大部分生产企业在亚洲 拜登想振兴美国芯片制造并不易

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2021年4月20日19:22:4827

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导语:拜登总统的振兴美国半导体芯片业梦想,面临着来自供应链复杂性的现实考验。从现代汽车(Hyundai Motor)新电动汽车IONIQ 5需要的一款芯片,就可了解拜登总统解决困扰汽车制造商和其他行业的半导体芯片短缺问题的挑战。

拜登总统的振兴美国半导体芯片业梦想,面临着来自供应链复杂性的现实考验。从现代汽车(Hyundai Motor)新电动汽车IONIQ 5需要的一款芯片,就可了解拜登总统解决困扰汽车制造商和其他行业的半导体芯片短缺问题的挑战。

该芯片由美国公司On Semiconductor设计,主要组成部分是相机图像传感器。其设计环节完成后,首先送到意大利的一家工厂生产,也即在原始硅晶片上刻印复杂的电路,接着把这些硅晶片送到中国台湾地区进行封装和测试,接下来运往中国大陆组装到相机部件中,之后再发往韩国的现代汽车零部件供应商,最后到达现代汽车生产工厂。

这种图像传感器的短缺,导致现代汽车韩国工厂停产,使其成为最新遭受全球供应困境的汽车制造商。同样的问题,也已经让通用、福特和大众等大多数汽车制造商的生产瘫痪。

图像传感器供应链曲折旅程显示,芯片行业解决当前供应短缺问题多么复杂,美国重振芯片制造业所面临的任务多么艰难。

当地时间周一,拜登总统在华盛顿召集半导体行业高管,讨论当前芯片危机的解决方案,这是美国政府欲振兴美国国内芯片业的最新举措。此外,作为美国政府日前提出的2万亿美元基础设施建设方案的一部分,拜登还提议投资500亿美元用于美国的芯片制造和研发,称这有助于美国赢得全球竞争。

这500亿美元的芯片制造和研发资金,其中大部分可能将用于对英特尔、三星和台积电在美国新建先进芯片工厂的补贴。但行业高管表示,解决更广泛的供应链问题至关重要。因此,拜登政府面临着政府资金补贴方向的复杂选择。

“试图从上游到下游重建整个供应链是不可能的,”ON Semiconductor高级副总裁大卫・索莫(David Somo)向媒体表示。“因为那样做,将要付出离谱的代价。”

目前在全球半导体芯片制造能力中,美国只占12%左右,低于1990年的37%。据行业数据显示,目前全球超过80%的芯片生产能力分布在亚洲。

生产一个电脑芯片需要1000多个步骤,经过70个独立的边境口岸和许多专业公司。这些公司大多数在亚洲,并且许多都不怎么出名。

芯片生产的全过程,从原始硅晶盘开始,经过被称作“晶圆厂”的芯片工厂通过复杂化学工艺,将电路蚀刻到硅晶片。在这之后即进入芯片包装阶段。

包装步骤最能很好地说明供应链的挑战。从晶圆厂生产出来的硅晶片,每片都包含数百甚至数千个指甲大小的芯片,它们必须被切成单独的芯片,然后放进一个包装单元。

所谓包装,就是将单个芯片放进一个“引线框”,并将其焊接到电路板上,并封装进树脂保护外壳。

由于这一步骤是在劳动密集型岗位完成,导致芯片公司数十年前就将这一业务外包给中国大陆、中国台湾、马来西亚和菲律宾等地生产。

“如果拜登政府振兴芯片业的努力能取得成功,他们就必须帮助重建美国的芯片包装行业。”加州芯片包装公司Promex首席执行官迪克・奥特(Dick Otte)说,“否则,就是在浪费时间。这就像造一辆车,没有车身一样。”

但较新的芯片包装流程,对劳动密集型岗位的依赖降低,这导致一些美国芯片制造商相信它们可以将芯片制造业从国外拉回来。

南加州大学电子及计算机工程教授托尼?利维伊(Tony Levi)表示,重建美国芯片包装业不仅能够让芯片公司及其客户免受地缘政治风险,也将帮助他们更快地生产出需要的芯片。

