关于中美科技竞争的最完整推演
2020-10-16 00:10:19
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来源:东西智库

BCG发布报告称,中美贸易摩擦背景下,美国对美国半导体企业施加广泛的单方面出口限制以阻止其服务中国企业可能会事与愿违。此外,BCG还对限制的两种情形进行的预判(即维持现状和技术脱钩),认为如果中美事实上技术脱钩,将可能会导致美国半导体行业全球市场分额下降18%,行业收入下降37%,研发支出减少60%,就业岗位减少12.4万个,从而打破半导体行业良性创新循环,美国也将因此失去全球领导地位。这将可能导致短期内韩国超过美国成为世界半导体领先者。但从长远来看,中国经过短期阵痛调整,可能最终取得行业领导地位。

对华贸易限制如何结束美国在半导体领域的领导地位

(BCG)

一、执行摘要

二、报告介绍

三、美国半导体行业的战略重要性

  • 使美国半导体领导者地位良性循环
  • 加剧外国竞争

四、为什么美中摩擦威胁美国在半导体领域的领先地位

  • 情形1的影响:维持现状
  • 情形2的影响:技术脱钩
  • 对半导体行业的结构影响

五、保持半导体行业“双赢”全球市场准入

六、附录:方法

一、执行摘要

在数字化转型和人工智能时代,强大的半导体产业对美国的全球经济竞争力和国家安全至关重要。长期以来,美国一直是全球半导体行业的领头羊,拥有45%到50%的份额。美国的领导地位植根于一个良性的创新循环,这一循环依赖于进入全球市场以实现所需的规模,为持续保持美国技术领先于全球竞争对手的超大规模研发投资提供资金。

剔除中国工厂为外国企业的制造活动,中国企业占全球半导体需求的23%。今天,中国的半导体产业(没有外国半导体公司在中国建造的制造厂)只覆盖了14%的国内需求。我们估计,到2025年,《制造强国计划》计划将使中国半导体自给率提高到25%至40%左右,从而使美国在全球的份额降低2至5个百分点。

对中国获得美国技术的广泛单边限制可能会显着加深并加速美国公司的份额侵蚀。(图1)。中国70%以上的半导体需求已经有了成熟的非美国替代供应商。

图表1:中美摩擦可能会推翻美国在半导体领域的领导地位

在接下来的三到五年里,美国公司可以:

如果美国维持对当前实体名单实施的限制,他们的全球份额将损失8个百分点,收入将损失16%。

如果美国完全禁止半导体公司向中国客户销售产品,实际上会导致技术与中国脱钩,那么它们将损失18个百分点的全球份额和37%的收入。

这些收入的下降将不可避免地导致研发和资本支出的大幅削减,并导致美国半导体行业失去1.5万至4万个高技能直接工作岗位。

因此,韩国很可能在几年内超过美国,成为世界半导体领先者;从长远来看,中国可能会取得领导地位。正如通信网络设备和其他科技行业的经验所表明的那样,一旦美国失去全球领先地位,这种动态实际上扭转了该行业的良性创新周期,并将美国企业推入竞争力迅速下降、市场份额和利润率不断萎缩的下行螺旋。较低的研发投资将抑制美国半导体行业实现美国技术和国防行业维持全球领先地位所依赖的突破的能力,并最终可能迫使它们依赖外国半导体供应商。

为了避免这些负面结果,政策制定者必须设计解决方案,这些解决方案应同时解决美国国家安全问题,并保护美国半导体公司的全球市场准入。这是久经考验的创新模型的基本支柱,该模型将使该行业继续实现技术突破。对于美国的经济竞争力和国家安全至关重要。

二、报告介绍

美国在半导体技术方面的领导地位对于经济竞争力和国家安全至关重要,尤其是在世界进入数字化转型和人工智能(AI)时代的今天。长期以来,美国的领导地位满足了全球半导体需求的45%至50%,其基础是创新密集型模型,该模型依赖于全球市场准入的机会。这种全球化准入可提供扩大规模所需的庞大客户群,以资助高水平的研发投资,使美国公司能够保持其在全球竞争对手中的技术优势,并为行业复杂的制造流程提供了高度专业化的供应链。中国占全球半导体市场的很大一部分,2018年约占需求的23%。

中美摩擦给美国半导体公司带来了巨大的阻力。自“贸易战”开始以来,美国排名前25位的半导体公司的收入中位数同比增长率已从紧接在2018年7月实施第一轮关税之前的四个季度的10%暴跌至在2018年末的1%。在美国于2019年5月限制向华为销售某些技术产品的三个季度中,美国顶级半导体公司的收入中位数均下降了4%至9%。这些公司中许多都将与中国的贸易冲突视为其业绩的重要因素。尽管美中两国在2020年1月签署的“第一阶段”贸易协定中包含了有关技术行业关键问题的规定,例如中国的知识产权保护及其技术转让实践,但并未解决其他问题,如中国对国内半导体行业的直接支持。此外,出于美国国家安全考虑,对向某些中国实体出口美国技术产品的限制仍在实施。

在本报告中,我们评估了在两种情况下中美之间持续的摩擦可能如何影响美国半导体产业。第一种情况假设当前的限制将保持不变,并维持现状。第二种情况认为,进一步升级将导致双边技术贸易完全停止,从而事实上使美国和中国的技术产业脱钩。

为了量化美国半导体业的潜在风险,我们开发了一个分析市场模型,该模型提供了按地区、终端应用市场和产品线划分的半导体需求和供应结构的详细视图。这一基于公开数据的模型使我们能够确定在我们的全球半导体市场分类中考虑的32个产品系列中的每一个产品线中,来自中国客户的需求部分。它还估计,其中有多少需求目前由美国供应商覆盖,有多少流向可能从在中国面临限制的美国公司手中夺取份额的其他供应商。

我们发现,继续限制对华出口可能对美国半导体业产生深远的负面影响。我们的分析表明,美国在半导体领域的长期全球领导地位最终岌岌可危。

虽然这份报告没有提供政策建议,但我们的调查结果认为,有必要对目前美中之间的技术贸易摩擦采取更具建设性、更有针对性的多边方式。如果美国半导体公司要继续实现让美国和世界各地的企业和消费者受益的技术突破,一个既能解决国家安全担忧,又能保持半导体行业创新主导模式基本面的解决方案是必要的。

