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可免费下载 |《确保半导体供应链安全:一项国际合作的积极议程》摘译

2022年8月,美国战略与国际问题研究中心(Center for Strategic and International Studies)发布报告《确保半导体供应链安全:一项国际合作的积极议程》。赛迪研究院集成电路研究所对该报告进行了编译,期望对我国有关部门有所帮助。
发布时间:2023-01-13 10:34        来源:        作者:

2022年8月,美国战略与国际问题研究中心(Center for Strategic and International Studies)发布报告《确保半导体供应链安全:一项国际合作的积极议程》。赛迪研究院集成电路研究所对该报告进行了编译,期望对我国有关部门有所帮助。

报告评估了与欧洲国家、美日印澳四方合作国家开展半导体安全和供应链合作的优势和劣势,并给出未来美国政府平衡“保证经济收益”和“遏制中国发展”的具体策略的方向性建议。

一、概述

一个多世纪以来,技术创新一直是美国全球领导地位和经济繁荣的推动力,而技术创新很大程度上以半导体芯片这一重要元件为基础。今天,几乎所有的电子产品都使用半导体芯片。半导体是汽车、智能手机、家用电器等各类行业消费品不可或缺的组成部分。同时,半导体也可以用于军民两用产品,比如民用和军用飞机的空中制导系统。政府和私营部门对全球芯片价值链的管理,将直接影响美国未来的全球竞争力和国家安全。

过去两年的情势突显了半导体对美国经济和国家安全利益的重要性。2019-2021年期间,新冠疫情促使对半导体的消费需求增长了17%。2021年,全球销售额达到5559亿美元,比前一年增长26.2%。在2021年,尽管中国仍然是世界上最大的半导体市场,但美洲成为行业增长幅度最大的地区。然而,这种需求激增,伴随着投资停滞、投入供应不足和物流故障,导致半导体产品出现了前所未有的供应短缺,影响了大约200个依赖于芯片的下游行业。据预测,截至2021年9月,仅在汽车行业,全球半导体短缺就造成了2100亿美元的收入损失。

(一)全球半导体价值链

全球半导体价值链由美国、台湾、韩国、日本、欧洲和中国主导。半导体全球价值链包括三个主要阶段:研发(芯片设计)、制造(芯片生产)、高级测试和组装(后端制造)。研发和芯片设计需要大量的资金和人力资本投入,因此,这是所有行业中研发利润率最高的行业之一。半导体公司在研发上的投入超过公司总收入的18%。例如,一个标准的半导体无尘车间需要大约50亿美元的投资,而一个先进的半导体无尘车间可能需要超过200亿美元的投资。

(二)美国半导体政策

半导体全球价值链分布在世界各地;全球价值链的多样化有助于降低成本,并降低发生重大破坏的可能性。2021年2月,刚刚上任一个月的拜登总统就签署了一项“关于美国供应链的行政命令”。该命令要求相关机构在关键领域对美国的供应链进行全方位安全审查,其中包括半导体制造和先进封装、电池、关键矿物和材料以及药品领域。

1、投资审查、出口管制和贸易举措

贸易政策是促进弹性半导体产业发展的重要部分。贸易政策可以成为促进创新和增长的工具,同时又可以抑制对手开发尖端技术的能力。

贸易政策可以帮助国内产业在竞争中“跑得更快”,但以国家安全为名的过度技术控制,可能会导致美国高科技公司无法获得创新和发展所需的收入。

2、多边倡议

美国除了制定影响半导体贸易和安全的政策之外,还部署了针对芯片和其他军民两用产品的多边贸易倡议。《瓦森纳常规武器和军民两用物品和技术出口管制协议》是1996年在荷兰正式建立的多边出口管制制度。目前,已有42个国家参与了这一机制,其目的是提高武器和军民两用物品和技术(包括半导体)转让的透明度和责任。但它存在着显著的局限性:决策速度太慢,而且,其作用是提供贸易建议和通报,并非限制贸易。此外,俄罗斯在该协议的成员身份也是使该协议难以有效运作的一个因素。

二、欧盟成员国的半导体政策

1990年,欧洲生产了全球近35%的半导体,但到2020年,这一数字下降到约9%。总的来说,欧盟在半导体价值链的最后一步,也即是芯片组装、测试和封装的后端制造环节落后了,只占全球后端制造能力的5%。即便欧洲生产越来越多的半导体晶圆,但仍然会被送往中国等地进行封装。