利维伊称,英特尔、台积电、三星和格罗方德(GlobalFoundries)在亚利桑那州、德克萨斯州和纽约州,都已经设有工厂或正在计划设厂,这三个州将适合发展成供应链集群。

利维伊说,“美国非常擅长的是,系统设计、产品设计和制造本身之间的密切合作。”

芯片设计公司Silicon Labs首席执行官泰森・塔特尔(Tyson Tuttle)指出,成熟芯片现在严重短缺。因此,业内人士认为,美国不仅需要投资建设具有先进技术的晶圆厂,也需要投资老旧成熟的技术。

塔特尔说,“对半导体行业的投资不均衡,对最先进技术的投资过多。”

不过,拜登政府将如何平衡对芯片行业许多子部门所需的投资,这仍待观察。

拜登拿出一张硅片:中国想主导半导体,美国不能干等

“芯病”,成了美国的“心病”。当地时间12日,美国白宫主持召开半导体大会(视频会议),讨论如何解决当下美国芯片短缺问题。众所周知,新冠疫情开始后,“缺芯”逐渐成为一个全球性问题。

福特、英特尔、三星等19家相关大型企业负责人参加了会议。台积电董事长也受邀出席。

拜登在会上仍借中国渲染紧迫感,宣称“中国欲主导半导体供应链”(China plans to reorient and dominate the semiconductor supply chain),美国不能坐视。拜登也不忘“心心念念”的2.3万亿的基建计划,拿出一张硅片,强调“这也是基建!”

“我一直在强调,中国和世界没有在等,美国也没有理由要等,”(China and the rest of the world is not waiting, and there's no reason why Americans should wait.)拜登在会议的媒体公开部分时催促道,“美国现在集中资本投入半导体、电池等领域――这是别人正在做的,我们也必须做。”(We're investing aggressively in areas like semiconductors and batteries -- that's what they're doing ... so must we)

拜登在会上(的媒体公开部分)发言 视频截图

美国的半导体产业曾享有先发优势。在生产端逐渐转移至亚洲、本土专注研发后,如今供应端被“扼住喉咙”。拜登在会上强调,其2.3万亿的基建计划将“专注于建设美国本土的半导体生产(能力)。”

“这也是基建,”拜登拿出一块硅片,“这些芯片、硅片――电池、宽带――都是基建,这些都是基建。”(These chips, these wafers … batteries, broadband ― it’s all infrastructure. )

拜登强调,他今天收到23位参议员、42位众议员的联名信,支持“为美国制造芯片计划”(CHIPS for America Program)。来信提到“如果我们在这些高技能的工作岗位和专业知识上输给中国,损失是无法弥补的。”信件还点出,“美国在精密半导体方面依赖于战略竞争对手,其中存在风险。”

据《华尔街日报》报道,拜登在会上直接引用了信件的内容,宣称“中国计划主导半导体供应链,并投入可观的资金,以达成目的。”信件还催促拜登和盟友合作,打造自己的芯片产业,要“迈出比中国更激进的步伐”(outscale China's aggressive steps)。

美国国家公共广播电台(NPR)提到,拜登的基建计划尚未得到任何共和党两院议员的支持,许多对面党派人士批评这个计划“太宽泛,而且局限于道路、桥梁等传统基建项目。”

但是拜登仍然很自信,指出国内的芯片制造是“跨越党派的问题”。“这是一项在美国参议院获得广泛支持的议题,”拜登称。

半导体线上会议白宫会场

12日的会议不仅拜登出席,而且由白宫国家安全顾问沙利文、国家经济委员会主席布莱恩・迪斯(Brian Deese)、商务部长吉娜・雷蒙多(Gina Raimondo)主持。

企业方面,福特、通用、Stellantis集团等“缺芯重灾区”――车企的高层代表,还有“用芯大户”英特尔、谷歌母公司Alphabet、AT&T、惠普等公司的决策层人员均参加了会议。

在供应端方面,台积电董事长刘德音出席。他在参加这次峰会前吹风称,晶片短缺与制造商所在地点无关,主要是因疫情促使供应链存货增加、中美贸易紧张与疫情加速数字转型所致。

