美國軍用半導體供應體系正處于“危機”中？

2月20日消息，據EETimes Japan近日報道，半導體業(yè)內人士和政府觀(guān)察人士稱(chēng)，由于對美國對本土半導體產(chǎn)能的投資不足，美國國防部（DoD）需要很長(cháng)時(shí)間才能擺脫對于亞洲的半導體供應鏈的依賴(lài)。

過(guò)去兩年爆發(fā)的全球半導體供應短缺，曾影響俄烏沖突中使用的武器的生產(chǎn)能力，其中就包括美國國防和航空航天主要供應商洛克希德馬丁公司和雷神技術(shù)公司。

報道稱(chēng)，美國國防部還應考慮競爭以確保晶圓代工生產(chǎn)能力以及軍方對過(guò)時(shí)的半導體供應體系的過(guò)度依賴(lài)。這引起了美國政府的擔憂(yōu)，即近十年來(lái)美國在處理涉及中國臺灣關(guān)系方面一直面臨挑戰。具有諷刺意味的是，中國臺灣是全球半導體制造中心，也是全球最大的晶圓代工廠(chǎng)臺積電的所在地，而臺積電則是一家向美國國防部供應所需的半導體的晶圓代工廠(chǎng)。

多年來(lái)，中國臺灣一直處于美國和中國大陸之間日益緊張關(guān)系的中心。不久前，美國還通過(guò)了《2023年國防授權法案》，決定在未來(lái)五年內向中國臺灣提供高達2023億美元的安全援助。此舉引發(fā)了中國大陸的強烈不滿(mǎn)和抗疫，并將涉及軍售的洛克希德馬丁公司和雷神技術(shù)公司列入新的“不可靠實(shí)體清單”。

建立充足的美國本土供應鏈“仍需10年”

臺積電亞利桑那工廠(chǎng)預計不會(huì )供應給國防部

創(chuàng )立了iDeal Semiconductor和Agere Systems（并入LSI公司）等半導體制造商的 電子工程師邁克·伯恩斯（Mike Burns）說(shuō)：“美國國防部還需要十年時(shí)間才能建立可靠的國內供應鏈?！?“問(wèn)題的關(guān)鍵是英特爾能以多快的速度趕上臺積電，目前臺積電生產(chǎn)前Altera（被英特爾收購）和賽靈思（被AMD收購）的FPGA，以及美國國防部在各種武器系統中使用的各種半導體，如F-10聯(lián)合攻擊戰斗機，導彈，以及指揮和管理系統。

在接受美國EE Times采訪(fǎng)時(shí)，伯恩斯說(shuō)：“這將需要很長(cháng)時(shí)間。

事實(shí)上，在2022年12月，臺積電將其位于亞利桑那州鳳凰城的制造工廠(chǎng)的總投資擴大到400億美元，是其初始投資的近三倍，最快將在2024年量產(chǎn)。蘋(píng)果和AMD未來(lái)都將從臺積電的亞利桑那州工廠(chǎng)采購半導體芯片，但該工廠(chǎng)聚焦4nm及3nm制程，不太可能成為美國國防部的供應商。

“我不認為臺積電會(huì )向國防部提供芯片，”伯恩斯說(shuō)，“如果你看看臺積電對美國工程師的態(tài)度，你會(huì )發(fā)現他們不是很滿(mǎn)意。臺積電堅持將其最尖端制造技術(shù)保留在臺灣。目前其90%以上的半導體芯片在臺灣島內生產(chǎn)?！?/p>

2022年，該公司領(lǐng)先于美國開(kāi)始在中國臺灣量產(chǎn)3nm節點(diǎn)。臺積電在美國聘請工程師在其亞利桑那州工廠(chǎng)工作，但與其中一些存在文化沖突。

“鑒于這一挑戰以及臺積電專(zhuān)注于為蘋(píng)果和AMD等大客戶(hù)提供服務(wù)，英特爾的小型代工服務(wù)可能非常適合國防部供應商，”伯恩斯說(shuō)。

目前英特爾代工服務(wù) （IFS） 可以生產(chǎn)比臺積電工藝落后 1~2 代的專(zhuān)用集成電路 （ASIC）。目前正在逐步縮小與臺積電的差距。

英特爾幾年前收購了FPGA供應商Altera。Altera的FPGA芯片在臺積電位于臺灣的晶圓代工廠(chǎng)制造。由于FPGA芯片可以進(jìn)行編程適應新的需求，而ASIC則不具有這樣的靈活性。目前美國國防部在依賴(lài)臺積電生產(chǎn)的FPGA的同時(shí)，它也需要像臺積電和三星電子這樣有實(shí)力的代工廠(chǎng)，為其武器系統生產(chǎn)定制的ASIC。

但是在代工產(chǎn)能的競爭中，像美國國防部這樣的小買(mǎi)家的需求量遠低于蘋(píng)果和AMD等商業(yè)客戶(hù)?！凹词故强偛课挥诿绹腉lobal Foundries（格芯）也不會(huì )非常優(yōu)先考慮國防部的訂單，”伯恩斯說(shuō)。

