解析白宫半导体供应链关键报告:拜登在新一轮芯片战争中剑指何方?

我们专访了台湾第二大晶圆代工厂联电的前执行长胡国强、前台积电高阶主管,探问他们如何看待未来战局

2021 年 2 月 24 日,美国新任总统拜登手上拿出一颗小小的芯片,揭示他要「让半导体制造重返美国」的决心。当天,拜登签署行政命令,要求其幕僚团队在 100 天内交出一份针对半导体、车用大容量电池、药品与稀土元素等四大领域的供应链检视报告。

6 月 8 日,美国白宫如期发布了长达 250 页的供应链报告。这份「百日报告」是继去年川普政府喊出「重组供应链」口号后,白宫针对美国半导体产业在内供应链的首份全方位检讨,为的就是要打造有韧性的供应链、重振美国制造。

眼见全球疫情还未见终点、中美关系持续紧绷,芯片战争亦有越演越烈之势。在这一新局势中:人们片刻不离身的手机、在家工作学习使用的电脑、医疗院所使用的呼吸器、甚至是捍卫国家安全的 F-35 战机里,它无所不在。但也正是这场疫情,不仅改变了人类的需求,也让美国体认到确保供应链安全的重要性。

报告发布当天,美国商务部部长雷蒙多(Gina Raimondo)直指,美国正面临短期半导体短缺和对半导体供应链领导地位的长期挑战。「今天的报告为解决这两个问题迈出了关键的第一步,首先对半导体供应链的风险和脆弱性进行了全盘审查,并制定了一项计划,以推进美国在半导体产业生产和创新的长期领导地位。」

报告才发布,白宫国家经济委员会副主任法兹利(Sameera Fazili)在记者会上宣布成立一个「供应链中断问题特别工作小组」,展现拜登政府处理供应链问题的决心。她强调:「在半导体方面,商务部将加倍努力、召集行业并与盟国和伙伴合作,以增加整个半导体供应链的透明度、沟通与信任。」

美国政府眼中的台湾:装满了鸡蛋的篮子

要谈半导体供应链安全,就不得不提台湾。众所周知,今年 2 月,当美国车厂碰上车用芯片短缺问题,拜登政府的经济顾问狄斯(Brian Deese)特别致函台湾经济部寻求援助。4 月 12 日,白宫召开线上峰会探讨芯片短缺议题,台湾最大的晶圆制造厂、也是全球最大的晶圆代工厂台积电董事长刘德音就亲上火线,与美国各大科技厂、车厂的执行长共同商议。

台湾的半导体产业地位之所以重要,翻开白宫「百日报告」可略知一二:「全球经济中 92% 的顶尖半导体制造依赖台湾。」这里头讲的仰赖台湾,指的其实是仰赖台积电这一家公司。该公司目前拿下全球晶圆代工市场 53% 的市占率,尤其在 7 纳米、5 纳米技术制造的先进半导体芯片制造,更是全球最领先。

对此,美国半导体产业协会(Semiconductor Industry Association)指出,美国没有生产任何 10 纳米以下的先进逻辑芯片(逻辑芯片指的是电脑中央处理器和手机处理器这类的芯片),但台湾的先进芯片生产却占全球的 92%,另外有 8% 来自韩国。

然而,台湾的领先,在美国政府眼里,就等同将鸡蛋放在同一个篮子里,万一台湾发生任何供应链的突发冲击,影响将超乎想象。该份报告引述美国半导体产业协会预估指:「如果(所有)台湾代工厂的逻辑芯片生产中断,可能导致依赖半导体供应的电子设备制造商损失近 5000 亿美元的营收。」

报告点出,台湾半导体产业的水电供应问题值得重视。比如 2020 年 12 月美国内存大厂美光(Micron)位于台湾的工厂发生一小时无预警跳电,就对 DRAM(动态随机存取内存)的全球供应的 10% 造成冲击;又比如,台湾在今年上半年经历了半世纪以来最严重的旱灾,使得原本就面临芯片短缺的半导体产业更为紧张。