三、美国半导体行业的战略重要性

一个强大,财务状况良好的半导体产业对美国具有重要的战略意义。半导体使技术突破能够推动经济增长,对国家安全至关重要。

实现技术突破。在过去的三十年中,半导体行业一直是信息和通信技术(ICT)连续革命性发展的核心。反过来,ICT的突破已成为经济增长的驱动力,使美国自1988年以来在生产率增长和实际GDP增长方面都大大超过其他高收入国家。美国半导体技术带来的这些技术进步的好处也惠及了世界其他地区。例如,移动通信已经成为历史上全球采用最快的技术,其对全球经济的影响估计超过1万亿美元。

在过去的三十年中,每个晶片的晶体管数量增加了近100万倍,处理能力提高了450,000倍,并且每年降低了20%到30%的成本。这项技术进步的飞速发展使得它可以从1980年代的大型机过渡到2010年代的智能手机。如今,全球有超过50亿消费者拥有智能手机,该智能手机的计算能力比NASA用来将Apollo 11送上月球的大型计算机更强大。因此,自1987年以来,半导体利用强度(工业收入占全球名义GDP的比重)增长了2.8倍。全球半导体需求以年均8.6%的速度增长,到2018年达到4750亿美元。

我们现在正处于全球经济中由技术驱动的另一次大规模变革的早期阶段:数字化转型和AI时代。增强型/虚拟现实体验,无人驾驶汽车,物联网(IoT)和工业4.0系统等革命性应用程序以及智能城市正逐渐成为商业现实。实现这些新应用中的每一个都是半导体技术的进步,其中包括:

  • 实时收集丰富数据的传感器
  • 5G技术可为数十亿个设备提供安全的高速,低延迟无线连接
  • 高性能处理单元,为具有机器学习能力的计算机提供动力
  • 各种边缘计算设备中内置的高级低功耗处理器,可以执行非常复杂的任务,例如计算机视觉和自然语言理解

此外,半导体行业目前正在测试首批量子计算原型,该原型的运行速度可比当前计算机快1亿倍。量子计算可以彻底改变需要大量计算强度的区域,例如人工智能和网络安全。

维护国家安全。半导体工业在1950年代起源于美国国防工业。尽管如今美国国防部(DoD)约占该行业收入的1%,但电子组件在国防和武器系统中无处不在,因此对于美国军事能力仍然至关重要。《 2018年美国国防战略》列出的国防现代化重点包括微电子,5G和量子科学,这是需要美国投资的战略领域。其他优先领域,例如网络安全,人工智能,自治系统和高级成像设备,也高度依赖于先进的半导体功能。(请参见图表2。)“这些技术的优势……是阻止或赢得未来冲突的关键,”美国国防研究与工程部副部长迈克·格里芬(Mike Griffin)在《国防新闻》最近的一篇文章中写道。

图表2:国防现代化依靠先进的半导体技术

随着数字化连接的电子系统对于管理先进武器系统以及关键基础设施和信息变得越来越重要,可以提供经济上可行,可靠和安全组件的可信赖半导体供应商的可用性对于国家安全变得更加重要。为此,国防部的研发部门国防高级研究计划局(DARPA)牵头了一项为期多年的电子复兴计划。该计划的重点是通过与美国公司建立公私合作伙伴关系来设计用于军事用途的半导体设计和基础技术。同时,国防部正在倡导“可信赖和有保证的微电子”计划等计划,以确保用于国内供应的价值链制造层的安全。该计划在2020年的90种国防部研发计划中占第二位。

1. 使美国半导体领导者地位良性循环

根据高德纳(Gartner)的数据,2018年,美国半导体公司,包括在自己的设施中设计和制造产品的集成器件制造商(IDM),以及依赖独立铸造厂制造芯片的无工厂设计公司占据了约48%的全球半导体市场。实际上,在我们的行业分类中,在从PC和IT基础设施到消费电子产品的所有最终应用市场中,美国在23种半导体产品类别中均处于领先地位(参见图表3)。

图表3:美国目前是半导体的全球领导者

美国半导体公司将这一市场成功转化为强劲的财务业绩。在过去五年中,它们为股东带来的年均回报率接近14%,比标准普尔500指数高出4个百分点,截至2019年11月,它们的总市值约为1万亿美元。财务实力对于使该行业在未来继续对R&D进行大量投资至关重要。

的确,美国半导体行业在全球的领导地位归功于大量研发投资带来的卓越技术和产品创新。半导体是由高度先进的制造工艺生产的高度复杂的产品。改进通常需要在硬科学上取得突破,而这些突破需要很多年才能实现。在过去的十年中,美国半导体行业在研发方面的投资为3,120亿美元,仅在2018年一年就达到390亿美元,几乎是全球半导体研发总投资额的两倍。就其本身而言,美国政府在基础研究方面进行了大量投资,这有助于弥合学术突破与新商业产品之间的鸿沟。但是,与其他国家相比,美国的政府投资多年来一直持平或下降。(参见“赢得未来:美国在半导体技术上持续领导的蓝图”,半导体行业协会,2019年4月。)技术领先地位使美国公司得以建立良性创新圈。大规模的研发工作带来了卓越的技术和产品,进而带来了更高的市场份额,通常还带来了更高的利润率,从而助长了良性循环(参见图表4)

图表4:良性创新周期巩固了美国市场的领导地位

这个良性循环的核心在于两个因素:R&D强度和规模。从历史上看,美国半导体公司一直将其收入的约17%至20%用于研发,大大高于其他地区的半导体公司的7%至14%。实际上,2018年美国半导体公司的研发强度水平在美国经济所有部门中排名第二,仅次于制药/生物技术部门。

规模是创新良性循环的第二大支柱。美国半导体产业在2018年的全球产品收入约为2260亿美元,远大于其他竞争地区的半导体产业。它的规模是韩国半导体产业的两倍,是日本的五倍,是欧洲的六倍,是中国的十五倍。

