? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? “美國最重要的優(yōu)勢正受制于人”兩位年輕學(xué)者的思考

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2022-05-19? ?青野云麓

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2022-05-19 來源：文化縱橫譯 作者：Shubham Dwivedi、Gr egory D. Wisc her?

把中國塑造成對手，進而推動國內(nèi)政策議程，已成為美國精英群體的一個流行做法。2022年以來，在拜登政府力推下，美國眾議院公布《2022年美國競爭法案》，以中國主要競爭對象，計劃推出520億美元的芯片投資。

本文指出，這一芯片法案偏重芯片的研發(fā)和增產(chǎn)，卻嚴(yán)重忽略關(guān)鍵原材料的供應(yīng)問題。作者以中國稀土為例，強調(diào)美國芯片制造所需的原材料，幾乎完全依賴東亞，這對美國意味著極大的市場風(fēng)險和地緣政治風(fēng)險。由于這些關(guān)鍵原材料尚無替代品，其產(chǎn)能一旦過分集中，將增加美國原材料供應(yīng)中斷的風(fēng)險。作者尤其指出，中國既在芯片制造領(lǐng)域與美競爭，又是礦產(chǎn)、電子特氣等一些關(guān)鍵材料的主供應(yīng)商，而且未來還將擴大產(chǎn)能。這使博弈形勢更加復(fù)雜。他分析，美國也想擴大關(guān)鍵原材料的本土產(chǎn)能，但要解決這個問題并不容易。美國勞動力成本更高，原材料生產(chǎn)的啟動時間過長，而且芯片制造廠為了避免原材料出現(xiàn)雜質(zhì)，通常不愿更換新供應(yīng)商。而原材料生產(chǎn)還面臨環(huán)保壓力。這些因素都促使美國本土廠商更傾向于海外采購。盡管挑戰(zhàn)重重，作者仍呼吁美國政府必須實質(zhì)性激勵等措施，來發(fā)展原材料的本土生產(chǎn)，這不僅關(guān)乎美國半導(dǎo)體制造業(yè)，還關(guān)乎美國的國家安全。

總的來說，這篇文章的寫作思路并無新意，依然沒有跳出借中國來推動美國國內(nèi)政策目標(biāo)的慣性思維。但文章對半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)全球競爭態(tài)勢和對關(guān)鍵原材料供需格局的分析，或許能為我們思考相關(guān)問題提供線索。文章原載National Interest，原題為《關(guān)鍵原材料事關(guān)美國半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的成敗》，由文化縱橫新媒體編譯首發(fā)，僅代表作者觀點，供讀者參考。

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關(guān)鍵原材料事關(guān)

美國半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的成敗

世界上最先進的半導(dǎo)體——先進制程邏輯芯片——是人工智能、量子計算、機器人以及先進無線網(wǎng)絡(luò)等新興“必爭”技術(shù)的基礎(chǔ)。這些技術(shù)在維護美國國家安全方面有著巨大潛力，這一點毋需說明。然而美國芯片制造所需的原材料，幾乎完全依賴東亞，這對美國意味著極高的市場風(fēng)險和地緣政治風(fēng)險。雖然美國政府通過芯片法案，試圖向半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)注入520億美元并解決芯片供應(yīng)的各種薄弱環(huán)節(jié)，卻忽略了半導(dǎo)體制造所必需的礦產(chǎn)、工業(yè)氣體、化學(xué)制劑等關(guān)鍵原材料的重要性。

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▍關(guān)鍵原材料為何重要？

要制造先進制程邏輯芯片，至少需要三百多種原材料，礦產(chǎn)、工業(yè)氣體和化學(xué)品在數(shù)量上僅占很小一部分，卻有著舉足輕重的作用。美國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會對此有著更為直接的說法，“這些關(guān)鍵原材料在多數(shù)情況下尚無替代品，因此安全且持續(xù)的材料供應(yīng)，對半導(dǎo)體生產(chǎn)至關(guān)重要。”國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會（SEMI）對原材料市場的評估高達404億美元。該協(xié)會指出，鑒于芯片需求猛增，原材料需求也隨之增加，這一數(shù)字勢必擴大。

