美國軍用半導(dǎo)體供應(yīng)體系正處于“危機(jī)”中？

2月20日消息，據(jù)EETimes Japan近日報道，半導(dǎo)體業(yè)內(nèi)人士和政府觀察人士稱，由于對美國對本土半導(dǎo)體產(chǎn)能的投資不足，美國國防部（DoD）需要很長時間才能擺脫對于亞洲的半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的依賴。

過去兩年爆發(fā)的全球半導(dǎo)體供應(yīng)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(yīng)商洛克希德馬丁公司和雷神技術(shù)公司。

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

多年來，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，美國還通過了《2023年國防授權(quán)法案》，決定在未來五年內(nèi)向中國臺灣提供高達(dá)2023億美元的安全援助。此舉引發(fā)了中國大陸的強(qiáng)烈不滿和抗疫，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“不可靠實體清單”。

建立充足的美國本土供應(yīng)鏈“仍需10年”

臺積電亞利桑那工廠預(yù)計不會供應(yīng)給國防部

創(chuàng)立了iDeal Semiconductor和Agere Systems（并入LSI公司）等半導(dǎo)體制造商的 電子工程師邁克·伯恩斯（Mike Burns）說：“美國國防部還需要十年時間才能建立可靠的國內(nèi)供應(yīng)鏈。” “問題的關(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(tǒng)中使用的各種半導(dǎo)體，如F-10聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機(jī)，導(dǎo)彈，以及指揮和管理系統(tǒng)。

在接受美國EE Times采訪時，伯恩斯說：“這將需要很長時間。

事實上，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的總投資擴(kuò)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)。蘋果和AMD未來都將從臺積電的亞利桑那州工廠采購半導(dǎo)體芯片，但該工廠聚焦4nm及3nm制程，不太可能成為美國國防部的供應(yīng)商。

“我不認(rèn)為臺積電會向國防部提供芯片，”伯恩斯說，“如果你看看臺積電對美國工程師的態(tài)度，你會發(fā)現(xiàn)他們不是很滿意。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(dǎo)體芯片在臺灣島內(nèi)生產(chǎn)?！?/p>

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

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

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(yīng)商Altera。Altera的FPGA芯片在臺積電位于臺灣的晶圓代工廠制造。由于FPGA芯片可以進(jìn)行編程適應(yīng)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臺積電生產(chǎn)的FPGA的同時，它也需要像臺積電和三星電子這樣有實力的代工廠，為其武器系統(tǒng)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家的需求量遠(yuǎn)低于蘋果和AMD等商業(yè)客戶?！凹词故强偛课挥诿绹腉lobal Foundries（格芯）也不會非常優(yōu)先考慮國防部的訂單，”伯恩斯說。

伯恩斯解釋稱：“GlobalFoundries有很多商業(yè)客戶尋求大規(guī)模生產(chǎn)，當(dāng)談到軍用晶圓的增長時，我們不知道這將持續(xù)多久。軍用晶圓通常是昂貴的，小批量生產(chǎn)和不可預(yù)測的數(shù)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，美國軍方依賴于目前尚未廣泛使用的傳統(tǒng)架構(gòu)，即較舊的半導(dǎo)體架構(gòu)，別無選擇，只能小批量生產(chǎn)。

“如果國防部使用更多具有商業(yè)架構(gòu)的尖端半導(dǎo)體，并在封裝和軟件中對其進(jìn)行調(diào)整，美國軍方將能夠利用商業(yè)生產(chǎn)的規(guī)模來減少其對半導(dǎo)體供應(yīng)中斷的脆弱性。”克拉克說道。

美國最近實施的半導(dǎo)體出口管制措施的中國大陸也面臨著自己的供應(yīng)鏈問題。美國將中國大陸視為“戰(zhàn)略競爭對手”，認(rèn)為其在5G（第五代移動通信）和人工智能（AI）等技術(shù)領(lǐng)域構(gòu)成威脅。

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

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

無法滿足美國國防部的前沿需求

伯恩斯說：“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(xù)所造成的需求激增做好準(zhǔn)備。三年前，他向美國國會建議，美國政府應(yīng)該補(bǔ)貼與臺積電等尖端代工廠的合資企業(yè)，以確保國防部的專用半導(dǎo)體生產(chǎn)配額?！懊绹男⌒痛S，如SkyWater Technology，無法滿足國防部的尖端半導(dǎo)體需求，”他補(bǔ)充說。

“國防部使用SkyWater的90nm和130nm工藝，”伯恩斯說，“這需要先進(jìn)的計算，但尚未獲得。沒有“可信晶圓廠”在5nm工藝上工作。因此，F(xiàn)PGA通常是在美國購買和配置的優(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(quán)衡，因為專用ASIC速度更快。

雷神公司等武器系統(tǒng)供應(yīng)商表示，缺乏半導(dǎo)體供應(yīng)，限制了他們擴(kuò)大生產(chǎn)的能力。

雷神公司首席執(zhí)行官格雷格·海斯于 2022 年 12 月 7 日接受了 CNBC 的采訪時表示：“沒有神奇的方法可以加快供應(yīng)鏈中的生產(chǎn)，我們正在盡一切努力縮短交貨時間。但是有成千上萬的組件，當(dāng)然，半導(dǎo)體是武器系統(tǒng)的重要組成部分。我們正在與美國國防部合作，為一些供應(yīng)商尋找其他替代制造商。”