开放国际市场是规模发展的关键要求,因为美国国内市场仅占全球半导体需求的不到25%。美国约80%的行业收入来自对包括中国在内的出口市场的销售,其中中国约占全球需求的23%。根据美国国际贸易委员会的数据,按价值计算,半导体是2018年美国第四大出口产品,仅次于飞机,成品油和原油。

全球访问还使美国半导体行业能够利用高度专业化的资源来制造日益复杂的产品。例如,在一家耗资150亿美元的晶圆厂中,使用高精度设备需要大约1500步,才能制造出领先的7纳米芯片。尽管美国公司可以在价值链的设计和设备层上广泛依赖美国本土的半导体生态系统,但它们也需要外国合作伙伴提供各种电子材料。用于某些过程的设备;以及用于制造,组装和测试芯片。没有哪个公司或国家具有控制整个供应链的技术能力(参见图5)。

图表5:美国在全球半导体价值链的关键层面上处于领先地位

2. 加剧外国竞争

尽管在全球范围内拥有明显的领导地位,但美国半导体行业仍面临着巨大的竞争。智能手机,PC和消费电子等终端市场(占半导体总需求的一半以上)中的快速产品周期意味着美国半导体公司每年必须进行激烈竞争以赢得每款新一代设备的供应合同。

在我们的全球行业分类中的32个半导体产品系列中,有18个占全球总需求的61%,其中至少有一家非美国企业的全球市场份额达到或超过10%,这使其有潜力成为美国企业的可行替代商。而且,即使在中央处理器(CPU)、图形处理器(GPU)和现场可编程门阵列(FPGA)等产品领域,美国公司也很脆弱,目前它们在这些领域的总市场份额超过90%。这是因为全球大型客户越来越多地为其数据中心设计自己的定制芯片。他们优化了这些称为专用集成电路(ASIC)的芯片,以用于自己的大型硬件设备基础,这些硬件设备是为涉及大量数据处理(例如AI,计算机视觉和加密货币挖掘)的特定用例而构建的。(请参阅BCG文章“当硅满足数据时”,2018年12月19日。)

特别是,美国半导体公司的竞争日益激烈,来自韩国和中国的市场份额自2009年以来分别增长了12个百分点和3个百分点。与此同时,美国公司在美国本土市场也面临着越来越激烈的竞争。欧洲和日本领先的半导体公司通常通过大型收购来加强投资以扩大其产品组合和业务。

韩国

韩国份额的增长部分反映了对存储器产品的需求激增,该领域的两家公司在全球处于领先地位。三星在显示驱动器,图像传感器和集成移动处理器等广泛的其他半导体产品方面的强力推动—既是该公司不断扩大的消费电子产品和网络设备的硬件产品组合的内部供应商,又是其他设备制造商的供应商-为韩国的增长做出了贡献。2019年3月,总统文在寅指示政府采取措施,提高该国在存储器市场以外的全球半导体行业的竞争力。

中国

同时,自2000年代初期以来,中国在半导体设计领域一直取得稳步进展,当时中国几乎没有半导体设计。几十年来,发展国家半导体产业和减轻对外国供应商的依赖一直是中国政府的政策重点。根据中国半导体工业协会(CSIA)的数据,在过去五年中,在中国运营的半导体公司的报告总收入每年以20%以上的速度增长。剔除外国半导体公司在中国的活动,2018年中国公司在全球半导体销售和半导体制造中的总体份额仅为3%-4%。无晶圆厂设计方面的进展最为显着,近年来中国在这方面迅猛发展。CSIA的报告显示,该国目前有1600多家本地公司,在全球市场中所占的份额为13%,而2010年为5%。

在需求方面,尽管行业报道和媒体经常使用各种较高的数字来指代中国市场的规模,但我们认为,由中国原始设备制造商(OEM)生产的设备中所包含的半导体组件的价值是最好的。衡量中国真正推动的全球半导体需求份额的方法。按照这一指标,中国目前占全球半导体需求的23%。这意味着,国内半导体公司仅占中国终端设备制造商总需求的14%(参见图表6):

图表6:中国正在追求快速增长以满足其庞大的国内需求

政府制定的“制造强国计划”计划设定了一个宏伟的目标,即半导体自给自足。其目标是到2025年使国内供应商满足该国70%的半导体需求。为支持这一努力,该国正在使用各种政策手段,包括由国家支持的投资基金,这些资金将为本土半导体的开发和制造提供资金。迄今为止,中央和地方政府已对该计划承诺了约1200亿美元。中国还积极寻求海外人才和并购机会。

尽管中国距离实现自给自足的目标还很遥远,但它似乎在半导体设计的几个关键领域取得了重大进展:

华为的全资子公司海思半导体(HiSilicon)成立于2004年,其设计的芯片可为公司的大多数智能手机和越来越多的5G基站提供动力。海思半导体(HiSilicon)在2018年2月推出了其首款5G芯片组Balong 5G01,它声称这是全球首款符合5G标准的商用芯片组。最近,在2019年10月,华为宣布已开始生产不含美国组件的5G基站。

自2018年中以来,至少有九家中国大型消费电子公司紧随华为的脚步,宣布了内部开发芯片的计划,以为其数据中心,智能手机或IoT设备供电。

几家中国公司正在生产基于替代架构的服务器,以此作为中国发展替代本地数据中心生态系统的一部分。

成立于2013年的中国公司Bitmain,已成为设计用于加密货币和区块链应用的高级定制芯片的全球先驱。

在人工智能方面,百度,阿里巴巴和腾讯等多家大型中国新兴设计公司,企业硬件供应商和具有深厚软件专业知识的互联网巨头正在投资开发自己的具有硬件和软件集成的高级ASIC芯片。。

在内存领域,YMTC是清华紫光集团于2016年成立的子公司,其目标是在拥有自己的专有架构的新兴3D NAND闪存领域取得突破。

在制造业方面,中国计划在未来五年内将其装机容量翻一番,占全球新增产能的25%以上。再加上目前在组装和测试服务领域的强势地位,制造业产能的大规模扩张可能会在2023年之前使中国大陆成为全球最大的半导体输出地区。预计中国公司将占这一新增国内产能的60%, 其余的由外国公司在中国建造。因此,预计中国公司在半导体制造(包括代工厂和IDM)中的全球份额将从2018年的3%增加到2023年的7%。

