[Перевод] Почему Америка потеряет полупроводниковую отрасль03.09.2022 08:16

Предисловие переводчика

США всегда были мировым лидером в области полупроводников: и в проектировании, и в производстве и в инструментах для их создания. Полупроводниковая отрасль является основой всех технологических инноваций в области вычислительной техники и информационных технологий. Без них не было бы таких компаний как Amazon, Google, Microsoft, Meta, Apple и Tesla. Но уже пару десятилетий США постепенно теряют своё превосходство в полупроводниковой промышленности. В последние годы темпы потерь только ускоряются. Если это лидерство будет утеряно, то будет потерян фундаментальный строительный блок современных технологий, и США уступят своё всеобъемлющее технологическое преимущество. В этой статье мы обсудим основные причины этой проблемы и предложим решения, которые по своей природе должны быть поддержаны обеими партиями.

Прежде чем мы перейдем к проблеме, давайте поговорим о текущем доминировании США в области полупроводников. Большинство крупнейших компаний, производящих оборудование, дизайн и программное обеспечение для полупроводниковой промышленности, базируются в США или занимаются критическими инженерными работами в США. Что касается оборудования, то в США базируются Lam Research, Applied Materials и KLA. ASML, широко известный лидер в области литографии, выполняет большую часть своих важнейших инженерных работ для источника и коллектора EUV в Сан-Диего. Эти технологические активы и команды появились в результате приобретения базирующейся в Сан-Диего компании Cymer. ASML выплачивает роялти EUV-LLC, в состав которой входят несколько национальных лабораторий США. Без этого оборудования производить микросхемы невозможно.

Критически важное программное обеспечение (ПО), необходимое для разработки микросхем, называется EDA, и всё оно поставляется из США. Cadence, Synopsys и Mentor Graphics (сейчас принадлежат Siemens) находятся в США. Без этого ПО невозможно спроектировать современные чипы.

Американские компании, такие как Texas Instruments и Intel, занимают лидирующие позиции на рынке в своих областях, производя свои собственные микросхемы. Четыре крупнейшие компании, разрабатывающие микросхемы для международного рынка, и использующие сторонние фабрики для производства, также являются американскими. Это Qualcomm, Broadcom, Nvidia и AMD.

Но это доминирование переходит к странам, которые представляют для США геополитические риски. Доля США в производстве микросхем упала до рекордно низкого уровня. США потеряют полупроводниковую промышленность, если не будут приняты срочные меры. Это кризис национальной безопасности.

США были образцом инноваций благодаря предпринимательству, образованию и крупным инвестициям. Все три этих принципа разрушаются, частично из-за позиции частного рынка, а частично из-за того, что политика правительства стимулирует определенное поведение. Происходит сдвиг в пользу стран с благоприятной государственной политикой, нормативно-правовой поддержкой, акцентом на STEM-высшее образование и общим культурным признанием важности производства полупроводников.

Предпринимательство и полупроводники

Предпринимательство — это то, что изначально и привело к инновациям и зарождению отрасли. С момента изобретения транзистора в Bell Labs, стартапы в Кремниевой долине создали и определили современную полупроводниковую индустрию. К сожалению, предпринимательство в полупроводниковой промышленности уходит в прошлое.

SemiEngineering.com, одно из ведущих изданий в отрасли, отслеживает ежемесячные инвестиции в стартапы полупроводниковой и смежных отраслей, в зависимости от местоположения штаб-квартиры компании. Их данные за май собраны в таблице ниже, но и другие месяцы выглядят очень похоже. Тенденция вызывает беспокойство за перспективы доминирования американского оборудования. Мало того, что большая часть сборки производится в Китае, но и самые хорошо финансируемые стартапы в области полупроводников и большинство IPO в области полупроводников происходят там же.

Хотя стартапы и IPO не обязательно указывают на инновации, они являются одним из их краеугольных камней. Не все стартапы добьются успеха, и очень вероятно, что более строгие модели финансирования американских стартапов будут означать, что у них больше шансов на успех. Но подобное неравенство является большой проблемой. Америка больше не является страной предпринимательства, несмотря на то, что продолжает доминировать в других регионах мира, таких как Европа. Теперь центром предпринимательства является Китай.

