各方發(fā)聲：完整的半導體供應鏈不是有錢(qián)就能堆出來(lái)的

來(lái)源：半導體產(chǎn)業(yè)縱橫

從中國到美國再到歐洲，半導體制造商都在享受大量補貼，但這帶來(lái)了什么影響呢？

問(wèn)題是這些努力只觸及半導體供應鏈的可見(jiàn)端。在芯片生產(chǎn)的背后，是一個(gè)供應設備和其他項目的網(wǎng)絡(luò )，其中包括數百種原材料、化學(xué)品、易損件、氣體和金屬，沒(méi)有它們，令人難以置信的精確芯片制造過(guò)程就無(wú)法運轉。中國也投資了億元人民幣，以在其境內復制芯片供應鏈。

波士頓咨詢(xún)集團半導體和材料負責人 JT Hsu 表示，即使是實(shí)現 70% 到 80% 的自力更生的目標“也非常艱難......對于任何國家或地區來(lái)說(shuō)，要覆蓋完整的半導體生產(chǎn)鏈都是極具挑戰性的?！?/span>德國化學(xué)集團巴斯夫電子材料業(yè)務(wù)部半導體材料副總裁 Jens Liebermann 說(shuō)：“不僅需要制造芯片的工廠(chǎng)，而且還需要工廠(chǎng)里涉及到的所有的東西?！?nbsp;“所有的材料、化學(xué)品、氣體及其原材料，都是必須的。歸根結底，源頭在哪里，原材料在哪里，制造在哪里，誰(shuí)可以處理物流？”曾創(chuàng )辦臺積電并曾任臺積電CEO的半導體行業(yè)元老張忠謀在對美國的講話(huà)中直言不諱的指出了這一點(diǎn)。“如果你想在美國重建一個(gè)完整的半導體供應鏈，你不會(huì )發(fā)現這是一項可能的任務(wù)，”他在去年的一個(gè)行業(yè)論壇上表示?！凹词鼓慊ㄙM了數千億美元，你仍然會(huì )發(fā)現供應鏈是不完整的，你會(huì )發(fā)現它的成本非常高，比你目前的成本要高得多?！?/span>上游瓶頸盡管它們聽(tīng)起來(lái)微不足道，但這些閥門(mén)、管道、管道、泵和容器是復雜性的案例研究，正在讓高管們非常困擾。“我不是在開(kāi)玩笑！我們仍然收到一年多前訂購的閥門(mén)和管子，”一位臺積電供應商的高管說(shuō)到?！按蜷_(kāi)盒子的時(shí)候，我們常常會(huì )很震驚。訂單上是100件，打開(kāi)盒子里面可能只有10件?！?p>

