美國(guó)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?qǐng)?bào)道，半導(dǎo)體業(yè)內(nèi)人士和政府觀察人士稱，由于對(duì)美國(guó)對(duì)本土半導(dǎo)體產(chǎn)能的投資不足，美國(guó)國(guó)防部（DoD）需要很長(zhǎng)時(shí)間才能擺脫對(duì)于亞洲的半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的依賴。

過(guò)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(guó)國(guó)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(bào)道稱，美國(guó)國(guó)防部還應(yīng)考慮競(jìng)爭(zhēng)以確保晶圓代工生產(chǎn)能力以及軍方對(duì)過(guò)時(shí)的半導(dǎo)體供應(yīng)體系的過(guò)度依賴。這引起了美國(guó)政府的擔(dān)憂，即近十年來(lái)美國(guó)在處理涉及中國(guó)臺(tái)灣關(guān)系方面一直面臨挑戰(zhàn)。具有諷刺意味的是，中國(guó)臺(tái)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(tái)積電的所在地，而臺(tái)積電則是一家向美國(guó)國(guó)防部供應(yīng)所需的半導(dǎo)體的晶圓代工廠。

多年來(lái)，中國(guó)臺(tái)灣一直處于美國(guó)和中國(guó)大陸之間日益緊張關(guān)系的中心。不久前，美國(guó)還通過(guò)了《2023年國(guó)防授權(quán)法案》，決定在未來(lái)五年內(nèi)向中國(guó)臺(tái)灣提供高達(dá)2023億美元的安全援助。此舉引發(fā)了中國(guó)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(shí)體清單”。

建立充足的美國(guó)本土供應(yīng)鏈“仍需10年”

臺(tái)積電亞利桑那工廠預(yù)計(jì)不會(huì)供應(yīng)給國(guó)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(shuō)：“美國(guó)國(guó)防部還需要十年時(shí)間才能建立可靠的國(guó)內(nèi)供應(yīng)鏈?！?“問(wèn)題的關(guān)鍵是英特爾能以多快的速度趕上臺(tái)積電，目前臺(tái)積電生產(chǎn)前Altera（被英特爾收購(gòu)）和賽靈思（被AMD收購(gòu)）的FPGA，以及美國(guó)國(guó)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(guó)EE Times采訪時(shí)，伯恩斯說(shuō)：“這將需要很長(zhǎng)時(shí)間。

事實(shí)上，在2022年12月，臺(tái)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(lái)都將從臺(tái)積電的亞利桑那州工廠采購(gòu)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(guó)國(guó)防部的供應(yīng)商。

“我不認(rèn)為臺(tái)積電會(huì)向國(guó)防部提供芯片，”伯恩斯說(shuō)，“如果你看看臺(tái)積電對(duì)美國(guó)工程師的態(tài)度，你會(huì)發(fā)現(xiàn)他們不是很滿意。臺(tái)積電堅(jiān)持將其最尖端制造技術(shù)保留在臺(tái)灣。目前其90%以上的半導(dǎo)體芯片在臺(tái)灣島內(nèi)生產(chǎn)。”

2022年，該公司領(lǐng)先于美國(guó)開(kāi)始在中國(guó)臺(tái)灣量產(chǎn)3nm節(jié)點(diǎn)。臺(tái)積電在美國(guó)聘請(qǐng)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(tái)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(guó)防部供應(yīng)商，”伯恩斯說(shuō)。

目前英特爾代工服務(wù) （IFS） 可以生產(chǎn)比臺(tái)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(tái)積電的差距。

英特爾幾年前收購(gòu)了FPGA供應(yīng)商Altera。Altera的FPGA芯片在臺(tái)積電位于臺(tái)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(guó)國(guó)防部在依賴臺(tái)積電生產(chǎn)的FPGA的同時(shí)，它也需要像臺(tái)積電和三星電子這樣有實(shí)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(jìng)爭(zhēng)中，像美國(guó)國(guó)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?guó)的Global Foundries（格芯）也不會(huì)非常優(yōu)先考慮國(guó)防部的訂單，”伯恩斯說(shuō)。

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(zhǎng)時(shí)，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(cè)的數(shù)量。