中国在国家量子计算实验室上花费了4亿美元,近年来申请的量子专利几乎是美国的两倍。

鉴于这些事态发展,分析人士预计,到2025年,中国将通过本地设计的半导体满足其国内需求的25%至40%,这是目前水平的两倍多,但仍低于其自身70%的目标。

四、为什么中美摩擦威胁美国在半导体领域的领先地位

中美之间的贸易和地缘政治摩擦给美国半导体产业带来了一系列新的严峻挑战。迄今为止,中国在很大程度上将半导体排除在其对美国产品征收的关税上调之外,以报复美国自2018年初以来对一系列中国进口商品征收的更高关税。与此同时,半导体处于其他有争议问题的中心,例如美国政府对华为和其他中国实体施加的限制,美国政府认为这些限制违反了美国的国家安全或外交政策利益。

美国和中国在2020年1月签署的“第一阶段”协议中包含与半导体行业相关的多个领域的规定,例如知识产权保护和技术转让要求。但是,它没有解决其他复杂问题,例如国家对国内半导体公司的支持。与某些美国国家安全问题相关的对某些中国实体使用美国技术的限制仍然存在。

双边冲突的继续进行可能会损害美国半导体公司在中国开展业务的能力,使其与中国和其他地区的竞争对手处于平等地位。这可能会对美国半导体产业从中国设备制造商那里获得的大约490亿美元的收入(占总收入的22%)构成直接风险。风险收入的规模威胁着美国行业维持其创新和全球领导力良性循环所需要的规模。

鉴于当前的不确定性水平,我们评估了两种可能的情况:

情形1:维持现状。在这种情况下,中国将不再对美国半导体征收任何关税,但在可预见的将来,华为和美国商务部实体名单中包括的其他几家中国公司在美国获得美国开发技术的广泛限制仍将继续。不在实体名单上的中国公司将被允许从美国供应商那里采购半导体,但由于军事应用而已受到出口管制的特定组件除外。

情形2:逐步升级以使美国和中国的技术产业脱钩。在这种情况下,将有效地禁止美国半导体公司向所有中国客户出售产品,而不仅限于目前的实体清单上的客户。该禁令将涵盖所有出售给中国设备制造商或在中国组装产品的非中国制造商的半导体组件。该禁令还将适用于半导体价值链中使用的其他技术和产品,例如设计工具和制造设备,而美国公司在这些技术和产品方面处于全球领先地位。

1. 情形1的影响:维持现状

我们预计,维持现状将有四个主要的直接影响:

全球科技公司可能会将部分供应链从中国转移出去,这样它们就可以继续服务于美国市场,而不会受到从中国发货的产品的关税和其他潜在限制。

出于对美国限制会损害其功能和质量的担忧,中国境外的消费者和企业将不愿购买中国的技术产品。结果,中国科技公司在美国以及其他发达市场的市场份额将受到侵蚀。相反,由于买家因关税,监管行动,消费者情绪或者仅仅是面对来自海外市场的不利因素而受到国内品牌竞争压力的增加而避开了美国产品,美国科技公司将在中国失去市场份额。在美国于2019年5月对华为施加限制之后,这种模式的最初迹象已经以西欧,加拿大和中国等市场中智能手机品牌份额不断增长的形式出现。

实体列表中的中国公司将用来自中国,欧洲和亚洲其他供应商的组件替换基于美国技术的组件。

由于预期美国限制措施可能升级,未被列入实体名单的中国设备制造商将主动将半导体供应商多元化,以减少对美国技术的敞口。这将包括加快中国几大智能手机、消费电子和互联网公司已经在进行的内部努力,以设计自己的芯片。

上述前两种影响对美国半导体业的影响微乎其微。将部分科技供应链转移到其他国家,以绕过美国对从中国进口的限制,不会引发半导体供应商的变化。关于消费者和企业购买决策的变化,尽管我们的市场模型预测,智能手机、个人电脑和服务器领域的领先品牌在特定地区的单个市场份额将发生重大变化,但所有类别的净综合影响对中国设备制造商来说都是小幅增长,因为他们将用中国国内市场的增长来抵消其在海外市场的份额损失。这将使中国设备制造商的半导体需求规模仅增加约1%,而牺牲其他地区的需求,这最终将转化为美国半导体公司的营收温和下降。

另一方面,上面列出的最后两个影响导致中国客户放弃美国组件,这将对美国半导体公司产生重大负面影响。首先,必须将华为和目前在实体名单上的其他中国公司购买的所有美国半导体转移给非美国供应商。我们估计,没有直接替代供应商的美国半导体仅占实体名单上公司总半导体需求的10-15%,这意味着这些公司将能够迅速找到几乎所有组件的替代品。例如,在2019年9月发布的Mate 30旗舰智能手机中,华为用内部开发或从其他地区的供应商那里购买的替代品替换了美国公司的组件,这些组件约占该设备半导体含量的15%。

对于不在实体名单上的中国公司,更换美国供应商的努力强度可能会有所不同,具体取决于美国进一步限制的风险以及针对特定组件的可行替代供应商的可用性。我们预计,只有在中国公司看到明显,低风险的机会来多元化其供应商基础时,美国供应商才会全部或部分被替代。我们估计,中国客户目前已经建立了替代性的非美国供应商,无论是国内还是其他地区的供应商,这些供应商在2018年约占其半导体需求的73%(参见图表7)。

图表7:中国已经为其当前半导体需求的很大一部分建立了替代性的非美国供应商

具体而言,我们的模型包括以下假设:

如果存在那些半导体产品的一个或多个公认的非美国替代供应商,且全球市场份额在10%或以上,则美国供应商的替代率将为50%至100%。

如果不存在公认的非美国供应商,但如果这些相当小的替代供应商的总份额为10%或以上,则美国供应商的替代率将为30%至40%。

如果美国半导体供应商在某特定产品上的全球市场份额超过90%,则不会发生替代,这表明尚不能立即找到明确的替代方案。

即使在这些温和的假设下,我们的逐个组件分析表明,由于对当前实体名单上的公司的出口限制和中国客户积极的供应商多元化的共同作用,美国公司可能会失去当前在华业务的50%以上。总体而言,我们估计,继续保持目前的现状将导致美国半导体业的全球市场份额减少8个百分点, 这将相当于全球营收下降16%,相当于2018年的360亿美元 (参见图表8)。由于大多数替代将发生在产品周期较短的设备中,如智能手机、个人电脑和消费电子产品,因此大部分影响可能会在两到三年内感受到。

图表8:当前的僵局可能会使美国工业损失8%的全球份额和360亿美元的收入

美国的损失将是中国和全球竞争对手的收益。我们预计,中国供应商将获得美国产业所放弃的收入的大约一半,从而使中国能够将其全球市场份额提高到7%左右,并将半导体设计的自给自足性从14%提高到25%。这个百分比仍远低于《制造强国计划》计划所设定的70%的目标,但这将与分析师根据中国半导体产业的最新发展预测的范围的下限相符。美国半导体公司损失的另一半收入将流向欧洲或亚洲的替代供应商。重要的是要注意,这种从美国到非美国供应商的收入转移不会使中国更加自给自足。因此,这部分对美国公司的负面影响将与《制造强国计划》计划的预期效果完全分开,并进一步增加。

除了情形1对收入的影响外,我们估计半导体研发支出将每年减少50亿美元至100亿美元,资本支出每年减少80亿美元,这将导致美国失去40,000多个工作岗位,其中15,000个工作岗位在半导体行业。收入的损失将迫使美国公司将其每年的研发投资减少50亿美元,即13%,如果它们要保持与现在的研发收入相同的比例,以保持其营业利润率不变。但考虑到美国行业总收入可能会因估计对其中国业务的负面影响而停滞不前或下降,美国半导体公司可能不得不削减高达100亿美元的研发支出,即25%,以提供等于该行业估计资金成本的总股东回报,这将事实上扭转美国半导体产业创新良性循环的方向:降低研发投入将降低美国企业保持其在技术和产品方面领先于全球竞争对手的领先能力,从而导致美国在中国以外的市场份额进一步受到侵蚀。

2. 情形2的影响:技术脱钩

中美贸易紧张局势的升级导致全面的美国技术出口禁令,将事实上导致两国技术产业脱钩。这将使美国半导体公司无法进入庞大的中国市场,并迫使中国设备制造商寻找替代供应来源。为响应美国的限制,我们假设中国还将禁止其国内市场使用美国的软件和设备,例如智能手机,PC和数据中心设备。这将加快该国的外国技术替代计划,该计划原定于2020年在各州机构和公共机构中启动。

如图7所示,中国设备制造商的破坏程度会因半导体组件的不同而有所不同,取决于供应情况,会有三种不同的响应:

已有中国知名供应商的半导体组件。中国电子设备制造商将把采购转移到那些已建立的国内供应商。假设即使没有目前仅可从美国供应商处获得的行业领先的设计工具,替代供应商仍可保持竞争力。这还将取决于他们是否有能力扩大和提升中国日益增长的国内铸造能力,或者保持与亚洲主要铸造合作伙伴的联系。无论如何,我们的分析表明,在我们的半导体市场分类法中,只有32个产品类别中的一个满足此标准,并且仅占中国半导体需求的5%。对于代表中国需求23%的其他十种产品,可能会随着时间的推移而扩大规模,但新兴的国内供应商存在。

唯一已确定的非美国供应商是外国的半导体组件。短期内,中国设备制造商将把购买的产品转移到亚洲或欧洲其他地区的现有供应商。前提是这些海外供应商仍然可以不受限制地使用美国开发的设计工具和制造设备,并且在与中国客户开展业务方面没有任何限制。从中长期来看,中国可能会寻求完全或部分地用国内供应商取代第三国供应商,以实现其宣称的半导体自给自足的愿望。总体而言,这12个半导体产品类别占中国需求的45%。

不存在既定的非美国半导体供应商的半导体组件。中国将必须加快其本土替代品的发展,其中许多将需要进行架构上的改变。总共9种半导体产品类别满足了中国的需求,占中国需求的27%。在某些情况下,中国客户可以用其他芯片替代美国最先进的处理器。例如,代替美国来源的CPU,GPU和FPGA,中国公司可以设计自己的ASIC。确实,一些领先的中国公司已经在AI领域做到这一点。另一种选择是基于不受美国出口管制的架构(例如RISC-V开源架构)开发处理器。这种高度复杂的半导体产品需要目前只能从美国供应商处获得的先进设计工具,因此中国将不得不开发一套本土设计工具或从第三国寻找能够设计这些关键替代组件的新供应商。

在技术脱钩的情况下,中国的半导体供应链看起来将大不相同(参见图表9)。在某种程度上,中国可以保持与亚洲和欧洲半导体供应商以及将继续使用美国供应商的设计工具和制造设备的代工厂的接触的机会,因此,在中等程度上,中国设备制造商的预期中断将受到一定程度的限制。长期来看。除了短期内动摇新供应商以应对需求激增而需要迅速增加产能的动荡之外,中国面临的主要挑战将是为计算密集型应用开发可行的替代高性能处理器。与亚洲或欧洲其他地区的新供应商紧密合作,这些供应商可以使用美国供应商提供的先进设计工具。中国已经在此方面取得了进展,已经使用非美国体系结构构建了神威超级计算机处理器。欧洲的欧洲处理器计划和富士通的K和Post-K超级计算机计划表明,欧洲和亚洲国家自己正在积极努力摆脱美国CPU供应商和体系结构。

图表9:即使在技术脱钩的情况下,中国也可以通过其他渠道获得关键的半导体组件和功能

随着这种向更新的,至少在短期内不那么先进的替代组件的转变,中国的PC,服务器和其他ICT基础设施设备在国际市场上可能不再具有竞争力。由于无法访问美国软件,内容和应用程序,中国的智能手机和其他消费电子产品也可能失去市场份额,尤其是在高收入经济体中。反过来,这可能导致中国设备制造商减少海外收入。另一方面,即使缺乏最先进技术的产品,由于禁止竞争美国产品,中国供应商也有可能扩大其在中国国内市场的份额。实际上,我们估计,通过扩大在国内市场的份额,中国设备制造商将能够弥补海外收入损失的75%。

