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    《電子技術應用》
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    美國或重創日韓半導體?

    2022-10-02
    作者: 湯之上隆
    來源: 半導體行業觀察

      美國政府簽署了關于促進在美國本土生產半導體的法案一一《CHIPS and Science Act(以下簡稱為“芯片法案”)》,此法案不僅會對美國、對全球各國都會產生很大影響,甚至會產生“惡劣影響”。此外,今年(2022年)下半年以來,美國一直在加強對中國的出口管控。這也將在各個方面產生不良影響。

      本文中,筆者將著重論述美國“芯片法案”和美國對華政策產生的影響。美國引起的這波影響也將波及日本的半導體廠家和材料廠家。此外,筆者認為,美國強化對華出口管控的起因在于俄烏沖突。

      美國“芯片法案”的成立

      2022年8月9日,美國拜登總統簽署“芯片法案”,法案中指出美國政府對美國的半導體生產和研究開發給予527億美元(約人民幣3689億元)的補助。明細如下,對于赴美建廠的半導體工廠給與390億美元(約人民幣2730億元,其中,20億美元將用于汽車、安防系統半導體方向)、對研發和人才培養給予132億美元(約人民幣924億元)、對國際信息通信安全技術和半導體供應鏈給與5億美元(約人民幣35億元)。

      可享受上述美國“芯片法案”資金補助的半導體工廠如下圖1所示。主要為美國本土企業,如英特爾的亞利桑那工廠(投資300億美元,約人民幣2100億元)和俄亥俄工廠(投資200億美元,約人民幣1400億元)、Global Foundries(GF)、德州儀器(TI)的工廠、鎂光的存儲半導體工廠(投資400億美元,約人民幣2800億元)等。

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      有望享受美國“芯片法案”補助的海外企業有以下,受美國政府邀請赴美建廠的臺灣積體電路制造有限公司(以下簡稱為:“TSMC”)的亞利桑那工廠(投資120億美元,約人民幣840億元)、欲與TSMC抗衡的三星電子的德克薩斯工廠(投資170億美元,約人民幣1190億元),SK集團的半導體研發中心(合計220億美元,約人民幣1540億元)等。據英特爾等企業表示:“希望得到美國政府30%的補助金”??偠灾?,上述企業都希望享受“芯片法案”的恩惠。然而,現實卻沒有那么容易!

      美國提出的“自衛手段”

      美國拜登政權在發布“芯片法案”的同時,還指出:“芯片法案的目的在于削減成本、創造就業機會、強化供應鏈、牽制中國”,這明顯是美國的一種自保手段。此外,為了切實保證美國半導體產業的競爭力,美國政府還規定享受美國資金補助的企業在未來十年內,禁止在中國投資、擴大有關尖端半導體(比28納米更先進的制程,實際為16/14納米以后的先進制程)的活動。

      依照美國的要求,以下企業在未來十年內將無法在中國擴大投資,如TSMC的南京工廠(生產40納米一一16納米的邏輯半導體)、三星電子的中國西安工廠(生產3D NAND)、SK海力士的中國無錫工廠(生產DRAM)、大連工廠(原屬于英特爾,生產3D NAND)。

      南京工廠的產量在TSMC集團占比較少,但西安工廠生產的3D NAND占三星電子約40%的比例,大連工廠生產的3 DNAND占SK集團約30%的比例,無錫工廠生產的DRAM占SK集團約50%的比例。

      因此,一旦三星電子和SK集團接受美國“芯片法案”帶來的資金補助,將無法在中國工廠進行投資,不僅無法生產最先進的存儲半導體,甚至連擴產也被限制。這對存儲半導體廠家而言簡直是一場災難??赡軙腥苏f:“那就不要接受美國的資金補助了!”在成本昂貴的美國投資建設半導體工廠、研發中心,如果總投資需要100億美元(約人民幣700億元),而政府計劃補助30億美元(約人民幣210億元),現在政府不再補助,對半導體廠家而言是一大損失。

      如上所述,美國政府提出的“自衛對策”對三星電子和SK集團而言簡直是“晴天霹靂”。不排除韓國半導體廠家停止赴美建廠的可能性。而且,這波影響可能波及日本的半導體生產設備、材料廠家。