伯恩斯解釋稱(chēng)：“GlobalFoundries有很多商業(yè)客戶(hù)尋求大規模生產(chǎn)，當談到軍用晶圓的增長(cháng)時(shí)，我們不知道這將持續多久。軍用晶圓通常是昂貴的，小批量生產(chǎn)和不可預測的數量。

美國智庫哈德遜研究所（Hudson Institute）高級研究員布萊恩·克拉克（Bryan Clark）表示，美國軍方依賴(lài)于目前尚未廣泛使用的傳統架構，即較舊的半導體架構，別無(wú)選擇，只能小批量生產(chǎn)。

“如果國防部使用更多具有商業(yè)架構的尖端半導體，并在封裝和軟件中對其進(jìn)行調整，美國軍方將能夠利用商業(yè)生產(chǎn)的規模來(lái)減少其對半導體供應中斷的脆弱性?！笨死苏f(shuō)道。

美國最近實(shí)施的半導體出口管制措施的中國大陸也面臨著(zhù)自己的供應鏈問(wèn)題。美國將中國大陸視為“戰略競爭對手”，認為其在5G（第五代移動(dòng)通信）和人工智能（AI）等技術(shù)領(lǐng)域構成威脅。

克拉克說(shuō)：“大陸軍方已經(jīng)使用了相當大比例的新的架構和制程的半導體，但這些半導體的制造則依賴(lài)于西方技術(shù)。

“因此，雖然大陸軍用芯片能夠在疫情影響下的供應中斷中保持韌性，但它還沒(méi)有準備好應對出于國家安全原因出現的供應限制。

無(wú)法滿(mǎn)足美國國防部的前沿需求

伯恩斯說(shuō)：“美國國防部需要確保它有一些制造能力，為俄烏沖突進(jìn)一步持續所造成的需求激增做好準備。三年前，他向美國國會(huì )建議，美國政府應該補貼與臺積電等尖端代工廠(chǎng)的合資企業(yè)，以確保國防部的專(zhuān)用半導體生產(chǎn)配額?！懊绹男⌒痛S(chǎng)，如SkyWater Technology，無(wú)法滿(mǎn)足國防部的尖端半導體需求，”他補充說(shuō)。

“國防部使用SkyWater的90nm和130nm工藝，”伯恩斯說(shuō)，“這需要先進(jìn)的計算，但尚未獲得。沒(méi)有“可信晶圓廠(chǎng)”在5nm工藝上工作。因此，FPGA通常是在美國購買(mǎi)和配置的優(yōu)先選擇，在那里信息可以保密。但是，對于任何FPGA，都需要在性能上進(jìn)行權衡，因為專(zhuān)用ASIC速度更快。

雷神公司等武器系統供應商表示，缺乏半導體供應，限制了他們擴大生產(chǎn)的能力。

雷神公司首席執行官格雷格·海斯于 2022 年 12 月 7 日接受了 CNBC 的采訪(fǎng)時(shí)表示：“沒(méi)有神奇的方法可以加快供應鏈中的生產(chǎn)，我們正在盡一切努力縮短交貨時(shí)間。但是有成千上萬(wàn)的組件，當然，半導體是武器系統的重要組成部分。我們正在與美國國防部合作，為一些供應商尋找其他替代制造商?！?/p>

洛克希德馬丁公司在 2022 年 10 月中旬舉行的財報發(fā)布會(huì )上表示，“2022 年的銷(xiāo)售額將與 2021 年幾乎相同。盡管受到 COVID-19 大流行和供應鏈挑戰的持續影響，但該公司預計將在 2024 年恢復增長(cháng)軌跡?！?/p>

雷神公司和洛克希德馬丁公司在美國國防部的值得信賴(lài)的供應商名單上，但他們在美國經(jīng)營(yíng)的半導體工廠(chǎng)正在老化。

俄烏沖突引發(fā)對美國武器消耗的擔憂(yōu)

雷神公司和洛克希德馬丁公司生產(chǎn)了標槍和毒刺等武器，向烏克蘭提供了大量援助。但據美國智庫戰略與國際研究中心（CSIS）稱(chēng)，人們擔心美國的部分武器將被耗盡。

CSIS在2022年9月的一份報告中表示，“美國的一些武器已達到戰爭計劃和訓練所需的最低水平?！?/p>

根據CSIS的報告，美國國防部正在尋求國會(huì )批準提供資金以增加生產(chǎn)能力，包括高機動(dòng)性火炮火箭系統（HIMARS）和制導多管火箭系統（GMLRS）。該報告還指出，“該行業(yè)普遍認為國防部需要從事多年的收購活動(dòng)，以證明其投資以飆升產(chǎn)能的合理性?！?/p>

