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美国发展高科技的机制与启示:以硅谷和半导体为例

导读

大国竞争的关键是科技实力竞争,科技竞争的背后则是以教育体制、产学研模式、创新环境、市场活力为核心的科技软实力竞争。本文旨在分析美国科技体制,总结硅谷产学研用模式,以及产业政策在高科技产业发展过程中的作用,从而得出创新发展的经验启示。

科技是第一生产力,科技体制决定科技发展。美国作为老牌科技强国,在世界科技产业链中占有重要地位。美国科技类上市公司市值规模领先,2021 年末,全球市值前 10 名的公司中有 7 家是美国科技类公司,分别为苹果、微软、Google、亚马逊、特斯拉、Facebook、英伟达。全球 11 家市值千亿美元以上的半导体公司中有 9 家是美国公司,分别是英伟达、博通、英特尔、高通、德州仪器、超威半导体、应用材料、美光科技、拉姆研究。

根据对美国科技机制、政策以及硅谷和半导体产业的案例研究发现,美国发展高科技产业成功、长期领先全球的关键是三大要素:1)自由开放、鼓励创新、包容失败、多元化的创新创业文化,2)政府、大学、企业等紧密合作、相互促进、面向市场竞争的产学研用一体化生态体系,3)政府在鼓励创新、知识产权保护、立法、税收、移民、采购、支持基础研发甚至打压国际竞争对手等方面相对完善有效的顶层科技体制。

科技体制方面,行政与立法部门共同承担科技政策制定责任,联邦多部门以各自使命为导向进行分散的项目资助。

产学研用生态方面,政府支持,学校、企业密切合作,培养鼓励创业创新、科研项目转化,形成对内对外的技术转化服务体系和产学研一体化生态科技体系。斯坦福大学和硅谷地区是产学研生态建设的典范,成为美国乃至世界的科技创新中心。根据《2021 硅谷指数》报告,硅谷人口 310 万,人均年收入 15.2 万美元,专利数占美国整体的 13.1%,风险投资额占美国整体的 21.3%斯坦福与硅谷的崛起并非简单依靠打造产业园区、孵化器或者设立技术转让办公室,而是以一流大学、一流科研人员与初创企业为核心主体,以自由开放、鼓励创新、包容失败的文化为基础,构建了一套各主体紧密合作、相互促进的产学研用生态系统。

美国在科技发展上总体以市场竞争、产学研用一体化见长,但是美国政府在发展高科技产业时也采取了政府采购、资金支持甚至打压国际竞争对手等多种产业支持和保护政策,实际情况可能跟很多人的印象以及美国对外宣传有所不同。在半导体产业发展之初,美国进行大量政府采购和税收优惠,对技术发展和商业化落地影响重大。日美贸易战期间,美国以关税、外交等多种手段打压遏制日本半导体产业,重获技术和市场优势。当下,美国政府仍通过大规模战略部署、资金支持等手段对本土产业进行保护。一是相继发布《半导体十年计划》、《创新与竞争法案》、《芯片法案》等产业规划方案,通过紧急拨款、税收优惠等方式增加半导体及相关设备研发生产。二是面对中国高科技产业崛起,美国采取和当年日美贸易战类似的特殊外交、贸易手段,包括加速出口管制实体清单,以遏制他国相关产业发展。三是经历疫情、供应紧张和全球缺芯困境后,美国政府更注重产业链完整安全,本土产能建设是下阶段发展重点之一。

从美国科技产业发展的历程来看,科学的体制设计,政府产业政策的有力支持,产学研用生态的建设,大学、企业多元化协作的伙伴关系,构筑集聚优秀人才的科研创新高地,对创新发展、强化国家战略科技力量有重要意义。

正文

1美国科技体制

美国之所以不断孕育前沿发明和创新公司,科技体制发挥了重要作用。早在美国立国之初,对科技与创新的鼓励就融入了美利坚的基因。1787 年《美国宪法》规定:通过保障作者和发明者对他们的作品和发现在一定时间内的专有权利,来促进科学和有用艺术的进步。

1945 年,时任国家科学研究与开发办公室主任的万尼瓦尔 · 布什向杜鲁门总统提交了著名报告《科学——没有止境的前沿》,系统阐述了科学的重要性和科技管理的理念,并总结出三条历史经验:

1)基础研究是为实现国家特定目标而进行应用研究和发展研究的基础,最适宜开展基础研究的是大学体制;

2)政府可以通过与工业界和大学签订研究合同和提供资助的制度来支持科技;

