半导体产品的研发、设计和生产是非同寻常的复杂和全球化，大致可分为四个主要阶段：基础研究、设计、晶圆制造、封装和测试。此外，芯片设计还需要EDA工具和各种IP核，而芯片生产则需要半导体生产设备和各种专用材料。从半导体器件的应用市场来看，美国和中国各自约占全球半导体消耗量的 1/4，无论作为半导体消费者还是创造者，都有着举足轻重的份量。下面我们将从六个方面对美国和中国大陆（不包括台湾）的半导体产业链实力做个全方位对比。
- 基础研究
- EDA/IP
- 芯片设计
- 晶圆制造
- 制造设备和材料
- 封装测试
基础研究
半导体的基础研究主要是半导体基础材料和化学工艺的研究，是半导体器件的设计和制造实现技术突破和商用化的源动力。一项研究成果大约需要10到15年的时间才能达到商业化阶段，例如，Extreme Ultra-Violet（EUV）技术从最初的概念到进入晶圆厂实施阶段花了将近四十年。虽然没有具体的数据统计，但基础研究一般约占半导体总研发投入的15-20％。比如，美国多年来一直保持在16-19％的水平。
如上图所示，2018年美国半导体整体研发投入为5800亿美元，其中基础研究占17%；应用研究占20%；产品开发占63%。
从资金来源看，基础研究的42%来自联邦政府，来自企业的资金占29%，来自大学和其它非盈利机构的资金占29%。政府资助的研究经费虽然整体占比不高，但取得的技术突破却对半导体产业发展有着重大影响。例如，美国防部于上世纪80年代末资助的微波和毫米波集成电路（MIMIC）项目研发出砷化镓(GaAs)晶体管，基于这种材料和结构的RF器件让智能手机与蜂窝通信塔的无线连接成为可能。
过去40年来，美国企业界在半导体研发上的投入占GDP的比例增长了差不多10倍，而政府在半导体领域的投资金额一直没有增长。
根据经济合作与发展组织（OECD）的数据，2018年中国的整体研发投入全球排名第二，仅比美国低5%，但是投入到基础研究的费用只占5-6%，半导体领域的基础研究就更低了。中国新的五年计划将基础研究列为重点投入领域，2021年的目标比例是GDP的11%，半导体也将作为重中之重得到较为充裕的资源投入。
EDA/IP
EDA和IP虽然在全球半导体供应链中占比很小，但在价值链上却举足轻重，可谓半导体“皇冠上的明珠”。EDA三巨头（新思科技、Cadence，以及被西门子收购的Mentor）都是美国公司，他们同时也开发和提供各种IP。IP市场的领头羊Arm极有可能被美国的英伟达收购而成为美国公司。根据SIA和BCG的报告统计，美国在EDA/IP领域占据74%的份额，而中国只有3%。中国EDA行业虽然有华大九天、概伦电子，以及新兴的EDA初创公司，但整体实力跟美国还相距甚远。在IP方面，只有芯原和Imagination（中资背景的英国公司）在全球市场占据一定的份额。
芯片设计
芯片设计是典型的人才和智力密集型产业，全球芯片设计的研发投入占整个半导体研发的53%，是最大的一块。Fabless设计公司的R&D投入一般占其营收的12-20%，有的先进工艺系统级芯片的研发占比更高。在逻辑芯片设计市场，美国占67%，而中国几乎为零。在存储器方面，美国占29%，中国占7%，长江存储、武汉新芯和合肥长鑫等存储器厂商的崛起将有助于增加中国在这一领域的份额。在DAO方面，美国占37%，中国占7%。美国的TI和ADI长期占据全球模拟芯片市场龙头地位，短期内中国或者其它国家都难以撼动。中国在电源管理器件方面的竞争力逐渐增强，模拟领域也有圣邦微和思瑞浦等公司的兴起，但整体营收和技术实力还不能跟美国相提并论。
晶圆制造
晶圆制造环节在研发方面占整个半导体产业的13%，但资本投入却占据了64%，是典型的资本密集型产业。根据芯片产品的复杂度不同，晶圆制造过程会涉及400-1400个工艺步骤。台积电和三星拟新建的5nm工艺晶圆厂总投资接近200亿美元，这么巨额的投资令很多国家和企业望而却步。要知道建造一艘最先进的航母造价也就130亿美元，而建造一座新的核能发电站耗资只不过40-80亿美元。像台积电和三星这样的最先进工艺晶圆代工厂商，其每年的资本开支要占营收的30-40%。7nm工艺及更先进的晶圆厂100%都在东亚，都掌握在台积电和三星手中。
从目前的整体制造产能来看，美国占全球的12%，中国则占16%。据SIA统计和预测，美国在1990年的晶圆制造产能占全球的37%，现在已经下滑到12%。如果继续按这样发展下去，到2030年美国的半导体制造能力将只有全球总产能的10%。而同期中国则一路上升，从1990年接近零到2000年的3%，再到现今的16%，到2030年预期将达到24%。鉴于这一严峻的现实，美国政府开始拨款大力支持美国公司和外国企业在美国本土建造晶圆厂。同时，通过技术出口限制等手段遏制中国在晶圆制造方面的增长，特别是14nm以下工艺的生产。
制造设备和材料
半导体制造过程会使用超过50种不同类型的复杂晶圆处理和测试设备。光刻工具代表了晶圆厂商最大的资本支出之一，而且确定了晶圆厂可以生产的芯片先进程度。先进的光刻设备，特别是那些采用极紫外线（EUV）技术的设备，是生产7纳米及以下工艺芯片所必需的，一台EUV机器的售价就高达1.5亿美元。开发和制造这种先进的高精度制造设备需要在研发方面进行大量投资。半导体设备制造商通常将其营收的10-15％用于技术和产品研发。半导体设备制造商的整体研发水平为9％，在整个半导体产业的价值占比约11％。
在半导体制造设备领域，美国占比41%，以LAM（泛林半导体）、AMAT（应用材料）和KLA（科天半导体）为代表。而中国仅占5%，以中微半导体和北方华创为代表。中国最大的晶圆代工厂商中芯国际在购买ASML EUV光刻机等方面一直受到美国政府阻挠，致使中国14nm以下先进工艺的研发和生产一直滞后。
此外，半导体制造也依赖专门的材料来加工和处理晶圆。半导体制造过程涉及多达300种不同的材料，其中许多都需要先进的技术和设备来生产。例如，用于制作晶圆片的多晶硅锭的纯度必须达到太阳能面板的1,000倍。全球300毫米硅片主要由五家供应商提供，主要来自日本、韩国、德国和台湾。中国大陆只有上海新昇半导体一家可以提供。
在全球半导体制造材料市场，美国占比11%，而中国占比13%。
封装测试
封装测试属于芯片制造的后道工序，主要是将晶圆厂完成的晶圆片切割成裸片，并进行封装和测试，最后输出芯片成品给芯片设计公司。封测厂商也需要投资大量的专用设备，一般占其营收的15%。虽然后道工厂的资本和研发投入不比前道晶圆厂大，但先进的封装工艺也需要先进的设备和工艺支持，比如可以集成多个裸片的系统级封装（SiP）工艺。
封装和测试工厂主要集中在中国大陆和台湾，东南亚也有一些新的封测工厂设施。在这一领域，中国占比38%，而美国只有2%。
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