然而,技术脱钩将对中国产生的主要影响可能是在向基于替代处理器架构的国内IT生态系统的长达数年的过渡期内,对其经济的整体生产率的影响。即使这样的替代处理器可以与美国公认的设计相媲美,中国仍需要为消费者和企业应用创建和扩展全新的硬件和软件堆栈。中国公司将所有系统和业务流程迁移到新的IT基础设施,并在用户功能和成本方面赶上世界各地大多数企业和消费者目前使用的基于美国技术的产品,这需要投资和时间。

脱钩对美国半导体公司的直接影响将是中国科技客户以及其他国家客户的全部收入损失,这些收入最终也将与美国脱钩。总体而言,一旦考虑到直接和间接影响,美国半导体收入将下降37%,相当于2018年的830亿美元(参见图表10)。其中约四分之三的影响将是中国客户为回应美国技术出口禁令而被迫更换美国半导体的直接后果。因此,它几乎是在美国限制措施生效后立即打击的。

图表10:在技术脱钩的情况下,美国可能会失去18个百分点的份额和37%的全球收入

如果美国公司保持目前的研发密集度,那么如此巨大的收入损失将触发美国公司的研发投资大幅度削减至少约120亿美元,即30%。如果尽管收入大幅下降,但美国半导体公司的目标是股东总回报等于该行业的估计资本成本,则研发支出的减少可能必须达到60%。除了削减研发费用外,资本支出还将减少130亿美元,从而导致美国失去12.4万个工作岗位,其中37,000个工作岗位在半导体行业。

随着时间的流逝,美国半导体公司可能会失去其技术和产品相对于全球竞争对手的优势,从而不可避免地导致市场份额进一步下降。我们估计,从中长期来看,美国半导体公司的全球份额将从48%降至约30%。美国也将失去其在该行业的长期全球领导地位。

哪些竞争对手从美国半导体公司放弃的中国客户那里获得收入,将取决于中国开发替代国内供应商的能力。这种能力会因产品和时间范围的不同而不同。

考虑到中国半导体产业的当前发展状况,短期内大部分收入将流向第三国。中国半导体公司将积极发展,以满足约40%的国内需求,这几乎是当前自给自足水平的3倍,并且处于分析师对2025年的预测的上限范围内。此外,我们的模型显示,韩国凭借其在内存,显示器,影像和移动处理器等关键产品中的强大功能以及扩大制造能力的能力,该公司很可能会取代美国,成为全球半导体的领导者。

从情形2的中长期来看,中国可能会成功发展具有竞争力的国内半导体设计产业,从而满足其大部分国内需求。但是,这将需要时间,并且需要持续的高水平投资。尽管中国在短短五到七年内就在太阳能电池板,LCD显示屏和智能手机等技术产品上赶上了追赶,但它在获取国外技术和组件方面做到了这一点。就半导体而言,技术壁垒要高得多。举例来说,韩国和中国台湾地区大约需要15至20年的时间才能分别成为内存和晶圆制造的全球领导者。

此外,正如我们前面提到的,半导体的技术复杂性是如此之高,以至于没有哪个国家拥有完全本地化的生产流程以及整个价值链的完全自给自足。对于可能需要美国供应商提供先进设计工具的高度复杂芯片,中国以及在亚洲其他地方的代工厂生产其本地设计的某些芯片,尤其是需要先进制造节点的芯片,中国可能仍必须依靠外国设计公司。

即使中国不得不进口替代性的高性能处理器来替代基于美国技术的CPU,GPU和FPGA,随着时间的流逝,中国的半导体公司也许最终能够满足该国几乎所有其他半导体产品的国内需求,这样做会使中国的自给率达到约85%。在这种情况下,中国半导体行业的全球份额将从3%增长到30%以上,从而取代美国成为全球领导者。

对半导体行业的结构影响

我们的分析表明,中美摩擦将对美国半导体产业产生深远的负面影响。我们的全球市场模型表明,根据情况,美国将失去8至18个百分点的份额(参见图表11)。

图表11:美中摩擦的影响可能会改变产业结构,远远超出“制造强国计划”计划的影响

这种影响要严重得多,而且比“制造强国计划”的预期效果要快得多。分析人士目前预测,包括IDM和无晶圆厂设计公司在内的中国半导体公司可能会将其收入以每年10%至15%的速度增长,到2025年,将其国内需求的覆盖率从2018年的14%提高到25%至40%。这种增长将使中国半导体行业的全球市场份额提高4至7个百分点,这与我们对情形1和2的模型中的预测相一致。在没有限制美国技术采购的情况下, 根据“制造强国计划”计划更换外国半导体将影响美国和非美国供应商。假设替代程度与当前的市场份额成正比,我们的市场模型预测,仅凭“制造强国计划”效应,美国半导体公司的全球份额将损失仅2至5点。在我们评估的中美摩擦的两种情况下,市场份额损失比市场份额损失低大约四倍。

有两个主要原因说明了中美摩擦带来的负面影响。首先,如果有国内供应商可用的半导体组件,我们预计中国设备制造商将以替换美国供应商为目标,并在需要时选择保留非美国供应商作为第二供应商。此外,面对美国的出口限制(甚至存在美国可能对我们的情形1中的实体名单以外的公司施加此类限制的风险),中国的设备制造商还将尝试用其他亚洲或欧洲供应商取代美国半导体供应商, 即使这种替代并不能帮助实现“制造强国计划”目标。

除财务影响外,我们的分析还显示出将美国半导体公司拒之于中国市场之外的风险可能会触发该行业的重大结构变化,并对美国经济竞争力和国家安全产生不可逆转的深远影响。如果美国半导体公司的全球份额下滑至约30%,美国将把其长期的全球半导体领导地位移交给韩国或中国。从根本上说,美国可能有很大程度地不得不依赖外国供应商来满足其自身对半导体的国内需求的风险。预计每年的研发投入将减少30%到60%,美国工业可能不再能够提供满足美国国防和国家安全系统未来需求所需的技术进步。

