Under de senaste två åren har bristen på mikrochip markerat USA:s beroende av utländska leverantörer och sporrat till att CHIPS-lagen antas, som tilldelar tiotals miljarder dollar som incitament för chiptillverkare att bygga nya chipfabriker i USA.
Men att göra om väletablerade tillverkningskedjor, särskilt i Asien, är en herkulisk uppgift, och “företag hatar att göra det”, enligt Yossi Sheffi, en MIT-ingenjörsprofessor och chef för skolans transport- och logistikcenter.
Sheffi tror att USA sannolikt inte kommer att minska sitt beroende av andra länder för chiptillverkning, särskilt Kina och Taiwan. “Han [CHIPS Act’s] Målen är lovvärda, men ur ett supply chain-perspektiv är chanserna att det ska övertala företag att flytta hem sin tillverkningsverksamhet mycket låga, säger han.
För det första har halvledartillverkare stora investeringar i utländska platser, och att flytta sin tillverkning till USA kan ta årtionden, säger Sheffi, författare till den nya boken. Det magiska transportbandet: försörjningskedjor, AI och arbetets framtid. Dessutom kan en flytt av produktionen till USA också förändra risken för störningar.
“Att flytta allt till USA kommer att öka vissa risker eftersom alla ägg kommer att vara i en korg,” sa han. “Det kommer att minska riskerna för beroende av andra länder, särskilt fientliga länder. Därför kan en kombination av flytt och kompisflyttning vara bäst.”
USA, där halvledare uppfanns, producerade 37% av världens chiptillförsel på 1990-talet. Endast cirka 12% av alla datorchips produceras i landet nu.
År 2021 exponerades den minskande inhemska chipsproduktionen av en global kris i leveranskedjan som utlöste uppmaningar om att flytta tillverkning till USA. Med den amerikanska regeringen som uppmuntrade dem, gillar människor Intel, Samsungmikron och TSMC avslöjade planerna för en serie nya fabriker i USA (Qualcomm, i samarbete med GlobalFoundries, Han sa också att han skulle investera 4,2 miljarder dollar att fördubbla chipproduktionen vid sin anläggning i Malta, NY).
I augusti förra året undertecknade president Joseph R. Biden Jr. lagen CHIPS och Vetenskapslagen; ger det amerikanska handelsdepartementet 52,7 miljarder dollar för en uppsättning program för att “vitalisera” USA:s position inom halvledarforskning, utveckling och tillverkning. han första omgången av incitament totalt 39 miljarder dollar blev tillgängliga i februari.
I huvudsak är CHIPS-lagen ett försök att öka andelen mikroprocessorer som produceras i USA genom att minska kostnadsgapet med länder som Taiwan, Sydkorea och Kina. Det landets regeringar subventionerar redan halvledartillverkare.
De fem främsta halvledarproducerande länderna – Kina, Sydkorea, Japan, Taiwan och USA – är också stora konsumenter av tekniken. (Kina tillverkar i första hand mogen chipteknologi, inte de mest avancerade mikroprocessorerna.)
Mikrochips finns i allt från industriutrustning och datacenter till bilar, smartphones och spelsystem. Under det kommande decenniet, de största industrierna av halvledarintäkter De kommer att vara servrar, datacenter och datalagring. De följs av smartphones, industriell elektronik, fordonsindustrin och persondatorer.
“Den mest utmanande faktorn är behovet av att flytta hela leveranskedjan, inte bara slutskedet av tillverkningen, utan [also] råvarukällor, expertleverantörer, ledande utrustningstillverkare, etc.”, sa Sheffi. “Att tillverka vilken produkt som helst, i stor skala och med konkurrenskraftig kvalitet och prissättning, kräver hela ekosystem, eller grupper, av flera företag och det är en stor långsiktig ansträngning att flytta allt.”
Ett annat hinder: brist på kvalificerad arbetskraft
Andra utmaningar inkluderar de betydande initiala kostnaderna för att bygga nya anläggningar och skapa inhemska leveranskedjor för att konkurrera med utländska anläggningar. Dessutom finns det en global brist på kvalificerad arbetskraft för att driva fabriker, inklusive i USA.
