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重塑技术创新优势? ——美国半导体产业政策回归的历史逻辑

作者:李寅   来源:文化纵横  已有 858人浏览 放大  缩小

导读】2021年6月8日,美参议院通过《2021美国创新与竞争法案》,拟对美国科研与技术创新投资逾2000亿美元。这是一个典型的产业政策。长期批评别国搞产业政策,并强调自己是自由市场经济的美国,如今却推出超大规模的产业政策,可能会让不少人吃惊。那么,该如何理解美国产业政策的“回归”?

本文以美国半导体产业兴衰史为例,指出当年硅谷的兴起,并不仅仅是科技和商业精英发挥企业家精神的结果,事实上,国家军事采购起到了非常重要的助推作用。1970年代中期以来,美国半导体产业奉行了约十年的自由放任政策,同时半导体产业也面临日本挑战。90年代后,美政府通过贸易制裁等手段沉重打击日本半导体产业后,美半导体工业迎来复兴,直接催生了新经济繁荣。这轮复兴,也与美半导体产业自身结构调整有关,即开启开放式创新理念和全球化的进程;但这一进程到了后来,反而又加剧了芯片制造业的空心化。总的来看,以外国竞争为由出台产业政策,利用贸易制裁等手段打压赶超者,已成为美创新系统的重要组成部分,也是其半导体产业政策回归的历史逻辑。

从现实看,虽然《创新与竞争法案》诸多举措仍未触及美制造业的核心问题,但作者提醒我们,单从政策的具体形式判断美国的产业政策是否有效,乃至过早判断美产业的绝对衰落,是一种危险的做法。半导体产业史表明,美最成功的产业政策经验是国家对尖端技术研发释放明确承诺与清晰信号,充分动员庞大的产业与科学基础,通过创造新产业部门的先发优势和技术垄断带来的巨额利润,来维持霸主地位。中国近年来的技术进步之所以让美格外紧张,恰恰是因为中国凭借自身巨大的产业与科学体量成为几十年来唯一有希望复制这套经验的国家。

本文原载《文化纵横》2021年第4期。文章仅代表作者观点,供诸君参考。

半导体产业是现代信息技术的基石,也是中美科技战的焦点,更是当前我国创新发展被“卡脖子”最严重的领域。2021年6月8日,美国国会参议院通过了一项《2021美国创新与竞争法案》(American Innovation and R&D Competitiveness Act of 2021),旨在对美国科学研究与技术创新领域投资逾2000亿美。其中,美国政府将在未来数年内补贴半导体产业520亿美元,以维持美国本土的芯片制造产能,保护供应链安全;同时,美国政府将拨款逾1000亿美元改造美国国家科学基金会,设立新的技术和创新部门,重点支持半导体、人工智能、高性能计算、先进制造等领域,以保持美国产业在全球的技术领先地位。

对工业生产与研发的补贴是一项典型的产业政策。长期谴责和攻击别国的产业政策,并且标榜自己是自由市场经济的美国,现在却推出超大规模补贴的产业政策,这可能会让不少人吃惊。然而,纵观美国半导体产业的发展历程,政府在国际创新竞争的关键时刻出面大力干预,恰恰是美国产业政策的常态,甚至是美国国家创新系统不可缺少的一环。本文通过梳理美国半导体产业在过去七十多年间的产业史与技术史,审视美国企业技术创新优势的真正来源,进而理解当前美国半导体产业政策的回归。

▍军事采购中起飞的硅谷

现代半导体工业源于著名的贝尔实验室在1947年发明的第一块晶体管。贝尔的母公司美国电话电报公司(AT&T)虽然意识到晶体管有着重塑整个电子工业的巨大潜力,但为了避免美国司法部的反垄断调查,也为了利用全产业的力量推动半导体技术的发展,AT&T很快公开了制造晶体管的核心技术,并向全世界广泛授权相关专利,开启了半导体工业的第一波热潮。在这波热潮中,日后的诺贝尔奖得主、晶体管发明者之一的肖克利(William Shockley)在旧金山湾区创立肖克利半导体实验室。1957年,著名的“八叛将”从肖克利实验室出走,成立了仙童半导体公司,仙童公司开发的晶体管平面制造工艺使得半导体的大规模生产得以实现。1958~1959年,德州仪器与仙童公司分别发明了集成电路,使芯片计算能力的几何式增长成为可能。1968年后,仙童的核心成员陆续离职,在旧金山湾区创立了超过50家初创企业,逐渐形成了今日的硅谷。