由于只有少數專(zhuān)業(yè)供應商能夠滿(mǎn)足防污染標準并處理具有潛在軍事用途的制造項目的繁文縟節，因此提高產(chǎn)能并非易事，尤其是在原材料供應有限的情況下。這些物品由稱(chēng)為含氟聚合物的特殊塑料制成，對于處理在所有芯片制造設施和芯片制造機器中流動(dòng)的腐蝕性化學(xué)品和超純水來(lái)說(shuō)是必不可少的，這些標準也在不斷提高。例如，用于構建最新 iPhone 和 MacBook 處理器的最先進(jìn)芯片現在處于 5 納米級別。納米尺寸是指芯片上晶體管之間的線(xiàn)寬。一納米大約是一張紙或人類(lèi)頭發(fā)厚度的 1/100000。納米尺寸越小，芯片就越尖端和強大，因此開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)也更具挑戰性。反過(guò)來(lái)，芯片制造商需要在芯片上放置數十億個(gè)晶體管。對缺陷或微污染的容忍度極低。“一個(gè)新冠病毒的大小約為 100 納米，”德國默克電子公司集成供應鏈轉型高級副總裁Kevin Gorman告訴日經(jīng)新聞?！?span style="margin: 0px; padding: 0px; outline: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; overflow-wrap: break-word !important; font-family: 微軟雅黑;">這樣你就知道芯片制造工作的精細程度以及為什么所有材料都至關(guān)重要?！?/span>對于用于處理化學(xué)品的半導體級閥門(mén)和管道，至關(guān)重要的是它們不能成為污染源。而全球只有少數供應商有能力達到嚴格的要求。日本CKD、Advance Electric、美國Entegris是合格的閥門(mén)供應商；日本 Iwaki 是化學(xué)品輸送泵的主要供應商；業(yè)內消息人士稱(chēng)，奧地利的 Agru 和瑞士的 Georg Fischer 是芯片廠(chǎng)關(guān)鍵管道系統的重要供應商。Wassenaar Arrangement 是一項由 40 多個(gè)國家簽署的多國協(xié)議，旨在避免將此類(lèi)組件運送到某些國家用于軍事用途，該協(xié)議增加了繁文縟節，為新進(jìn)入者提供了另一個(gè)障礙。
沿著(zhù)供應鏈上游走，在制造這些部件的含氟聚合物方面出現了進(jìn)一步的障礙。其中一種稱(chēng)為 PFA 的材料僅由美國的 Chemours 和日本的 Daikin Industries 提供。它的加工需要大量的技術(shù)，而且沒(méi)有競爭對手。其他主要的氟聚合物材料制造商包括比利時(shí)的索爾維、美國的 3M、印度的 Gujarat Fluorochemicals 和俄羅斯的 HaloPolymer。但并非所有人都有資格制造半導體級材料，他們必須為科技行業(yè)以外的廣泛其他行業(yè)提供產(chǎn)品。由于烏克蘭局勢造成的干擾和制裁，來(lái)自俄羅斯的材料已經(jīng)減少了。臺積電領(lǐng)先的潔凈室制造商和競爭對手芯片制造商美光科技的首席業(yè)務(wù)發(fā)展官 Hsu Chun-yuan 告訴日經(jīng)新聞，“含氟聚合物的來(lái)源受到限制”，并且“在電動(dòng)汽車(chē)熱潮的推動(dòng)下，芯片和電池行業(yè)的需求都在增加。”再往上游走呢？市場(chǎng)研究公司 IndexBox 的數據顯示，含氟聚合物由螢石（也稱(chēng)為氟石）加工而成，中國控制著(zhù)全球近 60% 的產(chǎn)量。長(cháng)期以來(lái)，中國一直將螢石確定為戰略資源，并且在 1990 年代后期，由于其對農業(yè)、電子和制****、航空、航天和國防等行業(yè)的重要性，因此限制了出口。這種礦物通常被標記為“半稀土”。

根據IndexBox的數據，墨西哥是第二大螢石生產(chǎn)國，去年約占市場(chǎng)的10.8%，其次是蒙古和南非。在歐洲，保加利亞和西班牙共同控制著(zhù)全球市場(chǎng)約 5% 的份額。在白宮于 2021 年發(fā)表的一份供應鏈審查文件中，美國標記了受外國支配的關(guān)鍵材料的風(fēng)險，并將螢石列為“短缺戰略和關(guān)鍵材料”清單之一。該報告沒(méi)有指出其與芯片制造行業(yè)的深層聯(lián)系。它表示，增加關(guān)鍵礦產(chǎn)的來(lái)源、加強庫存以及提高北美的制造、加工和回收能力，可能會(huì )減少“未來(lái)全球危機”期間的中斷。在處理諸如用于光刻的氖和用于蝕刻的氟氣 C4F6 等氣體時(shí)也會(huì )出現類(lèi)似的問(wèn)題。兩者都將烏克蘭或俄羅斯視為主要供應來(lái)源，而這些供應已因戰爭而中斷。移動(dòng)這些氣體的設備專(zhuān)業(yè)要求也非常高。日經(jīng)亞洲供應鏈調查顯示，只有少數幾家公司——包括盧森堡的 Rotarex 和日本的 BBB Neriki Valve 和 Hamai Industries，有資格為半導體行業(yè)使用的氣瓶提供超高純度閥門(mén)。Rotarex 控制著(zhù)近 80% 的市場(chǎng)，并且只在盧森堡生產(chǎn)這些特定產(chǎn)品。這些閥門(mén)由不銹鋼和其他合金制成，必須經(jīng)受多重的驗證過(guò)程，并且由于存在泄漏和爆炸的危險，因此需要獲得政府認證。新的進(jìn)入者需要“10 到 20 年”才能達到不同政府機構的認證標準和測試。貿易緊張局勢、流行病和戰爭2019 年，美國前總統唐納德特朗普政府以國家安全為由對中國科技冠軍華為技術(shù)公司進(jìn)行打壓，并阻止其使用美國技術(shù)，尤其是芯片，因此在美中科技戰爭中出現了要求芯片供應鏈恢復彈性的呼聲。此舉激起了中國在全國范圍內跨行業(yè)的積極生產(chǎn)，以減少對美國的依賴(lài)，并建立一個(gè)安全、可自我控制的供應鏈。自給自足運動(dòng)在 2020 年底演變成一場(chǎng)全球運動(dòng)，因為前所未有的芯片短缺使汽車(chē)生產(chǎn)停滯不前，并傷害了廣泛的行業(yè)，壓制了全球經(jīng)濟增長(cháng)，威脅到就業(yè)。美國商務(wù)部表示，到 2021 年，短缺使該國的國內生產(chǎn)總值 (GDP) 減少了約 2400 億美元。僅汽車(chē)行業(yè)的汽車(chē)產(chǎn)量就比前一年減少了 770 萬(wàn)輛。烏克蘭局勢進(jìn)一步放大了對供應鏈安全的需求。戰爭推高了許多芯片相關(guān)供應商所需的能源、金屬、化學(xué)品和關(guān)鍵氣體的價(jià)格。這也增加了緊迫感。對于大多數主要經(jīng)濟體來(lái)說(shuō)，芯片對于構建從計算機和數據中心到電器和汽車(chē)的一切事物都是必不可少的。它們是爭奪太空、科學(xué)、人工智能和電動(dòng)汽車(chē)霸權的核心，對未來(lái)的軍事和國防裝備至關(guān)重要。美國商務(wù)部在最近的一份報告中指出，先進(jìn)芯片是一系列關(guān)鍵國家安全能力不可或缺的一部分。迄今為止，各國政府已承諾投入超過(guò) 1000 億美元用于補貼本地芯片供應鏈的建設。除美國芯片法案外，歐盟還通過(guò)了460 億美元的《歐洲芯片法》，日本拿出了44.2 億美元的預算，印度為半導體和其他科技行業(yè)設立了 300 億美元的資助計劃。