3)政府吸收科学家作为顾问和在政府中设置科学咨询机构,有助于总统和政府作出更准确有效的科技决策。在布什报告的基础上,承担政府对基础研究资助职责的美国国家科学基金会(NSF)得以建立,美国现代科技体制开始逐渐形成。

经过近 80 年的迭代与完善,美国已经形成一套与政治经济体制相匹配的多元分散的科技体系。站在联邦角度,多元分散最直接的体现在于科学政策制定的责任由行政部门和立法部门共同承担。其中政府负责制定科技预算、推进相关政策、协调科技工作;国会负责审批科技预算、人员机构的任命与设置,监管和评估相关的联邦部门和机构工作,并通过立法决定各项科技政策的框架。

行政层面,形成了决策执行研究三层架构,各层级主体众多但分工明确。美国总统享有国家科技活动的最高决策权和领导权,总统行政办公室下设白宫科学技术政策办公室(OSTP)、国家科学技术委员会(NSTC)、总统科学技术顾问委员会(PCAST)和管理与预算办公室(OMB)。其中 OSTP 主要为总统制定科技政策、分配研究经费提出分析建议,对科技政策形成与发展具有重要影响;NSTC 主要负责协调各政府机构间的科学政策,并由总统亲任委员会主席;PCAST 是总统最高级别的科学顾问团,主要提供政策咨询,其成员大多是政府外的顶尖科学家、工程师和学者,具有一定的独立性;OMB 主要负责管理总统向国会汇报预算的准备工作以及后续的协商,在确定科学项目的优先性方面有着最重要的影响力。

执行层面,不同于大部分国家通过一个中央政府部门或科技部集中支持科学,多元化的科学资助体系是美国科技体制最大的特点。众多联邦部门和独立机构共同承担资助科学研究、指导科技政策的责任,其中与科技关系最密切的联邦部门包括国防部、卫生与公共福利部、NASA、能源部、国家科学基金会和农业部六大部门。不同联邦部门与独立机构对应不同的使命,例如 NASA 主要支持空间探索、国防部研究增强国家安全、卫生基金会则支持更广泛的基础研究。但在某些交叉学科与前沿科研领域的资助上,多元化的体系会带来重复工作,某些项目可能面临多头管理。美国的立法者认为,不同机构出于不同的使命,看待科学问题的视角也会略有不同,这样把资助研究作为实现更广泛使命的一个要素,这种资助体系更有生命力,往往会产生意想不到的溢出效应。因此这套多元化的科学资助体系得以沿袭至今。

研究层面,联邦研究机构、大学、企业和非盈利科研机构四类主体形成了有效的分工协作。联邦研究机构由政府直接管理或采取合同方式管理,主要从事重要技术的应用研究与部分基础研究,如隶属于能源部的橡树岭国家实验室,曾对负责原子弹研制的曼哈顿计划做出了重要贡献;大学以基础研究为主,美国拥有世界上数量最多、水平最高的研究型大学,同时给予研究人员极大的自由度,包括鼓励科研人员创业、促进科研成果转化;企业侧重于试验发展,大多以工业研究实验室为载体开发新技术与新产品,最知名的如美国贝尔实验室,发明了晶体管并开创了信息时代;其他非盈利机构主要包括地方政府或私人研究机构,主要从事基础研究与政策研究,对前三类主体形成补充。

法律层面,国会最重要的职能在于监督和立法。监督方面,国会有两类重要的职能机构,一类是国会的百科全书,包括国会研究服务部(CRS)负责为国会提供广泛的政策和议题分析,以及一些专门委员会如众议院下设的科学、空间和技术委员会;另一类是国会的侦探机构,如审计总署(GAO),负责调查和评估现有的政府政策及计划项目、确保经费被高效正确地使用。立法方面,美国非常注重科技成果的转化与对创新创业的鼓励支持,国会通过立法对从事科研工作的中小企业进行税收优惠、界定研究成果与发明专利的归属权,例如 1980 年制定的《专利与商标法修正案》(又称《拜赫杜尔法案》),为联邦所资助的研究而产生的商业化创新提供了一个统一的框架,允许大学和其他非盈利组织获得这些发明的专利,并可以与公司合作、将他们推向市场。这个法案被普遍认为提高了美国大学与工业界之间的技术转移水平。

2美国的产学研用生态:斯坦福大学和硅谷的经典案例

斯坦福大学于 1891 年由时任加州州长利兰 · 斯坦福捐献 2000 万美元及近 5 万亩的农场土地正式建立。建校之初,斯坦福默默无名,发展远不及哈佛大学及邻近的加州大学伯克利分校。1951 年,时任工程学院院长的特曼与校长斯特林商定,将学校的大量土地以极低的价格出租以创办工业园区,此举既为学校创造了一定的收入,又吸引了不少企业入驻、解决了学生的就业问题,成为斯坦福发展的转折点。