Почему в США так мало полупроводниковых стартапов?

Частный рынок венчурного капитала и ангельских инвестиций в США абсолютно сошел с ума, инвестируя в «технологические» компании, основанные на программных платформах. Это хороший тип инвестиций, но те же самые венчурные капиталисты и инвесторы-ангелы полностью игнорируют сферу полупроводников и аппаратного обеспечения. Мы здесь, в SemiAnalysis, убедились в этом воочию, пока помогали нескольким полупроводниковым фирмам найти финансирование. Чрезвычайно трудно убедить венчурных капиталистов инвестировать в такие стартапы, даже если у них есть многообещающие технологии и исключительный послужной список.

Частный рынок имеет сильные предубеждения против аппаратных стартапов. Полупроводниковые компании в целом имеют более высокие затраты на запуск, а их рыночный потенциал ограничен по сравнению с технологическими компаниями, основанными на программных платформах. Американские венчурные и ангельские инвесторы, как правило, мыслят в терминах рынков, на которые можно направить десятки или сотни миллиардов долларов. Им нужны программные платформы, над которыми может работать всего несколько десятков сотрудников, зато есть потенциал увеличения доходов до миллиардов. Однако в мире есть место только для ограниченного количества Instagram, Uber, Shopify и Airbnb. Предпринимательство в аппаратном обеспечении тоже необходимо, даже если оно не вписывается в самые смелые мечты американских венчурных и ангельских инвесторов. Джей Голдберг написал об этом явлении в своем информационном бюллетене в сообщениях под названием «Железо или Софт» и «Железо или Софт с расчётами».

Инвестиции в полупроводники — это трагедия обыденности. Ни одна частная организация не будет инвестировать в базовую инфраструктуру, поскольку ни одна такая организация не получит всех возможных выгод. Проектирование и производство полупроводников в наши дни стали лишь базовой инфраструктурой для технологий и программного обеспечения, с аналогичными требованиями в том, что для процветания такого рода инфраструктурные проекты требуют государственных стимулов и законодательной поддержки. Правительство США должно помочь индустрии полупроводниковых стартапов через Национальный Научный Фонд, предложив ей инкубаторы и акселераторы.

Кризис инвестиций в полупроводники

Инвестиций не хватает не только стартапам. Проблема существует и в крупнейших фирмах. Доля США в исследованиях и разработках в области полупроводников резко сократилась, а внутреннее производство микросхем упало с 40% до менее чем 15%. Инвестиции не поощряются ни нашими финансовыми рынками, ни нашей государственной политикой. На нескольких примерах мы продемонстрируем недостатки политики США, которая стимулирует выкуп акций и дивиденды, а не инвестиции.

Сначала давайте обсудим суть проблемы. На приведенной ниже диаграмме показаны общие расходы на оборудование для изготовления полупроводниковых пластин в разбивке по регионам. Она показывает, что Китай на сегодняшний день строит больше всего фабрик, что обусловлено их благоприятной налоговой и регулятивной политикой, а также масштабными субсидиями. США составляют крошечную долю общемировых расходов. Если нынешние темпы расходов сохранятся, то через десять лет США будут производить менее 10% мировых полупроводников, а Китай будет приходиться почти 30%.

В США и власти федерального уровня, и уровня штатов, и местные органы власти разработали такую налоговую и нормативную систему, которая делает невероятно трудными инвестиции в новые производственные мощности для производства полупроводниковых устройств. Требуются горы денег и много лет только чтобы пройти процесс получения разрешений и одобрений. Такая политика якобы направлена на защиту окружающей среды, но на деле она только замедляет процесс и увеличивает затраты.

Это контрастирует с другими странами, которые предлагают и налоговые льготы, и огромные вычеты для инвестиций в полупроводниковые инструменты. Они предлагают упрощенные процессы выдачи разрешений и согласований производственного объекта. Они защищают окружающую среду с помощью активных карательных мер в отношении компаний-источников загрязнения. Они позволяют быстро возводить целые комплексы жилых домов и бизнесов вокруг полупроводниковых производств, поэтому работникам не приходится тратить огромную часть своей зарплаты на проживание, что, в свою очередь, снижает издержки компаний и повышает уровень жизни всего сообщества.