從美國英特爾、美光和德州儀器到臺積電和韓國三星電子等主要芯片制造商已分別宣布投資超過(guò) 6500 億美元。其中包括幾個(gè)在他們的基地之外的地方。臺積電在美國和日本建設，英特爾計劃在歐洲和東南亞擴張，三星在美國有建設計劃 據 SEMI 估計，從 2020 年到 2024 年，全球將有大約 91 家新的芯片工廠(chǎng)投產(chǎn)。今年早些時(shí)候頒布《歐洲芯片法》時(shí)，歐盟委員會(huì )主席烏爾蘇拉·馮德萊恩承認，“沒(méi)有一個(gè)國家——甚至沒(méi)有一個(gè)大陸——可以完全自給自足?！?/span>“歐洲將始終致力于保持全球市場(chǎng)的開(kāi)放并保持它們之間的聯(lián)系。這符合世界的利益；這也符合我們自己的利益，”她說(shuō)?！皻W洲將與志同道合的合作伙伴建立芯片合作伙伴關(guān)系，例如美國或日本。這關(guān)乎平衡的相互依存關(guān)系，關(guān)乎可靠性?！?/span>美國財政部長(cháng)Janet Yellen提出了“friendshoring”作為一種妥協(xié)的概念?！拔覀儾荒茉试S各國利用其在關(guān)鍵原材料、技術(shù)或產(chǎn)品方面的市場(chǎng)地位來(lái)擾亂我們的經(jīng)濟或行使不必要的地緣政治影響力，”她在 4 月表示?！白屛覀冊趯γ绹と烁欣臈l件下，建立和深化經(jīng)濟一體化及其帶來(lái)的效率。讓我們與我們知道我們可以依靠的國家合作?！?/span>