1938年,斯坦福大学毕业生休利特和帕卡德在恩师特曼教授的支持下创立了惠普公司,被广泛认为是硅谷起源的标志。1955 年,在特曼的邀请下,晶体管之父肖克利将半导体实验室建立在了硅谷,并于 1963 年到斯坦福任教。自此,硅、晶体管和集成电路在硅谷扎根,硅谷步入了高速发展时期。

硅谷是美国乃至世界的科技创新中心。20世纪 50 年代以来,硅谷已经孕育了惠普、英特尔、甲骨文、苹果、雅虎、谷歌、特斯拉等高科技企业。《2021 硅谷指数》报告指出:2020 年硅谷地区风险投资继续创纪录,总规模达 264 亿美元。美国四分之一的 “独角兽” 公司(市值在 10 亿美元以上)和三分之二的 “十角兽” 公司(市值在 100 亿美元以上)的总部位于硅谷。自 1990 年以来,硅谷在美国的专利注册份额占比持续增加,从占比 4% 上升到占比 13% 以上,2020 年硅谷注册的专利总数再创新高。硅谷总人口约 310 万,提供 155 万就业岗位,人均年收入达 15.2 万美元,较 2017 年相比硅谷人均收入继续增加 5 万美元,大幅高于美国人均水平。
斯坦福大学与硅谷取得巨大成功之后,世界上有许多大学都争相学习效仿,但成功者寥寥。根本原因在于斯坦福大学与硅谷的崛起并非简单依靠打造产业园区、孵化器或者设立技术转让办公室,而是以一流大学、一流科研人员与初创企业为核心主体,以自由开放、鼓励创新、包容失败的文化为基础,构建了一套各主体紧密合作、相互促进的产学研生态系统。下文对政府、大学与企业三大主体各自在硅谷生态中的作用进行分析。
2.1政府
美国政府在斯坦福和硅谷的发展初期起到了至关重要的作用。
一方面,联邦政府是大学基础研究的主要资助者。冷战时期,美国政府对军事技术方面的研究投入大大增加,斯坦福在特曼的带领下与联邦政府合作建立了 EDL(西尔维尼亚电子国防实验室)和 ESL(电磁系统实验室)等实验室,在无线电和晶体管技术方面的研究迅速发展。
另一方面,联邦政府是冷战时期硅谷许多初创企业的主要客户。二十世纪五十年代,晶体管仍然非常昂贵,一台电子计算器的价格相当于一辆汽车价格的 1/4。而政府出于国家安全需要大量采购晶体管、电子微波管等高科技产品,对价格也并不敏感,正是政府的支持使得这类初创企业能够持续地进行技术升级和降低成本。第一批入驻斯坦福工业园的惠普、洛克希德马丁,包括 Watkins Johnson、英特尔等均受益于此。
移民政策方面,美国政府的 H1B 赴美工作签证与移民签证机制吸引了大量国际人才流入。据《2021 硅谷指数》数据,硅谷外国出生的人口占比达到 39.1%,远远高于美国 14% 的平均水平,年外国移民人口流入 1.6 万人以上。
2.2大学
大学是硅谷生态系统中的核心之一。以斯坦福大学为例,大学的主要作用有三点:1)对外形成技术授权和合作机制;2)对内形成技术转化服务体系;3)打造一流的师资,培养一流的人才。
技术转化机制的核心部门为技术授权办公室(Office ofTechnology Licensing,OTL)。OTL 主要由具有科研或技术背景的项目经理组成,负责对技术转化的全生命周期进行管理,包括评估科研成果或发明是否可转化为专利、是否具有商业潜力、项目估值,并在此基础上为专利寻找合适的产业合作伙伴、协商最优条款等。技术授权的形式非常灵活,包括但不限于授权费、版税、股权等等,同时斯坦福大学规定,技术授权产生的收益由科研人员、所在学院、所在系分配。虽然技术授权收入占学校整体年度预算比例不大,但斯坦福认为此举可以增强学校与工业界的联系,并且可以彰显自身的基础科研实力,有利于争取更多的联邦科研经费支持。根据 OTL 披露的数据,2020 财年斯坦福大学新增 161 个技术授权项目和 25 个初创项目,从 847 项技术中获得了 1.14 亿美元的总特许权使用费收入。
此外,斯坦福也鼓励师生凭借研究成果创业,学校可以给予市场、资金、技术等方面的支持。2004 年谷歌上市后斯坦福大学作为早期投资人退出,仅这一项投资收益就达到 3.4 亿美元。