      對日本的半導體生產設備、材料廠家的影響

      下面筆者將分別論述三星電子和SK集團在接受和不接受美國資金補助的情況下,對日本半導體生產設備、材料廠家的影響。

      (1)三星電子和SK集團接受美國資金援助的情況。

      如果三星電子和SK集團接受美國政府資金援助,三星電子將會投資170億美元(約人民幣1190億元)在德克薩斯州建設Foundry工廠,SK集團將會在美國建設半導體研發中心和清潔能源(Clean Energy)相關設施。如果半導體工廠得以在美國建設,日本的材料廠家也會相應地在美國建設新工廠。此外,設備廠家也會相應地在三星的工廠附件設立新據點。因此,對日本的設備、材料廠家而言,這是一個擴大美國業務的良機。

      另一方面,三星電子和SK集團又受到美國“芯片法案”的牽制一一未來十年內無法向位于中國的存儲半導體工廠進行投資或者新增設備。筆者在上文也提到了,對于存儲半導體廠家而言,如果無法投資新產品、增設新設備,無異于“束手待斃”。

      上述影響也會波及到日本的半導體生產設備、材料廠家。這是因為在2020年以后,中國大陸地區已經成為全球最大的半導體生產設備市場,超過臺灣地區和韓國(如下圖2)。中國的半導體生產設備市場自然也包括三星電子和SK集團位于中國的分工廠。

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      因此,一旦三星電子和SK集團接受美國的資金補助,日本、歐洲、美國的半導體設備廠家將會失去龐大的中國大陸地區的業務(如圖3)。由于韓國無法在中國大陸地區新建存儲半導體工廠,相應地日本的材料廠家的業務也會下滑(如圖4)。正是因為中國大陸地區半導體設備、材料市場如此巨大,所以影響也非同小可。

      (2)如果三星電子和SK集團不接受美國的資金援助

      那么,如果三星電子和SK集團不接受美國的資金援助,將會發生什么呢?雖然我們無從得知SK集團的半導體研發中心是什么樣,但三星電子的位于德克薩斯州的Foundry工廠如果沒有美國政府的資金補助,將會成為一處成本極其高昂的工廠。

      我們假設建廠需要100億美元,政府補助30億美元。即原本三星電子計劃投資170 億美元(約人民幣1190億元)在德克薩斯州建Foundry工廠,美國政府對其補助約50億美元(約人民幣350億元),而三星電子為了維持在中國的生產,將無法享受這50億美元的補助。這將導致三星工廠喪失一定的競爭力。

      由于美國對華管控愈發嚴格,無論三星電子和SK集團是否接受美國政府的資金援助,都有可能對其位于中國的工廠造成打擊。理由如下。

      美國禁止向中國銷售本土半導體設備

      今年(2022年7月)有多家媒體報道指出,美國商務部對本國的應用材料公司(AMAT)、Lam Research(Lam)、KLA提出了禁止向中國的Foundry工廠一一SMIC出口用于16/14納米以及更先進制程的半導體設備。

      SMIC原本就在美國的EL(實體清單)上,即禁止向SMIC銷售用于10納米以及更尖端制程的設備,此處禁止銷售的設備僅有荷蘭ASML的尖端EUV光刻機。SMIC是肯定無法采購尖端EUV光刻機了,就連SK海力士的中國無錫工廠也無法采購EUV光刻機用于生產DRAM。

      此次美國商務的規定是進一步強化了對華出口限制。此外,禁止向中國出口用于16/14納米以及更先進制程的設備這一政策,很有可能也將適用于三星電子和SK海力士集團位于中國的工廠。如果上述可能性為真,三星電子和SK海力士的存儲半導體工廠真的就面臨著“死亡”。

      同時對日本的設備廠家、材料廠家也會帶來不良影響。即,如果沒有AMAT的成膜設備、Lam的干蝕(Dry Etching)設備、KLA的檢測設備,就無法構筑16/14納米的生產產線。那么,半導體廠家也沒有必要引進東京電子(TEL)的“涂布顯影設備(Coater Developer)”、SCREEN的清洗設備。此外,如果無法構建16/14納米的生產產線,也就意味著有關硅晶圓、光刻膠、溶液等各類材料的業務也將消失。

      然而,美國對中國的出口限制還不止于此。

      ArF曝光機也將被禁止出口?

