美國重建半導體霸業的挑戰…

作者 : Nitin Dahad,EE Times歐洲特派記者

最大的挑戰會是如何克服目前全球化的半導體供應鏈架構...

晶片產業的高層面臨了共同挑戰:該如何為美國總統拜登(Joseph R. Biden)在一份行政命令中承諾提供的500億美元補助金安排優先順序。

不久前美國半導體產業高層與拜登進行了一場線上會談,討論晶片產能與供應鏈等問題;但無論是半導體產業協會(SIA)或是白宮提供的資料,都沒有告訴我們什麼新訊息。拜登也坦承500億美元的補助金可能不太夠,他指出:「我們正在尋求對這個領域的立法進行大規模投資,這很重要,但我們知道還不夠。」

在上述會議中,拜登手持一片晶圓,表示:晶片,就像是我手上的,那些晶圓是電池、是寬頻,是所有的基礎建設,我們需要打造今日所需的基礎建設,而非修復昨日的舊基礎建設。我提出的相關計畫是建立數百個萬個職缺、重建美國、保護我們的供應鏈,並振興美國製造。這也將讓美國的研發再次成為強大的引擎;」他指出有23位美國參議員與43位眾議員已經發出連署信,支持美國的CHIPS半導體業振興法案。

拜登引述了連署信的內容:「裡面寫道,中國共產黨積極地計劃重新定向並主導半導體供應鏈,然後就是他們投入了多少資金才能做到這點。但就像我一直說的:中國以及世界其他地方都沒有在等待,美國人也沒有理由應該等。」

美國總統拜登在2021年4月12日於白宮與晶片產業高層進行線上會談。

(圖片來源:The White House)

 

參與該場線上會議的業界代表包括GlobalFoundries執行長Tom Caulfield、英特爾(Intel)執行長Pat Gelsinger、美光科技(Micron)執行長Sanjay Mehrotra,以及包括台積電(TSMC)董事長劉德音、恩智浦(NXP)、三星(Samsung)等多位SIA成員公司高層,還有來自美國本地汽車產業、科技產業的高層;根據美國白宮在會後發表的聲明,這場會議直接聽取了受到半導體元件短缺影響的產業領導業者意見。

會議討論的重點之一是改善半導體供應鏈透明度,以紓解目前的晶片缺貨問題,還有改善整個供應鏈的需求預測以避免未來的相關挑戰。白宮的聲明指出:「與會者也探討了在美國鼓勵增加額外半導體製造產能的重要性,以確保我們不會再次面臨供應短缺。最後,他們討論了總統在美國就業法案(American Jobs Plan)中的基礎建設投資,如何透過打造明日的基礎設施以及強化共應鏈的彈性,來提升美國的競爭力與國家安全──確保美國仍是關鍵技術的全球領導者以及轉向使用潔淨能源的未來。」

SIA在簡短的會後聲明中盛讚拜登對半導體製造與研發的500億美元資金支援,「半導體是美國創造就業機會、因應疫情、國家安全、教育體系,以及橫跨航太、汽車、雲端運算、醫療裝置、電信等等廣泛領域創新的核心。」

「如同總統拜登的基礎建設計畫所要做的,透過CHIP美國法案為激勵晶片製造與研發投資提供資金,將全面強化美國半導體製造的生產與創新,因此我們各方面的經濟領域都能取得所需的晶片;」SIA表示:「這場會議標誌了拜登政府與產業界之間繼續保持堅強的夥伴關係,並透過對國內製造與研發的聯邦投資,來強化美國的半導體供應鏈。」

全球供應鏈的依存關係

然而最大的挑戰會是如何克服目前全球化的半導體供應鏈架構;在過去30年,這個根據地理特性演變的架構實現了龐大的創新、生產力與成本節省。這也是SIA與顧問業者Boston Consulting Group (BCG)在本月稍早共同發表的一份報告所關注的焦點。

該報告指出,假設要建立一個能完全讓各地區自給自足的供應鏈,會需要至少1兆美元的漸進式前期投資,並會使得整體半導體元件價格上漲35%到65%,「最終導致消費者得為電子裝置付出更高的成本。」

 

全球半導體供應鏈各部門在不同區域的比例以及成本節省幅度。

(圖片來源:BCG)

這個議題也被多位產業高層在會後提出來強調。舉例來說,安森美半導體(ON Semiconductor)資深副總裁David Somo在接受《Reuters》訪問時表示:「嘗試在單一既定地點從上游到下游重建整個供應鏈是不可能的,會相當昂貴。」

此外,Silicon Labs 執行長Tyson Tuttle也在同一篇報導中表示,那不僅只是建立尖端技術產能,還要有較舊的技術,目前市場上缺貨最嚴重的就是更成熟製程的晶片;「我們半導體產業的資本投資並不協調,有太多資金流向最先進的技術。」

在該份SIA與BCG共同發表、長達53頁的《在不確定年代強化全球半導體供應鏈》(Strengthening the Global Semiconductor Supply Chain in an Uncertain Era)報告中,關鍵的發現之一,是地理區域專工化(geographic specialization)已經形成全球半導體供應鏈的弱點。

 

圖為不同區域的半導體價值鏈活動分佈情況。在整個價值鏈上有超過50個點,而單一區域會佔據65%的全球市佔率。

(圖片來源:BCG)

 

舉例來說,在半導體價值鏈上有超過50個「點」(EETT編按:即不同技術/產品項目),其中某個單一區域的全球市佔率可達65%;很有可能發生單一個點因為天災、基礎設施停擺、國際衝突等等因素而失能,導致重要晶片的供應嚴重中斷。像是有大約75%的全球半導體製造產能集中於大中華區與東亞,這個區域卻極易受到地震以及地緣政治緊張局勢的影響。

而且目前全球100%最先進半導體製程(10奈米以下)產能都在台灣(92%)與韓國(8%),這些先進晶片對美國的經濟、國防安全以及關鍵基礎設施都非常重要。一個假設的極端情況是,若台灣的晶圓代工業者完全停產一年,可能導致全球電子產業供應鏈凍結,並造成嚴重的全球經濟崩潰。如果這種假設性的完全供應中斷成為永久狀態,會需要花至少3年時間、3,500億美元的投資,才能建立足夠因應全球各地需求、取代台灣晶圓代工業者的產能。

 

SIA與BCG的報告強調了技術的複雜度如何導致商業模式專注於價值鏈的特定層面。

(圖片來源:BCG)

 

為了因應這些全球半導體供應鏈的弱點,確保其長期性的堅強可靠,SIA與BCG認為美國政府需要採取行動。要降低全球供應鏈發生大規模中斷的風險,美國政府應該要訂定市場導向的激勵措施,以實現更多角化的地域覆蓋。而這類激勵措施應該以擴展美國本地半導體產能為目標,並且擴大某些關鍵材料的供應。

舉例來說,激勵措施產生的額外產能,可實現美國滿足國內對運用於國防、航太以及關鍵基礎設施等應用的先進邏輯晶片需求。此外該報告也呼籲美國政府採取以下行動,來推動長期性的供應鏈彈性:

  • 確保美國本土與國際業者擁有平等的全球競爭環境,以及對智慧財產權的有力保護;
  • 推動全球貿易以及在研發與技術標準上的國際合作;
  • 訂定與時俱進的移民政策,實現領先全球的半導體聚落以吸引世界級人才;
  • 建立明確與穩定的框架,對半導體貿易進行目標性控制,避免對技術與供應商的廣泛單方面限制。

編譯:Judith Cheng

(參考原文 :Spending $50B on the Chip Industry is a Challenge,by Nitin Dahad)

 

 

 

 

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