目前，中國供應(yīng)全球半導(dǎo)體市場13%的原材料，而東亞其他地區(qū)占比約57%，美國占11%?？紤]到市場和地緣政治風(fēng)險，這種壓倒性的集中，使得美國原材料供應(yīng)被中斷的可能性大增。由于芯片需求猛增，原材料供應(yīng)商面臨增產(chǎn)壓力，同時也面臨被制造商搶奪的局面。因此即便原材料按計劃擴產(chǎn)，也不足以滿足未來全球?qū)﹃P(guān)鍵原材料的需求。同時中國的情況也使事情變得復(fù)雜：中國既在芯片制造領(lǐng)域與美競爭，同時又是一些關(guān)鍵材料的主要供應(yīng)商。正如美國安全和新興技術(shù)中心所警告的那樣：“中國公司是原材料的主要供應(yīng)商，而美國原材料嚴(yán)重依賴進口，國內(nèi)產(chǎn)能不足?！?/span>

中國、中國臺灣、韓國、歐盟和美國都試圖提升原材料產(chǎn)能。例如，2019年韓國宣布對原材料、組件和設(shè)備投資50億美元。與此同時，中國主要原材料生產(chǎn)商，比如科華微電子材料公司，也在積極擴大業(yè)務(wù)和在美銷售。

但是美國，相較之下，在解決這個問題上面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。美國的勞動力成本相比外國競爭對手高 50%，而原材料生產(chǎn)的啟動需要2-15年不等。更令美國擔(dān)憂的是，原材料的生產(chǎn)，面臨雜質(zhì)風(fēng)險，這使得先進芯片制造廠通常不愿更換新的供應(yīng)商。

因此，任何提升美國國內(nèi)原材料產(chǎn)能的舉措，都必須包括政府實質(zhì)性的激勵措施。

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▍礦產(chǎn)：中國掌控著重要份額

礦產(chǎn)對于半導(dǎo)體制造的重要性不言而喻。其中最常用的是硅和砷化鎵。單晶硅一直是基礎(chǔ)半導(dǎo)體原材料，但化合物砷化鎵因其優(yōu)良的結(jié)構(gòu)特性，正越來越多地取代硅。其他相關(guān)礦物，如稀土元素和鈷，也扮演著關(guān)鍵角色。而芯片的擴產(chǎn)，導(dǎo)致這些礦物的需求水漲船高。例如，僅在2019年至2020年間，鈷的需求就增長近30% 。從工藝制造的角度看，新型化合物是提高半導(dǎo)體器件性能和可靠性的必要條件，而新型化合物的商業(yè)化也促進了市場對其他礦物原料的需求。

多重壓力之下，礦物供應(yīng)鏈已變得緊張起來。后疫情時代的經(jīng)濟復(fù)蘇，推動各個行業(yè)對礦物原料的需求，致使這些原料的生產(chǎn)成本和交貨時間激增。自2020年初以來，釕和銥等原料需求增長近三倍，銅、鈷和鋁的價格也一路飆升。大量原材料工程受新冠疫情影響而被迫停產(chǎn)，也是促成全球供應(yīng)鏈緊張的原因之一。就在2021年，受中國硅原料減產(chǎn)影響，從8月到12月，硅價格上漲了300%。在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中，任何類似的生產(chǎn)中斷都可能導(dǎo)致價值數(shù)億美元的重大損失。由此可見，對于當(dāng)下需求量暴增的電動汽車行業(yè)來說，如果這種供應(yīng)風(fēng)險持續(xù)存在，對可再生能源技術(shù)的影響必然十分嚴(yán)峻。

