全球芯片短缺暴露美国半导体供应链的安全隐患

来源:欧亚系统科学研究会时间:2021-03-15

2021年2月24日,美国总统拜登签署一项行政令,要求政府部门对包括半导体在内的四种关键产品的供应链进行百日审查,并对包括信息与通信技术产业在内的六大关键行业进行为期一年的供应链风险评估。该行政令的出台体现了拜登新政府对美国经济和产业安全的高度重视,而其存在的安全隐患主要是在美国对华技术战和新冠肺炎大流行的作用下暴露出来。其中,半导体产业再度成为美国政府的政策焦点,这也进一步表明了其在未来大国战略竞争中的关键地位。

首先,拜登政府对半导体供应安全的担忧情绪直接源于全球芯片短缺的现实背景。行政令签署当日,拜登便以汽车芯片为案例举证了美国相关供应链存在的脆弱性风险。在当前芯片短缺的全球困境中,汽车行业所受冲击最大。这是因为,汽车工业是高度依赖芯片的传统产业,然而,相比于其他产业的芯片,车用芯片利润较低,大多使用老款生产设备,并有赖于技术略微落后、数量逐渐变少的8英寸晶圆厂,因此产量十分有限且出货周期较长。例如,车用芯片微控制器单元(MCU)的售价往往不到1美元,需要12至16周的交货周期。正如美国微芯科技(Microchip Technology)总裁史蒂夫·桑希所言,正是这1美元的零件可以使得一辆4万美元的汽车无法发货,而这便是汽车产业当前所面临的困难。

疫情冲击下,汽车芯片需求急剧下降,各大晶圆厂商纷纷开始满负荷生产疫情期间需求高涨且利润更高的游戏机、手机等电子产品芯片和人工智能芯片。然而,随疫情缓解与全球经济复苏,车用芯片的产能无法跟上其需求的骤增,汽车行业因而出现了明显的“芯片荒”。据IHS Markit预测,目前微控制器单元(MCU)的交货期至少为26周,其负面影响将持续至2021年第三季度。受此影响,美国的福特汽车公司已计划削减其多款运动型多用途车(SUV)和F-150皮卡等畅销商品的产量,该公司高管表示,由于“芯片荒”导致的产量下降将致使该公司本年度税前利润减少10亿至25亿美元。美国通用汽车公司(General Motors)也已计划削减北美工厂的产量,并已关闭三座工厂。“缺芯危机”之下,全美汽车行业遭受重创,相关企业削减产量与宣布裁员,这一现实情况引发了拜登政府的担忧,进而促使其考虑动用行政举措保护本国的芯片供应安全。

其次,行政命令的正式出台从根本上源于美国对经济全球化进程中本国半导体制造不断外包的“焦虑”。在芯片短缺的全球困境之下,美国政府出台行政令以捍卫本国半导体供应安全,此举背后的考虑依然是其对于本国制造业外流的“不安全感”。过去五十年间,半导体产业的国际扩散促成了该产业在东亚地区的兴起。特别是在晶圆制造领域,中国台湾企业台积电(TSMC)更是开创了只进行晶圆代工的纯制造模式,并迅速壮大,如今已是芯片代工企业中的龙头,据IHS Markit的测算,该公司目前生产了全球约70%的车用微控制器单元(MCU)。

与此同时,美国本土的半导体制造业则相对衰落。2021年2月11日,英特尔(Intel)、超威半导体(AMD)、博通(Broadcom)、高通(Qualcomm)、德州仪器(Texas Instruments)等多家美国知名企业或机构的高层代表以半导体行业协会(SIA)的名义共同致信拜登。他们表示,美国在全球半导体制造业中所占的份额已从1990年的37%不断下降至当前的12%,并要求政府提供重要的激励和补贴措施,以吸引半导体制造业“回流”。

此外,位于美国本土的晶圆制造厂近期也因“不可抗力因素”面临生产困难。2月中旬,冷空气由北向南的下行给美国部分地区带来了极寒恶劣天气,得克萨斯州遭遇了严重的电力断供,当地政府要求工厂缩减运营规模。韩国三星、美国德州仪器、以色列高塔半导体(TowerJazz)、德国英飞凌(Infineon Technologies)、荷兰恩智浦半导体(NXP Semiconductors)等企业在得州的工厂均受到了负面影响,这一冬季风暴的“突袭”也加剧了美国国内半导体制造的困境。

困境之下,美国商界和政界保护本国半导体制造的共同利益诉求驱使着拜登政府着手应对芯片短缺问题,也促成了这一包括半导体产品及产业在内的“百日审查”与“年度审查”行政令的出台。

最后,在拜登政府将半导体供应安全纳入其政策重点的进程中,半导体产业的重要性及中美技术竞争的高强度充当了重要“催化剂”。正如美国半导体行业协会(SIA)向拜登的致信所言,半导体产业对大国发展不可或缺——其“对美国的经济发展、技术领导地位和国家安全都至关重要,是实现拜登政府的‘重建更美好未来’(Build Back Better)目标的技术支撑。”作为经济、科技和安全三大领域的基础性支柱,半导体产业具备高度的战略性与重要性。因此,在中美两国的科技竞赛中,半导体产业无疑是最为关键的一环。

近年来,外资企业纷纷来华建厂、扩大晶圆产能,客观上的产业集聚效应有助于中国大陆本土半导体制造业的迅速发展,同时却也引起了美国的警觉。若以美国更加重视的工厂所在地(Fab Location)为依据进行划分,目前,在12英寸晶圆制造的主要地理位置分布情况中,位于中国大陆的12英寸晶圆产能占到了全球总产能的14%,超过了北美地区所占的11%(见图1),且其中只有中国大陆这一地区不被美国视为“享有共同价值观的伙伴”,这使得美国视中国大陆为其在半导体领域的“头号竞争对手”。并且,中国大陆与北美地区的芯片制造工艺的比例结构也高度相似(见图2),这决定了两者在半导体制造领域更易于在各个工艺市场采取类似策略并展开直接竞争。因此,中美两国在该领域日益激烈的科技竞争成为了美国愈发重视芯片供应安全的重要“推动器”。


图1  2020年12月全球12英寸晶圆产能的地区分布情况
资料来源:IC Insights
注:在基于总部位置的测算中,图中“欧洲地区”和“其他地区”的12英寸晶圆产能占比均不足1%,因此并未在图中标出具体数值

 


图2  2020年12月全球及各地区芯片制造工艺的比例结构(以工厂所在地划分)资料来源:IC Insights


总而言之,根据该行政令的指向,面对芯片短缺的现实压力,拜登政府开出的“药方”是重振该产品的国内生产,保持美国的研发竞争优势,为国内创造高薪工作,并与具有共同价值观的盟友和伙伴在供应链方面密切合作,以促进经济发展、保持科技领先、保护国家安全。虽然这一行政命令并未明确点名任何特定国家,但毋庸置疑的是,美国将尽可能地在关键供应链上排除中国,拜登政府将延续特朗普政府的对华科技竞争大方向,换用更具多边主义色彩、也更具“杀伤力”的打压手段。

 

作者李玙译,中国人民大学经济外交项目组研究助理