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美國《晶片與科學法案》（CHIPS）實施兩年來的成果與展望
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兩年多前，拜登-賀錦麗政府和國會中的兩黨聯盟通過了《晶片與科學法案》（CHIPS），旨在實現一個共同的目標：通過振興國內半導體產業，促進美國的經濟和國家安全。隨後的《晶片計畫辦公室》（CPO）成立，負責實施這一計畫，監督資金分配和協調各方努力，重建國內半導體生態系統，並確保納稅人的資金得到妥善使用。自那時以來，CPO已分配了超過330億美元資金，並與另外30億美元的初步條款簽署了協議，目前仍在進行更多談判——這意味著超過96%的資金已分配，超過86%的資金已經授予。CPO還在審查其他幾十個項目的申請。
這些投資正帶來顯著成果：
1）《晶片法案》正在推動前所未有的先進製造投資熱潮。美國在過去四年中的電子製造投資，超過了過去三十年的總和。計畫中的投資現在接近4500億美元，標誌著美國歷史上最大規模的半導體製造擴張浪潮。這包括美國公司歷史上最大規模的半導體製造投資（英特爾和美光），以及歷史上任何公司在新項目中進行的兩項最大外國直接投資（台積電和三星）。總體而言，《晶片法案》資金已經確保了在美國建設17座新晶片廠，清潔室面積達680萬平方英呎——相當於約119個足球場的大小，同時還有8個新的供應鏈和先進封裝設施。該計畫還在推動十多項投資，用於現代化或擴展全國各地現有的設施。或許最為重要的是，全球五大領先邏輯晶片和動態隨機存取儲存器（DRAM）製造商（英特爾、美光、三星、SK海力士和台積電）首次都在美國建設和擴展生產線。相比之下，世界上沒有其他經濟體擁有超過兩個這樣的公司在其國內生產。
2）這些投資正在增強國家和經濟安全，恢復美國本土大規模生產關鍵半導體技術。預計到2030年，美國將生產全球20%的領先邏輯晶片（2022年為零），到2035年，將生產全球約10%的領先DRAM晶片（同樣從零開始）。這些技術對於人工智慧（AI）、高性能計算和先進軍事系統的未來至關重要。台積電位於亞利桑那州的工廠已經開始大規模生產領先技術的晶片，標誌著大約十年來，新的半導體工廠首次在美國生產這些技術。除了領先技術，《晶片法案》的投資還在大力擴展國內當前一代和成熟節點晶片的生產——這些晶片廣泛應用於汽車、醫療裝置、關鍵基礎設施和國防系統，並擴大了化合物半導體和其他特殊晶片的產能。
3）除了半導體本身的製造之外，《晶片法案》還推動了美國端到端半導體 供應鏈的發展——從原材料到先進封裝。上游供應鏈的投資，如赫莫克（Hemlock）和全球矽片（GlobalWafers），正在擴大多晶硅和矽片的生產，創造了一個從“石英到矽片”的供應鏈，為半導體製造提供必要的原材料。像恩泰格瑞斯（Entegris）、愛德華真空（Edwards Vacuum）和康寧（Corning）等公司正在將關鍵半導體製造裝置和原材料的生產本地化。下游供應鏈的投資，如安科爾（Amkor）、SK海力士和英特爾（Intel）等公司，正在美國前所未有的規模上建立國內先進封裝能力，使美國處於下一代技術的前沿。這些努力共同減少了對脆弱的國際供應鏈的依賴，增強了我們的國家安全，並確保美國在全球競爭中保持技術優勢。
