原文：How Restrictions to Trade with China Could End US Leadership in Semiconductors
作者：Antonio Varas and Raj Varadarajan
来源：Boston Consulting Group 波士顿咨询集团
翻译：星宇
深度好文，15000字=15分钟阅读
中美半导体产业市场份额
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。美国长期以来一直是全球半导体的领导者，拥有45%至50%的市场份额。美国的领导地位建立在一个良性的创新循环上，它依靠进入全球市场来实现所需的巨大规模，以资助高昂的研发投资，使美国的技术始终领先于全球竞争对手。
如果不包括中国工厂为外国公司的制造活动的话，中国公司占全球半导体需求的23%. 今天，中国的半导体产业（不包括外国半导体公司在中国建立的制造工厂）只覆盖了其国内需求的14%。我们估计，"中国制造2025 "计划将把中国的半导体自给率提高到约25%至40%，将美国的全球份额减少2至5个百分点。
对中国获取美国技术的广泛单边限制可能会大大加深和加速对美国公司的份额侵蚀。在中国的半导体需求中，已经有超过70%的具有替代性的非美国供应商。在未来的三到五年内，如果美国维持目前实体名单中的限制，美国公司可能会失去8个百分点的全球份额和16%的收入。
如果美国完全禁止半导体公司向中国客户销售，有效地造成与中国的技术脱钩，会失去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严重削减，以及美国半导体行业15,000至40,000个高技能的直接就业机会的丧失。
因此，韩国很可能在几年内超过美国，成为世界半导体的领导者；从长远来看，中国可能会取得领先地位。正如通信网络设备和其他科技领域的经验表明，一旦美国失去其全球领导地位，这种态势将最终扭转行业的良性创新循环，并使美国公司陷入竞争力迅速下降、市场份额和利润呈螺旋式下降。较低的研发投资将减弱美国半导体行业提供突破的能力，而美国技术和国防部门是依靠这些突破来保持全球领先地位的，这些变化最终可能迫使他们依赖外国半导体供应商。
为了避免这些负面结果，政策制定者必须制定解决方案，同时解决美国国家安全问题，并保持美国半导体公司的全球市场准入--这是成熟的创新模式的基本支柱，将使该行业继续提供对美国经济竞争力和国家安全至关重要的技术突破。
中美摩擦可能颠覆美国在半导体领域的领先地位
1定义为从中国设备制造商处购买；不包括运往中国的非中国公司制造的设备产品。
2按收入计算的美国头部20家半导体公司报告的研发支出总和，这些公司占据美国半导体行业总销售额的90%以上。
“贸易战”对美国半导体产业的影响
中美摩擦给美国半导体公司带来了巨大的风向标。自"贸易战"开始以来，美国前25家半导体公司的收入同比增长的中位数已从2018年7月第一轮关税实施前四个季度的10%骤降至2018年底的约1%。而在2019年5月美国限制向华为销售某些技术产品后的三个季度中，美国头部半导体公司报告的收入下降中值在4%至9%之间。这些公司中的许多人都认为与中国的贸易冲突是影响其业绩的一个重要因素。尽管美国和中国在2020年1月签署的 "第一阶段 "贸易协定包含了关于技术行业关键问题的条款，如中国对知识产权的保护和技术转让的做法，但它并没有解决其他问题，如中国对其国内半导体行业的直接国家支持。此外，对美国技术产品出口到某些与美国国家安全有关的中国实体的限制仍然存在。
在本报告中，我们评估了正在进行的中美摩擦在两种情况下对美国半导体行业的影响。第一种情况是假设目前的限制将继续存在，使现状长期存在。第二种情况是进一步升级，导致双边技术贸易完全停止，使美国和中国的技术产业有效脱钩。
为了量化美国半导体行业的潜在风险，我们开发了一个分析性市场模型，提供了一个按地区、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图。这个基于公共数据的模型，使我们能够确定在我们的全球半导体市场分析中所考虑的32条产品线中，来自中国客户的需求比例。它还估计了这些需求中有多少目前是由美国供应商承担的，以及有多少是由其他供应商承担的，这些供应商可以从在中国面临限制的美国公司那里获得份额。
我们发现，继续限制对中国的出口可能会对美国的半导体行业产生深远的负面影响。我们的分析表明，美国在半导体领域长期以来的全球领导地位最终会受到威胁。
虽然本报告不提供政策建议，但我们的研究结果表明，需要一个更具建设性的、有针对性的和多边的方法来解决目前美国和中国之间的技术贸易摩擦问题。如果美国的半导体公司要继续提供技术突破，使美国和世界各地的企业和消费者受益，一个既能解决国家安全问题，又能同时维护半导体行业创新主导模式的解决方案是必要的。
