日經：半導體供應鏈自主可控，一個幾乎不可能任務

在6月中旬，亞洲酷熱的夏季，臺積電緊急派出團隊前往日本參觀部分公司設備供應商，它想知道，為什么這些公司說他們不能按時交付重要機器？臺積電是全球最大的芯片制造商，其供應商一直竭盡全力滿足這家強大公司的要求，但第一次，他們向芯片制造巨頭發(fā)送了道歉信息。

情況非常敏感。臺積電正處于 1000 億美元的擴張之中，這是在去年關鍵芯片嚴重短缺之后受到政府推動的。但這家中國臺灣巨頭發(fā)現(xiàn)自己的供應鏈受到瓶頸的困擾，影響的范圍包括從精確到可以將激光束聚焦在月球上的乒乓球上的鏡頭，到看似普通的閥門和管子。

繼該公司供應鏈管理負責人 JK Lin 和一個工作組于 3 月前往美國進行類似的訪問之后，6 月的任務開始了，以調查為什么臺積電在美國訂購的芯片制造機器需要長達 18 個月才能出現(xiàn).

消息人士告訴日經亞洲，在日本，包括該國最大的芯片制造設備制造商東京電子和 Screen Semiconductor Solutions 在內的供應商告訴臺積電，在承諾的基礎上，他們甚至可能會進一步延長交貨時間。

Screen - 世界上為數(shù)不多的制造對芯片制造廠至關重要的化學清洗機的公司之一 - 列出了一系列難以從自己的供應鏈中獲取的晦澀組件，包括由特殊塑料制成的閥門、管道、泵和容器——它們全都供不應求。

這些問題從供應商到供應商層層遞延，從而使得全球芯片短缺問題變得難以解決，而芯片、心臟和大腦為從個人電腦和智能手機到汽車的電子設備提供動力。

這些困難凸顯了一系列令人不快的事實，不僅對臺積電及其競爭對手和供應商而言，對世界各地的政策制定者也是如此。在美中貿易緊張局勢和大流行中斷的情況下，中國、美國、歐洲和其他地方的政府已決定“在岸”實現(xiàn)半導體制造。所謂的供應鏈彈性已成為政策的核心目標，但這種彈性是一個神話。

這些新的國家努力得到了巨額補貼和國家支持的投資的支持。預計美國參議院將在 7 月底就 520 億美元的 CHIPS 法案進行投****（最新結果是參議院投****通過）。日本政府將斥資 4760 億日元（35 億美元）支持臺積電首次在那里建廠。

問題是這些努力只觸及半導體供應鏈的可見端。在芯片生產的背后，是一個供應設備和其他物品的網(wǎng)絡，其中包括數(shù)百種原材料、化學品、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轉。中國正在引導總計 1.5 萬億元人民幣（2220 億美元）的公共和私人投資，以在其境內復制芯片供應鏈，但迄今為止取得的成果并不大。

根據(jù)日經亞洲對兩打以上行業(yè)高管的調查和采訪，雖然全球化的半導體行業(yè)過去可以在數(shù)十個國家順利運行，但在單個國家或地區(qū)內復制這種架構的努力已經暴露并加劇了供應鏈的瓶頸，并在過去五個月影響了美國、歐盟、中國臺灣和日本等主要芯片經濟體的數(shù)據(jù)。與此同時，人們對該政策的長期智慧存在疑問，并且擔心如果這些工廠能夠啟動并運行，這些工廠中的許多最終可能會閑置。

波士頓咨詢集團半導體和材料負責人 JT Hsu 表示，即使是實現(xiàn) 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(qū)來說，要獲得所有半導體供應鏈都可能極具挑戰(zhàn)性覆蓋?！?/p>

德國化工集團巴斯夫半導體和電子材料全球業(yè)務管理負責人 Jens Liebermann 表示：“制造芯片的不僅是（工廠），還有所有的東西?！?“所有的材料、化學品、氣體及其原材料。都必須在那里。歸根結底，來源在哪里，原材料在哪里，制造在哪里，誰可以處理物流？”

曾創(chuàng)辦臺積電并曾任臺積電主席的半導體行業(yè)元老張忠謀在之前對美國的講話中更是直言不諱

：“如果你想在美國重建一個完整的半導體供應鏈，你不會發(fā)現(xiàn)這是一項可能的任務，”他在去年的一個行業(yè)論壇上表示?！凹词鼓慊ㄙM了數(shù)千億美元，你仍然會發(fā)現(xiàn)供應鏈是不完整的，你會發(fā)現(xiàn)它的成本非常高，比你現(xiàn)在擁有的成本要高得多。”

