美國總統拜登日前簽署行政命令,要求對關鍵產品的供應鏈進行審查和盤點,美國數十年來半導體產能持續下降的情況,頓時成為各界關注的焦點。
半導體是電腦、手機、汽車和行動裝備使用的邏輯和儲存晶片。根據半導體工業協會的數據,當前,美國在全球半導體製造產能在全球所佔比重僅為12%,遠低於1990年的37%比重。
《亞洲時報》報導,美國工業(包括汽車和國防工業)使用的88%的半導體在國外製造,這似乎不是重點。但是,對於美國作為電子產品全球領導者來說,下列三個問題顯得格外重要:產能降低、全球需求旺盛、投資有限。
美國產能持續下降
美國晶片公司越來越依賴國際合作夥伴,來製造他們設計的晶片,這直接反映美國產能的下降。
美國半導體公司佔全球晶片銷售市場的47%,但只有12%在美國製造。為了滿足更快速、更智慧化的電子產品的期望,晶片需要設計創新,而這又來自現代最先進的製造技術。
半導體製造的進步在於每平方毫米晶體管的數量,而晶體管的數量是晶片中最小的電子部件。
晶圓廠最先進的半導體製造技術和設備被標記為5奈米,為百萬分之一毫米。
5奈米指的是製程工藝,而不是特定的晶片功能。通常,奈米尺寸越小,每平方毫米的晶體管就越多,但這是一幅複雜的圖,其中包含許多變數,最高的晶體管密度約為每平方毫米1億個。
台灣和韓國的三星正在建造3奈米晶圓廠,而美國還沒有建立7奈米晶圓廠。英特爾宣布,其7奈米晶圓廠要到2022年下半年或2023年初才能投入生產,使得美國無法製造最先進的晶片。
全球晶片需求旺盛
隨著大流行迫使許多人居家活動,手機、筆電、其他居家辦公裝備需求量、互聯網使用量增加,給晶圓廠帶來更大壓力,要求它們增產更多晶片。
全球汽車行業原本預測,在大流行期間,汽車的需求將下降,因此砍掉部分汽車安全、控制、廢氣排放、駕駛人信息系統晶片的訂單。後來汽車工業已經重新開始生產,但現在面臨短缺半導體。
最近,美國8名州長要求拜登加倍努力「敦促晶圓和半導體公司擴大生產能力,暫時將現有晶圓產線的一小部分重新分配給汽車級晶片。」
這種「適度」的重新分配引起其他產業晶片短缺。而且晶片不可能很快做成。例如,晶圓廠龍頭台積電(TSMC)報告說,從下訂單到交貨的期間長達6個月,估計生產一顆晶片最多需要3個月的時間。
聯邦政府投資有限
台灣、韓國、新加坡和中國政府每年在半導體產業上投資數百億美元,這表明。這些投資不僅包括設備本身,還包括推向下一代晶圓廠所需的研發和工具開發費用,但是在美國,這種激勵措施提供的經費仍然很少。
台積電計劃今年投資250億-280億美元建造晶圓廠,並承諾投資120億美元在亞利桑那州興建一座晶圓廠。 從這個角度來看,亞利桑那州的台積電晶圓廠初期每個月將製造2萬片晶圓,而台積電在台灣和中國的晶圓廠每個月生產100萬片晶圓。
拜登要求盤查供應鏈的行政命令,是確定改善美國半導體行業投資前景的重要一步。
歐盟設定2030年半導體生產目標
與此同時,歐盟委員會也設定一個雄心勃勃的目標,即在本世紀末提高尖端電腦晶片的產量,歐盟希望到2030年在歐盟內部製造20%的晶片,2020年,這一比例為10%。
歐盟會有此承諾,是因為晶片供應不足,給汽車製造商和其他製造商造成麻煩的,但最具挑戰的部分將是美國和中國也在想辦法增加自己的產量。
目前,台灣的台積電跟南韓的三星電子占主導地位,這兩家公司是唯一能夠實際生產最新晶片技術的公司。
歐盟委員會執行副主席韋斯特格(Margrethe Vestager)表示:「我們處於一種自相矛盾的局面,歐洲正在大量使用這些不同類型的技術,我們的產量卻很少,但晶片生產依賴於歐洲製造的設備。因此,這裡存在相互依存關係。」
恩智浦和英飛凌大部分晶片外包
儘管荷蘭仍然是孕育恩智浦半導體(NXP)的國家,德國是英飛凌科技公司的總部,但是和其他晶片公司一樣,他們已將大部分產品外包。
原因是建立最先進的晶圓廠是一項非常昂貴的業務。
根據美國半導體產業協會(SIA)去年發布的一份報告,一座大型晶圓廠的建造和安裝費用可能高達200億美元(5650億台幣),晶圓廠投產後可能要花很多年才能獲利。
此外,最近幾代晶片的成本一直在上升。而且,正如美國英特爾發現成本問題一樣,掌握製造最小晶體管所需的最新技術,是一項巨大的挑戰。