半导体行业对美国的战略重要性
强大的、财务上健康的半导体产业对美国具有战略意义。半导体能够实现技术突破，推动经济发展增长，对国家安全至关重要。
促成技术的突破。在过去的30年里，半导体行业一直是信息和通信技术（information and communication technology, ICT）连续革命性进步的核心。反过来，ICT的突破也成为经济增长的驱动力，使美国自1988年以来在生产力增长和实际GDP增长方面都大大超过了其他高收入国家。美国半导体技术所带来的这些技术进步的好处也传到了世界其他地区。例如，移动通信已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。
三十年来，每块晶圆上的晶体管数量增加了近100万倍，处理能力提高了45万倍，成本以每年20%至30%的速度下降。这种技术进步的惊人速度使我们得以从1980年的大型机过渡到2010年的智能手机。今天，全球有超过50亿消费者人均拥有一部智能手机，它的计算能力比NASA用于将阿波罗11号送上月球的大型计算机还要强。因此，半导体的使用强度（行业收入占全球名义GDP的百分比）相比1987年已经激增了2.8倍。半导体需求以年均8.6%的速度增长以来，在2010年达到4750亿美元。
全球经济现在正处于一个由技术驱动的巨大变化的早期阶段：数字化转型和人工智能时代。革命性的应用，如增强/虚拟现实体验、自动驾驶汽车、物联网（IoT）和工业4.0系统，以及智能城市，正在成为商业现实的道路上。促成这些新应用的是半导体技术的进步，包括以下内容：
• 实时收集丰富背景数据的传感器。
• 5G技术，可以为数十亿设备提供安全的高速、低延迟的无线连接。
• 为能够进行机器学习的计算机提供算力的高性能处理器。
• 内置在各种边缘计算设备中的先进的低功耗处理器，可以执行非常复杂的任务，如计算机视觉和自然语言处理。
此外，半导体行业目前正在研发第一批量子计算原型机，其运行速度比目前的计算机快1亿倍。量子计算可以彻底改变需要大规模计算强度的领域，如人工智能和网络安全。
保障国家安全。半导体行业于20世纪50年代从美国国防工业中兴起。虽然美国国防部（ Department of Defense，DoD）今天只占该行业收入的约1％，但电子元件在国防和武器系统中无处不在，因此对美国的军事能力仍然至关重要。2018年美国国防战略中规定的国防现代化优先事项包括微电子、5G和量子科学等需要美国投资的战略领域。其他优先领域，如网络安全、人工智能、自主系统和先进成像设备，也在很大程度上依赖于先进半导体能力。"美国国防部负责研究和工程的副部长Mike Griffin在《国防新闻》最近的一篇文章中写道："这些技术的优势......是阻止或赢得未来冲突的关键。
国防现代化依赖于先进的半导体技术
随着数字连接的电子系统对管理先进武器系统和关键基础设施，和信息变得越来越重要，能够提供经济上可行、可靠和安全的组件的可信赖的半导体供应商对国家安全将变得更加重要。为此，国防部的研发部门--国防高级研究计划局（Defense Advanced Research Projects Agency，DARPA）正在带头实施一项为期多年的电子技术复兴计划。该计划的重点是通过与美国公司的公私合作，以军事用途为目的进行半导体设计和基础技术开发。同时，国防部正在开展一些项目，如可信和有保障的微电子计划，该计划在2020年国防部90个研发项目的预算中位居第二，用于国内供应的价值链上的制造层。
促成美国半导体
  领先地位的良性循环
根据Gartner的数据，2018年全球半导体市场中约有48%的供应是由美国的半导体公司--包括设计和制造集成设备制造商(integrated device manufacturers，IDM)，的产品制造公司和依靠独立代工厂制造芯片的设计公司提供的。事实上，在我们的行业分类法中，美国在32个半导体产品类别中的23个处于领先地位，并在所有终端应用市场，从个人电脑和IT基础设施到消费电子产品，处于领先地位。
美国半导体公司将这种市场成功转化为强劲的财务业绩。在过去五年中，它们的年平均股东回报率接近14%，比标准普尔500市场指数高4个百分点以上，截至2019年11月，它们的总市值达到了约1万亿美元。这种持续的财务实力对于使该行业能够在未来继续大量投资于研发是至关重要的。