甚至,报告里白纸黑字挑明了两岸之间的政治风险:「许多晶圆厂设施位于中国和台湾,由这两个经济体的公司所拥有,这让全球半导体社群受到地缘政治行动非常大的风险。即便是一个小小的冲突、或者禁运,都可能对美国立即产生重大干扰,并对美国供应链的韧性产生长期影响。」

台湾第二大晶圆代工厂联电的前执行长胡国强,接受端传媒采访时不讳言:「台湾的台积电是先进半导体制程技术的领导供应商,台湾又是美国密切的盟友,但中国拿下台湾的意图让台湾成为一个危险的区域。因此,美国得做一些事情确保它的半导体供应。」

半导体制造:美国不得不面对的问题

虽然这份供应链报告将半导体产业分为设计、制造、封装测试与先进封装、材料、设备等五部分进行审视,但美国要想巩固供应链,「半导体制造」环节仍是至关紧要的。

美国半导体产业协会(SIA)亦指出,美国半导体制造产能的全球占比,从 1990 年的 37%,下滑到今日的 12%。白宫供应链报告中提及,「包括主要的无厂半导体(指 IC 设计公司)在内的美国公司,依赖国外的半导体来源,特别是在亚洲,形成了供应链风险。」

半导体制造基本上分成「IDM 模式」和「晶圆代工模式」两种。IDM 模式,意思是指从设计到制造一条龙全包的公司,比如美国英特尔(Intel)和韩国的三星,他们自己设计芯片、也自己制造芯片;而晶圆代工模式则是像台湾的台积电、联电这样,单纯接 IC 设计公司的外包订单,专门代替「无厂」的半导体公司代工制造的公司。

美国半导体产业协会(SIA)指,纯晶圆代工的晶圆厂约占全球晶圆制造产能的三分之一。大多数美国的 IC 设计公司,比若高通(Qualcomm)、博通(Broadcom)、超微(AMD)、辉达(NVIDIA)、赛灵思(Xilinx)这些半导体设计公司,都是以「无厂」模式经营,他们将芯片设计好之后,再交由晶圆代工厂生产制造。

白宫报告点出晶圆代工过度仰赖亚洲的现象,总体来看,台湾的晶圆代工市占约 63%、韩国约占 18%、中国约占 6%。总部在美国、由阿布扎比持有的格芯(GlobalFoundries)则占了 7%。

这些占比,在美国政府看来就是:「美国重度依赖单一家公司—台积电—生产先进制程的芯片,也严重依赖中国生产成熟制程的逻辑芯片。」

胡国强告诉端传媒,美国对亚洲的依赖是真实的,且在至少在几年内很难被改变,「特别是高阶芯片的制造,」在胡国强看来,造成这个结果的原因,是全球化与美国政府和产业在过去超过二十年所采取的外包政策。通过外包,美国免于对日渐昂贵的半导体制造的基础建设进行巨大投资,他们也享受来自亚洲具备成本效率的芯片。

这样的成本效率,引发了美国国家安全隐忧。报告指美国国内最缺乏的最先进技术的能力引发,恐怕将影响国家安全,美国需要确保能够安全地取得最先进的技术,维持军事应用的优势。

然而,当前全球唯二能够生产出半导体最先进 5 纳米技术芯片的公司,就属台湾的台积电和韩国的三星电子。美国的半导体制造巨擘英特尔的芯片制造进度只维持在 10 纳米,该公司表示最快得要等到 2023 年才有办法让更先进的 7 纳米芯片进入量产,更遑论它的 5 纳米进度。

这是为什么,美方要加快为半导体研发和制造提供专项资金,重建美国的生产和创新能力。

「我们建议美国国会支持至少 500 亿美元的投资,以推进国内先进半导体的制造;扩大成熟节点(芯片)与内存的生产能力,以支持关键制造、工业和国防应用;促进研发以确保下一代半导体在美国开发和生产,」报告中如是说。

同一天,美国国会等同对白宫的报告做出回应,美国参议院院获得跨党派支持通过《美国创新与竞争法案》以对抗中国崛起,该法案当中包括提供 520 亿美元投资美国国内的半导体。