2021年9月,欧盟宣布了一套与美国类似的立法——欧洲芯片法,并2022年2月正式施行,旨在对中小企业提供研发、建厂和生产支持,加强欧洲对半导体的重大投资力度。该法案包括三个主要政策:第一,“欧洲芯片举措”,即通过增加投资提升产能;第二,建立前所未有的先进设施,确保“供应安全”;第三,为避免供应链危机做好准备和监控。

该法案还将致力于与美国和日本建立更强大的供应链,加强欧洲的研发领导地位,提高其在设计和制造方面的创新能力,并在2030年前大幅提高其生产能力。

(一)比利时

比利时位于欧洲主要经济强国之间的中心位置,是半导体产业和欧洲外交的天然十字路口。

研发能力:比利时在全球半导体研发供应链中处于领先地位,在欧洲创新能力方面排名第五。

比利时半导体研发产业的明珠是位于鲁汶的大学间微电子中心(Imec),这是世界顶级的半导体研发机构之一,拥有12000平方米的洁净室和实验室,以及来自95个国家的5000多名研究员,试验试点生产线价值30亿美元,能够开发数量有限的尖端芯片,采用基于二维石墨烯的新工艺,比目前的尖端制造领先两到三代。根据欧洲芯片法案,Imec将获得超过10亿欧元的公共资金,用于建立新的测试线设施,以加快从前沿芯片技术的研发到商业化的速度。

(二)荷兰

荷兰是半导体强国,是世界上少数拥有完全集成的垂直半导体供应链(包括应用研究、芯片设计、芯片架构、芯片生产以及系统集成和应用)的国家。荷兰还有效主导着欧洲半导体供应链的机床部分。荷兰企业的半导体行业平均销售额在该行业是最高的,为每年44亿欧元。该国的行业四大公司是:ASM、阿斯麦(ASML)、Besi 和NXP。此外,荷兰还有几家半导体制造设备公司。

研发能力:阿斯麦是世界上最大的光刻设备供应商,光刻设备是将电路图传输到晶圆上不可或缺的部分。2020年,阿斯麦创下65亿美元的销售额,成为极紫外(EUV)光刻机的唯一供应商,该公司于2019年推出了EUV光刻机,利用极紫外波长来打印最复杂的芯片层,打造先进和高度复杂的半导体。阿斯麦作为EUV光刻机的唯一供应商,成为英特尔和台积电等公司的理想合作伙伴。2012年,英特尔收购了阿斯麦15%的股权。

无尘车间产能:荷兰也是ASM国际(ASMi)的所在地,ASMi成立于1968年,开创了光刻、离子植入和单片外延等技术,还持有ASM太平洋技术公司(ASMPT)的25%的股份。ASMPT于1975年在香港成立,当时是半导体行业产量最高的垂直炉(垂直炉可以让一堆晶圆装载到一个炉中进行同步加工,对提高生产效率有着关键的作用)生产公司。ASMPT主要专注于组装和封装。ASMi参与从未经加工的硅片到组装芯片的整个生产过程,目前主要专注于前端晶圆加工。

(三)法国

法国是欧盟第二大经济体,在欧洲半导体产业中占有重要地位,拥有研发、制造和组装中心。2019年,法国出口的半导体器件达10.5亿欧元,主要销往新加坡、德国、中国和荷兰。法国半导体产业不仅将获得“欧盟半导体举措”的支持,还将获得“法国2030举措”的资助——到2030年,法国承诺向半导体行业投入近60亿欧元,主要集中在物理和电子元件上,以实现到2030年将法国电子产品产量翻一番的目标;这笔投资将用于制造更小的芯片,目的是确立法国在“该领域的领导者”地位。

研发能力:CEA-Leti是一家位于格勒诺布尔的政府研究中心,是国际纳米电子领域的主要参与者。它与III-V Lab、Intel、Mapper、Soitec和意法半导体(ST)等公司在半导体技术的开发和研究方面有着广泛的合作关系。

无尘车间产能:意法半导体是法国卓越的半导体供应商,运营着两个无尘车间和最大的研发中心,生产长达16nm的芯片且产能较大。法国也有一些后端制造能力。2017年,UnitySC在格勒诺布尔建立大约1万平方英尺的洁净室,从事半导体封装。