事实上，美国半导体行业的全球领导地位归功于大量研发投资所带来的卓越技术和产品创新。半导体是高度复杂的产品，由高度先进的制造工艺生产。改进措施通常需要在硬科学方面取得突破，这可能需要很多年才能实现。在过去十年中，美国半导体行业在研发方面投资了3120亿美元，而仅在2018年就有390亿美元，几乎是世界上其他国家半导体研发投资总额的两倍。就其本身而言，美国政府对基础研究进行了大量投资，这有助于弥合学术突破和新商业产品之间的差距。然而，与其他国家相比，美国的政府投资多年来一直持平或下降。
全球半导体行业的市场份额（占半导体总销售额的%）
1根据2016-2018年内存价格的增长进行调整。未经调整的数据将显示美国在全球智能手机领域排名第二，仅次于韩国。
技术领先使美国公司能够建立一个创新的良性循环。大量的研发投入带来了卓越的技术和产品，这反过来又导致了更高的市场份额，而且通常是更高的利润率，从而为良性循环注入了活力。
良性的创新循环加强了美国市场的领先地位
这一良性循环的核心是两个因素。研发强度和规模。从历史上看，美国半导体公司在研发方面的投资一直占其收入的17%至20%，大大高于其他地区半导体公司7%至14%的投资。事实上，2018年美国半导体公司的研发强度水平在美国所有经济部门中位居第二，仅次于制药/生物技术部门。
规模是创新的良性循环的第二个支柱。2018年全球产品收入约为2260亿美元，美国的半导体产业比其他竞争地区的同行大得多。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。
由于美国国内市场占全球半导体需求的比例不到25%，开放国际市场是规模化的一个关键要求。美国工业收入的大约80%来自出口市场的销售，包括占全球需求约23%的中国。根据美国国际贸易委员会的数据，在2018年，半导体是美国第四大出口产品，价值仅次于飞机、精炼油和原油。
全球准入也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，在一个价值150亿美元的晶圆厂中，使用高精度的设备需要大约1500个步骤来制造一个先进的7纳米的芯片。虽然美国公司在供应链的设计和设备层可以广泛地依赖美国的半导体生态系统，但他们也依赖外国合作伙伴提供各种电子材料；在某些过程中使用的设备；以及制造、组装和测试芯片。没有一个公司或国家有技术能力来控制整个供应链。
美国在全球半导体价值链的关键层处于领先地位
1包括测试和测量工具。
2主要是Mentor，一家美国公司，于2017年被西门子收购。
3主要是ARM，这是一家由日本软银在2016年收购的欧洲公司。
激烈的外国竞争
尽管在全球范围内占有明显的领导地位，但美国半导体行业面临着相当大的竞争。智能手机、个人电脑和消费电子等终端市场的产品周期很快，占半导体总需求的一半以上，这意味着美国半导体公司每年都必须积极竞争，以赢得每一代新设备的供应合同。
在我们的全球产业分类中的32个半导体类别中的18个（占全球总任务的61%），至少有一家非美国公司的全球市场份额达到或超过10%，使其有可能成为美国供应商的可替代者。即使在中央处理器、图形处理器和现场可编程门阵列等产品领域，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了90%，这是因为全球大客户正在不断增加。
他们正在为其数据中心设计自己的定制芯片。他们优化这些被称为特定应用集成电路（application specific integrated circuits, ASIC）的芯片，以用于他们自己的大型硬件设备，这些设备是为涉及大规模数据处理的特定用例而制造的，如人工智能、计算机视觉和加密货币挖掘。

特别是，美国的半导体公司正看到来自韩国和中国的竞争日益激烈，其市场份额自2009以来分别增加了12和3个百分点。与此同时，美国公司在美国本土市场也遇到了越来越多的竞争，欧洲和日本的领先半导体公司正在加紧投资，以扩大其产品组合和存在，往往是通过重大收购进行。
韩国
韩国的份额增长部分反映了对内存产品需求的激增，在这一类别中，韩国的两家公司是全球领导者。三星公司的强劲推动其他广泛类型半导体产品，如显示器驱动器、图像传感器和集成移动设备。作为该公司在消费电子和网络设备领域不断扩大的硬件组合的内部供应商，以及作为其他设备制造商的商业供应商，韩国在处理器方面也取得了进展。2019年3月，文在寅总统指示政府采取措施，提高韩国在全球半导体行业的竞争力，而不仅仅是存储器市场。
中国
同时，自2000年代初以来，中国在半导体设计方面取得了稳步的进展，当时中国几乎没有存在。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政策的重点。根据中国半导体行业协会（CSIA）的数据，在过去五年中，在中国经营的半导体公司的总收入每年增长超过20%。如果不考虑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方面的总体份额仅为3%至4%。半导体设计方面的进展最为显著，中国在这方面的活动激增。CSIA报告说，该国目前有1600多家本地公司，在全球市场的份额合计为13%，高于2010年的5%。
