各方發(fā)聲：完整的半導(dǎo)體供應(yīng)鏈不是有錢就能堆出來的

來源：半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫

從中國(guó)到美國(guó)再到歐洲，半導(dǎo)體制造商都在享受大量補(bǔ)貼，但這帶來了什么影響呢？

問題是這些努力只觸及半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的可見端。在芯片生產(chǎn)的背后，是一個(gè)供應(yīng)設(shè)備和其他項(xiàng)目的網(wǎng)絡(luò)，其中包括數(shù)百種原材料、化學(xué)品、易損件、氣體和金屬，沒有它們，令人難以置信的精確芯片制造過程就無法運(yùn)轉(zhuǎn)。中國(guó)也投資了億元人民幣，以在其境內(nèi)復(fù)制芯片供應(yīng)鏈。

波士頓咨詢集團(tuán)半導(dǎo)體和材料負(fù)責(zé)人 JT Hsu 表示，即使是實(shí)現(xiàn) 70% 到 80% 的自力更生的目標(biāo)“也非常艱難......對(duì)于任何國(guó)家或地區(qū)來說，要覆蓋完整的半導(dǎo)體生產(chǎn)鏈都是極具挑戰(zhàn)性的?！?/span>德國(guó)化學(xué)集團(tuán)巴斯夫電子材料業(yè)務(wù)部半導(dǎo)體材料副總裁 Jens Liebermann 說：“不僅需要制造芯片的工廠，而且還需要工廠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(jié)底，源頭在哪里，原材料在哪里，制造在哪里，誰可以處理物流？”曾創(chuàng)辦臺(tái)積電并曾任臺(tái)積電CEO的半導(dǎo)體行業(yè)元老張忠謀在對(duì)美國(guó)的講話中直言不諱的指出了這一點(diǎn)。“如果你想在美國(guó)重建一個(gè)完整的半導(dǎo)體供應(yīng)鏈，你不會(huì)發(fā)現(xiàn)這是一項(xiàng)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(fèi)了數(shù)千億美元，你仍然會(huì)發(fā)現(xiàn)供應(yīng)鏈?zhǔn)遣煌暾?，你?huì)發(fā)現(xiàn)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起來微不足道，但這些閥門、管道、管道、泵和容器是復(fù)雜性的案例研究，正在讓高管們非常困擾。“我不是在開玩笑！我們?nèi)匀皇盏揭荒甓嗲坝嗁?gòu)的閥門和管子，”一位臺(tái)積電供應(yīng)商的高管說到?！按蜷_盒子的時(shí)候，我們常常會(huì)很震驚。訂單上是100件，打開盒子里面可能只有10件?！?p>