俄羅斯失去西方的青睞表明聯(lián)盟會(huì )隨著(zhù)時(shí)間的推移而發(fā)生變化，甚至在表面上致力于自由貿易的國家之間也會(huì )出現爭吵。在 2019 年?yáng)|京-首爾貿易戰期間，日本限制了光刻膠（一種由日本供應商主導的關(guān)鍵芯片制造化學(xué)品）向韓國的出口。BCG 的一項評估表明，半導體供應鏈中的設計工具、制造、包裝、材料和設備至少存在 50 個(gè)瓶頸。研究發(fā)現，美國在芯片設計工具和至少23種基本設備方面占主導地位。日本在包括晶圓和光刻膠在內的關(guān)鍵材料的生產(chǎn)和關(guān)鍵配方方面處于領(lǐng)先地位。歐洲是工業(yè)氣體的領(lǐng)導者。荷蘭 ASML 獨家制造的極紫外 (EUV) 光刻機提供了一個(gè)很好的例子，說(shuō)明在芯片供應鏈中切換組件是多么困難。有時(shí)根本無(wú)法找到替代品。EUV機器在7納米及以下尖端芯片的生產(chǎn)中是必不可少的，有助于將復雜的集成電路圖案投射到微尺度上。生產(chǎn)延遲阻礙了增加新產(chǎn)能的能力，延長(cháng)了當前的芯片緊縮期，并阻礙了更多尖端芯片的引入。知情人士告訴日經(jīng)新聞，由于包括光學(xué)鏡和鏡頭在內的重要部件受到限制，ASML 已將幾款產(chǎn)品的等待時(shí)間延長(cháng)至兩年。公司發(fā)言人承認存在一些延誤，并表示該行業(yè)的限制“非常多樣化，而且涉及多層次的供應商”。在機器的真空室內制造 EUV 光極具挑戰性，德國通快公司提供強大的激光源，另一家德國合作伙伴光學(xué)專(zhuān)家蔡司集團提供反射和引導光線(xiàn)的鏡子系統。由于即使是最小的不規則也會(huì )導致像差，蔡司吹噓其產(chǎn)品是世界上“最精確”的鏡子?！叭绻渲幸粋€(gè) EUV 反射鏡將激光束重定向并瞄準月球，它將能夠擊中月球表面的乒乓球，”首席執行官 Andreas Pecher 說(shuō)到。蔡司和 ASML 已經(jīng)合作了近 30 年。幾位高管告訴日經(jīng)新聞，即使 ASML 想要加強自己的供應鏈彈性并尋找其他光學(xué)合作伙伴，也需要至少 5 到 10 年的共同開(kāi)發(fā)工作才能獲得初步成果。“實(shí)際上，在未來(lái)的許多年里，它幾乎是不可替代的，”日本鏡頭制造商的一位高管也這么說(shuō)到。幾乎沒(méi)有一個(gè)芯片制造過(guò)程不需要深度專(zhuān)業(yè)化，也沒(méi)有一個(gè)供應鏈可以簡(jiǎn)單快速地復制。芯片工廠(chǎng)使用的化學(xué)品和溶劑需要達到所謂的萬(wàn)億分之一 (PPT) 級別——一個(gè)粒子到 1 萬(wàn)億滴。在尖端芯片生產(chǎn)方面，氣體需要達到高達 99.9999% 的純度——即所謂的 6N。芯片材料分銷(xiāo)商華利工業(yè)的一位高管說(shuō)到，對于硅晶圓，制造芯片的基本基板材料都需要純度為 9N，即 99.9999999%。
“如果你想要一個(gè)有彈性的芯片供應鏈，你不僅需要芯片廠(chǎng)，還需要一整套來(lái)自關(guān)鍵化學(xué)品和精密零部件的供應商，”日本大金的一位高管表示?！敖ㄔ彀雽w工廠(chǎng)需要數年時(shí)間，但考慮到廣泛的環(huán)境評估和處理化學(xué)品的法規，建造化工廠(chǎng)將需要更長(cháng)的時(shí)間?！?/span> 漫長(cháng)的外包之路中國的努力表明，構建芯片供應鏈的實(shí)際困難不是投入數十億美元就能克服的。早在 2014 年，北京就以 1387 億元人民幣207 億美元啟動(dòng)了中國集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金一期。2019年又新增2040億元。第一筆國家種子基金帶動(dòng)民營(yíng)和地方政府投資超過(guò)5000億元；二期基金有望再投入1萬(wàn)億元。IC Insights 的數據顯示，中國確實(shí)增加了本土芯片產(chǎn)量——到 2021 年，其國內需求的比例從十年前的 12.7% 增加到 16.7%。讓許多國家創(chuàng )建新的陸上芯片供應鏈的數學(xué)含義是，產(chǎn)能將遠遠大于整個(gè)世界的實(shí)際需求。該行業(yè)表示，這些通常是非經(jīng)濟投資計劃，在許多情況下，只有在獲得大量補貼的情況下才會(huì )建造工廠(chǎng)。隨著(zhù)消費者在電子產(chǎn)品上的支出明顯放緩以及經(jīng)濟衰退的傳言不斷，至少在短期內，實(shí)際芯片需求的前景突然變得不確定。