白宫报告中列举数家将在美国扩厂的晶圆厂计划,比如,台积电在去年宣布投资 120 亿美元在美国亚利桑那州设一座 5 纳米晶圆厂,可望带来 1600 个工作机会;三星正考虑投资 170 亿美元扩充其在美国的产能,可能创造 3000 个就业机会;英特尔也在今年初宣布将投资 200 亿美元建造两个新的晶圆厂,亦将创造 3000 个就业机会。

然而,台积电大举到美国去,即便有来自政府的相关补贴,在台积电创办人张忠谋眼里,单位成本显著较台湾高。张忠谋就在 4 月 21 日一场公开演讲当中说:「胡萝卜是联邦跟州政府的津贴,但是暂时的、短期的津贴不能够弥补长期的竞争劣势。补贴只是几年而已嘛,几年以后你还是要做啊。」

胡国强说,美国先放眼 5 纳米及其以下先进制程技术的 12 吋晶圆厂,要求台积电和三星在美国投资,显然是好的策略,这让先进制程芯片不再承受那么大的供应链风险,「然而,由于规模经济,台积电和三星设在美国的晶圆厂不会像在其家乡的晶圆厂那样具有成本效益,在几年内不会。」

不惜砸钱吸引半导体高阶制造回流,报告中所期待是:「英特尔、台积电或三星对国内代工厂的单边投资也会对整体的半导体供应链产生积极的连锁反应。」美方指的,不仅是半导体供应链生态系的蓬勃,还包括半导体人才链的打造。

人才问题为美国半导体产业的永续带来长期风险。报告指,国际学生在美国半导体相关的研究所课程当中占据越来越大的比例,但这些国际学生却受到工作签证相关的限制,而美国本地出生的学生入学率却持续走低。此外,电机工程相关科系毕业的学生往往被软件产业所吸引,而非硬件。

「(美国)最大的问题是它没有制造的氛围跟文化,或者是人才。」一名台积电前高阶主管告诉端传媒:「如果钱可以解决(营运)效率问题,就让美国政府做吧。对美国政府来讲,(钱)可能是无所谓,可是对于最后它所期望的结果,它可能会突然发现,它要承受一个很大的财务负担。」

中国的抱负,美国的担忧

将画面拉回太平洋另一端,中国的半导体产业发展虽然较美国、台湾、韩国来得都晚,但其倾国家之力推动的野心,令美国不得不在意。

早在 2017 年 1 月,前总统奥巴马的总统科技顾问委员会旗下「半导体工作小组」就曾经发布一份 44 页报告指,中国政府用大量资金扶植半导体,会威胁到美国产业的竞争力。这份白宫报告再次点出:「美国生产受到中国为扩大其芯片生产能力而进行的大量投资的威胁。」

2014 年 6 月,中国国务院发布《国家集成电路产业发展推进纲要》,强调半导体产业是中国资讯科技产业的核心,其中提出设立国家产业投资基金加强支持半导体制造领域,目标在 2030 年让该产业的主要环节达到国际先进水平。

当年 9 月,「国家集成电路产业投资基金」(又称「大基金」)成立,大基金第一期对中国半导体公司的总投资额超过 1300 亿元人民币(约 201 亿美元),以半导体制造投资为大宗,包括中芯国际、华虹半导体等晶圆厂。

长期投资中国半导体产业的华诚资本董事长杨邦彦告诉端传媒:「中国的产业发展政策是先求有,再求好,它不会一夜之间尝试建立 20 家世界级的企业,它会说,我要先求有一家这个比较重要,那一家起来这个模式再来复制,如果有办法复制的话。……每个领域就是一家两家,资本支出需求越大的产业,自然可从政府获得较多的资本支持。」

比如,中国半导体制造的代表就是中芯国际,该公司在全球晶圆代工的市占率约 5%,但其能量产的最先进芯片仅到 14 纳米,业界认为其与台积电技术仍有 5 年以上差距;IC 设计的代表,可以说是华为旗下的海思,然而研调机构 Counterpoint 指出,该公司受美国对华为禁令影响,该公司今年第一季在全球手机芯片的市占率从去年第一季的 12% 降到 5%。