由于只有少數(shù)專業(yè)供應(yīng)商能夠滿足防污染標(biāo)準(zhǔn)并處理具有潛在軍事用途的制造項(xiàng)目的繁文縟節(jié)，因此提高產(chǎn)能并非易事，尤其是在原材料供應(yīng)有限的情況下。這些物品由稱為含氟聚合物的特殊塑料制成，對(duì)于處理在所有芯片制造設(shè)施和芯片制造機(jī)器中流動(dòng)的腐蝕性化學(xué)品和超純水來說是必不可少的，這些標(biāo)準(zhǔn)也在不斷提高。例如，用于構(gòu)建最新 iPhone 和 MacBook 處理器的最先進(jìn)芯片現(xiàn)在處于 5 納米級(jí)別。納米尺寸是指芯片上晶體管之間的線寬。一納米大約是一張紙或人類頭發(fā)厚度的 1/100000。納米尺寸越小，芯片就越尖端和強(qiáng)大，因此開發(fā)和生產(chǎn)也更具挑戰(zhàn)性。反過來，芯片制造商需要在芯片上放置數(shù)十億個(gè)晶體管。對(duì)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(guó)默克電子公司集成供應(yīng)鏈轉(zhuǎn)型高級(jí)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(xì)程度以及為什么所有材料都至關(guān)重要?！?/span>對(duì)于用于處理化學(xué)品的半導(dǎo)體級(jí)閥門和管道，至關(guān)重要的是它們不能成為污染源。而全球只有少數(shù)供應(yīng)商有能力達(dá)到嚴(yán)格的要求。日本CKD、Advance Electric、美國(guó)Entegris是合格的閥門供應(yīng)商；日本 Iwaki 是化學(xué)品輸送泵的主要供應(yīng)商；業(yè)內(nèi)消息人士稱，奧地利的 Agru 和瑞士的 Georg Fischer 是芯片廠關(guān)鍵管道系統(tǒng)的重要供應(yīng)商。Wassenaar Arrangement 是一項(xiàng)由 40 多個(gè)國(guó)家簽署的多國(guó)協(xié)議，旨在避免將此類組件運(yùn)送到某些國(guó)家用于軍事用途，該協(xié)議增加了繁文縟節(jié)，為新進(jìn)入者提供了另一個(gè)障礙。
沿著供應(yīng)鏈上游走，在制造這些部件的含氟聚合物方面出現(xiàn)了進(jìn)一步的障礙。其中一種稱為 PFA 的材料僅由美國(guó)的 Chemours 和日本的 Daikin Industries 提供。它的加工需要大量的技術(shù)，而且沒有競(jìng)爭(zhēng)對(duì)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(guó)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(dǎo)體級(jí)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(shì)造成的干擾和制裁，來自俄羅斯的材料已經(jīng)減少了。臺(tái)積電領(lǐng)先的潔凈室制造商和競(jìng)爭(zhēng)對(duì)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，“含氟聚合物的來源受到限制”，并且“在電動(dòng)汽車熱潮的推動(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(shù)據(jù)顯示，含氟聚合物由螢石（也稱為氟石）加工而成，中國(guó)控制著全球近 60% 的產(chǎn)量。長(zhǎng)期以來，中國(guó)一直將螢石確定為戰(zhàn)略資源，并且在 1990 年代后期，由于其對(duì)農(nóng)業(yè)、電子和制****、航空、航天和國(guó)防等行業(yè)的重要性，因此限制了出口。這種礦物通常被標(biāo)記為“半稀土”。