在需求方面，尽管行业报告和媒体经常使用各种更高的数字来指称中国市场的规模，但我们认为，由中国原始设备制造商（OEMs）生产的设备中所包含的半导体元件的价值是衡量全球半导体需求中真正由中国驱动的部分的最佳标准。按照这个标准，中国目前占全球半导体需求的23%。这意味着，国内半导体公司只占中国终端设备制造商总需求的14%。
中国供应份额占中国需求份额的百分比
1根据CSIA的报告：包括设计、制造和OSAT（外包半导体组装和测试）。
2包括中国和非中国公司。
3代表中国集成器件制造商+代工厂+OSAT。
政府的《中国制造2025》计划设定了一个雄心勃勃的半导体自给自足目标。目标是到2025年，让国内供应商满足全国70%的半导电体需求。为了支持这一努力，中国正在使用各种政策杠杆，包括国家支持的投资基金，为本国的半导体开发和制造提供资金。到目前为止，中央政府和地区政府已经承诺了大约1200亿美元的计划。中国也在积极寻求海外人才和并购机会。
虽然中国离实现自给自足的目标相差较远，但在半导体设计的几个关键领域似乎正在取得重大进展。
• 华为全资拥有的半导体子公司--海思，成立于2004年，设计的芯片为该公司的大部分智能手机和越来越多的5G基站提供算力。2018年2月，海思发布了其首款5G芯片组--Balong 5G01，它声称这是世界上第一款符合5G标准的商用芯片组。最近，在2019年10月，华为宣布，它已经开始生产没有美国组件的5G基站。
• 自2018年年中以来，至少有九家主要的中国消费电子公司追随华为的脚步，宣布计划在内部开发芯片，为其数据中心、智能手机或物联网设备支持。
• 几家中国公司正在生产基于替代架构的服务器，作为该国发展替代性本土数据中心生态系统的一部分。
• Bitmain是一家成立于2013年的中国公司，已经成为为加密货币和区块链应用设计先进定制芯片的全球先驱。
• 在人工智能领域，中国各种大型的新生代设计公司、企业硬件供应商以及具有深厚软件专业知识的互联网巨头，如百度、阿里巴巴、腾讯等，都在为人工智能的发展做出贡献。腾讯，正在投资开发他们自己的先进的ASIC芯片，并进行硬件和软件整合。
•在内存方面，YMTC是清华紫光集团的子公司，成立于2016年，其目标是在新兴的3D NAND闪存领域取得突破，拥有自己的专有架构。
•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，占全球预计新增总容量的25%以上。加上其目前在组装和测试服务方面的强势地位，这种大规模的扩张持续到2023年，中国大陆的制造能力将可能成为世界上最大的半导体产出地区。预计中国公司将占这些国内新产能的60%左右，其余的由外国公司在中国建造。因此，预计中国公司在全球半导体制造业（包括代工厂和IDM）的份额将从2018年的3%增加到2023年的7%。
•中国正在花费4亿美元建立一个国家量子计算实验室，近年来申请的量子专利几乎是美国的两倍。
鉴于这些发展，分析家们预计，到2025年，中国将用本地设计的半导体满足其25%至40%的国内需求--是目前水平的两倍多，但仍低于其自身70%的目标。
中美摩擦为何威胁到美国
在半导体领域的领先地位
美国和中国之间的贸易和地缘政治摩擦给美国半导体行业带来了一系列新的严峻挑战。到目前为止，中国已经为报复美国自2018年初以来对一系列中国进口产品征收更高的关税，美国对美国产品加征的关税中基本上不包括半导体。同时，半导体是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实施的获取美国技术的限制，它认为这些实体的行为违反了美国的国家安全或外交政策利益。
中国对HS8541（分立半导体）征收关税，影响到中国从美国进口的大约5%的半导体。美国的关税影响到所有从中国进口的半导体，但这种进口的数量相当小。
美国和中国在2020年1月签署的"第一阶段"协议包含与半导体行业相关的几个领域的条款，如保护知识产权和技术转让的要求。然而，它并没有解决其他复杂的问题，如国家对国内半导体公司的支持，以及对某些中国实体获取与美国国家安全有关的美国技术的问题仍然存在。
双边冲突的持续可能危及美国半导体公司在中国与其竞争对手（包括中国和其他地区的竞争对手）平等开展业务的能力。这可能对美国半导体行业从中国设备制造商那里获得的约490亿美元的收入（占其总收入的22%）构成直接风险。这些风险威胁到美国产业维持其创新和全球领导地位的良性循环所需的规模。
鉴于目前的不确定性水平，我们评估了两种潜在的情况：