更关键的是,与传统产学研 “大学负责研究、企业负责商业化” 的线性模式不同,斯坦福大学与硅谷企业之间建立了类似于 “共生” 的相互依存关系。研究成果的商业化仅仅是其中的一部分,企业与大学之间还建立了合作研究、委托研究、人才合作培养、企业咨询、数据共享、设备租赁等多形式、多主体的协作机制,例如斯坦福大学的 BIO-X 项目就与强生、诺华等十余家生物制药巨头合作开展如访问学者助学金、资助合作研究、赠予基金等多种形式的研究计划。根据斯坦福披露的数据,2020 财年,通过工业合同办公室(Industrial Contracts Office,ICO),学校与企业签订了 1574 份协议,其中有 153 项资助研究协议、538 份材料转让协议。这些项目大大拓宽了斯坦福和企业之间的合作范围与内涵。
在师资队伍建设与人才培养方面,特曼教授有一个著名的理念——“steeplesof excellence”,即要让斯坦福成为一流的大学,必须要有一流的教授。由于美国的联邦资助采取同行评议制度,只有拥有一流的师资,才能获得更多的联邦资助。截止 2021 年,斯坦福共有 84 位校友、教授或研究人员获得诺贝尔奖,位列世界第七;29 位曾获得图灵奖,位列世界第一。现任教职中有 20 名诺贝尔奖获得者。斯坦福在化学、物理和电子工程方面的学科优势也吸引了大量理工科学生前来求学,斯坦福也已经累计为硅谷输送了数以万计的 “新鲜血液”。
2.3企业
企业是硅谷生态系统中的另一核心。除了上文提及的企业与大学之间多元化的合作机制,硅谷企业与科研人员也有着非常紧密的联系,不少企业创始人和高管与在校科研人员本身就是师生关系、同学或校友关系。这其中最著名的就是惠普公司的例子,特曼一开始利用军方的资源为惠普初期的发展解决了不少资金和订单方面的困难,并一直担任惠普的董事给予咨询。最终惠普成为美国最大的科技公司之一,特曼也成为公认的 “硅谷之父”。2001 年斯坦福 110 年校庆之际,惠普创始人休利特的基金会曾向斯坦福大学捐赠 4 亿美元用于基础教育与研究,创下当时美国大学接受单笔捐助金额的最高纪录。
除了私人关系,企业和大学的科研人员存在着广泛的互访、交流、合作和兼职,并且企业往往为大学科研人员带来以解决现实问题为导向的研究灵感。这其中的一个著名例子就是谷歌和经济学教授范里安的故事。范里安一开始在硅谷另一所知名大学 UC Berkeley 任职,他在休假期间到谷歌兼职并帮助谷歌设计了在线广告拍卖系统 AdWords,最后在大学退休后甚至成为了全职的谷歌首席经济学家。范里安认为这一职位能够让他通过接触大量的数据从而站在理论前沿,并有机会与大量优秀的业界人士交流,这一过程 “非常有趣”,而他设计的 AdWords 也为谷歌带来每年数百亿美元收入。
由于企业的集聚,企业与企业之间经济合作的开展难度和成本大大降低。合作主要分两方面,站在产业链角度,初创企业一般提供成熟企业的上游产品、技术或服务,因此初创企业一开始只需面向企业用户而非终端消费者,可以减少初期的营销成本与市场风险。SaaS(软件即服务)领域巨头 Salesforce 就是一个成功案例。站在股权角度,成熟企业可以通过并购初创公司不断扩充产品线、增强技术和专利储备。对初创企业来说,既可以借助巨头的销售和用户网络加快新产品的推广,对股东来说并购也意味着更多元和便捷的退出渠道。苹果、思科、惠普等巨头都是活跃的收购方。
站在系统的角度,企业是硅谷生态的重要闭环,只有企业不断发展壮大,才能最终创造就业、产生收入、贡献税收,而更高的收入水平、更多的产业集聚、更好的创业氛围进一步吸引优秀企业和一流人才流入,由此形成正向循环。据不完全统计,斯坦福的校友们创立了惠普、谷歌、雅虎、思科、英伟达、Twitter、LinkedIn、Netflix、Instagram 等硅谷巨头。正是这些企业的不断出现与成长为硅谷带来了源源不断的创新活力。根据《2021 硅谷指数》报告的数据,近十年来硅谷和旧金山地区的人均收入水平基本维持在美国整体水平的 2 倍左右。