根據(jù)IndexBox的數(shù)據(jù)，墨西哥是第二大螢石生產(chǎn)國(guó)，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全球市場(chǎng)約 5% 的份額。在白宮于 2021 年發(fā)表的一份供應(yīng)鏈審查文件中，美國(guó)標(biāo)記了受外國(guó)支配的關(guān)鍵材料的風(fēng)險(xiǎn)，并將螢石列為“短缺戰(zhàn)略和關(guān)鍵材料”清單之一。該報(bào)告沒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)的來源、加強(qiáng)庫(kù)存以及提高北美的制造、加工和回收能力，可能會(huì)減少“未來全球危機(jī)”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(xiàn)類似的問題。兩者都將烏克蘭或俄羅斯視為主要供應(yīng)來源，而這些供應(yīng)已因戰(zhàn)爭(zhēng)而中斷。移動(dòng)這些氣體的設(shè)備專業(yè)要求也非常高。日經(jīng)亞洲供應(yīng)鏈調(diào)查顯示，只有少數(shù)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(dǎo)體行業(yè)使用的氣瓶提供超高純度閥門。Rotarex 控制著近 80% 的市場(chǎng)，并且只在盧森堡生產(chǎn)這些特定產(chǎn)品。這些閥門由不銹鋼和其他合金制成，必須經(jīng)受多重的驗(yàn)證過程，并且由于存在泄漏和爆炸的危險(xiǎn)，因此需要獲得政府認(rèn)證。新的進(jìn)入者需要“10 到 20 年”才能達(dá)到不同政府機(jī)構(gòu)的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試。貿(mào)易緊張局勢(shì)、流行病和戰(zhàn)爭(zhēng)2019 年，美國(guó)前總統(tǒng)唐納德特朗普政府以國(guó)家安全為由對(duì)中國(guó)科技冠軍華為技術(shù)公司進(jìn)行打壓，并阻止其使用美國(guó)技術(shù)，尤其是芯片，因此在美中科技戰(zhàn)爭(zhēng)中出現(xiàn)了要求芯片供應(yīng)鏈恢復(fù)彈性的呼聲。此舉激起了中國(guó)在全國(guó)范圍內(nèi)跨行業(yè)的積極生產(chǎn)，以減少對(duì)美國(guó)的依賴，并建立一個(gè)安全、可自我控制的供應(yīng)鏈。自給自足運(yùn)動(dòng)在 2020 年底演變成一場(chǎng)全球運(yùn)動(dòng)，因?yàn)榍八从械男酒倘笔蛊嚿a(chǎn)停滯不前，并傷害了廣泛的行業(yè)，壓制了全球經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，威脅到就業(yè)。美國(guó)商務(wù)部表示，到 2021 年，短缺使該國(guó)的國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值 (GDP) 減少了約 2400 億美元。僅汽車行業(yè)的汽車產(chǎn)量就比前一年減少了 770 萬輛。烏克蘭局勢(shì)進(jìn)一步放大了對(duì)供應(yīng)鏈安全的需求。戰(zhàn)爭(zhēng)推高了許多芯片相關(guān)供應(yīng)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(duì)于大多數(shù)主要經(jīng)濟(jì)體來說，芯片對(duì)于構(gòu)建從計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)中心到電器和汽車的一切事物都是必不可少的。它們是爭(zhēng)奪太空、科學(xué)、人工智能和電動(dòng)汽車霸權(quán)的核心，對(duì)未來的軍事和國(guó)防裝備至關(guān)重要。美國(guó)商務(wù)部在最近的一份報(bào)告中指出，先進(jìn)芯片是一系列關(guān)鍵國(guó)家安全能力不可或缺的一部分。迄今為止，各國(guó)政府已承諾投入超過 1000 億美元用于補(bǔ)貼本地芯片供應(yīng)鏈的建設(shè)。除美國(guó)芯片法案外，歐盟還通過了460 億美元的《歐洲芯片法》，日本拿出了44.2 億美元的預(yù)算，印度為半導(dǎo)體和其他科技行業(yè)設(shè)立了 300 億美元的資助計(jì)劃。

從美國(guó)英特爾、美光和德州儀器到臺(tái)積電和韓國(guó)三星電子等主要芯片制造商已分別宣布投資超過 6500 億美元。其中包括幾個(gè)在他們的基地之外的地方。臺(tái)積電在美國(guó)和日本建設(shè)，英特爾計(jì)劃在歐洲和東南亞擴(kuò)張，三星在美國(guó)有建設(shè)計(jì)劃 據(jù) SEMI 估計(jì)，從 2020 年到 2024 年，全球?qū)⒂写蠹s 91 家新的芯片工廠投產(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(rèn)，“沒有一個(gè)國(guó)家——甚至沒有一個(gè)大陸——可以完全自給自足。”“歐洲將始終致力于保持全球市場(chǎng)的開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?！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(guó)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(guó)財(cái)政部長(zhǎng)Janet Yellen提出了“friendshoring”作為一種妥協(xié)的概念。“我們不能允許各國(guó)利用其在關(guān)鍵原材料、技術(shù)或產(chǎn)品方面的市場(chǎng)地位來擾亂我們的經(jīng)濟(jì)或行使不必要的地緣政治影響力，”她在 4 月表示?！白屛覀?cè)趯?duì)美國(guó)工人更有利的條件下，建立和深化經(jīng)濟(jì)一體化及其帶來的效率。讓我們與我們知道我們可以依靠的國(guó)家合作。”