尽管硅谷诞生于企业家精神,但真正拉动硅谷起飞的却是美国政府与军方。早期半导体工业的主要市场是美国军方。出于美苏冷战与太空竞赛的需要,上世纪50年代美国军方大量采购半导体设备。由于美国政府的“买美国货”(Buy America)政策,这些订单都落入了美国企业的腰包。1955~1958年,美国政府的军事和太空采购超过整个美国半导体工业产出的三分之一,1960年的峰值更是接近全部产出的一半。直到60年代中后期随着现代计算机工业的兴起,政府采购对半导体的需求拉动作用才逐渐减弱。

军事采购对美国半导体工业的意义远远不止于提供市场,更重要的是,军事技术的需求特点深刻影响了美国企业的技术创新路线。不同于民用需求,美国军方在选用新技术时更看重性能而非成本。在半导体技术发展的早期,欧洲与日本厂商都选择了易加工、成本低、主要应用在消费市场上的锗晶体管技术。在军用订单的支持下,美国厂商则选择了德州仪器公司发明的硅晶体管技术。硅晶体管虽然成本昂贵,但稳定性更高,适用温度范围广,在当时新兴的数字交换通信技术中也有更好的性能。长期而稳定的军事订单推动美国硅晶体管生产技术的积累与成熟,保护美国厂商免受来自欧洲与日本的低价竞争。在军事采购的支持下,硅晶体管的生产规模迅速扩大且成本急剧下降:1957年时硅晶体管的价格是锗晶体管的近10倍,而到1965年时两者的价格相差只有1.7倍。60年代,军方对微型化与高稳定性的需求使其成为新兴集成电路技术最主要的客户,进一步推动了美国厂商在新技术上的优势。

军事采购还提供了很多创业机会,巩固了硅谷的初创企业生态。在军事采购的带动下,1960~1965年硅谷迎来第一波创业热潮。相比同时期美国联邦政府倾向于扶持大企业,军队在采购中主要考虑产品性能,较少歧视初创企业,不但促进了技术进步,而且鼓励了新企业进入半导体产业。

简而言之,在半导体工业发展的早期,美国军方以比较隐蔽的形式实行了产业政策,孕育了美国半导体工业成为国际技术与产业的领导者。随着半导体技术从军用领域向民用领域溢出,美国计算机产业高速增长。到70年代时,国际商业机器公司(IBM)主导了整个计算机工业,仅生产自用的芯片就使其成为全世界最大的芯片厂商。

▍美日竞争中的贸易争端与政企合作

美国在半导体产业的支配地位一直持续到70年代末,此后迎来了日本的挑战。美日之间的竞争主要集中在随机动态存取内存(DRAM,简称“内存”)市场。70年代初,IBM推动计算机随机存储器从磁芯向半导体芯片转型,而英特尔通过开发世界上第一块商用DRAM内存芯片成为技术领导者。尽管美国厂商掌控了早期的1K与4K内存市场,但日本企业凭借更高效的制造工艺和强力的政府支持,在70年代中期开始追赶,1979年已占据接近一半的全球16K内存市场。当市场向64K内存演进时,日本厂商依靠高强度投资、制造技术优势及低价格,成功取得了领先地位。在随后的技术更新中,日本厂商进一步扩大优势,最高占据98%的全球市场份额。1985年,英特尔退出内存市场且濒临破产,市场上仅剩德州仪器与镁光两家美国内存厂商。美国厂商在全球内存市场上的份额则从最高时的95%跌落到1990年的2%。这是美国战后第一次在高技术产业领域受到挑战。

日本的挑战激起了美国政府的迅速反应。此前,美国在半导体产业奉行了大约十年(1974~1984年)的自由放任政策。其间,尽管军事与太空采购仍在继续,但相对于大规模的民用市场,其作用已相对有限。从1985年起,美国政府制定了一系列贸易、反垄断和研发政策,打击日本并保护美国工业。