Ett sätt att ta itu med den kompetensbristen skulle vara att förnya immigrationslagarna för att göra det lättare för kvalificerad arbetskraft från andra nationer att arbeta i USA, enligt Sheffi. “Interna lösningar har inte fungerat bra i USA, delvis på grund av företagens ovilja att investera avsevärt i en mobil arbetsstyrka”, sa han.
Enligt Bob Johnson, forskningsdirektör på Gartner, är en viktig bestämmelse i CHIPS Act som lovar 13,2 miljarder dollar i FoU och utveckling av arbetskraft, och 500 miljoner dollar för att tillhandahålla internationell informationskommunikationsteknologisäkerhet och halvledarförsörjningskedjan. “…Det finns mycket pengar för att utbilda och utveckla arbetskraft,” sa han.
Tillverkare av mikroprocessorer har arbetat för att uppmuntra studenter att komma in på området. “Intel har gjort det med community colleges i Portland-området och i Arizona i två år,” sa Johnson.
Och Micron och delstaten New York sa att de kommer att spendera 500 miljoner dollar på samhälls- och arbetskraftsutveckling med fokus på missgynnade befolkningar under byggtiden av en ny fabrik, den största i Microns historia.
Den andra viktiga men ofta förbisedda bestämmelsen i CHIPS-lagen är 1 miljard dollar avsatt för småskalig kärnkraftverksforskning för att tillhandahålla elektricitet till Amerikas fabriksgjuterier.
Medan CHIPS-lagen avsätter miljarder i incitament, tyder uppskattningar på att finansiering av en ny generation av amerikansk chiptillverkning skulle kunna kostade 110 miljarder dollar under det kommande decenniet, enligt Brookings Institute. Två nya fabriker som byggs av Intel i Arizona kostar ungefär Bara 30 miljarder dollar.
En typisk toppmodern fabrik för tillverkning av mikrochip kostar cirka 15 miljarder dollar att bygga. Det är mer än 13,3 miljarder dollar kostnad för Gerald R. Ford hangarfartyg, det mest avancerade fartyget i sin typ som för närvarande byggs. Det förväntas ta tre till fyra år att genomföra. Som jämförelse kan tillverkare som Intel och Samsung börja med ett tomt fält och ha en fantastisk anläggning igång om cirka två år, sa Johnson.
Fungerar CHIPS-lagen?
Så spelade CHIPS Act en roll i halvledartillverkarnas engagemang för nya anläggningar i USA? Svaret är förmodligen nej, sa Johnson.
Tillkännagivandet av nya halvledarfabriker av Intel, TSMC, Samsung, Texas Instruments och andra kom innan lagen antogs. Det enda undantaget är Micron, som i oktober tillkännagav planer på att spendera 20 miljarder dollar för att bygga en fabrik i New York, sa Johnson. Micron sa att de också kan spendera upp till 100 miljarder dollar under de kommande 20 åren på utbyggnader av anläggningar.
I september, även Micron konstruktionen började på en minnestillverkningsanläggning nära dess högkvarter i Boise, ID. Den fabriken var Microns första nya anläggning i USA på 20 år.
Statliga incitament och investeringar i amerikansk tillverkning av halvledarchips, såsom de enligt CHIPS Act, har varit en del av halvledarindustrin i flera år, enligt Johnson. “Det finns många politiker där ute som pratar om att de vill ta tillbaka avancerad halvledartillverkning till USA. Och jag tycker att det är jättebra, men det har funnits här ganska länge”, sa han.
Det som sannolikt stimulerar halvledartillverkare mer än statliga dollar är geopolitiska förändringar. Taiwan är potentiellt en stor flaskhals i alla elektronikförsörjningskedja. Alla elektroniska delar, oavsett om det gäller en smartphone, en tv, en hemdator eller ett datacenter, kommer sannolikt att innehålla kritiska komponenter som anlände via Taiwan.
“Om du tittar över Taiwansundet, har du den här 900-pundsgorillan som heter Kina som säger: ‘Taiwan tillhör oss, och om du inte ger det till oss, kommer vi att ta det någon gång.’ sade Johnson. “Vad skulle hända med halvledarindustrin om TSMC-fabrikerna förstördes? Katastrof.”