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從另一角度來看，美國所依賴的外國礦產(chǎn)資源來源相對單一， 這也是美國半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的危險之一。2018年，美國地質(zhì)調(diào)查局將35種礦物列為“對美國經(jīng)濟和國家安全至關(guān)重要的礦物資源”。其中30種礦物直接影響半導(dǎo)體制造，其中23種礦物的美國進口依存度超過75%，其中 12 種對中國的進口依存度為100%。截至2021 年，中國生產(chǎn)了全球60%的稀土資源，而美國僅生產(chǎn)15%。2017年至2020年間，中國是美國稀土進口的主要來源地，占78%。

因此，中國對于半導(dǎo)體礦產(chǎn)的占有，構(gòu)成重大的地緣政治挑戰(zhàn)。美國認(rèn)為，中國已經(jīng)表現(xiàn)出將其礦產(chǎn)市場影響力作為“武器”的意愿。在2010年的外交爭端中，中國明確禁止向日本出口稀土資源。而后在2019年的中美貿(mào)易戰(zhàn)期間，負(fù)責(zé)監(jiān)督國家經(jīng)濟政策的中國國家發(fā)展和改革委員會提出警告，“任何試圖用稀土制品來遏制中國發(fā)展的行為，都不會被全體中國人民所接受?！睋?jù)報道，中國已經(jīng)起草了稀土出口有關(guān)的管制條例，其中特別針對美國的國防工業(yè)。這些出口禁令以及出口配額，將會導(dǎo)致全球礦物資源價格的進一步上漲。同時，由于中國占有全球礦產(chǎn)儲量的重要份額，中國對半導(dǎo)體制造關(guān)鍵原材料的控制將會繼續(xù)下去，其中包括鎢（51%）、銻（24%）和各種稀土元素（37%）。鑒于最近美國本土的所有稀土供應(yīng)商進行了合并，中國對于礦物資源市場的占有只會更加強大。

美國政府正在努力——盡管有些隨意——解決礦產(chǎn)資源問題。美國國防部已經(jīng)給了澳洲萊納斯稀土公司和美國MP稀土公司建造稀土加工設(shè)施的合同，美國能源部也正探索開發(fā)一個關(guān)鍵的礦物精煉廠。

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▍工業(yè)氣體：受俄烏戰(zhàn)爭影響嚴(yán)重

芯片制造的過程至少需要上百種工業(yè)氣體。在沉積、光刻、蝕刻、摻雜、退火和腔室清潔等不同階段，使用到的氣體可分為兩大類，大宗氣體和電子特種氣體。大宗氣體，是通常所見的氮氣、氧氣、氬氣、氦氣、氫氣和二氧化碳；而電子特種氣體，則是在純度、品種、性能等方面有特殊要求的純氣、高純氣或摻雜配制的二元或多元混合氣，包括氨、硅烷、氯化氫、三氟化氮和笑氣。更重要的是，高純工業(yè)氣體在生產(chǎn)先進制程邏輯芯片的過程中是不可替代的。隨著美國擴產(chǎn)先進制程邏輯芯片和其他半導(dǎo)體芯片，美國對工業(yè)氣體的需求可能會在未來三到五年內(nèi)大幅增長。

而東亞承擔(dān)了大部分工業(yè)氣體的供應(yīng)。全球超過75%的電子特氣源于韓國、日本、中國和中國臺灣。例如，中國生產(chǎn)了全球60%的氟石，而這是合成許多氣體的關(guān)鍵成分，比如CF、NF3、HF、WF6 和 SF6。幾乎所有的美國工業(yè)氣體都需要依賴海外供應(yīng)商：默克集團（德國，占據(jù)大部分市場）、中船重工718所、廣東華特氣體、南大光電、液化空氣集團（法國）、林德集團（荷蘭）、昭和電工（日本）、圓益 (韓國)、SK集團（韓國）和英特格（美國）。