上游瓶頸

盡管聽起來可能微不足道，但這些閥門、管道、管道、泵和容器是復雜性的案例研究——正在讓高管們抓狂。

“我不是在開玩笑！我們仍然收到一年多前訂購的閥門和管子，”一位臺積電臺灣供應商的高管告訴日經新聞?！按蜷_盒子的時候，我們常常會很震驚。100件訂單中，盒子里可能只有10件?！?/p>

由于只有少數(shù)專業(yè)供應商能夠滿足防污染標準并處理具有潛在軍事用途所需的制造項目繁文縟節(jié)，因此提高產能并非易事，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的腐蝕性化學品和超純水必不可少，這些地方的標準還在不斷提高。

例如，用于構建最新 iPhone 和 MacBook 處理器的最先進芯片現(xiàn)在處于 5 納米級別。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 1/100,000。納米尺寸越小，芯片就越尖端和強大，因此開發(fā)和生產更具挑戰(zhàn)性。反過來，芯片制造商需要在芯片上放置數(shù)十億個晶體管。對缺陷或微污染的容忍度極低。

“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凱文·戈爾曼 (Kevin Gorman) 告訴日經新聞，“然后你可以看到芯片制造工作的精細程度以及為什么所有材料很關鍵?！?/p>

對于用于處理化學品的半導體級閥門和管道，至關重要的是它們不會成為污染源。根據(jù)日經亞洲分析，全球只有少數(shù)供應商有能力達到嚴格的要求。日本CKD、Advance Electric、美國Entegris是合格的閥門供應商；日本 Iwaki 是化學品輸送泵的主要供應商；業(yè)內消息人士稱，奧地利的 Agru 和瑞士的 Georg Fischer 是芯片廠關鍵管道系統(tǒng)的重要供應商。

瓦森納協(xié)定是一項由 40 多個國家簽署的多國協(xié)議，旨在避免將此類組件運送到某些國家用于軍事用途，這增加了行業(yè)的準入門檻，為新進入者提供了另一個障礙。

沿著供應鏈上游，關于制造這些組件的含氟聚合物會出現(xiàn)更多的瓶頸。其中一種稱為 PFA 的材料僅由美國的 Chemours 和日本的 Daikin Industries 提供。它需要廣泛的加工知識，并且迄今都沒有競爭對手出現(xiàn)。

其他主要的氟聚合物材料制造商包括比利時的Solvay、美國的 3M、印度的 Gujarat Fluorochemicals 和俄羅斯的 HaloPolymer。但并非所有常桑拿都有資格制造半導體級材料，它們必須為科技行業(yè)以外的廣泛其他行業(yè)提供產品。但由于烏克蘭戰(zhàn)爭造成的干擾和制裁，來自俄羅斯的消息來源已經消失。

臺積電領先的潔凈室制造商United Integrated Services的首席業(yè)務發(fā)展官 Hsu Chun-yuan 告訴日經新聞：“含氟聚合物的來源受到限制，但在電動汽車熱潮推動下，芯片和電池行業(yè)的需求都在增加?！?/p>

還有更上游的嗎？市場研究公司 IndexBox 的數(shù)據(jù)顯示，含氟聚合物由螢石（fluorspar）加工而成，二中國控制著全球近 60% 的產量。長期以來，中國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(jù)IndexBox的數(shù)據(jù)，墨西哥是第二大螢石生產國，去年市場份額約為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，美國標記了關鍵材料受外國支配的風險，并將螢石確定為“短缺戰(zhàn)略和關鍵材料”。它表示，增加關鍵礦物的來源、加強庫存以及提高北美制造、加工和回收能力，可能會減少“未來全球危機”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 等氣體時也會出現(xiàn)類似的問題。兩者都將烏克蘭或俄羅斯視為主要供應來源，而這些供應已因戰(zhàn)爭而中斷。運輸它們的設備也非常專業(yè)。

日經亞洲供應鏈調查顯示，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，并且只在盧森堡生產這些特定產品。

這些閥門由不銹鋼和其他合金制成，必須經受廣泛的驗證過程，并且由于存在泄漏和爆炸的危險，因此需要獲得政府認證。一些行業(yè)高管告訴日經新聞，新進入者需要“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(zhàn)爭

2019 年，美國前總統(tǒng)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公司進行打壓，并阻止其使用美國技術，尤其是芯片，因此在美中科技戰(zhàn)爭中出現(xiàn)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)的積極運動，以減少對美國的依賴并建立安全、可自我控制的供應鏈。