2020年9月,北京服贸会上展出的4800万像素硅基液晶数字光场芯片及电路。

据悉,与会代表对白宫关注“缺芯”问题表示欢迎。“这是一次绝佳的机会,让我们能够讨论解决这一问题的长期方案,”美国半导体行业协会(SIA)会长约翰・诺伊弗(John Neuffer)在会上表示。

“1990年,美国生产的半导体占世界的37%,如今只有12%,”他说,“供应链的脆弱性在去年格外突出(bold relief)。”

国安顾问沙利文称,芯片问题“构成美国国家安全的漏洞。”

拜登的副国安顾问称,拜登政府将“缺芯”视为国家安全问题。“对于绝大部分新兴行业来说,半导体是重中之重,还有医药、航天等等领域。问题在于:如今,几乎100%的制造端都在东亚,90%由一家公司制造,这是一个严重的漏洞。”

美国市值最高的芯片供应商英伟达CFO在会上表示,“供应端上的问题还会持续几个月。今年芯片将继续供不应求。”

白宫在会前强调“讨论也是为解决供应短缺做出的努力”,并表示这场会议不以做出任何声明或决定为目标。

约3小时的会议结束后,白宫方面表示,“与会者们强调了提高半导体供应链透明度,以帮助缓解当前短缺。他们认为改善整个供应链中的需求预测也十分重要,以帮助缓解未来挑战。会上还提出要建设‘额外的半导体制造能力’,以解决供应不足。”

美国有个“芯病”,在中国大陆

三星、台积电的生产能力无须赘述,但实际上,美国政府近期对芯片问题如此焦虑,不仅因为“缺芯”让多个行业受灾严重,还有对中国大陆在半导体行业加速反超美国的担忧。

今年2月,美国有线电视新闻网(CNN)发文称,有专家表示,当美国在全球半导体制造业份额下降的同时,中国大陆的份额正在增长,如今两国份额已大致相当。现在中国大陆和美国在全球半导体制造中的份额都在12%左右。

2月11日,IBM、高通和英特尔等领先芯片集团组成的美国半导体行业协会,在给拜登的信中也暗示了这一点。

他们写道,“制造份额的下降,很大程度上是因为,我们竞争对手所在国家的政府为了吸引新的半导体制造商给他们提供了大规模的补贴和激励,而美国却没有。”

事实上,进入21世纪后,大部分芯片制造产业已向亚洲集中。根据宁南山去年底发布《从数据看中国半导体在全球版图中的位置》,从2015年到2019年,中国大陆的晶圆产能全球份额从9.7%增加到了13.9%,上升了4.2个百分点,2019年位居全球第四位,仅次于中国台湾,韩国和日本,并超过了占比12.8%的美国。文中指出,中国大陆的芯片产能事实上已超过美国,但原因是中国大陆很多产能属于外资工厂。

不得不提的是,单纯的芯片设计领域,美国仍然遥遥领先。这也是中国正在发力的点。宁南山介绍,纯芯片设计公司份额方面, 2019年美国(企业)占世界的65%,几乎是全球其他地区总和的两倍。高通、博通、英伟达还有AMD的芯片设计依旧领跑。

顺便一提“缺芯重灾区”车企。这次白宫的半导体大会,车企代表来了好几个。

但据CNBC报道,美国官员此前指出,汽车行业只占全球用芯的5%,甚至更少。因此他们在芯片供应商那里位于低优先级。这很可能是在紧缺大环境中它们首当其冲的原因。此外,汽车行业使用的芯片远不是最高端的产品,供应端的研发、生产热情不高。

德国《商报》4月2日刊文指出,“芯片之争,中国绝非无能为力。”

报道称,尽管美国正试图通过限制半导体对华出口让中国屈服,但这一目的很难达到。《商报》进一步呼吁拜登政府放弃这一对抗路线,与中国展开对话,因为美国相关产业付出了高昂的代价。

此外,文章还认为,美国在芯片领域对华“卡脖子”不仅无法让中国大陆屈服,还会不断刺激中国大陆打造出自己具有竞争力的半导体产业。虽然这一过程需要时间,但在太阳能、火车以及汽车产业领域,中国大陆已经证明了自己完全能够迎头赶上。

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