美国政府打击日本半导体产业的主要方式是贸易制裁。1985年,美国半导体产业协会(SIA)与多家美国企业分别向美国贸易代表办公室申诉,要求对日本半导体产业展开301调查,指责日本限制市场进入以及对美倾销。美国商务部立即以关税威胁,迫使日本厂商缩减产量、提高价格。1986年9月,美日两国政府最终就价格与产量控制等达成半导体贸易协定(STA),日本通过允许美国设定芯片的价格下限来换取美国中止对日本厂商的司法行动。美国商务部针对每个日企设定外国市场价值(FMVs),在保障美企高价格的同时,允许低成本的日企挤压高成本的日企。此外,协定还要求日本开放20%的国内市场份额。

此后,内存价格迅速回升。但协定也遭到了美国学界的广泛批评,一些经济学家认为高价格伤害了消费者福利,并担忧日企可以利用高利润进入其他半导体市场。然而,事后看来,美日半导体贸易协定恰恰给日本企业挖下一个巨大的陷阱。内存市场上丰厚的利润吸引了日企的注意力,但高价格也吸引了韩国与中国台湾厂商。最终,三星等韩企在政府扶持下采取更激进的投资策略,加上美国提供的技术授权与人员流动,日本内存产业在国际竞争中走向衰退。

日本产业政策的成功经验让美国政府意识到美国企业之间缺乏科研协作,因而美国政策回应的另一重点是通过反垄断与研发政策鼓励美国企业之间的合作研发。一方面,国会在1984年通过《国家合作研究法案》,大大削弱了反垄断法在企业合资研究中的适用范围;里根政府的司法部乘机将国外竞争引入垄断地位的认定标准,大大提升了反垄断调查的门槛。另一方面,模仿日本的VLSI项目,在国防部的推动与资助下,14家企业于1987年底联合成立了合作研究的产业联盟——半导体制造技术战略联盟(SEMATECH)。这个联盟每年从企业和政府各获得1亿美元资助,用于改进美国半导体装备产业的技术水平、促进产业间的纵向联系、协调与制定产业标准。SEMATECH对半导体装备技术产生了深远影响,光刻机巨头荷兰ASML的部分核心技术即来源于此,因而受到美国出口管制的约束。

虽然日本半导体产业的挑战在当时给美国人带来了巨大的心理冲击,引发了几乎歇斯底里的反日情绪,但从产业层面看,80年代日本半导体产业的优势实际上十分有限。在内存市场以外,日本在极其重要的逻辑芯片以及下游应用的计算机、通信产业上都并未能超过美国。随着美国扶持下的韩国和中国台湾半导体工业的崛起,以及东亚新兴经济体电子制造业对日企下游市场的蚕食,日本半导体工业逐步走向衰落,如今只能据守上游的部分装备和特种化学工业。但在美国方面,自80年代以来,不仅利用贸易制裁手段打击国际竞争对手成为常态,政府或企业主导的产业内与产业间协作也逐渐成为创新系统的重要组成部分。

▍开放式创新与美国半导体产业的复兴

90年代初,美国半导体工业迅速恢复,其原因除了政府及时干预外,也与产业自身的重大结构调整有关,主要体现为对开放式创新的拥抱。但这一调整带来的后果是复杂且深远的。

1981年,计算机巨头IBM在决定涉足个人电脑(PC)市场时做了一个非常大胆的战略决定:抛弃以往封闭式的产品构架,在新设立的个人电脑产品线上推动开放式标准,推出了由两个外部供应商英特尔与微软提供核心部件的个人电脑( IBM PC)。IBM PC获得了巨大的商业成功,随后搭载英特尔处理器与微软操作系统的低价兼容机大量涌现,最终带来个人电脑市场的爆发,英特尔与微软的 “Wintel” 联盟成为事实上的个人电脑市场标准制定者。90年代,个人电脑成为最大的半导体市场,英特尔凭借在个人电脑处理器上的支配地位,再次成为世界半导体工业的领导者。

以个人电脑为代表的开放式创新体系的盛行对全球半导体工业产生了深远的影响,它巩固与强化了硅谷流行的垂直分工的产业组织方式,并进一步塑造了全球产业链。80年代,随着电脑辅助设计工具的进步和制造技术的标准化,半导体工业的垂直分工走向极致:芯片设计与制造分离成两个相互独立的产业——芯片设计与晶圆制造。芯片设计与制造的垂直分工是美国半导体工业竞争优势的重要来源,但它也为半导体技术扩散至新兴经济体和半导体工业全球化创造了条件。