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正如人們所預(yù)料的，美國半導(dǎo)體行業(yè)已經(jīng)面臨工業(yè)氣體的需求壓力。美國技術(shù)咨詢公司Linx Consulting的一份研究報告指出，“美國半導(dǎo)體的產(chǎn)能擴張和有機生產(chǎn)的需求，將對當(dāng)前的電子特氣供應(yīng)鏈造成稅負(fù)。美國需要投資更多的電子特種氣體供應(yīng)鏈與新建制造工廠配套，以滿足更高的生產(chǎn)要求與擴充的產(chǎn)能?！比绻绹媾R工業(yè)氣體短缺，這將嚴(yán)重地影響下游產(chǎn)業(yè)的正常生產(chǎn)。從這個角度看，蝕刻氣體C4F6是不可替代的。每減少6000萬-1億美元的C4F6供應(yīng)，將造成下游產(chǎn)業(yè)100億-180億美元的損失。

如上所述，工業(yè)氣體市場面臨巨大的地緣政治風(fēng)險。半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會的警告直截了當(dāng)：“美國工業(yè)氣體供應(yīng)不足，我們依賴外國進口，這可能會變得十分不穩(wěn)定?！?strong>正在進行的俄烏戰(zhàn)爭凸顯了這種不穩(wěn)定性。烏克蘭為美國半導(dǎo)體制造提供了90%的高純度氖氣，然而，從2021年12月到2022年3月，停產(chǎn)使整體氖氣價格上漲500%。烏克蘭也是氙氣的主要生產(chǎn)國，供應(yīng)量約占全球30%，用于半導(dǎo)體蝕刻制程。而受到美國和歐洲制裁的俄羅斯，是氦氣和C4F6的主要生產(chǎn)國之一。雖然美國的主要芯片制造商大都儲備了可供一年的工業(yè)氣體，以防隨時可能出現(xiàn)的供應(yīng)短缺，但體量較小的芯片制造商幾乎馬上面臨著供應(yīng)問題。

為了滿足美國急迫且不斷增長的需求，日本、韓國和中國臺灣正在擴大其工業(yè)氣體的產(chǎn)能。實際上，東亞主要的工業(yè)氣體生產(chǎn)商都在提升產(chǎn)能。正如中國“十四五”規(guī)劃所述，隨著中國追求半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)自給自足，到2025年，中國在工業(yè)氣體市場的份額必將進一步擴大。這對美國而言無疑是值得擔(dān)憂的。美國也相應(yīng)增產(chǎn)工業(yè)氣體，且盡可能在主要的半導(dǎo)體制造商附近選址。例如，荷蘭林德集團就投資6億美元，在亞利桑那州建設(shè)氣體生產(chǎn)設(shè)施，而那里將建造臺積電的新工廠。

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▍化學(xué)制劑：不看成本，美國有可能自給自足

半導(dǎo)體制造使用大約五百種化學(xué)制劑，包括光刻膠、拋光液和濕化學(xué)品（如硫酸）。同樣需要的是通用化學(xué)品，例如異丙醇和鹽酸。鑒于其獨特性，這些化學(xué)制劑沒有替代品。正如人們猜測的，半導(dǎo)體的擴能，正拉動化學(xué)品的供應(yīng)需求，尤其是用于EUV光刻機的光刻膠需求猛增。

而東亞仍是化學(xué)制劑的主要供應(yīng)商。一個有說服力的例子是，日本的東京應(yīng)化工業(yè)、JSR公司和信越化學(xué)工業(yè)等，控制著全球90%的EUV光刻膠的供應(yīng)。這是制造先進制程邏輯芯片的關(guān)鍵化學(xué)品。正如預(yù)期的那樣，中國是氫氟酸等濕化學(xué)品的主要生產(chǎn)國。反觀美國國內(nèi)，我們不生產(chǎn)先進制程邏輯芯片所必需的任何高純度化學(xué)品，也沒有擴大濕化學(xué)品的產(chǎn)能。而美國制造廠商也習(xí)慣從海外采購這些化學(xué)品。