洛克希德馬丁公司在 2022 年 10 月中旬舉行的財報發(fā)布會上表示，“2022 年的銷售額將與 2021 年幾乎相同。盡管受到 COVID-19 大流行和供應(yīng)鏈挑戰(zhàn)的持續(xù)影響，但該公司預(yù)計將在 2024 年恢復(fù)增長軌跡?！?/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的供應(yīng)商名單上，但他們在美國經(jīng)營的半導(dǎo)體工廠正在老化。

俄烏沖突引發(fā)對美國武器消耗的擔(dān)憂

雷神公司和洛克希德馬丁公司生產(chǎn)了標(biāo)槍和毒刺等武器，向烏克蘭提供了大量援助。但據(jù)美國智庫戰(zhàn)略與國際研究中心（CSIS）稱，人們擔(dān)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(dá)到戰(zhàn)爭計劃和訓(xùn)練所需的最低水平?！?/p>

根據(jù)CSIS的報告，美國國防部正在尋求國會批準(zhǔn)提供資金以增加生產(chǎn)能力，包括高機(jī)動性火炮火箭系統(tǒng)（HIMARS）和制導(dǎo)多管火箭系統(tǒng)（GMLRS）。該報告還指出，“該行業(yè)普遍認(rèn)為國防部需要從事多年的收購活動，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(xiàn)，大多數(shù)產(chǎn)品預(yù)計需要很多年才能實現(xiàn)這一過程。

根據(jù)CSIS的說法，HIMARS和GMLRS是非常有用的制導(dǎo)火箭，但它們的數(shù)量有限。

根據(jù)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(biāo)槍和毒刺所做的那樣，烏克蘭將收到8000～10000枚火箭， 預(yù)計庫存將可持續(xù)消耗數(shù)月。”但是，庫存用完的時候可能沒有替代品。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(shù)量而分配了資金，但要實現(xiàn)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(zhǔn)，可以采購200枚標(biāo)槍導(dǎo)彈和****以及250枚毒刺導(dǎo)彈，但目前仍然無法獲得?！?蒙哥馬利是美國海軍退役少將，目前是美國保衛(wèi)民主基金會（FDD）的高級研究員。鮑曼還是美國捍衛(wèi)民主陣線軍事和政治權(quán)力中心的高級主任。

他們說：“鑒于需要供應(yīng)烏克蘭并補(bǔ)充美國聯(lián)合庫存，從現(xiàn)實的角度來看，我們不太可能在2026~2027年之前提供?！?/p>

CSIS還指出，“美國軍方首先無法應(yīng)對曠日持久的沖突這一事實可能會引發(fā)一些關(guān)于國家安全系統(tǒng)預(yù)算優(yōu)先事項的辯論?！?/p>

現(xiàn)在美國國防部希望通過英特爾的“超越摩爾”方案（Chiplet）來提供軍用半導(dǎo)體，這種半新的架構(gòu)可以通過實現(xiàn)各種小芯片的異構(gòu)集成來提供附加值，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(shù)依賴的都是傳統(tǒng)的半導(dǎo)體架構(gòu)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，但隨著時間的推移，這種可能性似乎越來越遠(yuǎn)?！?/p>

據(jù)了解，以色列Tower Semiconductor工廠根據(jù)《國際武器貿(mào)易條例》（ITAR）被認(rèn)證為“可信晶圓廠”。

目前英特爾的晶圓代工部門（IFS）正在努力促使美國國防部成為其關(guān)鍵客戶。據(jù)英特爾發(fā)言人 Jason Gorss 稱，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(xù)在 IFS 工作，以確保順利過渡到下一任領(lǐng)導(dǎo)人。

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

如何解決美國的漏洞？

美國眾議院情報特別委員會前主席邁克·羅杰斯（Mike Rogers）在接受美國EE Times采訪時表示，“國防部需要幾年時間才能建立一個獨(dú)立于中國大陸和其他亞洲國家及地區(qū)的安全半導(dǎo)體供應(yīng)鏈。”

“美國擁有制造高端半導(dǎo)體的獨(dú)特能力，但它現(xiàn)有的產(chǎn)能達(dá)不到要求的水平。因此，它由來自世界各地的采購來補(bǔ)充。中國的半導(dǎo)體產(chǎn)能在全球所占的比例最大。如果有軍用芯片供應(yīng)出現(xiàn)問題，這將使得美國變得脆弱。”羅杰斯說。

“美國《芯片與科學(xué)法案》旨在解決其中一些漏洞，”羅杰斯說。

“這當(dāng)然是一個有缺陷的法案，但它仍然是朝著正確方向邁出的一步，承認(rèn)美國必須擁有自己的生產(chǎn)能力。如果出現(xiàn)任何實際需要美國制造的半導(dǎo)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)、延時生產(chǎn)。為此，通過與我們的盟友和美國本身的力量的密切合作，正在花費(fèi)大量資金來提高半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)能力，“羅杰斯說。

伯恩斯認(rèn)為，美國政府應(yīng)該將《芯片與科學(xué)法案》527億美元補(bǔ)貼的一部分分配給美國軍用半導(dǎo)體工廠，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獲得大量資金。

編輯：芯智訊-林子    

來源：EETimes Japan