内存方面,则以紫光集团旗下的长江存储最受美方关注,白宫报告点出该公司至少收到来自中国政府 240 亿美元以上补贴,大量投资使其快速扩张,加上低价竞争的策略,最可能对美国内存大厂美光等造成直接威胁。报告中说:「中国已经积极地利用其补贴来发展本土的内存制造厂,以打破其对世界上三大内存公司:韩国的三星、海力士和美国的美光的依赖性。」

整体而言,中国半导体设备、材料、电子设计自动化(EDA)工具仍在发展当中,无法全面性支撑行业所需。中美爆发科技战之际,2019 年 10 月大基金第二期正式成立,注册资本高达 2041.5 亿人民币(约 315.7 亿美元),投资方向就特别针对了这些领域。

值得注意的是,在白宫报告中特别点出,中国欠缺相关技术能力之际,美国在电子设计自动化(EDA)工具、硅智财和半导体设备的领导地位,反倒成了美国的另一层担忧,因为这些美国公司的客户过度集中于中国。

报告原文这样说:「美国的半导体公司,特别是设备商和电子设计自动化(EDA)供应商,可能受到美国和中国之间贸易限制的重大影响,其收入的主要部分可能有被长期破坏的风险。」

巨额的投资外,美方也顾虑到中国急需吸纳顶尖的半导体人才。白宫报告指:「中国通过『千人计划』目标从国外招聘顶尖的科学家和工程师以支持『中国制造 2025』。这在半导体领域很明显,中国从世界各地挖来半导体工程师,尤其是从韩国和台湾。」

比如,中国的中芯半导体、紫光集团挖角的台湾半导体界资深人士就包括台积电前研发处长梁孟松、台积电前共同营运长蒋尚义、台湾内存厂南亚科前总经理高启全等。日经亚洲(Nikkei Asia)在 2019 年也报道,之前七年,至少 3000 名台湾半导体工程师被中国公司以两到三倍的薪资挖角。

在美中抢夺半导体人才之际,报告中说:「2020 年,国际学生占半导体相关研究所入学人数约 60%。随着中国越积极寻求外国人才,将这些学生留在美国,既可以支持美国国内的半导体产业,又可以防止竞争对手获得超越美国的必要人才。」

美国的下一步:联手盟国,促成「公平芯片分配」

这份报告也针对半导体供应链提出了几点建议,其中包括建议美国政府应该要加强与盟国的接触,以「促进公平的半导体芯片分配、增加生产量,并鼓励增加投资」。

报告直言,美国已经通过高层级的外交活动以确保「公平」的芯片分配,并确认盟国和伙伴国家的半导体制造能力能够得到最大程度地发挥。回顾今年年初,美国政府正为美国国内车厂的车用芯片短缺伤透脑筋,在美方积极协商之下,5 月 21 日,美国和韩国发表联合声明,同意共同合作增加对全球汽车芯片的供应,也将通过促进双边投资与研发合作,加强美韩双边的先进半导体制造。

报告当中没有特别列举与台湾合作的案例,但在美韩声明发布前一天的 5 月 20 日,台湾的台积电受邀参与美国商务部举行之半导体视频峰会后罕见发表声明,表示为支持全球汽车产业「已经采取了前所未有的行动」,台积电会将今年车用微控制器(MCU)的生产量增加 60%。

其实,在白宫的供应链报告发表前,驻美国台北经济文化代表处经济组也曾向负责审视供应链的美国商务部提交意见。在端传媒取得的一份 4 月 1 日官方文件中,台湾经济部早向美国商务部强调:「台湾公司会继续稳定供应能加强美国半导体产业的美国公司,并强化美国半导体供应链的安全。」

美国与盟友间的合作,未来或许还有更多的可能性。比如,报告建议美国通过四方安全对话 QUAD(美国、印度、澳大利亚和日本)在半导体供应链问题上进行合作;此外,该报告也认为美国商务部应鼓励盟国、伙伴的晶圆代工厂和材料供应商,在美国与盟国及伙伴地区进行投资,以提供一个多样化的供应商基地。

在美国保全自身半导体供应链的同时,这份由白宫发布的报告为各国与产业界透露了「最符合美国利益」的整体方向,也为世界的半导体版图,揭开下一轮角力战的序幕

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