美國(guó)智庫(kù)哈德遜研究所（Hudson Institute）高級(jí)研究員布萊恩·克拉克（Bryan Clark）表示，美國(guó)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(wú)選擇，只能小批量生產(chǎn)。

“如果國(guó)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(duì)其進(jìn)行調(diào)整，美國(guó)軍方將能夠利用商業(yè)生產(chǎn)的規(guī)模來(lái)減少其對(duì)半導(dǎo)體供應(yīng)中斷的脆弱性?！笨死苏f(shuō)道。

美國(guó)最近實(shí)施的半導(dǎo)體出口管制措施的中國(guó)大陸也面臨著自己的供應(yīng)鏈問(wèn)題。美國(guó)將中國(guó)大陸視為“戰(zhàn)略競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手”，認(rèn)為其在5G（第五代移動(dòng)通信）和人工智能（AI）等技術(shù)領(lǐng)域構(gòu)成威脅。

克拉克說(shuō)：“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(méi)有準(zhǔn)備好應(yīng)對(duì)出于國(guó)家安全原因出現(xiàn)的供應(yīng)限制。

無(wú)法滿足美國(guó)國(guó)防部的前沿需求

伯恩斯說(shuō)：“美國(guó)國(guó)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(guó)國(guó)會(huì)建議，美國(guó)政府應(yīng)該補(bǔ)貼與臺(tái)積電等尖端代工廠的合資企業(yè)，以確保國(guó)防部的專用半導(dǎo)體生產(chǎn)配額?！懊绹?guó)的小型代工廠，如SkyWater Technology，無(wú)法滿足國(guó)防部的尖端半導(dǎo)體需求，”他補(bǔ)充說(shuō)。

“國(guó)防部使用SkyWater的90nm和130nm工藝，”伯恩斯說(shuō)，“這需要先進(jìn)的計(jì)算，但尚未獲得。沒(méi)有“可信晶圓廠”在5nm工藝上工作。因此，F(xiàn)PGA通常是在美國(guó)購(gòu)買和配置的優(yōu)先選擇，在那里信息可以保密。但是，對(duì)于任何FPGA，都需要在性能上進(jìn)行權(quán)衡，因?yàn)閷Ｓ肁SIC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(shí)表示：“沒(méi)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(shí)間。但是有成千上萬(wàn)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(guó)國(guó)防部合作，為一些供應(yīng)商尋找其他替代制造商?！?/p>

洛克希德馬丁公司在 2022 年 10 月中旬舉行的財(cái)報(bào)發(fā)布會(huì)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(jì)將在 2024 年恢復(fù)增長(zhǎng)軌跡?！?/p>

雷神公司和洛克希德馬丁公司在美國(guó)國(guó)防部的值得信賴的供應(yīng)商名單上，但他們?cè)诿绹?guó)經(jīng)營(yíng)的半導(dǎo)體工廠正在老化。

俄烏沖突引發(fā)對(duì)美國(guó)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?yàn)蹩颂m提供了大量援助。但據(jù)美國(guó)智庫(kù)戰(zhàn)略與國(guó)際研究中心（CSIS）稱，人們擔(dān)心美國(guó)的部分武器將被耗盡。

CSIS在2022年9月的一份報(bào)告中表示，“美國(guó)的一些武器已達(dá)到戰(zhàn)爭(zhēng)計(jì)劃和訓(xùn)練所需的最低水平。”

根據(jù)CSIS的報(bào)告，美國(guó)國(guó)防部正在尋求國(guó)會(huì)批準(zhǔn)提供資金以增加生產(chǎn)能力，包括高機(jī)動(dòng)性火炮火箭系統(tǒng)（HIMARS）和制導(dǎo)多管火箭系統(tǒng)（GMLRS）。該報(bào)告還指出，“該行業(yè)普遍認(rèn)為國(guó)防部需要從事多年的收購(gòu)活動(dòng)，以證明其投資以飆升產(chǎn)能的合理性?！?/p>

CSIS對(duì)在緊急情況下更換國(guó)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(jì)需要很多年才能實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程。