状况1：维持现状。在这种情况下，中国将不再对美国半导体征收关税，但美国对华为和其他一些被列入商务部实体名单的中国公司获得美国开发的技术的广泛限制将在可预见的未来继续存在。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，但因其军事用途而已经受到出口管制的特定部件除外。
状况2：美国和中国技术产业脱钩的升级。在这种情况下，美国的半导体公司将被有效地禁止向所有中国客户销售，而不仅仅是目前实体名单上的客户。该禁令将包括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供应链中使用的其他技术和产品，如设计工具和制造设备，而美国公司在这方面是全球领先的。
状况1的影响：维持现状
我们预计，维持现状会有四个关键的直接影响。
•全球科技公司可能会将其供应链的某些部分从中国转移出去，以便它们能够继续服务于美国市场，而不会受到对从中国运送的产品征收的关税和其他潜在限制。
•中国以外的消费者和企业将不愿意购买中国的技术产品。由于担心美国的限制会影响到它们的功能和质量，中国的技术公司在美国的市场份额，甚至可能是在美国其他市场份额被侵蚀。相反，美国科技公司将失去在中国的市场份额，因为买家会因为关税、监管行动、消费者情绪，或者仅仅是因为国内品牌在海外市场面临的竞争压力增加而避开美国产品。在美国于2019年5月对华为实施限制后，这种情况的初步迹象已经显现，即在西欧、加拿大和中国等市场的智能手机品牌中的份额不断变化。
•被列入实体名单的中国公司将用来自中国、欧洲和亚洲其他供应商的部件取代基于美国技术的部件。
•未被列入实体清单的中国设备制造商将积极地将半导体供应商多样化，以减少他们对美国技术的接触，以应对美国限制措施的潜在升级。这将包括加快内部努力，目前几个主要的中国智能手机、消费电子和互联网公司已经开始设计他们自己的芯片。
上述的前两种影响对美国半导体行业的影响很小。为了绕过美国对从中国进口的限制而将部分技术供应链迁往其他国家，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，在特定地区的智能手机、个人电脑和服务器的领先品牌的个别市场份额将发生重大变化，但所有类别的净综合效应将是中国设备制造商的一个小收益，因为他们将以中国国内市场的收益抵消他们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%，而其他地区的需求则受到影响，这将最终导致为美国半导体公司收入的小幅下降。
另一方面，上面列出的最后两个影响，需要中国客户放弃美国的零部件，这将对美国半导体公司产生重大的负面影响。首先，华为和其他目前在实体名单上的中国公司购买的所有美国半导体将不得不转移到非美国供应商。我们估计，没有直接替代供应商的美国半导体只占美国半导体总需求的10%至15%。
实体名单上的公司，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处采购的替代品取代了来自美国公司的元件，这些元件约占该设备半导体价值的15%。
对于不在实体清单上的中国公司来说，取代美国供应商的努力可能会有所不同，这取决于对美国进一步限制的风险的感知，以及是否有可行的特定部件的替代供应商。我们预计只有当中国公司看到一个明确的、低风险的机会来使其供应商基础多样化时，才会出现完全或部分替代美国供应商的情况。我们估计，中国客户目前已经建立了替代的非美国供应商--无论是国内的还是来自其他地区的--来满足他们在2018年大约73%的半导体需求。
中国半导体需求按全球供应商基础的多样化程度分类（%）
1相当于中国需求的大约10%，因为总体上中国设计TAM占2018年全球半导体总收入的约23%。
具体来说，我们的模型包括以下假设：
•如果有一个或多个成熟的可替代性的非美国供应商，美国供应商的替代率将达到50%至100%。这些半导体产品的供应商存在，其全球市场份额为10%或以上。
•如果没有成熟的非美国供应商，但如果那些相当小的替代供应商的总份额为10%或更多，那么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一特定产品的全球市场上占有90%以上的份额，表明没有明确的替代品，就不会发生替代。
即使在这些适度的假设下，我们的逐一分析表明，由于对现行实体清单上的公司的出口限制和中国客户主动的供应商多样化的综合影响，美国公司可能会失去其目前在中国的50%以上的业务。总的来说，我们估计，继续保持目前的现状将导致美国半导体行业的全球市场份额减少8个百分点。这将相当于全球收入下降16%，相当于2018年为360亿美元(见图8)。由于大部分替代将发生在产品较短的设备周期，如智能手机、个人电脑和消费电子，大部分的影响可能会在两到三年内感受到。