4）《晶片法案》的投資正在推動創新，將下一代尖端半導體技術帶回美國。在俄勒岡州，英特爾正朝著成為世界上首個大規模使用全球最先進的“高NA”極紫外光刻機進行晶片生產的領先製造商邁進。在德克薩斯州，三星計畫不僅建設兩座領先的邏輯晶片廠，還將在研發實驗室中致力於開發新的工藝節點。在印第安納州，SK海力士正在與普渡大學（Purdue University）合作，進行下一代技術所需的先進封裝研發。同時，惠普（HP）將在微流體技術方面進行投資，這對生命科學儀器等終端應用的半導體技術可能帶來突破性影響，而Absolics將生產新的玻璃基板，以提高AI晶片的性能。與《晶片法案》研發辦公室（CRDO）所做的投資相結合，CPO正將尖端製造業帶回美國，鼓勵形成一個良性循環，製造專長的投資促進研發，反之亦然。
每一項《晶片法案》的投資，無論是已完成的還是正在進行的，都體現了保護納稅人資金的堅定承諾。《晶片法案》所達成的每項獎項都旨在填補國內半導體生態系統中的戰略空白，同時以最低的支出交付最大程度的美國經濟和國家安全利益。平均而言，每一美元的《晶片法案》資金正在催生超過十美元的總投資，戰略性地利用公共資金來推動私營部門的承諾，幫助確保這些投資在長期內保持可持續性。此外，CPO的納稅人保護措施不僅僅體現在資金的初始分配上：每一項獎項都建立了里程碑式的資金支付和追溯條款，以確保納稅人的資金在實現項目目標的同時得到合理分配。
在所有這些措施到位的情況下，該計畫有望實現其成功願景中的目標。通過《晶片法案》通過後的六個月，新成立的CPO發佈了其《成功願景》，這是一份恢復美國半導體製造業領導地位的路線圖。該檔案設定了四個生產領域的明確目標：領先的邏輯晶片、先進封裝、領先的儲存晶片以及當前一代和成熟節點晶片。幾個月後，CPO還發佈了半導體裝置和材料的《成功願景》。這些檔案共同確立了一系列明確的目標，程序可以依據這些目標進行評估，以衡量該計畫的成就。
半導體行業是全球最具周期性、競爭性和資本密集型的行業之一，未來的發展道路不會是線性的。然而，顯然《晶片法案》已經開啟了一系列投資，使美國有望通過這些投資實現《成功願景》中所設定的目標，直至本十年末及以後。下面的內容詳細介紹了該計畫如何實現這些目標，並闡明了確保美國在未來幾十年繼續保持全球半導體生產領導地位的關鍵工作。
領先的邏輯晶片
願景聲明：美國將至少擁有兩個新的大規模領先邏輯晶片製造叢集。
領先的邏輯晶片是新興技術的基礎，推動人工智慧（AI）、先進計算和關鍵防禦系統的發展。在《晶片法案》之前，美國生產的全球領先邏輯晶片為零，完全依賴於集中在東亞的外國製造。如今，得益於《晶片法案》的投資，美國正在重建其生產這些關鍵半導體的能力。
- 到2030年，美國有望生產全球至少20%的領先邏輯晶片。到2025年初，當台積電（TSMC）在亞利桑那州開始大規模生產時，這將是美國近十年來首次大規模生產領先邏輯晶片。這標誌著美國製造業的歷史性里程碑，並確保了AI、先進計算和關鍵基礎設施所需晶片的穩定供應。
- 到2030年，美國預計將擁有八個新的領先邏輯晶片廠。CPO已經與台積電、英特爾和三星簽署了協議，到本十年末，將有八個領先邏輯晶片生產設施落戶美國。這意味著到十年末，美國將擁有比全球任何地方（除了台灣）更多的領先邏輯晶片廠。此外，這些設施計畫製造全球最先進的半導體技術，包括英特爾的18A和14A技術，三星的2納米技術，以及台積電的N4、N3和N2/A16技術。
- 這些投資在規模上前所未有。英特爾計畫在本十年末投資900億美元，這是美國歷史上半導體製造能力領域最大規模的投資。台積電的650億美元投資是美國歷史上在新項目中的最大外資直接投資，而三星計畫投資370億美元，是第二大投資。
- 美國正在培育的不僅是兩個，而是四個領先的邏輯晶片叢集。位於亞利桑那州、俄亥俄州、俄勒岡州和德克薩斯州的《晶片法案》投資正在推動多個大規模生產叢集的形成，這些叢集正在為半導體製造上下游供應鏈打造生態系統，並培養未來所需的技術熟練勞動力。這些叢集促進了合作，加速了創新，創造了增強整個生態系統效率的條件，同時將美國定位為對公司繼續在本土擴張的經濟吸引力。
