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

從中國到美國再到歐洲，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......對于任何國家或地區(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)辦臺積電并曾任臺積電CEO的半導(dǎo)體行業(yè)元老張忠謀在對美國的講話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(dǎo)體供應(yīng)鏈，你不會發(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，你仍然會發(fā)現(xiàn)供應(yīng)鏈?zhǔn)遣煌暾模銜l(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彽拈y門和管子，”一位臺積電供應(yīng)商的高管說到。“打開盒子的時(shí)候，我們常常會很震驚。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，對于處理在所有芯片制造設(shè)施和芯片制造機(jī)器中流動的腐蝕性化學(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(yīng)鏈轉(zhuǎn)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(xì)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(dǎo)體級閥門和管道，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)國家簽署的多國協(xié)議，旨在避免將此類組件運(yùn)送到某些國家用于軍事用途，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(dǎo)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，“含氟聚合物的來源受到限制”，并且“在電動汽車熱潮的推動下，芯片和電池行業(yè)的需求都在增加。”再往上游走呢？市場研究公司 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，中國控制著全球近 60% 的產(chǎn)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(nóng)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(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，去年約占市場的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，美國標(biāo)記了受外國支配的關(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)庫存以及提高北美的制造、加工和回收能力，可能會減少“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)爭而中斷。移動這些氣體的設(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，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)和測試。貿(mào)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(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(zhàn)爭中出現(xiàn)了要求芯片供應(yīng)鏈恢復(fù)彈性的呼聲。此舉激起了中國在全國范圍內(nèi)跨行業(yè)的積極生產(chǎn)，以減少對美國的依賴，并建立一個(gè)安全、可自我控制的供應(yīng)鏈。自給自足運(yùn)動在 2020 年底演變成一場全球運(yùn)動，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，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(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。烏克蘭局勢進(jìn)一步放大了對供應(yīng)鏈安全的需求。戰(zhàn)爭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。對于大多數(shù)主要經(jīng)濟(jì)體來說，芯片對于構(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。它們是爭奪太空、科學(xué)、人工智能和電動汽車霸權(quán)的核心，對未來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(bào)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 1000 億美元用于補(bǔ)貼本地芯片供應(yīng)鏈的建設(shè)。除美國芯片法案外，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 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(shè)，英特爾計(jì)劃在歐洲和東南亞擴(kuò)張，三星在美國有建設(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)，歐盟委員會主席烏爾蘇拉·馮德萊恩承認(rèn)，“沒有一個(gè)國家——甚至沒有一個(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(cái)政部長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。“讓我們在對美國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家合作。”

俄羅斯失去西方的青睞表明聯(lián)盟會隨著時(shí)間的推移而發(fā)生變化，甚至在表面上致力于自由貿(mào)易的國家之間也會出現(xiàn)爭吵。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）向韓國的出口。BCG 的一項(xiàng)評估表明，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，德國通快公司提供強(qiáng)大的激光源，另一家德國合作伙伴光學(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)境評估和處理化學(xué)品的法規(guī)，建造化工廠將需要更長的時(shí)間。” 漫長的外包之路中國的努力表明，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民營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，中國確實(shí)增加了本土芯片產(chǎn)量——到 2021 年，其國內(nèi)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(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)，而不是必須跨越國際邊界的供應(yīng)。”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?！?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(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，以及汽車走向電動化并最終實(shí)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(dǎo)體行業(yè)被廣泛預(yù)測到 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?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?！?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(mào)易的時(shí)代”臺灣地區(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?！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(gè)地方、國家甚至大陸進(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?，”他說，“就芯片從頭到尾的一切制造而言，任何國家或地區(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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