США должны сделать выгодным для владельцев компаний вкладывать значительные средства в новые мощности, вместо траты их на выплаты дивидендов и обратный выкуп акций. Одним из решений является предложение постоянной возможности для 100%-ного налогового вычета стоимости производственного оборудования, инструментов и других сопутствующих капитальных затрат в течение 1-го года после покупки. Такое промышленное оборудование как грузовики служат прецедентом подобной политики.

Ясно, что это было бы лишь одной частью многогранного пакета стимулов, направленного на выравнивание политики с другими странами. Китай уже зашел так далеко, что предложил отечественным полупроводниковым компаниям налоговые каникулы сроком до 10 лет. Хотя такая радикальная мера нереалистична для США, она подчёркивает критичность необходимости изменений в политике, раз наш крупнейший геополитический соперник готов пойти на столь серьёзные меры.

Именно этот пробел в политике привел к тому, что Micron, крупнейший американский производитель памяти, вывел производство за пределы США. Сегодня Micron производит большинство своих микросхем памяти в Сингапуре и Тайване, несмотря на то, что их научно-исследовательский центр и первоначальные производственные мощности расположены в Соединенных Штатах. Два крупнейших производителя памяти в мире, SK Hynix и Samsung, имеют штаб-квартиры в Южной Корее. Хотя они, как правило, считаются равными или отстающими от Micron технологически, SK Hynix и Samsung занимают бо́льшую долю рынка. Частично это стало побочным эффектом различных южнокорейских стратегий в сфере полупроводников, которые стимулируют более крупные инвестиции в производственные мощности. И Южная Корея только ускоряется в подобном стимулировании отрасли благодаря своей инициативе K-Belt. Эта стратегия представляет собой географически огороженную зону с низкими налогами и поддержкой НИОКР, с возмещением налогов на инструменты и разработки.

Кроме того, к расходам на НИОКР должен применяться налоговый вычет. В этом налоговая политика США отстаёт от многих азиатских стран. Вместо этого она стимулирует предельно минимизировать НИОКР для финансирования обратного выкупа акций, дивидендов и финансово обоснованных поглощений.

Broadcom является примером плохой налоговой политики США, стимулирующей неверное поведение полупроводниковой промышленности. Хотя Broadcom была звездной целью для инвестиций, и они по-прежнему лидируют в некоторых областях технологий, их инновационная стратегия отрицательно сказалась на отрасли в целом. Broadcom, как правило, очень строго сокращает все расходы, включая затраты на НИОКР. Одновременно они повышают цены на те микросхемы и программное обеспечение, где у них есть почти полная монополия. Наконец, они используют полученную прибыль для скупки более инновационных ведущих компаний с продуктами и технологиями, к которым они могут применить ту же формулу. Представители полупроводниковой отрасли и инвесторы называют это «Маховиком Хока Тана», в честь генерального директора Broadcom, разработавшего стратегию. Мы даже не будем вдаваться в период времени, когда они перенесли свою штаб-квартиру в Сингапур на несколько лет для оптимизации налогообложения, что также было результатом плохой политики США.

Ещё одним примером плохой политики инвестирования является Intel прошлого десятилетия. Они были на вершине мира по производству полупроводников. Но вместо внедрения инноваций в новых областях проектирования и производства, они сосредоточились на снижении капитальных затрат и общих расходов в процентах от выручки. Они использовали свою прибыль для выкупа акций и выплаты больших дивидендов. А избранные акционерами члены совета директоров приветствовали и специально поощряли такое поведение. Конечно, в истории падения Intel есть еще много чего, включая технологические ошибки и токсичную корпоративную культуру, но недостатки налоговой политики США и финансовых рынков, безусловно, внесли большой вклад. В настоящее время Intel осознала свои ошибки и сократила выкуп акций до 0. Они вкладывают каждый доллар, который могут, но они просто не могут угнаться за потрясающим масштабом инвестиций героев других стран, таких как TSMC и Samsung.