早在60年代,美国半导体公司已开始将半导体制造中技术含量较低、劳动密集的封装测试工序外包到亚洲国家,利用当地的廉价劳动力降低成本。随着芯片设计与制造的分离,部分美国半导体企业开始放弃自营的晶圆厂,专注于更有竞争优势且利润更高的芯片设计业务。1987年台积电开创纯代工晶圆厂模式后,这一趋势进一步强化。通过将芯片制造外包到亚洲的晶圆厂,美国半导体厂商可以迅速利用由当地政府补贴建成的先进生产线,节省大量资本支出;雇用了大量高效而廉价的当地工程师的亚洲晶圆厂,还可以保障优质的制造工艺,弥补了美国制造本身的不足。

开放式创新的一个意外后果是鼓励了初创企业与风险资本进入半导体产业,间接导致美国高科技产业走向金融化。80年代中期,尽管美国半导体工业正处于低谷,但同时期半导体初创企业的数量却达到顶峰。这一轮创业高潮主要由两个因素驱动:电信行业的反垄断与新兴的个人电脑市场带来了大量创业机会;80年代对专利保护的增强为创办轻资产、重知识产权的初创公司提供了机遇。较之以往,硅谷80年代半导体创业潮与90年代互联网创业潮中诞生的初创企业,在组织与融资方式上都有重大的改变。组织方面,由于初创企业普遍资金匮乏,利用股票和股权激励的方式吸引技术与管理人员就成了主要选项。融资方面,芯片设计与互联网都是典型的高风险、轻资产行业,初创企业很难从传统银行部门融资,专业的风险资本就成了主要的融资渠道。然而,不管是派发给员工的股权激励,还是吸引到的股权投资,最终都需要初创企业在股票市场上市并保持高股价才能兑现。这就把初创企业与金融市场深度绑定在一起,最终导致了90年代末的互联网泡沫。

在美国半导体工业复兴过程中,开放式创新及其塑造的产业形态发挥了巨大作用,直接催生了美国90年代末以来的新经济繁荣。在开放式标准下,零部件厂商只要保障兼容性就可以迅速创新迭代,垂直分工则进一步提高了效率。美国企业通过掌握标准,控制着最上游的芯片设计与最下游的品牌和软件生态,占据了“微笑曲线”的两端,拿走了整个行业的大部分利润。金融化也在初期降低了创业门槛,保障美国企业以先发优势占领新兴的芯片设计与互联网行业。

▍全球化与金融化中相对衰落的美国产业

进入21世纪,新经济的负面影响开始逐步浮现。一方面,美日竞争中暴露的问题在90 年代的结构调整中并未完全解决。美企所追求的全球化和轻资产化只是转移了企业自身的问题,但没有解决美国制造业的结构性缺陷,美国本土的实体制造业(包括芯片制造)仍在持续衰退。另一方面,随着20世纪的创业企业逐渐走出高增长期,高度金融化的公司治理模式的弊端开始显现。由于缺乏高增长支持股价,大量美国大公司开始通过回购股票、兼并乃至裁员来拉高股价,不但浪费了资源、减少了创新投入,还加剧了不平等。具体到半导体产业,美国企业的相对衰落主要表现在以下三个方面。

一是随着技术进步和需求结构变化,美国企业对自己创造的开放式全球创新体系的掌控力被削弱。在苹果公司推出iPhone手机后,智能手机逐步超越个人电脑成为最重要的电子工业产品,同时也是最大的半导体市场。与“Wintel”完全控制个人电脑的技术创新体系不同,智能手机产业链高度碎片化,国际竞争更加激烈。以手机处理器为例,由于垂直分工的逻辑进一步强化,个人电脑上被英特尔完全掌控的核心处理器设计制造环节在智能手机产业链上被划分为架构设计、芯片设计、晶圆制造三个环节。经历了长期竞争后,这三个环节现在都进入了寡头或垄断阶段,但美国企业都不占绝对优势。在架构设计上,目前英国厂商ARM占据绝对优势,完全开源的RISC-V架构也在迅速发展,英特尔的x86架构则在移动端彻底失败。在芯片设计上,由于架构厂商提供了更多的参考设计,降低了技术门槛,美国芯片厂商不但面临联发科、展讯、瑞芯微等亚洲芯片企业的竞争,苹果、华为、三星等主要的系统厂商也都在自研芯片,竞争格外激烈。在晶圆制造上,最先进的产能集中在台积电与三星两个亚洲企业手上。美国用来击垮日本电子工业的开放式创新体系在进一步碎片化的过程中,创新的中心节点越来越多地转移到美国以外的企业手中,“Wintel”联盟式的垄断不复存在。