      2022年7月22日,彭博社報道稱,SMIC已開始出貨7納米產品。7納米制程采用的是ArF浸沒式與SAQP(Self-Aligned Quadruple Patterning,自對準四次成型技術)的結合技術。有人推測是SMIC通過解析TSMC的7納米產品,才得以研發和生產成功。

      TSMC的7納米工藝與英特爾的10納米工藝的微縮性基本一致,但英特爾在2016年沒有成功量產10納米,五年后,依然原地踏步,因此,雖說SMIC生產出了7納米產品,還是令業界很震驚的。

      此外,美國決不允許上述事情的再次發生,因此,有人預測,美國政府很有可能要求ASML和尼康,禁止對中國出口ArF浸沒式光刻機。如果上述預測成真,SMIC不僅無法生產7納米產品,更無法生產38納米以后的半導體(38納米是ArF浸沒式分辨率的極限)。另外,甚至也有可能波及到三星電子和SK海力士在中國的存儲半導體工廠。

      那么,美國究竟是為什么要徹底打擊中國的半導體產業呢(包括韓國在華工廠)?要知道美國的這些管制措施將給韓國和臺灣地區的半導體廠家、日本歐洲美國的半導體設備廠家和材料廠家帶來極大的損失。

      美國強化對華管控的理由

      在中國于2015年發布的“中國制造2025”中,提到要在航空和科技領域獲得進步的內容。美國政府了解到這一內容,勢必要打壓中國。實際上,對于原在全球5G技術方面領先的華為公司,美國已經實施了打壓手段。

      原來不在美國實體清單上的SMIC居然成功研發和生產出了7納米,這對美國而言是無法接受的事實!因此,美國決定禁止對華出口16/14納米以后的相關設備,甚至正在謀劃禁止對華出口ArF浸沒式光刻機。

      美國牽制中國的另一個原因在于俄烏沖突。

      中國對俄出口半導體量驟增

      自俄烏沖突以來,已經過去七個月了,時至今日,沖突還沒有要結束的征兆。筆者在此真心希望戰爭可以早日結束。

      下面我們從半導體的觀點進行分析。無論是任何一種武器,都需要半導體,而且是高性能半導體。是什么企業設計和生產的這些半導體呢?筆者試著做了一下調查,發現俄羅斯也有半導體廠家(如下圖5)。Baikal Electronics和Moscow Center of SPARC Technologies(MSCT)是屬于半導體設計公司(Design,Fabless),具有設計16納米CPU的實力(其實力在日本之上)。

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      另外,Micron Group是一家可以生產65納米半導體的代工廠(Foundry),但是令人遺憾的是Micron Group無法為Baikal Electronics和MCST代工生產16納米的CPU。

      那么,究竟是哪家企業在生產呢?推測應該是TSMC和SMIC(下圖6)。俄烏沖出剛剛開始,TSMC就立即停止了對俄出口半導體。

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      上圖可以看出,在臺灣地區停止對俄出口后,中國對俄出口驟增。上圖6中的金額為邏輯半導體和存儲半導體的合計金額,業界有人推測邏輯半導體為SMIC生產的。那么,存儲半導體是由哪家企業生產的呢?NAND很有可能是紫光集團旗下的YMTC(長江存儲)。也有可能是三星電子位于西安的工廠。另外,目前中國還無法真正量產DRAM,所以業界有人推測對俄出口的DRAM很有可能是SK海力士無錫工廠生產的。

      因此,有人認為美國之所以徹底打擊中國,是因為中國對俄大量出口半導體。如果中國對俄出口的半導體中有三星電子和SK海力士生產的存儲半導體,那么美國很有可能也會對韓國的半導體工廠實施嚴格管控。

      如果美國政府要求禁止向韓國在華存儲半導體工廠銷售16/14納米以后的設備和ArF浸沒式光刻機,那么韓國的存儲半導體廠家將面臨極大的危機。同時,日本、歐洲、美國的設備、材料廠家的業務也將驟減。雖然是為了緩和俄烏沖突,卻使半導體產業陷入了困境。未來將如何發展,讓我們靜觀其變。

     

      


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