目前的对峙可能会使美国工业的全球份额损失8个百分点和360亿美元的收入
1在这种情况下，美国的出口禁令仅限于列入美国实体清单的中国公司。
美国的损失将成为中国和全球竞争者的收益。我们预计，中国供应商将获得美国行业损失的大约一半收入，使中国的全球市场份额增加到7%左右，并将其半导体设计自给率从14%提高到25%。这个比例仍然远远低于“中国制造2025 ”计划所设定的70%的目标，但它符合分析师根据中国半导体行业最近的发展所预测的下限。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。值得注意的是，收入从美国转移到非美国供应商，并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，将完全独立于《中国制造2025》计划的预期影响，并且是额外的。
除了状况1对收入的影响外，我们估计半导体研发支出每年将减少50亿至100亿美元，资本支出每年减少80亿美元。这将导致超过40,000个美国就业机会的损失，其中15,000个是在半导体行业。收入的损失将迫使美国公司每年减少50亿美元的研发投资，或13%，如果他们要保持现在的研发与收入的比例，以保持他们的营业利润率不变。但是，考虑到美国行业的总收入可能会由于对中国业务的估计负面影响而停滞或下降，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，或25%，以提供相当于行业估计资本成本的总股东回报。这将显著地扭转美国半导体行业创新的良性循环方向：降低研发投资将降低美国公司保持其目前在技术和产品方面对全球竞争对手的领先优势的能力，导致美国在中国以外的市场上的份额进一步减少。
状况2的影响：技术脱钩

如果中美贸易紧张局势升级，导致美国全面禁止技术出口，将有效导致两国技术产业脱钩。这将使美国的半导体公司无法进入庞大的中国市场，并将迫使中国的设备制造商寻找其他的供应来源。作为对美国限制的回应，我们假设中国也将禁止美国的软件和设备，如智能手机、个人电脑和数据中心设备进入其国内市场。这将加速中国的外国技术替代计划，该计划已定于2020年在国家机构和公共机构开始实施。
对中国设备制造商的干扰程度将因半导体组件而异，根据供应情况有三种不同的反应：
•已经存在的中国供应商的半导体部件。中国的电子设备制造商将把他们的采购转向这些成熟的国内供应商。这假设这些本土供应商即使没有目前只有美国供应商提供的行业领先的设计工具，也能保持竞争力。这也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代工能力，或保持与亚洲主要代工伙伴的联系。在任何情况下，我们的分析显示在我们的半导体市场分类中的32个产品类别中，只有一个符合这一标准，而且它只占中国半导体需求的5%。对于占中国需求23%的其他10种产品，存在着小型但新兴的国内供应商，随着时间的推移，他们可能会扩大规模。
•唯一成熟的非美国供应商是外国的半导体元件。在短期内，中国设备制造商将把他们的采购转向亚洲其他地方或欧洲的现有供应商。这假定这些海外供应商继续不受限制地获得美国开发的设计工具和制造设备，并且在与中国客户做生意方面没有任何限制。从中长期来看，中国可能会寻求用国内供应商完全或部分取代第三国供应商，以实现其在半导体领域自给自足的既定愿望。总的来说，占中国需求45%的半导体12个产品类别就属于这一情况。
•没有既定的非美国半导体供应商的半导体组件。中国将不得不加速发展本土的替代产品，其中许多产品将需要进行结构上的改变。总的来说，占中国需求27%的九个半导体产品类别符合这一描述。在某些情况下，中国客户可以用其他芯片替代最先进的美国产品。例如，中国公司可以设计自己的ASIC来代替美国的CPU、GPU和FPGA。事实上，一些领先的中国公司在人工智能领域已经在这样做了。另一个选择是开发基于不受美国出口管制的架构的处理器，如RISC-V开源架构。这种高度复杂的半导体产品需要先进的设计工具，而这些工具目前只能从美国供应商那里获得，因此中国将不得不开发一套本土的设计工具，或者从第三国找到能够设计这些关键替代部件的新供应商。
在技术脱钩的情况下，中国的半导体供应链将出现巨大的变化。只要中国能够保持与亚洲和欧洲的半导体供应商和代工厂的联系，继续使用美国供应商的设计工具和制造设备，中国设备制造商的预期破坏在中长期内将是有限的。除了转换到需要迅速提高产能以应对需求激增的新供应商所涉及的短期动荡之外，中国面临的主要挑战是为计算密集型应用开发可行的替代性高性能处理器，与亚洲或欧洲其他地区的新供应商密切合作，这些供应商可以使用美国供应商的先进设计工具。中国已经在这方面取得了进展，使用非美国的架构来建造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，欧洲和亚洲国家正在积极努力摆脱美国的CPU供应商和架构。