先進封裝
願景聲明：美國將擁有多個大規模的先進封裝設施，並將在邏輯晶片和儲存晶片的商業化規模先進封裝領域成為全球技術領導者。
隨著行業接近摩爾定律的物理極限，先進封裝技術和異質整合為維持創新提供了新途徑，通過將多個晶片整合到強大、高效的系統中。通過使晶片能夠高效地協同工作，先進封裝減少了能源消耗，提升了性能，並推動了包括人工智慧（AI）、下一代通訊和高性能計算等尖端技術的突破。目前，美國的先進封裝產能大約佔全球總產能的3%，這意味著大多數需要先進封裝的國內晶片必須送往海外封裝，形成供應鏈的脆弱性。《晶片法案》的有針對性的投資正在加強國內能力，保護我們的供應鏈，並確保美國在未來的創新領域繼續保持全球領導地位。
- 到2030年，美國將擁有至少三座大規模先進封裝設施，專門用於領先的邏輯和儲存晶片。CPO已與安科爾（Amkor）、英特爾（Intel）和SK海力士（SK hynix）達成協議，每家公司將在美國建設大型先進封裝設施。SK海力士將大規模生產下一代高頻寬記憶體（HBM）——這些記憶體晶片是與圖形處理單元（GPU）配對的關鍵元件，廣泛應用於訓練AI系統。英特爾和安科爾將提供整合多種邏輯和儲存半導體的封裝服務。這三項總投資超過100億美元的投資將培育出一個先進封裝生態系統，能夠支援AI資料中心、計算和通訊基礎設施、AI驅動的PC和智慧型手機、自動駕駛汽車等多個領域。
- 美國正在推動先進封裝技術的前沿發展。《晶片法案》正在進行前瞻性投資，支援滿足先進應用需求的先進封裝技術和能力。例如，通過CPO與Absolics的協議，美國將擴大玻璃基板的供應，用於先進封裝，這些基板可以減少功耗和系統複雜性，從而實現更快速、更節能的計算。同時，SK海力士在印第安納州的投資既專注於擴建一個大規模先進封裝設施，也進行與異質整合、儲存為中心的解決方案、以及生成AI架構相關的研發。展望未來，《晶片法案》研發國家先進封裝製造計畫已宣佈超過30億美元的資金，用於建立新材料、裝置和設計能力的原型測試，推動未來幾代先進封裝技術的商業化。
領先儲存
願景聲明：美國本土的晶片廠將以具有經濟競爭力的條件生產大規模領先的DRAM晶片。
領先的儲存晶片是所有先進技術的基礎，廣泛應用於資料中心、無線通訊、個人計算、汽車和AI等領域。目前，所有領先的DRAM晶片製造都發生在東亞，這對美國的供應鏈安全和韌性構成了重大風險。通過有針對性的投資，《晶片法案》正在首次將領先的DRAM生產帶回美國。
- 到2035年，美國預計將生產全球約10%的領先DRAM晶片，從目前的零水平開始。2024年12月，CPO與美光（Micron）簽署了一項投資協議，計畫在紐約和愛達荷州的三座晶片廠生產領先的DRAM晶片。這項投資將為美光在這兩個州的二十年發展願景奠定基礎，包括1000億美元用於在紐約建立一個四廠“超級晶片廠”和250億美元用於在愛達荷州增設一個工廠。美光的這項1250億美元投資計畫將創造美國歷史上最大規模的潔淨室空間。這些晶片是從汽車到高性能計算等先進技術的核心元件，美光的技術還將支援最高性能的記憶體（HBM），這對實現新一代AI模型至關重要。
- 《晶片法案》投資將推動儲存技術的前沿研發。美光在愛達荷州博伊西的新高產能製造廠將與公司的研發設施共址，提升研發和製造的效率，減少技術轉移的滯後，縮短領先儲存產品的上市時間。這項投資將確保愛達荷州繼續成為美光全球儲存研發的中心，鞏固其在美國創新領域的長期承諾。
當前一代和成熟節點
願景聲明：美國將增加對當前一代和成熟節點晶片的生產，這些晶片對美國經濟和國家安全至關重要。