自給自足運動在 2020 年底演變成一場全球運動，因為前所未有的芯片短缺阻礙了汽車生產并損害了廣泛的行業(yè)，抑制了全球經濟增長并威脅到就業(yè)。美國商務部表示，到 2021 年，短缺導致美國國內生產總值 (GDP) 損失約 2400 億美元。僅汽車行業(yè)的汽車產量就比前一年減少了 770 萬輛。

烏克蘭戰(zhàn)爭進一步放大了對供應鏈安全的需求。戰(zhàn)爭推高了許多芯片相關供應商所需的能源、金屬、化學品和關鍵氣體的價格。這也增加了緊迫感。

對于大多數(shù)主要經濟體來說，芯片對于構建從計算機和數(shù)據(jù)中心到電器和汽車的一切事物都是必不可少的。它們是爭奪太空、科學、人工智能和電動汽車霸權的核心，對未來的軍事和國防裝備至關重要。美國商務部在最近的一份報告中指出，先進芯片是一系列關鍵國家安全能力不可或缺的一部分，“包括美國向烏克蘭提供的用于防御普京入侵的標槍反坦克導彈等尖端武器系統(tǒng)”。

迄今為止，各國政府已承諾投入超過 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，歐盟還通過了 450 億歐元（460 億美元）的《歐洲芯片法案》，日本預算了 6000 億日元（44.2 億美元），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、美光和德州儀器到中國臺灣臺積電和韓國的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(jù) SEMI 估計，從 2020 年到 2024 年，全球將有大約 91 家新的芯片工廠投產。

今年早些時候頒布《歐洲芯片法案》時，歐盟委員會主席烏爾蘇拉·馮德萊恩承認，“沒有一個國家——甚至沒有一個大陸——可以完全自給自足?！?希望的是，不能帶到岸上的供應鏈部分至少會通過友好國家實現(xiàn)。

“歐洲將始終致力于保持全球市場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洲將與志同道合的伙伴建立芯片合作伙伴關系，例如美國或日本。這關乎平衡的相互依存關系，關乎可靠性?！?/p>

美國財政部長珍妮特·耶倫（Janet Yellen）將“friendshoring”作為一種妥協(xié)的概念?！拔覀儾荒茉试S任何國家或地區(qū)利用其在關鍵原材料、技術或產品方面的市場地位來擾亂我們的經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，建立和深化經濟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家合作。”

俄羅斯從西方的青睞中跌落表明，聯(lián)盟會隨著時間的推移而發(fā)生變化，甚至在表面上致力于自由貿易的國家之間也會出現(xiàn)爭吵。

在 2019 年東京-首爾貿易戰(zhàn)期間，日本限制了光刻膠（一種由日本供應商主導的關鍵芯片制造化學品）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 個瓶頸。這些點被定義為特定項目的 65% 或更多集中在單個國家或地區(qū)的區(qū)域。

它發(fā)現(xiàn)，美國主導著芯片設計工具和至少 23 種基本設備。日本在包括晶圓和光刻膠在內的關鍵材料的生產和關鍵配方方面處于領先地位。歐洲是工業(yè)氣體的領導者。

荷蘭 ASML 獨家制造的極紫外 (EUV) 光刻機則提供了一個很好的例子，說明在芯片供應鏈中切換組件是多么困難。有時只是不可能找到替代品。

EUV機器在7納米及以下尖端芯片的生產中是必不可少的，它有助于將復雜的集成電路圖案投射到微尺度上。生產延遲阻礙了增加新產能的能力，延長了當前的芯片緊縮期，并阻礙了更多尖端芯片的引入。

知情人士告訴日經新聞，由于包括光學鏡和鏡頭在內的重要部件受到限制，ASML 已將幾款設備的等待時間延長至兩年。一位公司發(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，并且跨越了多層供應商”。

在機器的真空室內制造 EUV 光極具挑戰(zhàn)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專家蔡司集團提供反射和引導光線的鏡子系統(tǒng)。

由于即使是最小的不規(guī)則也會導致像差，蔡司吹噓其產品是世界上“最精確”的鏡子?！叭绻渲幸粋€ 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，”該公司的首席執(zhí)行官 Andreas Pecher 告訴日經新聞，蔡司和 ASML 已經合作了近 30 年。

幾位高管告訴日經新聞，即使 ASML 想要加強自己的供應鏈彈性并尋找其他光學合作伙伴，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。