中国技术产业潜在替代供应链示意图
1 包括台湾。
2 主要是Mentor Graphics，一家在2017年被西门子收购的美国公司。
3 主要是ARM公司，是软银在2016年收购的欧洲公司。
42025年中国半导体公司全球收入预测范围的平均值为25%至40%。
由于美国的竞争产品将被禁止，中国厂商很可能能够扩大他们在中国国内市场的份额。事实上，我们估计，中国的设备制造商将能够通过扩大其在国内市场的份额来挽回高达75%的海外收入损失。
然而，技术脱钩对中国的主要影响，可能是在向基于替代性处理器架构的国内IT生态系统过渡的漫长岁月里，对中国经济的整体生产力的影响。即使这种替代性处理器的性能可以与美国成熟的设计相媲美，中国也需要创造和扩大全新的硬件和软件堆栈，为消费者和企业应用提供服务。中国公司需要投资和时间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目前世界上大多数企业和消费者使用的基于美国技术的产品。
脱钩对美国半导体公司的直接影响是失去了来自中国技术客户的所有收入，以及来自其他国家客户的收入，这些客户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。这一影响的结果是大约四分之三将是中国客户为应对美国的技术出口禁令而被迫更换美国半导体。因此，它几乎会在美国的限制措施生效后立即受到冲击。
在技术脱钩的情况下，美国可能会损失18%的份额和37%的全球收入
1在这种情况下，美国的出口禁令将包括所有中国设备制造商。
如此巨大的收入损失将引发美国公司大幅削减研发投资--至少120亿美元，或者30%，如果他们保持目前的研发强度。如果美国半导体公司在收入大幅下降的情况下，仍以股东总回报率等于行业的估计资本成本为目标，那么研发支出的削减可能必须达到60%。除了研发的削减，资本支出将减少130亿美元，导致12.4万个美国就业机会的丧失，其中3.7万个在半导体行业。
随着时间的推移，美国半导体公司很可能会失去对全球竞争者的技术和产品优势，不可避免地导致市场份额的进一步侵蚀。我们估计，从中期到长期来看，美国半导体公司的全球份额将从48%下降到大约30%。美国也将失去其在行业中长期处于全球领导地位。
美国半导体公司放弃的中国客户的收入由哪些竞争对手来接替，将取决于中国发展替代性国内供应商的能力。这种能力将因产品和时间范围而异。
鉴于中国半导体产业的发展现状，近期的大部分收入将流向第三国。中国的半导体公司将积极发展，为国内需求的大约40%提供服务--几乎是目前自给自足水平的三倍，而且是分析师预测的是2025年的上限。此外，我们的模型显示，由于韩国在内存、显示器、成像和移动处理器等关键产品方面的强大能力，以及其扩大制造能力的能力，它可能会取代美国成为全球半导体的领导者。
从中长期来看，在状况2下，中国可能会成功地发展一个有竞争力的国内半导体设计产业，以满足其大部分的国内需求。然而，这需要时间，也需要持续的高水平投资。尽管中国在短短五到七年内就成功地在技术产品方面迎头赶上，如太阳能电池板、LCD显示和智能手机。它是通过获得外国技术和部件来实现的。对于半导体制造商来说，技术壁垒要高得多。作为一个说明，韩国和台湾花了大约15至20年的时间，分别成为存储器和晶圆制造的全球领导者。
美国完全的技术出口禁令将使两国的技术产业脱钩。此外，正如我们之前所指出的，半导体的技术复杂度非常高，没有一个国家拥有完全的本土化生产流程，并在整个供应链中完全自给自足。中国仍然不得不依靠外国设计公司来生产，需要美国供应商提供先进设计工具的高度复杂的芯片，并依靠亚洲其他地方的代工厂来制造一些本地设计的芯片，特别是那些需要先进制造节点的芯片。
即使中国不得不进口替代的高性能处理器来取代基于美国技术的CPU、GPU和FPGA，随着时间的推移，中国的半导体公司可能最终能够满足国家对几乎所有其他半导体产品的国内需求。这样做将使中国的自给率达到近85%。在这种情况下，中国半导体产业的全球份额将从3%增长到30%以上，取代美国成为全球领导者。
对半导体行业的结构性影响
我们的分析表明，美国和中国之间的摩擦将对美国半导体行业产生深远的负面影响。我们的全球市场模型显示，根据不同的情况，美国将损失8至18个百分点的份额。
这种影响比《中国制造2025》计划本身的预期效果要严重得多，而且会发生得更快。分析师目前预测，中国的半导体公司--包括IDM和设计公司--可能会以每年10%至15%的速度增长其收入，将其对国内需求的覆盖率从2018年的14%提高到2025年25%至40%之间。