Innan Kinas president Xi Jinping blev president 2012 hade västerländska nationer en relativt sund handelsrelation med Kina. Sen den tiden, har blivit mer kontroversiellt.
“Innan Xi kom till makten hade vi denna fantastiska handelsrelation. Och det fanns en tro på att om du behandlade Kina som en vuxen partner, skulle de börja bete sig som en; det visade sig vara ett mycket dåligt antagande, säger Johnson. “Så, ja, idén att föra tillbaka hela leveranskedjan till USA? Det är nog inte praktiskt.
“Men han vill ta reda på hur han kan diversifiera utanför Kina så mycket han kan. “Jag ser inte längre Kina som en pålitlig handelspartner.”
De mest avancerade halvledarna kommer från tre företag, Intel, Samsung och TSMC, som står för Taiwan Semiconductor Manufacturing Company. Men avancerad mikrochipsteknik, inklusive utrustning och kunskap för att tillverka nya mikroprocessorer, har dominerats av USA, Europa och Japan under de senaste 30 åren, sa Johnson. I USA dominerar Intel, Nvidia och Qualcomm avancerad chipdesign och arkitektur.
Medan TSMC kan vara världens största kontraktstillverkare av halvledarchips, beror det på att det är ett gjuteri för andra företags teknologi. Med andra ord, företag som Intel, Qualcomm, Nvidia och AMD designar och testar de senaste mikroprocessorerna och anlitar sedan TSMC för att tillverka dem.
“Intel marknadsför marker. TSMC främjar tillverkning, eftersom det är vad de säljer, tillverkning, säger Johnson.
USA har alltid lett världen inom forskning och design av mikrochips, och det är det viktigaste, enligt Johnson. Till exempel är Intel den största arbetsgivaren i Oregon, där man utvecklar mikrochipprocesser och producerar dem i små volymer för att testa dem innan de skickas utomlands för tillverkning. Förra året öppnade man en expansion på 3 miljarder dollar till sin globala tillverkningsanläggning för teknologiutveckling i Hillsboro, OR.
Medan regeringen stimulerar nya fabriker i USA, behöver den inte göra det med forsknings- och designanläggningar, som aldrig lämnade USA.
I september 2022 bröt Intel mark på en ny halvledar-“mega-site” utanför Columbus, OH, som förväntas hysa åtta chipfabriker. Intel har sagt att dess investering på 20 miljarder dollar i den nya megasajten kommer att öka produktionen för att möta efterfrågan på nyare halvledarteknologi.
TSMC, som gör 95 % av Apples iPhone-processorer, meddelade i slutet av förra året Förutom företagets första fabrik i Arizona, planerad att påbörja produktion av N4-processteknologi 2024, har konstruktionen påbörjats av en andra uppsättning fabriker för att påbörja produktion av 3nm-processteknologi 2026.
Företaget spenderar cirka 40 miljarder dollar på de två nya fabrikerna, vilket representerar den största utländska direktinvesteringen i Arizonas historia och en av de största sådana investeringarna i USA:s historia.
TSMC Arizonas två fabriker förväntas skapa ytterligare 10 000 högteknologiska jobb, inklusive 4 500 direkta TSMC-jobb. När de är färdiga kommer TSMC Arizonas två anläggningar att tillverka mer än 600 000 wafers årligen, med ett uppskattat värde på slutprodukten på mer än 40 miljarder dollar.
“Så för det första lämnade halvledarindustrin aldrig USA,” sa Johnson. “Gå runt GlobalFoundries” [facilities] i Malta, New York eller Intel-fabriker i Arizona, New Mexico och Oregon, Micron-fabriker i Utah, Samsung-fabriker i Texas, IT-fabriker i Texas och… och säger att det inte finns någon tillverkning här, säger Johnson.
”Det är inte en fråga om att få tillbaka hela jävla grejen. “Det är verkligen en säkerhetsfråga”, fortsatte han. “Världen är en instabil plats och att ha en del av de kritiska sakerna här i USA är mycket vettigt. Ledarskap är inte volym. Ledarskap är vem som styr tekniken. Vem kontrollerar tekniken? “Alla de stora chipföretagen är baserade i USA.”