但值得注意的是,收入不平衡、房价高增、贸易保护主义和疫情冲击就业等问题也对硅谷地区的人口活力产生一定负面影响。近几年硅谷人口净流入几乎停滞,2020 年硅谷人口增长速度创下互联网泡沫破裂后的新低。2015 年 7 月至 2020 年 7 月期间,硅谷地区流入外国移民 9 万人,但加州和美国其他地区居民流出近 12 万人,人口净流出约 3 万人。2020 年,硅谷地区出生率亦创历史新低。
收入分配方面,疫情加剧了硅谷地区收入不均衡情况。据《2021 硅谷指数》统计,新冠疫情对就业水平的影响因收入类别而异,硅谷的中、低收入员工收入降幅分别达 29% 和 31%,而高收入工作岗位的最大降幅仅为 13%。
房价方面,2016 年以来硅谷房价快速上行,中等房价购买能力群体比例缩减。根据 CoreLogic 的数据,2021 年湾区单户住宅中位价比 2020 年继续上涨 16% 以上。2020 年,200 万美元以上房屋销售占比上升到 16%,而 60 万至 100 万美元房屋销售占比下降到 26%,反映出具备中等房价购买能力的群体比例出现下降。
根据《2021 硅谷指数》,在过去十年中,硅谷的收入不平等增长速度是加州和美国的两倍。财富差距更加明显:前 16% 的家庭拥有 81% 的财富;与此同时,近五分之一的硅谷家庭没有储蓄,底层 53% 的人仅持有 2% 的可投资资产。
3  美国政府产业政策:以半导体为例
美国自身在发展高科技产业时采取了政府采购、资金支持等多种产业支持和保护政策。
一是在技术发展之初,美国政府既是技术发展的提出者,又是资金提供与产品采购者,进行大量政府采购和税收优惠,对技术发展和商业化落地影响重大。
二是在特殊时期会采取非常规贸易和外交手段对本土产业保护。日美贸易战期间,当美国政府认定半导体产业事关国家安全之后,不惜以关税、外交等多种手段打压遏制日本半导体产业。针对日本成立的 “超大规模集成电路” 研发联盟并快速取得半导体技术突破,美国的贸易代表一面指责日本的半导体产业政策不合理,另一面却对它赞叹不已,并游说美国政府也采取类似的政策措施。此后美国政府牵头成立 SEMATECH(半导体制造技术战略联盟),在国防部高级研究项目机构(DARPA)领导下,联合英特尔、德州仪器、IBM、摩托罗拉等在内的共 11 家公司共同研发,重新取得了对日本半导体产业的技术优势。
当下,半导体产业和技术进入相对成熟期后,美国政府仍继续通过大规模战略部署、资金支持等手段对本土产业进行支持和保护。2020 年以来,美国相关行业协会和政府相继发布《半导体十年计划》、《2021 年美国创新与竞争法案》、《美国芯片法案》等产业规划方案,通过紧急拨款、投资税收优惠等方式增加半导体及相关设备的研发和生产。而面对近年来中国高科技产业崛起,美国采取和当年类似的特殊外交、贸易手段,以图遏制中国高科技产业发展势头。包括加速 “出口管制实体清单”,禁止美国企业或采购美国设备的他国企业对中国企业出口等手段干预企业经营。当前,涉及军工、芯片等多个领域上百个实体被列入其实体清单。
三是实施多项政策贯穿产业发展全程,直接或间接的影响产业在融资、投资、税收、专利保护、科技研发等方面的进程。形式可分为减免所得税、企业低税率、额外费用减扣、亏损结转、所有权保护、打击恶性竞争等。早期出台的《经济复兴税收法》、《半导体芯片保护法》均是通过相关立法与优惠政策对产业发展进行扶持。
而经历疫情、供应紧张和全球 “缺芯” 困境后,美国政府更注重产业链完整性和安全性,本土半导体产能建设成为下阶段产业发展重点之一。《2021 年美国半导体现状报告》指出美国在半导体和微电子产品生产制造环节份额已从 1990 年的 37% 降至 12%。为维护产业链安全、推动产能建设,《美国芯片法案》对半导体制造业的投资提供 25% 的税收抵免,针对半导体产业的税收优惠措施再度加速出台。
3.1技术方向、资金支持与政府采购