Примером хорошей и целенаправленной политики является Wolfspeed и штат Нью-Йорк. Нью-Йорк поддержал Wolfspeed через налоговые возмещения и другие субсидии в строительстве крупнейшего в мире завода по производству полупроводников на основе карбида кремния. В результате Нью-Йорк стал мировым лидером в производстве электронных компонентов, широко применяемых в электромобилях. Были созданы тысячи высокооплачиваемых рабочих мест, а Государственный университет Нью-Йорка имеет полноценную программу обучения и исследований, которая готовит людей к продолжению инноваций в этой области.

Образование для полупроводниковой отрасли

Даже если бы стартапы и производства находились в США, сейчас в отрасли ощущается острая нехватка квалифицированных сотрудников. По прогнозам, к 2025 году этот дефицит достигнет 300 000 человек. Образованный и квалифицированный персонал является краеугольным камнем инноваций, без него вооще ничего нельзя добиться.

Сейчас большинство американцев, получающих высшее образование, делают это в области, не связанной со STEM. Хотя само по себе это не является чем-то плохим, но вызывает огромную озабоченность, если рассматривать сей факт в свете ожидаемого роста дефицита квалифицированных рабочих в полупроводниковой промышленности. Более 5 миллионов человек получили степени / сертификаты в высших учебных заведениях США, но даже пятая их часть не были связаны со STEM, согласно приведенной ниже таблице от Statista.

2/3 аспирантов STEM в США — иностранцы. Они смогли получить студенческие визы, однако многим из них, вопреки их надеждам, очень трудно иммигрировать после окончания учебы. В Китае ежегодно почти 5 миллионов человек получают дипломы STEM. Различия в численности населения делают разрыв между Китаем и США невозможным заполнить только за счет собственного населения.

США должны облегчить иммиграцию образованных людей со всего мира. В другие периоды истории США сделать это было намного проще, что было частью рецепта, позволившего США опередить остальной мир в области инноваций. Концепция утечки мозгов очень реальна, и лучшим и наиболее квалифицированным в мире должно быть позволено переехать в США.

Китай же не просто позволяет иммигрировать работникам полупроводниковых компаний, они сами ищут нужных им людей и уговаривают переехать. Существует множество государственных предприятий, которые предлагают особый и престижный уровень жизни инженерам, переезжающим из Тайваня. Наряду с иммиграцией, им предоставляют просторное жильё рядом с центрами производства полупроводников и личные налоговые льготы. Многие из этих замечательных инженеров с Тайваня приехали бы в США, если бы у них была такая возможность, даже без спонсируемого государством образа жизни.

Кроме того, лишь ничтожная доля выпускников STEM в США специально идёт работать в области, связанные с полупроводниками, их производством или разработкой. Связанные с полупроводниками образовательные программы сильно недофинансируются. Федеральное правительство и правительства штатов никак их не продвигали. Между тем, конкурирующие страны в значительной степени субсидируют эти программы. Это, в свою очередь, увеличивает общее количество доступных умов, работающих с полупроводниками, что далее позволяет внедрять больше инноваций.

Система высшего образования США, как правило, субсидирует все степени и сертификаты на равную сумму, даже несмотря на то, что в некоторых профессиях ощущается острая нехватка квалифицированных рабочих. Наша система образования должна учитывать эффективное распределение навыков на основе отраслевого разрыва в спросе на рабочую силу при субсидировании расходов на образование или продвижении определенных областей.

Восприятие этой области общественностью и средствами массовой информации также не помогает в этом вопросе. Архитектор микросхем, инженер по интеграции процессов или дизайнер печатных плат — это не те карьеры, к которой стремится большинство детей и молодых людей. Это просто не привлекательно. Тем временем, Китай боготворит полупроводниковую промышленность, доходя до того, что создает прославляющее телешоу.

Отчасти отсутствие интереса к полупроводникам объясняется потерей культуры ремонта и переделки вычислительных устройств. Многие в полупроводниковой промышленности влюбились в эту отрасль, когда впервые открыли компьютер. Например, моя история одержимости началась, когда я получил Xbox 360 на Рождество. Несколько месяцев спустя он сломался из-за дефекта, известного как «Красное кольцо смерти». Покопавшись в Интернете, я наткнулся на вариант любительского ремонта, известный как «Пенни-трюк», который включал в себя вскрытие консоли. Это и пробудило во мне любовь к этой отрасли. К сожалению, культура ремонта компьютеров, игровых приставок и смартфонов умирает в западном мире из-за множества законодательных и специфических для компаний ограничений.