二是全球化加剧了美国芯片制造业的空心化。随着晶圆代工模式的兴起,已有的美国半导体企业逐步放弃自营的晶圆厂(如AMD),更多初创企业直接不再考虑投资工厂。到了移动互联网时代,尽管芯片设计巨头仍多是美国公司(如苹果、高通、英伟达),但它们都将芯片代工业务交给亚洲的台积电与三星,造成了全球芯片制造业重心的东移。在产能大幅减少的同时,美国芯片制造产业的技术优势也在逐渐丧失。在美国本土芯片制造企业中,只有英特尔还在对先进制程投入研发。但芯片制造研发有极强的规模经济属性,拥有苹果、高通、华为订单的台积电在2020年已量产5纳米芯片,而英特尔的7纳米芯片至今尚未投入大规模量产。

三是金融化造成美国企业对创新投资的下滑。自80年代以来,美国公司治理的主流理念是“为股东创造价值”,以股价来衡量职业经理人的业绩,职业经理人自身的利益也由股权激励等手段与股东紧紧地捆绑在一起。这一机制设计的初衷是金融学家认为股东代表企业最根本的所有者利益。但现实中股东是流动的,经理人也有任期,股东价值论往往沦为部分人从企业攫取价值的短期行为的借口。在这一理念的影响下,美国高科技企业常常以牺牲对创新的投资为代价来回购股票,以支撑高股价,维持经理人与股东的高收入。以IBM为例,2004年IBM以业务亏损为由出售了个人电脑与芯片制造业务,但它真的缺乏现金吗?实际上,IBM在2003~2012年的总利润高达1170亿美元,同期它花费了1070亿美元回购股票、230亿美元发放红利,超过111%的利润被用于“回馈股东”。当前英特尔在先进制程上的困难与其资本支出不足也有很大关系,2020、2021年其资本支出分别为142亿与200亿(预计)美元,均少于台积电在同期支出的172亿与280亿(预计)美元。然而,2020年英特尔的营收高达779亿美元,远高于台积电同期的460亿美元。显然,英特尔的问题是未把先进制程投资当作经营的重点:在过去五年中,英特尔为股东贡献了714亿美元现金,这些资金完全足够英特尔维持更高的资本支出水平。正如拉佐尼克所批判的,这种以牺牲对产业、工人、创新的投资为代价的股票回购,最终只能带来“没有繁荣的利润”。

▍如何认识美国半导体产业政策的回归?

上述现状是促成拜登政府出台新产业政策的产业背景;由疫情与美国政府制裁中国科技企业引发的产业链扰动共同造成的全球“缺芯”,也增加了政策的紧迫性。尽管如此,无论在产业界的游说还是在拜登的发言中,“中国威胁论”仍然被列为政策出台的主要借口。但不管美国政府的说辞如何,我们应当清醒地意识到,当前中国的半导体产业远远不足以挑战美国,美国产业的现状也要远远好于80年代的危机时刻。

首先,美国对半导体产业链的掌控力依然强大,除了在晶圆制造和封装测试等下游环节份额较低外,美国在核心知识产权、半导体设备等上游环节的市场份额仍超过一半,在芯片设计软件工具上的份额高达85%,这让美国可以采取“卡脖子”策略打击任何外国企业。其次,相比曾经在内存市场上的彻底崩溃,只要其管理层决心将可支配的庞大资源转移到对创新与生产的投资上,现在的英特尔仍然可能重返技术创新领导者的位置。最后,与日企曾经谋求的全产业链竞争优势相比,当前技术领先的台积电、三星等与美国半导体产业更多的是互补关系,对美国的产业链和市场都有非常深的依赖,不足以真正挑战美国的地位。

