2023年3月，美国战略与国际研究中心（CSIS）发布《成熟制程芯片的战略重要性》报告 。报告指出，2020年末出现的芯片短缺使美国意识到最先进的半导体已不在美国制造，这是美国的一个战略漏洞。但另一方面引发关注的是，芯片短缺主要是由于成熟制程芯片（Legacy Chips）供应不足造成的；虽然美国公司继续生产这种类型的芯片，但是数量不足以满足国内器件制造商的需求。报告讨论了成熟制程芯片的定义和用途，分析了美国成熟制程芯片短缺对美国汽车行业的影响以及导致美国成熟制程芯片短缺的原因。报告认为，成熟制程芯片供应不足对美国经济造成了重大破坏，促使美国更深入地审视成熟制程芯片的战略意义。
一、成熟制程芯片的定义及用途
美国2022年《芯片和科学法案》将成熟制程器件定义为采用28纳米或以上制程技术生产的器件，并要求美商务部为其他类型的芯片制定精确的定义。尖端芯片（Cutting-edge Chips）的官方定义也尚未形成，但可以假定适用于5纳米或以下的工艺节点。高度先进的10纳米和7纳米芯片处于定义的灰色地带，还有待美国商务部将其归类。
成熟制程芯片无处不在。虽然尖端芯片或微处理器在关键技术中有着广泛应用，但成熟制程芯片普遍用于汽车、飞机、家电、宽带、消费电子、工厂自动化系统、军事系统和医疗设备等的生产制造。这些设备在美国制造业经济中发挥着核心作用，这意味着成熟制程芯片的供应中断会对美国制造业和下游经济活动产生负面影响。
成熟制程芯片并不是过时技术，会不断地针对新的需求和应用进行创新改进。例如，使用碳化硅半导体，有望在经济脱碳中发挥重要作用。成熟制程芯片在未来很长一段时间内还将与新兴产业和技术保持高度关联。
因此，在晶体管尺寸方面将成熟制程芯片与尖端芯片区分开来，可能会限制对成熟制程芯片的战略和经济重要性的理解。2022年10月，美商务部出台的限制中国先进芯片制造的出口管制，进一步印证了这一重大战略缺陷。这种失策使中国有机会在主流芯片方面继续创新。
如果美国要保护其经济免受中国产业政策的影响，政策制定者不能纯粹根据芯片组件的大小将芯片分为“先进”或“不太先进”，而必须更仔细地思考特定成熟制程芯片的重要性以及支持其生产和持续创新的政策。
二、美国成熟制程芯片短缺对美国汽车行业的影响
目前对成熟制程芯片的广泛认知是由新冠疫情期间的芯片短缺所引发的。尽管当时产能利用率达到历史最高水平，但美国本土产能仍无法满足国内需求。2022年初，美国商务部调查发现企业最严重短缺的不是尖端芯片，而是40纳米或以上制程的成熟制程芯片。成熟制程芯片仍是当前美国和全球主要生产的芯片类型。
2022年美国芯片产量有所增长，但市场现在面临某些类型芯片的供应过剩，而汽车芯片仍然面临短缺问题。用于汽车行业的芯片必须具备“汽车级”功能，相比于先进的消费电子产品芯片，需要更加强大以及接近“零缺陷”的性能。因此，成熟制程芯片占汽车行业芯片消费总量的95%，乃至于“缺芯”对汽车行业的冲击最大。
汽车级成熟制程芯片的短缺始于2020年，削弱了美国的汽车生产。在2021年初至2022年间，北美汽车制造商因无法获得足够的芯片部件而被迫减产430万辆汽车。同时，可用芯片的价格也大幅上涨，加剧了通货膨胀。例如，从2020年秋季到2021年秋季，普通微控制器的单位价格翻了五倍。
随着汽车行业的创新发展，芯片已成为汽车最基本的零部件，且单车芯片数量不断增长。2017年至2021年间，每辆汽车的平均芯片数量翻了一番，达到约1700个。随着汽车和卡车融入新的安全功能和自动驾驶功能，这一数字还会继续增加。据Gartner预测，全球汽车芯片市场的总价值将从2020年的387亿美元增长到2030年的1166亿美元，复合年增长率为11.7%。然而，汽车芯片所依赖的成熟制程芯片产能仅以每年约2%的速度增长。即使不考虑周期性供应问题，汽车芯片的产量也根本跟不上。
三、美国成熟制程芯片短缺的原因
1. 投资和产能不足。近几年来，对成熟制程芯片制造能力的投资一直远远落后于需求。就汽车行业来说，投资不足在模拟器件方面尤为突出。全球最大的模拟芯片制造商之一意法半导体公司预测，其积压的汽车芯片订单将“持续超过现有和预期的制造产能至2023年。”。对于美国来说，其芯片行业正在丧失生产某些类型成熟制程芯片的能力。这并不是因为技术障碍的问题，而是因为较老的晶圆厂正在关闭而没有出现相应的替代工厂。考虑到“旧”工艺设备不易获得且投资回报率不高，企业不愿对成熟制程晶圆厂进行投资，进而引发产能的减少。面对汽车行业芯片需求的迅速增长，芯片短缺问题陷入僵局。
2. 来自中国的风险。中国对成熟制程芯片的大量投资可能导致中国在全球成熟制程生产中占据主导地位，这给美国带来了风险。鉴于西方对中国先进芯片的技术管控，中国的大多数新投资将可能用于生产成熟制程（28纳米及以上）芯片。如果中国能够获得必要的制造设备，预计未来10年中国的晶圆装机容量将增加近一倍，达到全球芯片装机容量的19%左右。美国半导体行业协会（SIA）的分析指出，“中国EDA公司的成熟制程芯片设计能力越来越强，中国国内设备公司有望在未来几年为成熟制程节点（40/28纳米）生产提供强大的能力。”
四、报告结论
展望未来，成熟制程芯片对于现代经济运行的重要性只会继续增长。保持一个强大而有弹性的成熟制程芯片的供应基础，使其能够进行投资，可以生产并不断改进以迈向更先进节点，将对国家的竞争力和经济安全至关重要。此外，先进制程芯片的创新预计将成为各种新兴技术的基础，例如欧美战略必争的绿色能源技术，将需要更先进、更高制程的芯片。