На Тайване же и в Китае эта культура процветает. Очень легко приобрести запчасти для устройств, будь то дисплеи, батареи, память или даже целые материнские платы. Люди могут посетить рынок Гуанхуа в городе Тайбэй, Тайвань, Хуацянбэй в Шэньцзене, Китай, или множество других рынков в этих странах и приобрести любые компоненты или инструменты, связанные с ремонтом обычных потребительских электронных устройств.

Реализация «права на ремонт» поставила бы США в один ряд с этими странами и должна быть поддержана обеими партиями. Это хорошо для потребителей, давая им больше свободы в контроле над своими устройствами, и позволяя самим устройствам прослужить дольше. Это полезно для окружающей среды, из-за уменьшения электронных отходов. Это хорошо и для полупроводниковой промышленности, потому что это подталкивает людей к вскрытию компьютеров и знакомству с тем, как они работают. Тайвань и Китай достигают успехов, потому что их правительства позволяют процветать движению «право на ремонт», и США должны следовать их примеру, если мы хотим, чтобы представители нашей молодежи тоже полюбили эту индустрию.

Что должен немедленно сделать Конгресс для спасения отрасли

Конгресс должен немедленно принять множество двупартийных законодательных инициатив, если он хочет вернуть полупроводниковую промышленность США на передовые позиции в мире.

Конгресс должен немедленно принять т.н. «закон о чипах» («CHIPS Act»), который был впервые представлен более 2 лет тому назад. Также туда должны добавить положения, которые не позволят получать финансирование компаниям, расширяющим своё производство в Китае. Эти 52 миллиарда долларов все еще капля в море по сравнению с более чем 250 миллиардами долларов субсидий от китайского правительства, которые SemiAnalysis насчитал в виде налоговой политики, прямых и косвенных грантов, локальных совместных предприятий и субсидированных кредитов, но это хотя бы начало.

Конгресс должен немедленно внести изменения в налоговый кодекс США, подтянув его на один уровень с другими странами, чьи компании в настоящее время имеют несправедливое преимущество. Это может быть достигнуто путем введения опционального налогового вычета в размере 100% стоимости оборудования для производства микросхем, инструментов для изготовления пластин и других сопутствующих капитальных затрат, связанных с проектированием или производством полупроводников, в год покупки. Конгресс должен также ввести постоянную налоговую льготу для этих групп инвестиций, эквивалентную существующей в других странах Восточной Азии.

Конгресс должен немедленно устранить административные барьеры в США, которые серьезно растягивают время и увеличивают затраты на создание полупроводниковых производственных мощностей.

Конгресс должен немедленно устранить разрыв в расходах на НИОКР, добавив налоговый вычет на НИОКР, связанные с полупроводниками.

Конгресс должен немедленно разрешить кризис стартапов, направив Национальному научному фонду указание создать инкубатор стартапов и ускоритель, ориентированный на полупроводниковую промышленность.

Конгресс должен немедленно устранить перекосы в образовании, финансируя полупроводниковые и смежные с полупроводниками программы средне-специального и высшего образования.

Конгресс должен немедленно профинансировать и создать в США исследовательский центр по полупроводникам, аналогичный европейскому IMEC.

Конгресс должен немедленно решить проблему нехватки квалифицированных работников в отрасли, разрешив таким сотрудникам иммигрировать в США.

Конгресс должен немедленно принять законы о праве на ремонт, чтобы повысить интерес к индустрии аппаратного обеспечения, тем самым расширяя свободу потребителей и защищая окружающую среду.

Конгресс должен немедленно принять законодательство для защиты полупроводниковой отрасли от спонсируемого государствами корпоративного шпионажа, вынужденной передачи интеллектуальной собственности и хакерских атак.

Мы уверены, если эти действия будут предприняты, это высвободит дух изобретательности и инноваций Америки, и США смогут остаться на вершине полупроводниковой индустрии. В противном случае, мы уверены, США еще больше подорвут свое лидерство в отрасли, обретающей всё большее значение для национальной безопасности.

© Habrahabr.ru