CSIS對在緊急情況下更換國防工業(yè)基地的能力的研究發(fā)現，大多數產(chǎn)品預計需要很多年才能實(shí)現這一過(guò)程。

根據CSIS的說(shuō)法，HIMARS和GMLRS是非常有用的制導火箭，但它們的數量有限。

根據CSIS的報告，“到目前為止，美國所擁有的55000枚火箭中，有25000~33000枚是庫存。如果美國向烏克蘭提供其總庫存的三分之一，就像它對標槍和毒刺所做的那樣，烏克蘭將收到8000～10000枚火箭， 預計庫存將可持續消耗數月?！钡?，庫存用完的時(shí)候可能沒(méi)有替代品。因為其年產(chǎn)量總共約為5000枚。美國最近好像為了增加其數量而分配了資金，但要實(shí)現還需要幾年?！?/p>

馬克·蒙哥馬利（Mark Montgomery）和布拉德利·鮑曼（Bradley Bowman）在《國防新聞》（Defense News）的報道中指出，“雖然中國臺灣在2015年獲得采購批準，可以采購200枚標槍導彈和****以及250枚毒刺導彈，但目前仍然無(wú)法獲得?！?蒙哥馬利是美國海軍退役少將，目前是美國保衛民主基金會(huì )（FDD）的高級研究員。鮑曼還是美國捍衛民主陣線(xiàn)軍事和政治權力中心的高級主任。

他們說(shuō)：“鑒于需要供應烏克蘭并補充美國聯(lián)合庫存，從現實(shí)的角度來(lái)看，我們不太可能在2026~2027年之前提供?！?/p>

CSIS還指出，“美國軍方首先無(wú)法應對曠日持久的沖突這一事實(shí)可能會(huì )引發(fā)一些關(guān)于國家安全系統預算優(yōu)先事項的辯論?！?/p>

現在美國國防部希望通過(guò)英特爾的“超越摩爾”方案（Chiplet）來(lái)提供軍用半導體，這種半新的架構可以通過(guò)實(shí)現各種小芯片的異構集成來(lái)提供附加值，而模擬功能不一定需要基于摩爾定律的進(jìn)一步小型化。

技術(shù)情報服務(wù)公司TechInsights的分析師丹·哈奇森（Dan Hutcheson）表示，“在美國，智能武器的庫存大幅下降，其中大多數依賴(lài)的都是傳統的半導體架構的解決方案。

“英特爾將需要完成其在以色列收購Tower Semiconductor的計劃，以提供完整的‘超越摩爾’解決方案，但隨著(zhù)時(shí)間的推移，這種可能性似乎越來(lái)越遠?！?/p>

據了解，以色列Tower Semiconductor工廠(chǎng)根據《國際武器貿易條例》（ITAR）被認證為“可信晶圓廠(chǎng)”。

目前英特爾的晶圓代工部門(mén)（IFS）正在努力促使美國國防部成為其關(guān)鍵客戶(hù)。據英特爾發(fā)言人 Jason Gorss 稱(chēng)，IFS 總裁 Randhir Thakur 于 2022 年 11 月 22 日卸任，但將在 2023 年第一季度繼續在 IFS 工作，以確保順利過(guò)渡到下一任領(lǐng)導人。

半導體企業(yè)家伯恩斯說(shuō)：“像英特爾這樣的集成設備制造商很難變成代工廠(chǎng)，而三星能夠做到這一點(diǎn)。臺積電是一家從頭開(kāi)始為第三方芯片設計公司服務(wù)的公司。臺積電為其客戶(hù)提供了顯著(zhù)的額外好處，因此從那里轉換的成本相當高。

如何解決美國的漏洞？

美國眾議院情報特別委員會(huì )前主席邁克·羅杰斯（Mike Rogers）在接受美國EE Times采訪(fǎng)時(shí)表示，“國防部需要幾年時(shí)間才能建立一個(gè)獨立于中國大陸和其他亞洲國家及地區的安全半導體供應鏈?！?/p>

“美國擁有制造高端半導體的獨特能力，但它現有的產(chǎn)能達不到要求的水平。因此，它由來(lái)自世界各地的采購來(lái)補充。中國的半導體產(chǎn)能在全球所占的比例最大。如果有軍用芯片供應出現問(wèn)題，這將使得美國變得脆弱?！绷_杰斯說(shuō)。

“美國《芯片與科學(xué)法案》旨在解決其中一些漏洞，”羅杰斯說(shuō)。

“這當然是一個(gè)有缺陷的法案，但它仍然是朝著(zhù)正確方向邁出的一步，承認美國必須擁有自己的生產(chǎn)能力。如果出現任何實(shí)際需要美國制造的半導體的情況，有必要確定日本均衡的制造能力。要緩和緊張局勢，不至于被迫減產(chǎn)、停產(chǎn)、延時(shí)生產(chǎn)。為此，通過(guò)與我們的盟友和美國本身的力量的密切合作，正在花費大量資金來(lái)提高半導體芯片生產(chǎn)能力，“羅杰斯說(shuō)。

伯恩斯認為，美國政府應該將《芯片與科學(xué)法案》527億美元補貼的一部分分配給美國軍用半導體工廠(chǎng)，因為英特爾、美光科技、德州儀器和臺積電等大型芯片制造商可能會(huì )獲得大量資金。

編輯：芯智訊-林子    

來(lái)源：EETimes Japan