(四)意大利

意大利是欧盟第三大经济体,拥有多家生产各种半导体元件的大型工厂。

研发能力:2021年6月,意法半导体公司宣布与意大利理工大学米兰理工学院达成协议,建立一个传感器先进材料研究中心。该公司于2021年底与卡塔尼亚大学签署协议,为加强电力电子领域的教育和研究活动创建框架。意大利也是Technoprobe的总部,该公司在全球拥有3个研究中心和2200名员工。Technoprobe专注于芯片测试解决方案,以及探针卡的设计、开发和生产。

(五)德国

2020年,德国的半导体器件出口额达65亿美元,成为世界第四大出口国。同时,德国也是全球第四大半导体器件进口国,2019年半导体进口总额达57亿欧元。在欧洲330亿欧元的半导体市场中,德国共占108亿欧元。德国也受到半导体后端制造的挑战。

(六)欧盟

欧盟是美国在半导体全球价值链方面进行更为密切合作的有吸引力的伙伴。欧盟的单一市场有利于商品、服务、资本和人员的自由流动,使得企业在成员国之间进行投资、利用当地的激励措施和有利的商业条件相对容易。布鲁塞尔和成员国政府提供的资金有助于提高整个欧盟半导体全球价值链的凝聚力和弹性。

三、美日印澳四方合作

(一)印度

印度将成为世界上人口最多的国家,是半导体行业的一个主要增长市场。2020年,印度半导体消费额达138.7亿美元;到2030年,该数字预计将增长到800 - 900亿美元。印度商业半导体产品几乎100%靠进口。大多数大型跨国半导体公司,如英特尔、三星、台积电、NXP、博通和美光等,都在印度设有办事处。

(二)日本

日本是全球第四大半导体制造和设备销售市场。据美国商务部估计,日本半导体产业在2021年增长了19%以上,到2022年将增长到470亿美元以上。

虽然日本仍然拥有世界上最多的半导体工厂,但这些工厂在很大程度上落后于国外其他高科技工厂,不能生产尖端产品。日本的优势在于其在半导体材料方面的深厚专长。例如,2019年,索尼半导体通过生产相机图像传感器成为全球顶级供应商。此外,还有Lasertech公司,这是世界上唯一针对最先进的芯片设计生产测试模板的制造商。

(三)澳大利亚

澳大利亚生产少量用于无线网络和火星探测器的芯片,是主要的芯片消费国,缺乏重新进入半导体战略领域的方向和商业意愿。

研发能力:澳大利亚在射频、毫米波、光子学和雷达方面具有世界一流的设计能力,还拥有丰富而未开发的二氧化硅矿床,这是生产晶圆的关键化合物。其成功的矿产勘探和开采经验可以加速国内硅矿的发展。另外,澳大利亚强大的材料科学、学术和研发能力也很适合探索二氧化硅替代品。

(四)四方安全对话机制

2021年9月,四方成员国首次会晤并发布联合声明,强调合作伙伴正在共同努力构建半导体供应链。各方确认将“积极致力于建立有弹性、多样化和安全的关键技术供应链,认识到透明的、且面向市场的政府支持措施和政策的重要性。”四国建立更具弹性的供应链和打击非市场经济行为的共同努力,代表着四国一致针对中国的合作水平有了提升。澳大利亚和日本已经共同努力限制与俄罗斯的贸易,但印度不愿加入该协作。

四、建议与结论

半导体全球价值链在本质上是复杂的,这意味着美国单方面的努力存在明显的局限性。因此,有必要针对盟国之间的半导体供应链制定一个积极的议程。

本研究建议,政府和私营部门需要为增强半导体供应链的弹性制定切实的目标。美国政府需颁布一致的、可预测的政策——特别是与贸易相关的政策——包括合作制定新的信息技术协议,以降低信息通信技术产品的关税。总体而言,政府应避免全面的出口管制,以免影响对相关半导体行业的投资,并应考虑建立一个新的小型出口管制机制,其功能可与瓦森纳尔协议类似。

译自:Securing Semiconductor Supply Chains: An Affirmative Agenda for International Cooperation.

以上是部分内容,完整版译丛,点击赛迪译丛:《确保半导体供应链安全:一项国际合作的积极议程》查看

 

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