對于超純化學(xué)品而言，其低產(chǎn)能的特點，意味著供應(yīng)中斷的風(fēng)險。專家預(yù)測，美國對硫酸的需求將提升37%，對氫氧化銨的需求將上漲46% 。電子材料咨詢公司TECHCET警告稱，“美國可能在2023年面臨化學(xué)品的短缺。”這些化學(xué)品的獨特性質(zhì)，使芯片制造廠無法尋求其他化學(xué)品作為替代；各供應(yīng)商參差的化學(xué)配方，也使輕易地更換供應(yīng)商變得困難。而供應(yīng)商的工廠事故（譬如日本住友化學(xué)工廠爆炸導(dǎo)致環(huán)氧樹脂斷供）和新生產(chǎn)規(guī)定（例如歐盟2020年提議限制半導(dǎo)體制造所必需的含氟化學(xué)品），都使原材料供應(yīng)鏈變得羸弱不堪。

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這種風(fēng)險其實一直存在：化學(xué)品的供應(yīng)通常來自單一國家或公司，以至于任何地緣政治風(fēng)險都會影響半導(dǎo)體的制造。例如，中國臺灣是超高純度異丙醇的主要生產(chǎn)地，任何與大陸的關(guān)系變化都會波及供應(yīng)。在此之前，韓國已經(jīng)忍受過地緣政治的后果。日本生產(chǎn)全球約90%的氟化聚酰亞胺和70%的氟化氫，并且韓國90%的光刻膠都來自日本。當(dāng)2019年7月日本限制向韓國出口光刻膠、氟化氫和氟化聚酰亞胺時，韓國半導(dǎo)體出口的潛在損失約每月84億美元。

考慮到當(dāng)下和未來對化學(xué)制品的明確需求，韓國和中國臺灣正在加大對化學(xué)制品生產(chǎn)的投資。韓國政府設(shè)定2023年的生產(chǎn)目標(biāo)：為本土供應(yīng)商提供70%的電子化學(xué)品。同樣，中國大陸也在大力投資光刻膠生產(chǎn)，預(yù)計中國大陸光刻膠公司的產(chǎn)能，將在未來三到五年內(nèi)實現(xiàn)大幅增長。而在與制造商達成長期合作的背景下，日本也預(yù)計在不久之后主導(dǎo)全球化學(xué)品的供應(yīng)。

在化學(xué)制劑的生產(chǎn)方面，美國只面臨增加產(chǎn)能的挑戰(zhàn)。平均來看，在美國國內(nèi)生產(chǎn)化學(xué)制劑的成本，是亞洲工廠的五到六倍，但化學(xué)工廠的建設(shè)只需要兩到三年時間。

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▍事實不容樂觀：美國需要立即采取行動

美國政府必須重視半導(dǎo)體的工業(yè)原料，不僅要關(guān)注產(chǎn)能增長，更要關(guān)注原料質(zhì)量的提升。這關(guān)乎美國的國家安全。美國政府力推的520億芯片法案著重提及半導(dǎo)體的研究和制造，卻“痛苦地”忽視了礦物、氣體和化學(xué)品。即便實現(xiàn)了當(dāng)前的制造目標(biāo)，從長遠(yuǎn)來看，美國對東亞市場的嚴(yán)重依賴仍將構(gòu)成重大風(fēng)險。沒有足夠的原料，半導(dǎo)體制造是不可能的。白宮的一份報告對此事很清楚：“任何原料的供應(yīng)中斷，都可能對美國的半導(dǎo)體制造產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。”

所以我們認(rèn)為，美國必須提高國內(nèi)的高純度礦物、氣體和化學(xué)品的產(chǎn)能和質(zhì)量。否則美國的半導(dǎo)體制造業(yè)——以及美國國家安全——將繼續(xù)高度依賴無法控制的外國因素。