默克電子的戈爾曼承認當地工廠(chǎng)能否達到經(jīng)濟規模的問(wèn)題，但表示如果其主要客戶(hù)能夠共同承擔風(fēng)險，本地化仍然是有意義的。“保持供應線(xiàn)短對我們的環(huán)境也更好，”他告訴日經(jīng)新聞?！拔覀兊目蛻?hù)將更喜歡本地供應，而不是必須跨越國際邊界的供應?！?/span>巴斯夫的 Liebermann 告訴日經(jīng)新聞，建立在岸芯片供應鏈是一個(gè)“非常大規模和長(cháng)期的旅程”?！斑@將花費大量時(shí)間和大量成本，只有在這些新工廠(chǎng)的利用率滿(mǎn)足需求并且需求足夠高的情況下，成本才合理?！?span style="margin: 0px; padding: 0px; outline: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; overflow-wrap: break-word !important; font-family: 微軟雅黑;">大多數行業(yè)高管認為，無(wú)論當前的經(jīng)濟環(huán)境如何，隨著(zhù)日常用品變得更加互聯(lián)和復雜，以及汽車(chē)走向電動(dòng)化并最終實(shí)現自動(dòng)駕駛，芯片需求的長(cháng)期增長(cháng)將被鎖定。2021 年收入接近 6000 億美元的半導體行業(yè)被廣泛預測到 2030 年將達到 1 萬(wàn)億美元。Entegris 首席執行官 Bertrand Loy 告訴日經(jīng)新聞：“如果我們真的相信該行業(yè)將達到 1 萬(wàn)億美元......我們應該能夠實(shí)現一定程度的制造業(yè)區域化并擁有適當的杠桿作用?！薄?span style="margin: 0px; padding: 0px; outline: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; overflow-wrap: break-word !important; color: rgb(51, 51, 51); font-size: 12pt; font-family: 微軟雅黑;">但我們不可能在所有地方都有制造業(yè)并獲得適當的杠桿作用。我們正在一些國家、一些產(chǎn)品進(jìn)行投資，但不是在所有國家為所有產(chǎn)品進(jìn)行投資，因為我們無(wú)法承擔這樣做。”ASML 的發(fā)言人說(shuō)，區域投資“如果與全球生態(tài)系統相連，就可以共存”?！皡^隔化會(huì )導致次優(yōu)化，從而導致依賴(lài)這種創(chuàng )新的消費者、公司和政府的成本更高、創(chuàng )新速度更慢?！?img class="rich_pages wxw-img" height="693" width="634" src="http://editerupload.eepw.com.cn/fetch/202208/69805275c36aaec2f2b613a39bd87141.png" alt="圖片" /> “不再是自由貿易的時(shí)代”臺灣地區芯片制造化學(xué)品供應商三富化學(xué)的總裁 Simon HH Wu 認為，地緣政治沖突和貿易壁壘正在壓倒全球化，而芯片行業(yè)正是建立在全球化之上。他告訴日經(jīng)新聞，"這不再是一個(gè)自由貿易的時(shí)代，"他警告說(shuō)，政策制定者和行業(yè)不應該對未來(lái)的困難抱有幻想。“任何控制某些自然資源或關(guān)鍵技術(shù)的國家都希望保護和利用這些資源以獲得經(jīng)濟和政治利益，”吳說(shuō)?！肮究梢宰龅氖菍ふ颐擞押秃献骰锇?，以減輕潛在的干擾。“總有一些東西你需要從另一個(gè)地方、國家甚至大陸進(jìn)口和運輸。如果你沒(méi)有磷酸鹽巖，你如何生產(chǎn)芯片制造磷酸？如果你沒(méi)有螢石，你如何生產(chǎn)含氟聚合物？在歸根結底，你不能把所有的地雷和自然資源搬走?！?/span>BCG 半導體和材料主管 JT Hsu 表示，芯片緊縮表明現在是時(shí)候建立一些“冗余”產(chǎn)能，為行業(yè)提供緩沖以吸收沖擊?！暗?，”他說(shuō)，“就芯片從頭到尾的一切制造而言，任何國家或地區都能夠達到 100% 自力更生的地步幾乎是不可能和不現實(shí)的?，F在這是不可能的，在未來(lái)也不太可能?！?/span>

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