俄羅斯失去西方的青睞表明聯(lián)盟會(huì)隨著時(shí)間的推移而發(fā)生變化，甚至在表面上致力于自由貿(mào)易的國(guó)家之間也會(huì)出現(xiàn)爭(zhēng)吵。在 2019 年東京-首爾貿(mào)易戰(zhàn)期間，日本限制了光刻膠（一種由日本供應(yīng)商主導(dǎo)的關(guān)鍵芯片制造化學(xué)品）向韓國(guó)的出口。BCG 的一項(xiàng)評(píng)估表明，半導(dǎo)體供應(yīng)鏈中的設(shè)計(jì)工具、制造、包裝、材料和設(shè)備至少存在 50 個(gè)瓶頸。研究發(fā)現(xiàn)，美國(guó)在芯片設(shè)計(jì)工具和至少23種基本設(shè)備方面占主導(dǎo)地位。日本在包括晶圓和光刻膠在內(nèi)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(dǎo)者。荷蘭 ASML 獨(dú)家制造的極紫外 (EUV) 光刻機(jī)提供了一個(gè)很好的例子，說明在芯片供應(yīng)鏈中切換組件是多么困難。有時(shí)根本無法找到替代品。EUV機(jī)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(fù)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(zhǎng)了當(dāng)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(nèi)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(zhǎng)至兩年。公司發(fā)言人承認(rèn)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(yīng)商”。在機(jī)器的真空室內(nèi)制造 EUV 光極具挑戰(zhàn)性，德國(guó)通快公司提供強(qiáng)大的激光源，另一家德國(guó)合作伙伴光學(xué)專家蔡司集團(tuán)提供反射和引導(dǎo)光線的鏡子系統(tǒng)。由于即使是最小的不規(guī)則也會(huì)導(dǎo)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(zhǔn)月球，它將能夠擊中月球表面的乒乓球，”首席執(zhí)行官 Andreas Pecher 說到。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(qiáng)自己的供應(yīng)鏈彈性并尋找其他光學(xué)合作伙伴，也需要至少 5 到 10 年的共同開發(fā)工作才能獲得初步成果。“實(shí)際上，在未來的許多年里，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到。幾乎沒有一個(gè)芯片制造過程不需要深度專業(yè)化，也沒有一個(gè)供應(yīng)鏈可以簡(jiǎn)單快速地復(fù)制。芯片工廠使用的化學(xué)品和溶劑需要達(dá)到所謂的萬億分之一 (PPT) 級(jí)別——一個(gè)粒子到 1 萬億滴。在尖端芯片生產(chǎn)方面，氣體需要達(dá)到高達(dá) 99.9999% 的純度——即所謂的 6N。芯片材料分銷商華利工業(yè)的一位高管說到，對(duì)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(yīng)鏈，你不僅需要芯片廠，還需要一整套來自關(guān)鍵化學(xué)品和精密零部件的供應(yīng)商，”日本大金的一位高管表示?！敖ㄔ彀雽?dǎo)體工廠需要數(shù)年時(shí)間，但考慮到廣泛的環(huán)境評(píng)估和處理化學(xué)品的法規(guī)，建造化工廠將需要更長(zhǎng)的時(shí)間?！?/span> 漫長(zhǎng)的外包之路中國(guó)的努力表明，構(gòu)建芯片供應(yīng)鏈的實(shí)際困難不是投入數(shù)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(guó)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(guó)家種子基金帶動(dòng)民營(yíng)和地方政府投資超過5000億元；二期基金有望再投入1萬億元。IC Insights 的數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)確實(shí)增加了本土芯片產(chǎn)量——到 2021 年，其國(guó)內(nèi)需求的比例從十年前的 12.7% 增加到 16.7%。