美国半导体产业的下行风险可能不会就此止步。一旦美国行业失去全球领导地位(如情况2所述,这种情况很可能发生),将很难重新获得它。如果我们的中长期情形2成为现实,中国成为全球领导者,那么美国半导体产业将可能面临超出我们预测的18个百分点的进一步侵蚀。在没有贸易壁垒的情况下,中国竞争对手将不会局限于自己在国内市场的统治。在其他几个技术领域,中国公司利用其在国内市场中建立的规模优势,以低价抢占了海外市场的市场份额,使行业的利润率降低了50%至90%(参见图表12)。

图表12:中国科技公司通常会利用在国内市场上获得的规模来在海外市场上获得更多份额

如果这种模式保持不变,中国的半导体公司也有可能成为国际市场上的激进竞争者,从而获得进一步的全球份额。事实上,这恰恰是中国国务院在2014年制定的雄心壮志,正是这一雄心促成了《制造强国计划》的发展:最终目标是到2030年,中国成为半导体行业各细分领域的全球领先者。根据其他科技行业观察到的中国公司全球市场份额与中国国内市场权重之间的比率推断,从长远来看,中国半导体行业潜在的全球份额为35%至55%。随着中国半导体企业加快海外扩张,行业利润率可能会大幅压缩。因此,美国半导体公司将再也无法维持今天的高研发强度。目前的创新良性循环可能会逆转,转而成为美国公司陷入竞争力下降、市场份额和利润萎缩的恶性循环。

由于重大的国家安全担忧,电信网络设备行业今天处于正在进行的美中摩擦的中心,该行业的经历说明了这些动态。2000年,三大北美公司(朗讯,北电和摩托罗拉)成为全球领导者,总收入约为1000亿美元。在网络泡沫破灭之后的技术衰退期间需求枯竭之后,网络设备公司的收入大幅下降。到2005年,这三家公司的总收入下降了45%。结果,他们被迫重组业务并削减包括研发在内的成本。尽管他们将其收入的投入与危机前时期保持相同的12%,但他们的年度研发总支出从120亿美元下降至67亿美元,在短短五年内减少了45%。

这削弱了他们保持其在欧洲竞争对手中的技术领先地位以及支持不断发展的无线设备市场中的新产品开发的能力,就像世界各地的运营商都在基于新技术标准推出无线网络一样。大约在同一时间,进入1990年代中期市场的中国制造商开始以低得多的价格引入“足够好”的网络设备。中国竞争者在国内和新兴市场迅速扩张,到2008年已占领了全球约20%的市场。在随后的十年中,中国电信网络设备公司的份额几乎翻了一番,达到38%。同时,三大北美前巨头最终被其欧洲竞争对手收购,价格仅为其原先估值的一小部分。如今,没有总部位于美国的无线接入网络基础设施供应商,这对于下一波将改变全球经济的5G网络的铺设和管理至关重要,因为它们将迎来从大规模物联网应用到自动驾驶汽车的一切。

五、保持半导体行业“双赢”全球市场准入

在过去的30年中,半导体产业一直是技术进步的核心,这些技术进步为美国经济,美国国防能力以及世界各地的消费者和企业带来了巨大的利益。它还为中国创造了好处,中国的技术产业已经能够使用国外的半导体组件来开发竞争日益激烈的电子设备,从而在全球市场中获得份额。

半导体领域的这些进步是创新良性循环的结果,创新依赖于对知识产权的充分保护,依赖于核心技术和工具自由公平地进入全球市场,也依赖于将这些创新带给最终客户的高度专业化的供应链。

在相互对立的国家安全关切的推动下,中美之间最近的摩擦导致制定了旨在对进入市场,技术和资源施加广泛障碍的政策。当然,维护国家利益至关重要。但是,如果要避免永久损害使半导体行业取得成功的创新模式,则必须仔细考虑政策机制。

从美国的角度来看,我们的分析表明,对美国半导体公司施加广泛的单方面限制,以阻止它们为中国客户提供服务可能会事与愿违,并有可能危及美国长期以来在全球半导体领域的领导地位。最终,这可能导致美国严重依赖外国半导体供应商来满足美国技术产业的需求,而美国过去三十年来一直是美国生产力提高和经济增长的核心引擎。同样,规模急剧缩小的美国半导体产业不再发挥全球领导者的作用,将无法为满足关键国防和国家安全能力所需的高级半导体需求的研发投资提供资金。

保持获得尖端技术也符合中国的利益,特别是在中国寻求加快经济向更多依赖更高附加值产品和技术驱动的生产率提高的新增长模式转型的情况下。找到建设性的方法来解决美国表达的一些关切,比如加强知识产权保护,确保外国半导体公司的公平竞争环境,也可能有利于中国自己的技术发展愿望。这些措施可以进一步鼓励外国投资中国的研发活动,有利于中国提升国内产业能力所需的技术诀窍和人才的流入,最终刺激创新和质量方面的健康竞争。

强大的美国半导体产业,已很好地融入全球技术供应链,对于持续交付将使数字化转型和AI成为新时代的进步至关重要。与移动革命一样,这些突破所带来的巨大好处将不仅在美国,而且在所有国家/地区的消费者和企业中都能受益。因此,迫切需要中美之间找到新的平衡点,在维护各自国家安全利益的同时,允许美国半导体公司继续在研发方面进行大量投资,并将其尖端产品广泛提供给全球创新的设备制造商, 无论他们在哪里。

六、附录:方法

为了评估美中摩擦对半导体行业的潜在影响,我们开发了一个市场模型,按地区、终端应用市场和产品线提供半导体需求和供应结构的详细视图。该模型基于Gartner的市场数据,并与WSTS的半导体销售数据进行了交叉核对。我们还为智能手机、PC、服务器和存储系统等特定终端设备补充了IDC等其他来源。我们还利用多份分析师报告预测了中国半导体产业中期发展和《制造强国计划》政策的潜在影响。(篇幅所限,更多方法细节,请阅读报告原文)

该模型由六个相互连接的模块组成(见图表13):

图表13:BCG半导体产业模型综述

模块1、模块2和模块3确立了2018年全球和中国半导体市场的基线:

模块1:终端设备模块对使用半导体的电子设备的需求和供应进行建模。我们考虑了七种不同类型的终端设备:智能手机、PC、消费电子产品、数据中心、网络设备、汽车以及工商业设备。对于这七个终端应用市场中的每一个,我们都制定了一个矩阵,按地区细分供需情况。这使我们能够量化中国设备制造商在每个应用市场的全球份额,以及其中有多少份额来自中国国内市场与出口市场。例如,该模块显示,按价值计算,中国公司在全球智能手机市场占有36%的份额。中国国内市场占其营收的54%;东南亚、拉丁美洲、东欧、中东和非洲等新兴市场的营收占其营收的33%;其余13%的营收来自美国、西欧、日本和韩国等高收入地区。

模块2:半导体需求模块使用Gartner的市场数据分解了2018年全球32个产品类别4740亿美元的半导体收入(见图表14)。然后,将按产品类别划分的半导体收入映射到模块1中终端设备模块涵盖的7种终端设备和7个需求区域。我们已经建立了一个“数据立方体”,显示32个单独的半导体产品类别中每一个类别的全球总收入的哪一部分来自哪种类型的终端设备,以及来自哪个地区。这使我们能够计算出来自中国设备制造商的每一种半导体产品的需求。在我们看来,这是衡量中国半导体市场规模的最合适标准,因为这还不包括中国工厂运往中国制造外国设备(如苹果iPhone)的半导体。根据这一方法,我们估计2018年中国设备制造商的半导体需求总额为1090亿美元,占全球半导体收入的23%。这一数字低于报告中经常被视为基于基础WSTS数据的中国半导体市场规模的约1600亿美元-但这个数字包括为制造非中国品牌的设备而购买并运往中国的半导体。

图14:半导体产品分类

模块3:半导体供应模块映射了所考虑的32个半导体产品类别中的每一个的主要半导体供应商,以及它们各自的全球市场份额。然后,我们估计了来自中国、美国、欧洲、日本、韩国和亚洲其他地区的半导体公司在中国需求半导体需求模块中的份额。由于没有关于个别半导体产品向中国公司销售的完整公开数据,我们根据我们的行业知识应用了一些假设。从本质上说,我们假设中国半导体公司的所有收入都只来自中国客户,日本和韩国供应商在各自国内市场的份额也高于其他地方。除了这些调整外,供应商在每个需求地区的份额预计将与他们观察到的全球份额保持一致。例如,该模块估计,2018年中国半导体公司总共提供了中国设备制造商14%的需求,而美国供应商约占中国需求的45%。对于智能手机使用的集成基带/应用处理器等部分产品,中国供应商的份额高于整体的14%。在FPGA、CPU或GPU等其他产品中,没有一家中国供应商的需求份额至少占到中国需求的10%。

模块4、5和6是“分析引擎”,在所考虑的不同场景下模拟最终用户和设备制造商行为的预期变化:

模块4:最终用户购买行为变化模块评估最终用户(包括消费者和企业)态度变化对跨地区设备制造商市场份额的影响。我们已经建立了两种撞击的模型,这两种撞击方向相反,并且部分相互抵消。

模块5:供应商替代模块评估由于中国设备制造商的供应商替代努力而导致的半导体公司市场份额的变化。我们模拟了三种不同的供应商替代动态,这三种动态将在未来几年并行发生。

根据场景的不同,这三种类型的替补如何发挥作用是不同的。图表15概述了我们在所考虑的每个场景中假定的动态:

图表15:中国半导体市场的供应商替代动态

模块6:创新周期效应模块将全球市场份额和收入的变化转化为对研发投资、资本支出和就业的影响。鉴于报告中描述的该行业的良性创新周期(见图表4),我们假设研发的大幅减少会使美国公司更难保持相对于全球竞争对手的技术优势,最终导致竞争力的丧失和随着时间的推移进一步侵蚀收入份额。

为了估计对研发和资本支出的影响,我们汇编了美国前20家半导体公司的财务状况,这些公司加起来占美国行业总收入的90%以上。有关行业就业的数据,无论是直接的还是间接的,都来自半导体产业协会(SIA)的年度报告。当它们面对市场份额和收入的重大直接影响时,我们的模型针对情景1和2预测,美国公司将需要减少支出以保持其当前的利润率。至少,我们希望公司与收入下降的比例相同地削减R&D和资本支出,并保持支出与收入的比例不变。

此外,我们还使用了波士顿咨询公司专有的总股东回报(TSR)分析,以了解收入增长、利润率和其他因素对股价升值的贡献。毫不奇怪,营收增长是半导体行业股东价值创造的最大驱动力。我们的模型表明,在情形1(收入与2018年基线相比下降16%)和情形2(收入与2018年基线相比下降37%)下,美国半导体行业将损失相当大一部分全球收入。因此,美国行业可能会从2013-2018年每年营收增长10%的时期过渡到未来3到5年的营收下滑时期。因此,美国半导体公司将不得不通过提高利润率来过度补偿,以维持股东的投资回报率高于该行业的估计资金成本。这将需要更大幅度地削减研发和资本支出,远远超过收入的下降。

反过来,随着时间的推移,美国公司研发投资的大幅减少将导致中国以外市场份额的进一步侵蚀,因为全球竞争对手可能会增加总研发投资,因为它们受益于在中国替代美国供应商带来的更强劲的收入增长–赶上了美国的创新。我们根据产品的研发强度-在每个特定产品类别的领先美国公司的财务中观察到的研发支出占收入的百分比-以及由模块5|供应商替代造成的中国客户收入损失引发的估计研发削减,根据产品的研发强度进行了一些具体的建模假设,从而估计了这种额外的二次订单影响。

由于“创新周期”效应,研发强度高、中国供应商替代造成的预期份额损失大的产品在中国以外的其他市场将经历更高的额外市场份额侵蚀。这一影响将相当显著:根据我们的模型,我们预计这将使美国半导体公司来自中国市场的收入损失增加30%至40%,具体取决于情形(请参阅图表8和10上半部分图表中“为降低收入而削减研发支出”的数字)。

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