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隨著每一代新的半導體越來越小，晶體管也越來越密集，生產的復雜性和成本也隨之增加，使供應鏈的每個環節都有機會提高產品的競爭力和質量。因此，只有少數公司能夠設計和制造先進的芯片，同時又能夠靈活地進行不斷的技術改進。從設備生產到芯片制造，產品和服務略勝于競爭對手的公司能夠獲得行業收入的很大部分比例（一般占到一半）。

生產過程的三個主要部分包括：設計，制造，以及組裝、測試和封裝（ATP），生產的各種設計和制造設施（或稱作“晶圓廠”，FAB），用以供給供應鏈。

最大的半導體制造商分布在美國、韓國、歐洲和日本，但只有少數是垂直整合的：這些集成設備制造商（IDM）包括英特爾、三星、SK海力士和美光科技等公司。然而，該行業的很多企業都采用了“設計—代工”（Fabless-Foundry）的模式，將任務分配給專業的公司，并將價值鏈的一部分外包給臺灣地區、中國大陸和新加坡的公司以降低生產成本，同時利用當地的專業知識提高產品性能。

“設計公司”沒有制造能力，只設計芯片，讓代工廠專門制造芯片，封測外包供應商（OSAT）則負責測試半導體元件，并將其組裝到運行設備中去。芯片價值的90%在設計和制造環節之間平均分配，10%分配給組裝、測試和包裝環節。

圖片來源：見水印

過去幾十年里，“設計—代工”模式越來越成為一種趨勢以降低生產成本，同時也可以利用整個價值鏈的專業知識。供應鏈中的資本密集型部分，如設計和制造，需要高度專業化的知識和先進的生產設備，產能利用率為90%，通常分布在加拿大、歐洲、美國；而后端生產——測試、組裝和封裝組件，并整合進成品（如筆記本電腦）——則是供應鏈最勞動密集型的部分，往往分布在工資和稅收較低的國家，如馬來西亞、越南、菲律賓。

因此，今天的半導體產業高度全球化，通常的生產過程要跨越四個國家和25000英里。

新冠肺炎對供應鏈的破壞給行業敲響了警鐘，迫使企業評估和規劃其價值鏈模式，許多公司意識到，他們并不知道自己所依賴的所有供應商的層級。勞動力密集型的供應鏈運營環節，如制造和組裝、測試、封裝（ATP）階段，特別受到社交距離、旅行限制和封鎖措施的影響。同時，對私人通信基礎設施（如個人電腦、服務器、用于家庭教育和在家辦公的無線和有線通信，以及用于獨立旅行的汽車）的需求在增加，過去一年中行業總收入增加了8%，但也削弱了這些已經非常脆弱的鏈條。隨著新興技術開發商（尤其是人工智能應用）推動需求，預計到2022年需求將增長50%，各行業的制造商和最終用戶都在爭相獲取芯片。

美國公司仍然是全球半導體行業的領導者，制造業大多外包——尤其給亞洲

雖然美國公司主導著半導體供應鏈的許多部門，但他們長期以來一直專注于研發（R&D），這對推動持續創新至關重要。由于競爭激烈、技術變革迅速等嚴峻的市場條件要求不斷的發展，研發和加大創新力度成為企業的首要任務。

美國半導體公司每年將收入的20%（即400億美元）投資于研發，使其成為占比僅次于制藥業的美國第二大行業。該行業的研發投資已取得成效，先進半導體成為美國五大出口產品之一，僅次于飛機、石油（原油和精煉油）和汽車。值得注意的是，美國工業收入的82%來自海外，其中36%（即705億美元）來自中國。

鑒于聯邦政府對私營部門半導體創新的支持相對有限，出口收入對于美國公司重新投資于研發的能力至關重要，這樣才能保持技術領先以及行業中的領導地位。

盡管美國公司一半的生產分布在美國80個晶圓廠和19個州，但美國的晶圓廠僅占全球制造業的12%。生產過程的大部分已經轉移至亞洲，以便企業能降低成本，使其供應商基礎多樣化，并創建具有彈性的供應鏈，以此來抵御新冠肺炎等沖擊，并減輕貿易爭端的影響。

據美國空軍的商業和經濟分析辦公室估計，到2022年，90%的尖端芯片生產將分布在臺灣地區、韓國和中國大陸。隨之而來的將是美國晶圓廠在全球產能中的份額降至8%，中國產能增至35%。這種生產集中的趨勢，以及美國公司越來越依賴亞洲半導體制造技術的趨勢，使得供應鏈如果進一步中斷或美國公司無法在該地區經營或運輸貨物，將對美國的經濟競爭力和國家安全造成威脅。

美國這種缺乏制造業和整體行業整合的部分原因，來源于建造和維護工廠的巨大成本，建成一個尖端工廠的成本需要150億美元到200億美元不等。制造設備價格昂貴，前端光刻設備用于繪制晶圓上高度復雜的電路圖案，每臺價格高達1億美元。

下一代半導體制造技術，將用于制造7納米或更小制程的半導體，如極紫外（EUV）光刻，每臺成本為1.2億至1.7億美元。對于先進的半導體生產，如5納米制程，單晶圓可以有多達14層極紫外光刻，大大增加了資本成本。

總體而言，與臺灣地區、韓國、新加坡或中國大陸相比，在美國創立一家新晶圓廠，建設并運營十年的成本要增加30%至50%。

除了晶圓廠費用高這個阻礙因素外，美國的環境法規也阻止了對美國半導體制造業的投資。總統科技顧問委員會（PCAST）指出，工業界認為《聯邦清潔空氣法》是及時批準設備使用的阻礙。施工前和運營的許可證由州和地方機構頒發，要批準大型項目可能需要12到18個月。在這個行業，要想將項目變現，競爭和革新的速度尤為重要，冗長的許可過程可能會阻礙美國建成工廠。

美國在全球制造業中所占份額的下降，也是由于聯邦政府缺乏激勵措施，這種情況推動企業將生產部門轉移到海外，尤其是亞洲。行業領袖們有針對性地指出，美國的企業稅制度是經濟合作與發展組織（OECD）中稅率最高的，研發稅收抵免相對較低，而且不鼓勵對重資產行業進行資本投資。

認識到這一趨勢，加上對美國國內半導體能力減弱的戰略擔憂日益增強，《2021年國防授權法案》（NDAA）中“為美國生產半導體創造有利激勵”（CHIPS for America）的條款，為企業提供高達30億美元的資金在美國建造一座晶圓廠。這是目前唯一一項激勵國內半導體制造業建設的政府計劃。國會工作人員表示，該條款旨在強化整個供應鏈。半導體行業對該法案表示歡迎，并敦促國會立即撥出資金。

一些專家懷疑：NDAA條款是會成功促進美國的芯片制造，還是會相反地激勵中國進一步加強其本土化的努力？鑒于供應鏈的高度全球化性質和生產過程每個階段的獨特性質，寬泛的NDAA條款不太可能解決整個價值鏈模式的所有弱點。

2020年6月提交國會的“CHIPS for America”中，原本還包括一個更大的220億美元的激勵計劃，以及芯片設備和制造的所得稅抵免；還比如2020年美國芯片制造廠法案（American Foundries Act），它批準投入250億美元用于研發、設施建設、設備和知識產權收購。這些支持性的立法，可能進一步幫助半導體產業，但兩項法案都尚未通過，目前國會委員會仍在商討。