讓許多國(guó)家創(chuàng)建新的陸上芯片供應(yīng)鏈的數(shù)學(xué)含義是，產(chǎn)能將遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(jì)投資計(jì)劃，在許多情況下，只有在獲得大量補(bǔ)貼的情況下才會(huì)建造工廠。隨著消費(fèi)者在電子產(chǎn)品上的支出明顯放緩以及經(jīng)濟(jì)衰退的傳言不斷，至少在短期內(nèi)，實(shí)際芯片需求的前景突然變得不確定。默克電子的戈?duì)柭姓J(rèn)當(dāng)?shù)毓S能否達(dá)到經(jīng)濟(jì)規(guī)模的問題，但表示如果其主要客戶能夠共同承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)，本地化仍然是有意義的。“保持供應(yīng)線短對(duì)我們的環(huán)境也更好，”他告訴日經(jīng)新聞?！拔覀兊目蛻魧⒏矚g本地供應(yīng)，而不是必須跨越國(guó)際邊界的供應(yīng)?！?/span>巴斯夫的 Liebermann 告訴日經(jīng)新聞，建立在岸芯片供應(yīng)鏈?zhǔn)且粋€(gè)“非常大規(guī)模和長(zhǎng)期的旅程”?！斑@將花費(fèi)大量時(shí)間和大量成本，只有在這些新工廠的利用率滿足需求并且需求足夠高的情況下，成本才合理。”大多數(shù)行業(yè)高管認(rèn)為，無論當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)環(huán)境如何，隨著日常用品變得更加互聯(lián)和復(fù)雜，以及汽車走向電動(dòng)化并最終實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛，芯片需求的長(zhǎng)期增長(zhǎng)將被鎖定。2021 年收入接近 6000 億美元的半導(dǎo)體行業(yè)被廣泛預(yù)測(cè)到 2030 年將達(dá)到 1 萬億美元。Entegris 首席執(zhí)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(dá)到 1 萬億美元......我們應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)一定程度的制造業(yè)區(qū)域化并擁有適當(dāng)?shù)母軛U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(dāng)?shù)母軛U作用。我們正在一些國(guó)家、一些產(chǎn)品進(jìn)行投資，但不是在所有國(guó)家為所有產(chǎn)品進(jìn)行投資，因?yàn)槲覀儫o法承擔(dān)這樣做。”ASML 的發(fā)言人說，區(qū)域投資“如果與全球生態(tài)系統(tǒng)相連，就可以共存”?！皡^(qū)隔化會(huì)導(dǎo)致次優(yōu)化，從而導(dǎo)致依賴這種創(chuàng)新的消費(fèi)者、公司和政府的成本更高、創(chuàng)新速度更慢。” “不再是自由貿(mào)易的時(shí)代”臺(tái)灣地區(qū)芯片制造化學(xué)品供應(yīng)商三富化學(xué)的總裁 Simon HH Wu 認(rèn)為，地緣政治沖突和貿(mào)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(mào)易的時(shí)代，"他警告說，政策制定者和行業(yè)不應(yīng)該對(duì)未來的困難抱有幻想。“任何控制某些自然資源或關(guān)鍵技術(shù)的國(guó)家都希望保護(hù)和利用這些資源以獲得經(jīng)濟(jì)和政治利益，”吳說。“公司可以做的是尋找盟友和合作伙伴，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(guó)家甚至大陸進(jìn)口和運(yùn)輸。如果你沒有磷酸鹽巖，你如何生產(chǎn)芯片制造磷酸？如果你沒有螢石，你如何生產(chǎn)含氟聚合物？在歸根結(jié)底，你不能把所有的地雷和自然資源搬走?！?/span>BCG 半導(dǎo)體和材料主管 JT Hsu 表示，芯片緊縮表明現(xiàn)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牵彼f，“就芯片從頭到尾的一切制造而言，任何國(guó)家或地區(qū)都能夠達(dá)到 100% 自力更生的地步幾乎是不可能和不現(xiàn)實(shí)的?，F(xiàn)在這是不可能的，在未來也不太可能?！?/span>

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