疫情暴露了美國半導體供應鏈的脆弱性。當前一代和成熟節點晶片——對汽車、家電、國防系統和醫療裝置至關重要——突然短缺，導致汽車廠停產，洗衣機缺貨，關鍵軍事系統面臨風險，突顯了對這些基礎性晶片進行可靠國內生產的迫切需求。CPO已頒發的獎項數量幾乎是國會為當前一代和成熟節點晶片生產設定的目標的兩倍，表明這些晶片對美國經濟和國家安全的重要性。
《晶片法案》正在通過投資多種遺留技術，擴大國內供應，確保美國在技術領域的領導地位。這些投資將建設新的高產能設施，現代化現有站點，並擴大新興復合半導體技術的產能。
- 到2030年，美國將擁有四座新的大規模當前一代和成熟節點晶片製造設施，將為先進技術的晶片生產提供支援。通過德州儀器（TI）和全球晶圓（GF）新建的設施，《晶片法案》資金將支援生產廣泛應用於工業機器人、電動汽車和軍事系統的晶片。具體來說，CPO正在支援TI建設三座新廠，作為公司在美國內部化其超過95%的製造營運計畫的一部分，並計畫再建設五座300mm晶片廠。同時，GF在紐約馬爾塔的擴建將生產對國家安全至關重要的技術，并包括超過一代時間以來由純晶圓代工廠建設的第一個當前和成熟節點設施，推動公司馬爾塔營運達到商業化競爭規模。
- 美國正在現代化現有的美國本土生產設施，增加產能、提高生產力、引入新技術，並達到全球競爭標準。例如，GF正在對其佛蒙特州伯靈頓的晶片廠進行振興，進行自動化和環保升級，使其成為美國首個能夠生產用於通訊和電動汽車的200mm氮化鎵（GaN-on-Si）晶片的設施。在明尼蘇達州，Polar Semiconductor的現代化將使其用於車輛的感測器和電力晶片的生產在兩年內翻倍。在弗吉尼亞州，美光將投資最多20億美元，將1-alpha DRAM技術引入美國，確保汽車、工業和國防市場中遺留DRAM的國內供應。
復合半導體與特殊晶片
願景聲明：美國將增加復合半導體和其他特殊晶片的生產，並保持技術領導地位。
隨著硅積體電路的發展推動資訊革命並擴展數位技術的應用，越來越多的專業化技術需求應運而生，如復合半導體和微電機械系統（MEMS）裝置。這些技術是生物醫學裝置、下一代通訊、汽車與電動汽車以及國防工業的重要組成部分。《晶片法案》正在推動美國在復合半導體領域的領導地位，並通過擴大產能和擴大MEMS生態系統來鞏固國內能力。
- 《晶片法案》正在擴大國內端到端復合半導體生態系統。與Wolfspeed和Bosch的初步協議將推動200mm硅碳化硅（SiC）製造技術的過渡，降低成本並滿足綠色能源技術的需求。Coherent和Infinera正在建設世界上首兩座150mm磷化銦（InP）工廠，快速增長AI所需的光電子半導體供應。《晶片法案》對X-Fab的投資將支援其硅碳化硅（SiC）鑄造廠設施的擴展和現代化——這是美國唯一的大規模SiC鑄造廠。同時，GF正在商業化200mm氮化鎵（GaN-on-Si）技術，提高用於射頻（RF）系統的生產效率，降低國防和通訊應用的成本。BAE系統公司也在現代化其設施，將F-35戰鬥機等關鍵項目的生產能力提升四倍。
- 美國正在增加為電信、國防、汽車等領域生產專業晶片的能力。《晶片法案》資助的項目正在增強美國在通訊、航空航天、生物醫學和工業應用領域的專業晶片生產能力。Rocket Lab的高效太陽能電池和Rogue Valley的MEMS鑄造廠支援航空航天和生物醫學應用，而惠普的現代化微流體設施則推動藥物發現和細胞開發的新應用。SkyWater，一個經過國防部認證的鑄造廠，將把90nm和130nm半導體的生產能力提升30%，幫助保障美國的國防供應鏈。同時，《晶片法案》資金也在支援可能引領行業突破的復合半導體創新。
供應鏈
願景聲明：CPO將投資減少地理集中帶來的瓶頸風險，推動美國技術領導地位，並支援充滿活力的晶片製造叢集。