技术发展初期,即 20 世纪 50 年代至 70 年代,美国政府既是技术发展的提出者,又是资金提供与产品采购者。一项新技术的发明存在资金与风险双高情况,私人企业无法承担,政府在有明确需求下的大力支持可以很好的缓和企业风险,为技术创新准备充分条件。
作为军方的技术支持,早期各大企业与实验室的研发多基于政府需求,因此,政府对技术发展方向影响重大。因战争产生的对电子信息技术 “高效、快速” 要求,催生了晶体管的诞生。但第一枚晶体管原材料锗的化学性能在高温条件下不稳定且产量有限,促使了硅材料的使用。其次,军方对元器件线路庞大复杂、故障率高提出了 “微型、轻便、高效” 要求,激发研发小型整合体,这也是 1959 年德州仪器实验室发明集成电路的直接动机。
政府的资金支持与大规模采购加快技术发展与产品商业化。研发经费分政府经费与民间经费,政府经费又分直接拨款与承包合同两种主要形式,而承包合同贡献率更强。据美国商务部数据统计,1958-1964 年期间,平均每年研发经费来自政府的比例约 85%(除 1956 年),1958 年政府直接拨款 400 万美金,承包合同费用则高达 990 万美金。集成电路发明后的六年内,政府对其资助达 3200 万美金,70% 来自空军。合作内容包括德州仪器 115 万美金的两年半的技术研发、德州仪器 210 万美金的 500 个集成电路生产能力、西屋公司的 430 万美金的电子产品生产等。在产品得到初步回报后,政府降低采购与资金力度,转接给个人与企业投资者,再借助市场效应扩大规模。
当下,半导体产业和技术进入相对成熟期后,美国政府仍继续通过大规模战略部署、资金支持等手段对本土产业进行保护。2020 年,美国半导体行业协会(SIA)和半导体研究公司(SRC)发布《半导体十年计划》,呼吁联邦政府投入研发资金以应对芯片技术的重大变革,推动人工智能、量子计算、先进无线通信等新兴技术发展。2021 年美国政府公布《美国创新与竞争法案》,其中包含 1 个针对芯片和 5G 领域的紧急拨款方案,将拨款约 1900 亿美元用于从总体上加强美国的技术能力,预计将在 2022 至 2026 财年拨款近 500 多亿美元专门用于增加半导体、微芯片和电信设备的研发和生产,其中包括未来 5 至 7 年规划在美国建成多个芯片制造厂等新产能规划。此外,2021 通过的《美国芯片法案》亦激励企业和政府部门进行半导体投资,对购买半导体制造设备企业税收抵免。成立国家半导体技术中心和国家先进封装制造工程基地,亦鼓励国防部和能源部扩大半导体投资。
3.2特殊时期的外交与贸易手段
到了半导体技术发展中期,日本以 DRAM 储存器为切入点,无论从产量、技术还是价格优势均反超美国,从 “后来者” 逆袭为世界霸主。对此,美国政府迅速做出了战略调整,包括最为著名的《美日半导体贸易协议》(The U.S-Japan Semiconductor Trade Agreements)与 SEMATECH 联盟(美国半导体科技与制造发展联盟)
双边协议签订背景是日本抢走部分高科技领域,引发美国对自身发展的担忧。美日双边协议取消日本贸易壁垒扩大市场、同时遏制对手发展。80 年代前全球销量最高的半导体公司被美国所垄断,包括国民半导体、德州仪器、摩托罗拉等,到 1986 年,全球前十名的公司中有 6 家来自日本,前三强更是易主为日本电气、日立、东芝。为此,联邦政府开始在 1985 年与日本进行谈判,以 “反倾销” 名义令日本政府调整产业政策,主要要求为:
1)至 1991 年底,非日本企业生产的半导体器件与芯片在日本销量必须占日本市场总销量的 20%(之前日本政府保护下为 10% 以下);
2)禁止日资在美投资并购;
3)建立价格监督机制,禁止第三国反倾销。依赖美军保护与国防需求,日本在 1986 年签订了协议。
由于当时众多美国企业为区别日本低价竞争,转向 ASIC(某种特殊目的的定制芯片)等高技术高附加值市场,双边协议带来的效益不算很大。协议过后,日本全球市场份额与 DRAM 市场份额变动不大,依旧处于美国之上。