从历史上看,以外国竞争为借口出台产业政策是美国政府的常态,这导致美国产业政策在政策工具选择上具有应激性。例如,在美苏争霸中,美军为了保持对苏联的优势,对先进半导体的采购几乎不计成本。在日美竞争中,美国则模仿了日本的产业政策。在本轮产业政策的回归中,针对产业界自我诊断的所谓国外补贴问题,美国政府的反应也集中于国内补贴:一方面通过政府补贴弥补美国建厂的成本劣势,另一方面通过加大对美国国家科学基金会的投资,促进包括半导体技术研发在内的应用研究。此外,美国政府还威逼利诱台积电和三星到美国本土新建先进工厂。

但这些举措并未触及美国制造业的核心问题,即美国芯片制造的衰退主要是由内因造成的长期问题。这些内因包括美国政府与企业对实体制造、基础设施、工人技能投资的忽视,其中的结构性问题来源于金融化的公司治理结构下,股东和职业经理人对利润的过度追求造成对人力和创新投资的挤压。这些问题由来已久,在90年代以来的复苏与新经济繁荣中并未得到正面解决,而是通过产业转移、全球化等方式放弃美国缺乏优势的制造业部分来维持企业的高利润,但这样做的代价是美国本土制造的基础设施、劳工技能及制造基地的持续衰退。直到今天,坐拥千亿现金的苹果、英特尔、高通等产业巨头仍然要依赖政府补贴才愿意投资,可见当前产业界仍然没有彻底解决美国制造业衰退问题的意愿。此外,通过政治施压乃至关税保护强迫外国厂商来美国投资设厂,能否真正复兴美国制造业,也令人存疑。汽车制造就是一个很好的先例,美国通过迫使日韩汽车厂商在美设厂,虽然维持了本土的生产能力,但对本国企业竞争与创新能力的提升非常有限。

但历史经验表明,单从政策的具体形式判断美国的产业政策是否有效,乃至过早判断美国产业的绝对衰落,是一种危险的做法。首先,作为超级大国,美国拥有几乎无限的财力、人力与科技实力,为了达成政策目标,它可以付出一般国家难以忍受的代价,包括极大的浪费。其次,美国去中心化的产业结构鼓励创业和试错,一旦个别企业家找到解决危机的方法,就可以得到几乎无限的政府和产业资本的支持。最后,不管具体政策是否合理,美国产业政策制定者每次都向企业释放了清晰的信号——美国政府会不惜一切代价,保护本国企业在核心技术领域的国际领导地位,并支持任何美国企业为达到此目标所做的战略决策。

这些特点恰恰是需要我们警醒和借鉴的。一方面,美国政府在数次产业危机时刻的积极干预表明,政府在产业创新与竞争中的作用是永久性的,并不存在产业一旦追赶成功政府就应退出的“规律”。国际技术与产业竞争是一个动态的过程,当下的创新领导者在未来某个节点总会落后成为追随者。一个国家要保持创新优势和产业竞争力,不但需要企业层面的动态能力,更需要政策层面的不断调整与改革,以支持企业能随时重回领先地位。如果创新与产业政策不能随着技术、需求与国际竞争的变化共同演进,一国的技术创新优势终将难以维持,这正是过去美国产业的诸多挑战者失败的教训。

另一方面,不同于许多国家以维持既得利益为主的保护性产业政策,美国的半导体产业政策有很强的进取性,往往通过在新技术领域与新产业部门的突破来创造新的增长机会,避免了政策被落后企业绑架。因此,在美国本轮产业政策中,对新兴技术的补贴可能比对建厂的补贴更值得我们关注。事实上,半导体产业史表明,美国最成功的产业政策经验是国家对尖端技术研发释放明确承诺与清晰信号,充分动员庞大的产业与科学基础,通过创造新产业部门的先发优势和技术垄断带来的巨额利润来维持霸主地位。中国近年来在技术上的进步之所以让美国的产业政策制定者格外紧张,恰恰是因为中国凭借自身巨大的产业与科学体量成为几十年来唯一有希望复制这套经验的国家。

发布时间:2021年09月16日 来源时间:2021年09月16日
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