根據(jù)CSIS的說(shuō)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(bào)告，“到目前為止，美國(guó)所擁有的55000枚火箭中，有25000~33000枚是庫(kù)存。如果美國(guó)向?yàn)蹩颂m提供其總庫(kù)存的三分之一，就像它對(duì)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(jì)庫(kù)存將可持續(xù)消耗數(shù)月。”但是，庫(kù)存用完的時(shí)候可能沒(méi)有替代品。因?yàn)槠淠戤a(chǎn)量總共約為5000枚。美國(guó)最近好像為了增加其數(shù)量而分配了資金，但要實(shí)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(guó)防新聞》（Defense News）的報(bào)道中指出，“雖然中國(guó)臺(tái)灣在2015年獲得采購(gòu)批準(zhǔn)，可以采購(gòu)200枚標(biāo)槍導(dǎo)彈和****以及250枚毒刺導(dǎo)彈，但目前仍然無(wú)法獲得?！?蒙哥馬利是美國(guó)海軍退役少將，目前是美國(guó)保衛(wèi)民主基金會(huì)（FDD）的高級(jí)研究員。鮑曼還是美國(guó)捍衛(wèi)民主陣線軍事和政治權(quán)力中心的高級(jí)主任。

他們說(shuō)：“鑒于需要供應(yīng)烏克蘭并補(bǔ)充美國(guó)聯(lián)合庫(kù)存，從現(xiàn)實(shí)的角度來(lái)看，我們不太可能在2026~2027年之前提供?！?/p>

CSIS還指出，“美國(guó)軍方首先無(wú)法應(yīng)對(duì)曠日持久的沖突這一事實(shí)可能會(huì)引發(fā)一些關(guān)于國(guó)家安全系統(tǒng)預(yù)算優(yōu)先事項(xiàng)的辯論?！?/p>

現(xiàn)在美國(guó)國(guó)防部希望通過(guò)英特爾的“超越摩爾”方案（Chiplet）來(lái)提供軍用半導(dǎo)體，這種半新的架構(gòu)可以通過(guò)實(shí)現(xiàn)各種小芯片的異構(gòu)集成來(lái)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(bào)服務(wù)公司TechInsights的分析師丹·哈奇森（Dan Hutcheson）表示，“在美國(guó)，智能武器的庫(kù)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(gòu)Tower Semiconductor的計(jì)劃，以提供完整的‘超越摩爾’解決方案，但隨著時(shí)間的推移，這種可能性似乎越來(lái)越遠(yuǎn)?！?/p>

據(jù)了解，以色列Tower Semiconductor工廠根據(jù)《國(guó)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(guó)國(guó)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(guò)渡到下一任領(lǐng)導(dǎo)人。

半導(dǎo)體企業(yè)家伯恩斯說(shuō)：“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(tái)積電是一家從頭開(kāi)始為第三方芯片設(shè)計(jì)公司服務(wù)的公司。臺(tái)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(guó)的漏洞？

美國(guó)眾議院情報(bào)特別委員會(huì)前主席邁克·羅杰斯（Mike Rogers）在接受美國(guó)EE Times采訪時(shí)表示，“國(guó)防部需要幾年時(shí)間才能建立一個(gè)獨(dú)立于中國(guó)大陸和其他亞洲國(guó)家及地區(qū)的安全半導(dǎo)體供應(yīng)鏈?！?/p>

“美國(guó)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(lái)自世界各地的采購(gòu)來(lái)補(bǔ)充。中國(guó)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(wèn)題，這將使得美國(guó)變得脆弱?！绷_杰斯說(shuō)。

“美國(guó)《芯片與科學(xué)法案》旨在解決其中一些漏洞，”羅杰斯說(shuō)。

“這當(dāng)然是一個(gè)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(guó)必須擁有自己的生產(chǎn)能力。如果出現(xiàn)任何實(shí)際需要美國(guó)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(shì)，不至于被迫減產(chǎn)、停產(chǎn)、延時(shí)生產(chǎn)。為此，通過(guò)與我們的盟友和美國(guó)本身的力量的密切合作，正在花費(fèi)大量資金來(lái)提高半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)能力，“羅杰斯說(shuō)。

伯恩斯認(rèn)為，美國(guó)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(guó)軍用半導(dǎo)體工廠，因?yàn)橛⑻貭?、美光科技、德州儀器和臺(tái)積電等大型芯片制造商可能會(huì)獲得大量資金。

編輯：芯智訊-林子    

來(lái)源：EETimes Japan