美國已經變得脆弱，容易受到關鍵供應商地理集中的風險影響，以及供應鏈安全和完整性威脅。解決這些脆弱性對於確保半導體生態系統的韌性和競爭力至關重要。與此同時，《晶片法案》提供了一個獨特的機會，通過美國晶片製造能力的歷史性擴展，推動國內半導體製造投入，促進半導體製造投入的需求增長。
通過對國內生產能力的投資，《晶片法案》正在確保半導體供應鏈中的關鍵元件。
下一步規劃
CPO已經取得了顯著進展，但工作遠未結束。半導體行業是世界上最具波動性、競爭力和資本密集型的行業之一，這項工作伴隨著任何如此規模的項目所固有的風險。並不是每個項目都會成功，部分項目將發生重大變化，前進的道路也不會總是線性的。然而，CPO的設計目的是通過嚴格的盡職調查、基於里程碑的資金撥付和嚴格的納稅人保護來應對這些挑戰。雖然在一個像半導體行業這樣動態且複雜的行業中不可避免地存在不確定性，但CPO仍然專注於創造長期成功的條件。在接下來的一年裡，CPO將過渡到投資組合管理，同時保持項目對保護納稅人投資和推動美國經濟及國家安全的關注。基於當前的工作，以下方面將是未來的工作重點：
• 管理基於里程碑的撥款。CPO將監控其資助項目，以確保公司按計畫建設；履行營運、勞動力和其他承諾；遵守國家安全要求；並實現戰略目標。只有公司完成關鍵里程碑時，資金才會被撥付。
• 適應行業變化。CPO將靈活應對行業周期和競爭動態，必要時調整項目時間表和里程碑，以適應不斷變化的行業，同時繼續保護納稅人資金。
• 解決勞動力發展需求。CPO將投資近3億美元用於勞動力發展，這是“美國半導體計畫”中近6億美元整體投資的一部分。CPO將繼續與各州和地方實體合作，並與其他利益相關者（如學術界、勞動力發展和培訓機構、工會等）合作，確保勞動力能夠適應行業需求，即時應對勞動力挑戰，同時與國家半導體技術中心的勞動力卓越中心緊密合作，共享行業最佳實踐。
• 持續投資於加強半導體生態系統。CPO將繼續投資於晶片的國內生產、關鍵材料輸入、裝置和子系統，以推動美國經濟和國家安全。這些工作將在接下來的幾個月中持續進行，並確保美國半導體行業的長期增長和全球競爭力。
• 與利益相關者合作，縮短建設時間。CPO將繼續與聯邦、州和地方當局合作，有效管理和執行許可和環境評審，同時確保項目的安全、環境責任，並符合聯邦和州的法律。
• 建立具有韌性的全球生態系統。政策制定者應繼續與盟友和合作夥伴合作，強化跨境供應鏈，促進知識交流與合作研發，並執行國家安全防線。
• 保持全政府協作，以促進充滿活力的國內半導體生態系統，並保護美國國家安全。“美國半導體計畫”只是一個更廣泛政策方法中的工具，旨在加強國內半導體製造，推動研發，並推動美國在半導體創新領域的領導地位。CPO將繼續與其他實施CHIPS願景的關鍵聯邦合作夥伴密切協調，包括國防部、國家科學基金會、國務院和能源部。政策制定者應繼續推動對美國和盟國生態系統內生產的晶片的需求，並通過聯邦預算和採購工具來支援供應鏈的各個環節。政策制定者還應繼續應對中華人民共和國迅速且積極地擴展半導體製造能力的挑戰，包括傳統晶片能力和上游市場領域如硅碳（SiC）晶圓生產，這威脅到美國的投資。同時，隨著美國促進充滿活力的國內半導體生態系統，政策制定者應繼續通過出口管制保護國家安全，保持美國及盟國在人工智慧領域的領導地位，保護關鍵技術，並防止其被對手濫用。
“美國半導體計畫”已催生了一場前所未有的變革，催化了歷史性的投資，重塑了美國半導體製造的軌跡。這些投資使美國在一個對國家安全及現代生活的各個方面都至關重要的行業中處於領先地位。因此，我們正從一個依賴的地位轉向一個強大的地位，為更安全、更繁榮的未來奠定基礎。 (歐米伽未來研究所)