“實際上，在未來的許多年里，它幾乎是不可替代的，”日經新聞從一家日本鏡頭制造商的一位高管那里聽到。

幾乎沒有一個芯片制造過程不需要深度專業(yè)化，也沒有一個供應鏈可以簡單快速地復制。

芯片工廠使用的化學品和溶劑需要達到所謂的萬億分之一 (PPT) 級別——一個粒子到 1 萬億滴。在尖端芯片生產方面，氣體需要達到高達 99.9999% 的純度——即所謂的 6N。芯片材料分銷商華利工業(yè)的一位高管告訴日經新聞，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%。

“如果你想要一個有彈性的芯片供應鏈，你不僅需要芯片廠，還需要一整套來自關鍵化學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工廠需要數(shù)年時間，但鑒于廣泛的環(huán)境評估和處理化學品的法規(guī)，建造化工廠將需要更長的時間?！?/p>

向岸外包的漫漫長路

中國的努力表明，建設芯片供應鏈的實際困難不是投入數(shù)十億美元就能克服的。早在 2014 年，中國就以 1387 億元人民幣（207 億美元）啟動了中國集成電路產業(yè)投資基金一期，這就是所謂的“大基金”。到了2019年，他們又將其新增至2040億元。第一筆國家種子基金帶動民營和地方政府投資超過5000億元；二期基金有望再鼓勵1萬億元。

IC Insights 的數(shù)據(jù)顯示，中國確實增加了本地芯片產量——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(shù)學含義是，容量將遠遠大于整個世界的實際需求。

該行業(yè)表示，這些通常是非經濟投資計劃，在許多情況下，只有在獲得大量補貼的情況下才會建造工廠。隨著消費者在電子產品上的支出明顯放緩以及經濟衰退的傳言不絕于耳，至少在短期內，實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?shù)毓S能否達到經濟規(guī)模的問題，但表示如果其主要客戶能夠共同承擔風險，本地化仍然是有意義的。

“保持供應線短對我們的環(huán)境也更好，”他告訴日經新聞?！拔覀兊目蛻?.....將更喜歡本地供應，而不是必須跨越國際邊界的供應?！?/p>

巴斯夫的 Liebermann 告訴日經新聞，建立在岸芯片供應鏈是一個非常大規(guī)模和長期的旅程。這將花費大量時間和大量成本，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)高管認為，無論當前的經濟環(huán)境如何，隨著日常用品變得更加互聯(lián)和復雜，以及汽車走向電動化并最終實現(xiàn)自動駕駛，芯片需求的長期增長將被鎖定。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 萬億美元。

Entegris 首席執(zhí)行官 Bertrand Loy 告訴日經新聞：“如果我們真的相信該行業(yè)將達到 1 萬億美元......我們應該能夠對制造業(yè)進行一定程度的區(qū)域化并擁有適當?shù)母軛U作用。” “但我們將無法在任何地方進行制造并獲得適當?shù)挠绊懥?。我們正在一些國家、一些產品上進行投資，但不是在所有國家都投資所有產品，因為我們負擔不起[這樣做]?！?/p>

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)隔化會導致次優(yōu)化，從而導致依賴這種創(chuàng)新的消費者、公司和政府的成本更高、創(chuàng)新速度更慢?！?/p>

“不再是自由貿易的時代”

中國臺灣芯片制造化學品供應商三富化學的總裁 Simon HH Wu 認為，地緣政治沖突和貿易壁壘在全球化之上盛行，芯片產業(yè)就是在全球化的基礎上建立起來的。“這不再是一個自由貿易的時代，”他告訴日經新聞，并警告說政策制定者和行業(yè)不應該對未來的困難抱有幻想。

“任何控制某些自然資源或關鍵技術的國家都希望保護和利用這些資源以獲得經濟和政治利益，”吳說?！肮究梢宰龅氖菍ふ颐擞押秃献骰锇椋詼p輕潛在的干擾。

“總有一些東西你需要從另一個地方、國家甚至中國大陸進口和運輸。如果你沒有磷酸鹽巖，你如何生產芯片制造磷酸？如果你沒有螢石，你如何生產含氟聚合物？在歸根結底，你不能把所有的地雷和自然資源搬走……隔壁。”

BCG 半導體和材料主管 JT Hsu 表示，芯片緊縮表明現(xiàn)在是時候建立一些“冗余”產能，為行業(yè)提供緩沖以吸收沖擊。“但是，”他說，“就芯片從頭到尾的一切制造而言，任何國家或地區(qū)能夠達到 100% 的自力更生幾乎是不可能和不現(xiàn)實的。這現(xiàn)在是不可能的，那就是未來不太可能?！?/span>

來源：世界半導體論壇