2022年11月30日，美国半导体产业协会（SIA）联合波士顿咨询公司发布《美国维持半导体设计领导地位的挑战在不断增加》报告。半导体设计（包括硬件设计和软件设计）约占半导体行业研发投资和增值的一半。报告分析了美国半导体设计领导地位赋予的多重优势，还指出美国继续捍卫其在设计领域的领导地位需要应对三个挑战。
美国公司在半导体设计方面发挥了主导作用。迄今为止，美国享受到世界领先的半导体设计带来的好处。截至2021年，半导体行业46%的收入来自总部位于美国的公司的设计活动，几乎是其他任何单个地区的2.5倍。美国在设计领域的市场领导地位在逻辑芯片领域最为明显，占该领域设计相关收入的64%；美国在设计领域的市场领导地位也扩展到分立、模拟和其他器件领域，美国公司在这些领域创造了37%的设计相关收入。美国只在存储芯片领域未占市场领先地位，而韩国公司创造了该领域设计相关收入的59%。
半导体设计的市场领导地位具有多重优势，包括：
1. 创新的良性循环。设计领导力使美国公司能够吸引和培训外国人才。这支劳动力的贡献和创新产生的利润可以再投资于研发，反哺劳动力的持续扩张和未来创新。也就是说，设计领导力吸引全球人才并促进创新和再投资的循环。
2. 增强标准制定能力。在任何技术领域，标准都支持互操作性，并使公司能够更轻松地进行跨供应链协作。通常，设计领先的公司最先开发出需要标准的产品（如 Wi-Fi、蓝牙和 5G ）。拥有许多领先设计公司的国家或地区将在制定和利用技术标准方面具有相对优势。
3. 加强国家安全。设计领导力在两个方面提供国家安全优势。首先，具有设计领先地位的国家或地区可以获得更先进的可以提高防御和武器系统效率的半导体芯片。其次，拥有设计领先地位的国家或地区可能面临较低的恶意篡改和供应链拦截风险，例如保护关键设计信息并实现设计 IP 的控制和可追溯性。
4. 提供高质量就业机会。设计领导力通过高工资支持高质量就业。2020年，从事半导体设计的美国工人的平均年收入为17万美元，而美国的年收入中位数约为5.6万美元。
5. 对相关行业原始设备制造商的优势。技术密集行业的原始设备制造商（OEMs）的设计系统广泛依赖半导体代工生产。在共同的地理和文化背景下通常更容易协作，因此OEMs可以直接与市场领先的本土芯片设计团队合作并采用联合设计和系统级优化等实践来创造竞争优势。自动驾驶、智能手机、云计算、5G通信、医疗器械等行业的原始设备制造商从芯片设计领先优势中获益颇多。
美国公司在设计相关收入的全球市场份额从2000年以来出现下降迹象，并从2015年的51%下降到 2020年的46%。其他地区（尤其是韩国和中国）的本土设计能力正在增长。SIA分析表明，按照目前的发展轨迹，如果美国规划者不采取行动，美国公司设计相关收入份额到2030年可能会降至36%。
如果美国捍卫设计领域的领导地位并获得相关的下游利益，需要应对三个挑战。
1. 设计研发投入上升。随着芯片变得越来越复杂，开发成本也在上升，尤其是先进制程芯片。从2006年到2020年，最新制程节点的芯片设计成本增加了18倍以上。美国私营部门在设计研发方面的投资比其他国家或地区的私营部门都多，但是世界各国政府都提供大量激励措施来促进先进设计，而美国公共部门在基础研究和直接税收激励方面的支持落后于其他国家或地区。在美国，半导体设计和研发投资中的公共投资份额为13%，而欧洲、日本、中国大陆地区、韩国和中国台湾地区的平均比例为30%。如果美国在设计和研发方面的公共投资与国际同行保持一致，包括对本土先进设计和研发提供税收抵免等直接激励措施，将有助于确保美国设计领域的公平竞争环境。
2. 设计人才供给减少。尽管当今世界上大多数半导体设计工程师都在美国，但美国半导体设计行业仍面临技术工人短缺的问题。按照目前的科技人员发展趋势，到2030年美国的设计人员将增加至 6.6万人左右。然而，随着半导体市场的增长，维持美国目前46%的市场份额需要约8.9万名设计工程师，因此将存在2.3万名左右的工程师缺口。公共和私营部门必须共同努力，鼓励更多的美国STEM毕业生进入半导体设计领域，并增加现有人才的保留率，鼓励有经验的设计师留在该领域或国家。此外，私营部门必须继续通过开发和部署新工具并优先考虑附加值最高的研发和设计领域来提高劳动生产力。
3. 开放的全球市场面临压力。美国设计公司长期以来受益于开放的全球市场，销售额是研发投资的最终资金来源。然而，随着地缘政治紧张局势的加剧，自由和开放的贸易受到关税、出口管制和产业政策等带来的挑战，同时也威胁着美国半导体企业进入全球市场，并使研发再投资面临风险。贸易限制对美国乃至全球的半导体行业产生了深远的负面影响，损害了所有参与者的利益。美国的出口管制使中国寻找半导体设计的替代来源，直接导致中国等非美国半导体代工厂越来越多地转向本土设计，不断发展各国半导体设计生态系统。如果欧盟、印度、日本、韩国、中国大陆和其他地区越来越多地寻求将半导体价值链的元素本土化，那么庞大的全球市场将面临被规模较小的区域市场割裂的风险，从而损害所有国家参与者利益。
三、政策建议
为了保持设计领域的领先地位，美国必须拥有足够的私人和公共投资以及足够多的劳动力来维持市场份额，从而实现再投资的良性循环。如果不在这些方面采取行动，美国设计公司将在未来十年内因市场份额侵蚀而累计损失约4500亿美元的销售额。
未来十年，美国私营部门可能会投资 4000 亿至 5000 亿美元用于设计活动，包括研发和劳动力发展。为了在未来十年保持领先地位，美国需要补充公共部门投资，以加强美国本土半导体产业。此外，公共部门投资提供的杠杆作用将是巨大的。SIA分析认为，投资于设计和研发的每一美元公共资金都会吸引私营部门对设计和研发的额外投资，最终产生 18 至 24 美元的设计相关销售额。因此，到 2030 年，设计和研发方面约200亿至300亿美元的公共投资（通过设计税收激励可提供约150 亿至 200亿美元的公共投资），将在十年内产生约4500 亿美元的设计相关销售额增量，同时还将提供约 2.3万个设计工作岗位和 13万个间接和衍生工作岗位，进而巩固美国在半导体设计领域的领导地位。
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