对此美国于1989 年再次与日本签订贸易协议,条款扩大至专利保护与专利授权等,对此,日本不得不令本国企业开始采用美国框架与产品。数据显示,1996 年非日企业半导体产品在日本市场份额升至 30%,其中 75% 来自美国。
SEMATECH整合资源,提高信息、技术与人才交流。尽管美国对产业做出调整改变分工方式,转向 ASIC 定制市场形成 Fabless 运营模式,但基础技术、设备、材料的劣势不能忽视,对比日本 “价廉物美”,美国急需提高制造工艺降低成本,SEMATECH 为此发挥了巨大作用。
1987年,政府发挥主导效仿日本大规模集成电路技术合作联盟经验,联合英特尔、德州仪器、IBM、摩托罗拉等在内的共 11 家公司建立 SEMATECH,旨在增强美国国内半导体制造与原材料等基础供应能力。在国防部高级研究项目机构(DARPA)领导下,11 家企业除了互通有无,更是加强了与设备制造厂商之间的合作,包括:
1)委托开发设备;2)改进现有设备;3)制定下一阶段技术发展战略;4)加强信息交流。
其中最重要的是新设备开发,占总预算的 60%,项目集中在金属板印刷技术、蚀刻、软件及制造等。统一规划合理配置资源的同时,降低研究与实验的重复性,改善企业无主攻方向问题并大大提升制造能力与材料研发进程。因此,美国 1992 年重新夺回世界第一。
市场方面,美国国内对美产新设备采购意愿从 1984 年的 40% 提升到 1991 年的 70%,1992 年美国应用材料公司成为全球最大设备材料供应商,并保持至今;技术方面,日本终端芯片对比美国的相对成品率从 1985 年的 50% 下降到 1991 年的 9%,1993 年 SEMATECH 完成 0.35 微米的电路制造。
面对近年来中国高科技产业崛起,美国采取和当年打压日本类似的特殊外交、贸易手段,以图遏制中国高科技产业发展势头。贸易摩擦以来,美国加速列出 “出口管制实体清单”,采用禁止美国企业或采购美国设备的他国企业对中国企业出口等手段干预正常企业经营,以达到遏制他国半导体产业发展的目的。当前,涉及军工、芯片、科技、核电、安防、AI 人工智能、网络安全等多个领域的上百个实体被列入美国出口管制实体清单。
聚焦在半导体芯片领域,美国政府通过限制上下游采购、技术软件授权等措施打压他国半导体芯片产业发展。2019 年 5 月,美国将华为及其 68 家非美国关联企业列入其 “实体清单”,在没有美国政府批准条件下华为将无法向美国企业购买元器件。2020 年 8 月,实体清单再增加 38 家华为附属机构,进一步限制华为获取特定美国技术或软件,在美国境外设计和制造半导体。美国进一步打着贸易保护主义的旗号,剑指中国经济崛起和产业升级,尤其是对中国高科技领域的战略遏制和 “围猎”,对此我们要有清醒的认识。
3.3相关立法与优惠政策
注重法律保护的美国,在半导体方面实施了多项政策贯穿全程,直接或间接的影响半导体行业在融资、投资、税收、专利保护、科技研发等方面的进程。形式可分为减免所得税、企业低税率、额外费用减扣、亏损结转、所有权保护、打击恶性竞争等。
以《经济复兴税收法》为例,企业研发费用不作为资本支持而作为费用抵扣,如当年研发开支超过前 3 年平均值,超出部分给予 25% 税收减免,企业用于新技术改进的设备投资可以按照投资额 10% 进行所得税抵免。这一法案的实施,减免企业营业压力的同时增加企业创新研发动力与研发强度。
针对早期芯片行业版权混乱现象,美国出台专门也是当时世界第一部的《半导体芯片保护法》,进行注册后的集成电路权利人可以在 10 年内享有该作品的复制、发行等基础权利,也享有对恶性抄袭复制者的追诉权,即使没有注册,设计者也在 2 年内享有权利。但是《芯片法》不反对反向工程(通过现成产品进行设计复原),也一定程度的促进市场竞争。这部创新性的保护法案也影响了其他国家集成电路的专利保护,更是影响了世界知识产权组织(WIPO)修订《集成电路知识产权条约》与世界贸易组织(WTO)修订《与贸易有关的知识产权协议》。