全球半导体市场的份额（%）
这样的增长将转化为中国半导体行业全球市场份额的4到7个百分点，这与我们在状况1和状况2的模型中的预测一致。在不限制采购美国技术的情况下，《中国制造2025》计划中对外国半导体的替代将影响美国和非美国供应商。假设替代程度与目前的市场份额成正比，我们的市场模型预测，仅由于《中国制造2025》的影响，美国的半导体公司就会失去2到5个点的全球份额。这一市场份额损失比我们评估的中美摩擦的两种情况下的市场份额损失低四倍左右。
两个主要原因解释了与中美摩擦相关的更大的负面影响。首先，在有国内供应商的半导体组件的情况下，我们预计中国的设备制造商将以替换美国供应商为目标，在需要时选择保留非美国供应商作为第二来源。此外，面对美国的出口限制（甚至在我们的状况1中，美国可能会对实体清单以外的公司施加这种限制），中国的设备制造商也会试图用其他亚洲或欧洲供应商取代美国的半导体供应商，即使这种替代无助于实现中国制造2025的目标。
除了财务影响外，我们的分析还揭示了一种风险，即把美国半导体公司拒之于中国市场之外，可能会引发该行业的巨大结构变化，对美国的经济竞争力和国家安全产生深刻的、不可逆转的影响。如果美国半导体公司的全球份额下滑至约30%，美国将把其长期以来的全球半导体领导地位让给韩国或中国。更为根本的是，美国可能面临不得不在很大程度上依赖外国供应商来满足其国内的半导体需求的风险。随着每年研发投资预计减少30%至60%，美国工业可能不再有能力提供必要的技术进步，以满足美国国防和国家安全系统的未来需求。
美国半导体产业的下行风险可能还不止于此。一旦美国产业失去其全球领导地位，就像在状况2中很可能发生的那样，它将极不可能重新获得领导权。如果我们的中长期状况2得以实现，中国成为全球领先者，那么美国半导体产业将可能面临更多的份额侵蚀，超过我们预测的18个百分点。在没有贸易壁垒的情况下，中国的竞争者将不会局限于主导他们的国内市场。在其他几个科技领域，中国公司已经利用了他们在国内市场建立的规模优势，在海外市场以低价抢占市场，使行业利润率从50%提高到90%。
中国供应商的全球市场份额(%)
1在中国公司开始快速增长之前的两年里，非中国行业领导者的平均营业利润率与2017至2018年期间的比较。
他们在国内市场建立的规模优势，在海外市场以低价抢占市场，使行业利润率从50%下降到90%。
如果这种模式保持下去，中国的半导体公司也可能成为国际市场上积极的竞争者，进一步夺取全球份额。事实上，这正是中国国务院在2014年制定的雄心壮志，导致了《中国制造2025》计划的制定：最终目标是让中国在2030年前成为半导体行业所有领域的全球领导者。对中国公司的全球市场份额和中国国内市场在其他技术领域所占比重的推断表明，从长远来看，中国半导工业有可能占据35%至55%的全球份额。随着中国半导体企业加速海外扩张，行业利润率可能会急剧压缩。因此，美国半导体公司将不再能够维持今天的高研发强度。目前创新的良性循环可能会逆转，而成为一个恶性循环，美国公司将陷入竞争力下降、市场份额和利润萎缩的螺旋式下降。
电信网络设备部门的经验提供了这些动态的说明，由于重大的国家安全关切，该部门今天是美中摩擦的中心。2000年，该行业的全球领导者是三家北美公司--朗讯、北电和摩托罗拉，它们的总收入约为1000亿美元。在网络泡沫破灭后的技术衰退期间，需求枯竭，网络设备公司的收入骤降。到2005年，这三家公司的总收入已经下降了45%。因此，他们被迫调整业务结构，削减成本，包括研发。虽然他们保持了与危机前一样的12%的收入投资，但他们的年度研发支出总额从120亿美元下降到67亿美元，在短短五年内减少了45%。
这损害了他们保持对欧洲竞争对手的技术领先优势和在不断发展的无线设备市场上支持新产品开发的能力，而此时世界各地的运营商正在推出基于新技术标准的无线网络。大约在同一时间，1990年代中期进入市场的中国制造商开始以更低的价格推出 "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年已占据了全球市场的20%左右。在随后的十年里，中国电信网络设备公司的份额几乎翻了一番，达到38%。与此同时，三个前北美巨头最终被他们的欧洲竞争对手收购，收购价格只是他们以前估值的一小部分。今天，没有总部设在美国的无线电接入网络基础设施供应商，而这些基础设施对5G网络的推广和管理至关重要，因为下一波应用将改变全球经济，因为它们迎来了从大规模物联网应用到自动驾驶汽车的一切。
未完待续......
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