随着每一代新的半导体越来越小，晶体管也越来越密集，生产的复杂性和成本也随之增加，使供应链的每个环节都有机会提高产品的竞争力和质量。因此，只有少数公司能够设计和制造先进的芯片，同时又能够灵活地进行不断的技术改进。从设备生产到芯片制造，产品和服务略胜于竞争对手的公司能够获得行业收入的很大部分比例（一般占到一半）。

生产过程的三个主要部分包括：设计，制造，以及组装、测试和封装（ATP），生产的各种设计和制造设施（或称作“晶圆厂”，FAB），用以供给供应链。

最大的半导体制造商分布在美国、韩国、欧洲和日本，但只有少数是垂直整合的：这些集成设备制造商（IDM）包括英特尔、三星、SK海力士和美光科技等公司。然而，该行业的很多企业都采用了“设计—代工”（Fabless-Foundry）的模式，将任务分配给专业的公司，并将价值链的一部分外包给台湾地区、中国大陆和新加坡的公司以降低生产成本，同时利用当地的专业知识提高产品性能。

“设计公司”没有制造能力，只设计芯片，让代工厂专门制造芯片，封测外包供应商（OSAT）则负责测试半导体元件，并将其组装到运行设备中去。芯片价值的90%在设计和制造环节之间平均分配，10%分配给组装、测试和包装环节。

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过去几十年里，“设计—代工”模式越来越成为一种趋势以降低生产成本，同时也可以利用整个价值链的专业知识。供应链中的资本密集型部分，如设计和制造，需要高度专业化的知识和先进的生产设备，产能利用率为90%，通常分布在加拿大、欧洲、美国；而后端生产——测试、组装和封装组件，并整合进成品（如笔记本电脑）——则是供应链最劳动密集型的部分，往往分布在工资和税收较低的国家，如马来西亚、越南、菲律宾。

因此，今天的半导体产业高度全球化，通常的生产过程要跨越四个国家和25000英里。

新冠肺炎对供应链的破坏给行业敲响了警钟，迫使企业评估和规划其价值链模式，许多公司意识到，他们并不知道自己所依赖的所有供应商的层级。劳动力密集型的供应链运营环节，如制造和组装、测试、封装（ATP）阶段，特别受到社交距离、旅行限制和封锁措施的影响。同时，对私人通信基础设施（如个人电脑、服务器、用于家庭教育和在家办公的无线和有线通信，以及用于独立旅行的汽车）的需求在增加，过去一年中行业总收入增加了8%，但也削弱了这些已经非常脆弱的链条。随着新兴技术开发商（尤其是人工智能应用）推动需求，预计到2022年需求将增长50%，各行业的制造商和最终用户都在争相获取芯片。

美国公司仍然是全球半导体行业的领导者，制造业大多外包——尤其给亚洲

虽然美国公司主导着半导体供应链的许多部门，但他们长期以来一直专注于研发（R&D），这对推动持续创新至关重要。由于竞争激烈、技术变革迅速等严峻的市场条件要求不断的发展，研发和加大创新力度成为企业的首要任务。

美国半导体公司每年将收入的20%（即400亿美元）投资于研发，使其成为占比仅次于制药业的美国第二大行业。该行业的研发投资已取得成效，先进半导体成为美国五大出口产品之一，仅次于飞机、石油（原油和精炼油）和汽车。值得注意的是，美国工业收入的82%来自海外，其中36%（即705亿美元）来自中国。

鉴于联邦政府对私营部门半导体创新的支持相对有限，出口收入对于美国公司重新投资于研发的能力至关重要，这样才能保持技术领先以及行业中的领导地位。

尽管美国公司一半的生产分布在美国80个晶圆厂和19个州，但美国的晶圆厂仅占全球制造业的12%。生产过程的大部分已经转移至亚洲，以便企业能降低成本，使其供应商基础多样化，并创建具有弹性的供应链，以此来抵御新冠肺炎等冲击，并减轻贸易争端的影响。

据美国空军的商业和经济分析办公室估计，到2022年，90%的尖端芯片生产将分布在台湾地区、韩国和中国大陆。随之而来的将是美国晶圆厂在全球产能中的份额降至8%，中国产能增至35%。这种生产集中的趋势，以及美国公司越来越依赖亚洲半导体制造技术的趋势，使得供应链如果进一步中断或美国公司无法在该地区经营或运输货物，将对美国的经济竞争力和国家安全造成威胁。

美国这种缺乏制造业和整体行业整合的部分原因，来源于建造和维护工厂的巨大成本，建成一个尖端工厂的成本需要150亿美元到200亿美元不等。制造设备价格昂贵，前端光刻设备用于绘制晶圆上高度复杂的电路图案，每台价格高达1亿美元。

下一代半导体制造技术，将用于制造7纳米或更小制程的半导体，如极紫外（EUV）光刻，每台成本为1.2亿至1.7亿美元。对于先进的半导体生产，如5纳米制程，单晶圆可以有多达14层极紫外光刻，大大增加了资本成本。

总体而言，与台湾地区、韩国、新加坡或中国大陆相比，在美国创立一家新晶圆厂，建设并运营十年的成本要增加30%至50%。

除了晶圆厂费用高这个阻碍因素外，美国的环境法规也阻止了对美国半导体制造业的投资。总统科技顾问委员会（PCAST）指出，工业界认为《联邦清洁空气法》是及时批准设备使用的阻碍。施工前和运营的许可证由州和地方机构颁发，要批准大型项目可能需要12到18个月。在这个行业，要想将项目变现，竞争和革新的速度尤为重要，冗长的许可过程可能会阻碍美国建成工厂。

美国在全球制造业中所占份额的下降，也是由于联邦政府缺乏激励措施，这种情况推动企业将生产部门转移到海外，尤其是亚洲。行业领袖们有针对性地指出，美国的企业税制度是经济合作与发展组织（OECD）中税率最高的，研发税收抵免相对较低，而且不鼓励对重资产行业进行资本投资。

认识到这一趋势，加上对美国国内半导体能力减弱的战略担忧日益增强，《2021年国防授权法案》（NDAA）中“为美国生产半导体创造有利激励”（CHIPS for America）的条款，为企业提供高达30亿美元的资金在美国建造一座晶圆厂。这是目前唯一一项激励国内半导体制造业建设的政府计划。国会工作人员表示，该条款旨在强化整个供应链。半导体行业对该法案表示欢迎，并敦促国会立即拨出资金。

一些专家怀疑：NDAA条款是会成功促进美国的芯片制造，还是会相反地激励中国进一步加强其本土化的努力？鉴于供应链的高度全球化性质和生产过程每个阶段的独特性质，宽泛的NDAA条款不太可能解决整个价值链模式的所有弱点。

2020年6月提交国会的“CHIPS for America”中，原本还包括一个更大的220亿美元的激励计划，以及芯片设备和制造的所得税抵免；还比如2020年美国芯片制造厂法案（American Foundries Act），它批准投入250亿美元用于研发、设施建设、设备和知识产权收购。这些支持性的立法，可能进一步帮助半导体产业，但两项法案都尚未通过，目前国会委员会仍在商讨。