或集團之個別計畫,提供原則上不超過30億美元的財政補貼,其條件包括:申請項目可顯著地大幅提昇國內半導體供應比例、或滿足國安需求;補貼資金需用於投資半導體製造、裝配、測試、先進封裝或研究和發展的設施和設備,以及支援前述活動所需的勞動力發展和場地開發與更新等。

  (2)要求國防部推動安全微電子學研發

  授權國防部與相關機關推動建立公私夥伴關係、也鼓勵成立公司聯盟等,以確保國防部與相關部門開發與制定可衡量的安全微電子學(measurably secure microelectronics),包括積體電路、邏輯裝置、記憶體以及支援這些微電子元件的封裝和測試方法。

  (3)設置「多邊半導體安全基金」

  授權財政部建立「多邊半導體安全基金」(Multilateral Semiconductors Security Fund),交由國務卿管理運用;並將建立一「共同資金提供機制」(common funding mechanism),用以支持美國與外國夥伴共同合作促進發展及採用永續安全的半導體及其供應鏈,以及鼓勵外國夥伴能在若干重要議題與美國合作,例如半導體政府補貼的透明化、對不符合透明化的國家有一致立場、半導體的出口管制或國安管理機制、與半導體相關的外資審查機制、針對非市場經濟國家半導體發展作法之因應、加強對智財權保護等等。

  (4)設置研發中心促進國家型先進微電子研究和發展

  法案要求增設若干研發機構,以促進先進微電子研究和發展,預計由商務部與國防部合力設置國家半導體技術中心,負責先進半導體技術的研究和原型機開發,該中心擬由私部門、能源部和國家科學基金會共同參與;此外,也將由國家科技委員會設置微電子領導力次級委員會(subcommittee on microelectronics leadership),負責制定「國家微電子研究戰略」及相關研發。

三、美國半導體產業獎勵法案之最新進展


  支持前述半導體產業發展法案的預算經費,目前已在參議院有初步斬獲。參議院多數黨領袖舒默(Chuck Schumer)等人於2021年4月21日重新提案《2021年無盡邊疆法》(Endless Frontier Act),也為《美國製造晶片法》的半導體倡議提供相關撥款。但之後拜登政府為了重建美國如半導體等本土供應鏈,也有多項刺激產業經濟的投資支援方案,於是2021年5月18日美國參議院多數黨領導舒默(Chuck Schumer)宣布將《2021年無盡邊疆法》、《2021年戰略競爭法》(Strategic Competition Act of 2021)、《2021年因應中國挑戰法》(Meeting the China Challenge Act of 2021)等法案重新整併為《2021年美國創新和競爭法》(U.S. Innovation and Competition Act of 2021)[8],其包含七大主題,之前個別草案遂成為《2021年美國創新和競爭法》之各單元標題,整併後之規範並未改變原草案內容,因此也包括《美國製造晶片法》在內。

  美國聯邦參議院6月8日已通過《2021年美國創新和競爭法》, A篇(division)全名為《晶片法案與5G等無線技術應用 (CHIPS Act and ORAN 5G Emergency Appropriations) 》,主要是為《國防授權法案(National Defense Authorization Act, NDAA)》訂立提撥預算的法條,例如第1002條「建立有效獎勵美國半導體生產基金(Creating helpful incentives to produce semiconductors for America funds)」,即預計在五年內提撥520億美元支援半導體產業發展,不過法案目前還在眾議院進行審議,需獲致投票通過後才能送交拜登總統簽署為法律。



四、美國供應鏈檢討對臺灣之意涵

  一如預期,美國關鍵供應鏈檢討報告結論顯示,美國半導體產業存在過於仰賴進口、本土產能不足的問題,進而提出短期及長期解決方案。對台灣未來,有挑戰也有機會。

  然拜登2月的供應鏈檢討命令包含十個關鍵產業,除了6月公布的四個優先項目外,還包含資通訊技術、能源、運輸、國防、公共衛生與生物防疫、及農產品及食品等其他六個供應鏈,並要求需在一年後提出檢討,則預期明年上半年會公布所有檢討結果。這十項領域的供應鏈,不但是美國所認定對其經濟、社會、科技具有重要性,攸關美國未來競爭力的「關鍵」供應鏈,而且部分有供應短缺、普遍存在本土產能不足所引發的脆弱及受制於人的風險問題。

  平均而言,半導體加上資通訊,占了我國對美出口總值的一半以上;若再加上台商在中國組裝、生產而輸美者則影響更大。固然此一結構反映出的事實是累積40年而成形的台美電子供應鏈網絡,使得台灣早已成為美國海外代工最重要的夥伴,但由於供應鏈規模與衝擊將成正比,因此台灣當然要比其他國家更加謹慎。

  供應鏈關係可以只是檢視產業分工、技術移轉甚至利潤來源的指標,但40年來台美供應鏈這種長期的代工關係,意味著台美供應鏈絕對不是只有產業技術或商業夥伴的性質,更反映出台美雙向信賴、互惠的長期利害關係。無論從合作經驗、產製效率、科技進度乃至於價值互信,至少在半導體代工領域美國很難找到能夠取代台灣的夥伴,以致目前看來美方並無意改變與台灣之生產夥伴關係。然美國半導體供應鏈確實存在若干弱點,究其關鍵應非「都由台灣」生產,而是「都在台灣」生產的地理區位集中問題,因此最佳解法,就是由台積電在美國本土建立先進製程能量,既有助於技術取得,又有分散生產、提高韌性的效果。此例也提供未來面臨類似挑戰的我國代工業者,可參考的因應之道。

  不過與此同時也有機會。蓋美國檢討報告顯示未來將不再容忍中國在先進電池、關鍵材料,甚至於醫藥產品與能源領域所占的比重,將朝向如改變半導體分散「來源、客戶集中度」風險的方向,同樣調整其他產業,從而美國需另覓適當的替代供應來源及創建新夥伴,此對台商同時開創了新機,是可把握建立新供應鏈關係的契機。

[1] Executive Order 14017 of February 24, 2021

[2] The White House, Building Resilient Supply Chains, Revitalizing American Manufacturing, And Fostering Broad-Based Growth, 100-Day Reviews under Executive Order 14017, June 2021.

[3] [1]  Semiconductor Industrial Association (SIA), 2020 state of the U.S. Semiconductor Industry, at 3, Jun 18, 2020, .

[4] SIA, at 7.

[5] SIA, at 11.

[6] BCG&SIA, Strengthening the Global Semiconductor Supply Chain in an Uncertain Era, at 5, 35, April 1, 2021, https://www.semiconductors.org/wp-content/uploads/2021/05/BCG-x-SIA-Strengthening-the-Global-Semiconductor-Value-Chain-April-2021_1.pdf.

[7] H.R.6395 - National Defense Authorization Act for Fiscal Year 2021, Sec.9901- 9908, TITLE XCIX--CREATING HELPFUL INCENTIVES TO PRODUCE SEMICONDUCTORS FOR AMERICA, https://www.congress.gov/bill/116th-congress/house-bill/6395/text

[8] S.1260 - United States Innovation and Competition Act of 2021, https://www.congress.gov/bill/117th-congress/senate-bill/1260/text?r=1&s=1