在经历 2020 年疫情、供应紧张和全球产业链缺芯困境后,美国本土半导体产能建设成为下阶段产业发展重点之一,针对半导体产业的税收优惠措施再度加速出台。2021 财年国防授权法案 (NDAA) 中制定《美国芯片法案》中,政府和国会将为《芯片法案》授权的半导体制造、研究提供资金支持,并制定投资税收抵免优惠措施。根据《2021 年美国半导体现状报告》,美国在半导体和微电子产品生产制造环节份额已从 1990 年的 37% 降至 12%。此议案对半导体制造业的投资提供 25% 的税收抵免,以期增加美国本土芯片制造份额增长、缓解产业链困境和缺芯压力。

启示

从美国科技产业发展的历程来看,科学的体制设计,政府产业政策的有力支持,产学研用生态的建设,大学、企业多元化协作的伙伴关系,构筑集聚优秀人才的科研创新高地,对创新发展、强化国家战略科技力量有重要意义。

1)合理的产业扶持政策,可以促进卡脖子等核心技术领域攻关,加速扩展商业化应用落地。

产业政策在经济发展和产业结构升级过程中发挥着重要的作用。以国家主导的产业政策扮演着积极引导与调整产业结构的角色,能起到提升社会资源配置效率,加快产业、技术、人才向更优结构转变等重要作用,促进产业的升级与技术的进步。

美国 20 世纪 60 年代在半导体产业发展初期,政府采购集成电路的产品数量一度占到企业全部产量的 37%-44%,这对创新企业、中小企业带来巨大的帮助。在 80 年代后期半导体产业面临日本挑战时,美国由国防科学委员会和美国半导体协会共同牵头建立半导体制造技术科研联合体,由联邦政府提供联合体一半的经费,研究成果由政府和企业共享,最终夺回半导体企业世界第一的位置。当下,在半导体产业和技术进入相对成熟期后,美国政府仍发布《美国芯片法案》、《2021 年美国创新与竞争法案》,继续通过大规模战略部署、资金支持等手段对本土产业进行保护。

在产业发展初期,政府采购、资金支持等政策支持能为先进技术发展提供方向;在产业链相对成熟发展以后,成立产业组织、税收优惠等政策措施能进一步加速商用产能落地、保护本土产业链完整。组建研发联盟对卡脖子技术领域进行联合攻关,在关键技术领域加大对国产部件、系统软件采购比例,提供资金支持和相关的税收政策,对打造自主可控的科技产业生态具有重要意义。

2)市场导向的多层次、多元化的产学研用协作生态体系,对促进科研成果转化有正向积极作用。

从学校到企业,斯坦福大学技术授权办公室模式完善了对内对外的技术转化服务体系。对外形成技术授权和合作机制,对内形成技术转化服务体系并打造一流的师资,培养一流的人才。在大学与企业之间开展多层次的合作,一方面给予了大学教职人员在创业、兼职、咨询方面更大的自主权,另一方面给学生创造更好的学习、创业和交流环境,形成了良好的创新氛围。

我国《国民经济和社会发展第十四个五年规划和 2035 年远景目标纲要》提出,要坚持创新驱动发展,全面塑造发展新优势,其中提升企业技术创新能力要促进各类创新要素向企业集聚,形成以企业为主体、市场为导向、产学研用深度融合的技术创新体系

产学研用生态建设,一是可以促进创新要素市场化,促成科研技术成果有效转化。企业和大学的科研人员存在的广泛的互访、交流、合作,为大学科研人员带来以解决现实问题为导向的研究灵感。通过高校办企、技术外包转让、联合研究、共建实体等方式,可以有效促进科研成果和技术转化,从而提高从技术创新到应用创新的创新链整体效能。

二是可以促进企业聚集形成正向生态循环。促进各类创新要素向企业集聚,一方面创造就业、产生收入、贡献税收,另一方面高收入、产业集聚、创业氛围进一步吸引优秀企业和一流人才流入,形成正向循环,不断完善产学研用生态的激励机制、法律保障措施,从而更好的完善机构设置和各主体融合。

3)开放人才政策、构筑集聚优秀人才的科研创新高地,对促进本国科技发展,巩固国家战略科技力量有重要意义。

以半导体产业发展为例,美国安全与新兴技术研究中心(CSET2020 年报告声明,为了保持芯片领域安全和竞争力,美国需要利用其最大的优势之一:吸引、发展和留住世界上最优秀的科学和工程人才的能力。该报告提出,一是受益于硅谷、纽约科技谷等地区半导体人才集群,美国半导体产业创造了巨大的经济价值。二是来自外国的人才为美国半导体创新做出了重大贡献,美国大约 40% 的高技能半导体工人来自印度、中国等国家地区。三是美国大学是吸引外国半导体人才的主要途径。1990 年来,美国大学半导体研究生课程国际学生人数从 5 万人增加到 14 万人,而超过 80% 的半导体相关领域国际博士学生毕业后留美。四是注重与盟友和合作伙伴的合作,韩国、日本、荷兰和英国是美国以外重要的半导体公司所在地,CSET 认为加强与此类公司合作对于影响尖端半导体人才和技术的流动至关重要。

另一方面,半导体行业发展也为美国经济和劳动力就业市场产生积极影响。《美国半导体现状报告》指出,2020 年美国半导体行业总共提供 185 万就业岗位,其中包括 27.7 万名从事半导体研发、设计和制造直接雇佣人才;此外,每个半导体行业岗位都会拉动额外 5.7 个就业岗位。美国芯片设计、集成设备制造合计占全球半导体销售近 50% 的份额,2020 年美国半导体产业对 GDP 拉动为 2464 亿美元。

文:任泽平团队 @来源:泽平宏观

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