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【芯视野】“美日芯片同盟”B面:“合纵连横”难掩美国霸权失落

来源:爱集微

#芯视野#

#美日芯片同盟#

#霸权失落#

05-14 19:25

集微网报道,众所周知,随着缺芯危机席卷世界以及半导体之于国家经济、科技发展的作用愈发重要,全球多国已将发展半导体产业上升至国家战略高度。因此,有观点认为,在大国政企各方力量博弈和竞逐下,芯片已逐渐从一种高科技产品演变为另一种意义上的“武器”。

这不,日前美国总统乔·拜登在亚拉巴马州特洛伊市武器生产工厂就美国对乌克兰的安全援助发表讲话时就强调,每一枚“标枪”导弹都需要200多个半导体,而因为全球疫情的原因,半导体的供应一直非常紧张。为此,他敦促美国会通过立法来帮助半导体产业,促进芯片生产,以确保美国成为半导体、计算机芯片的主要生产国。

与此同时,有消息传出,美国和日本将组建“芯片同盟”,以开展2nm和Chiplet(小芯片)等尖端的半导体技术合作。而这不得不让人想起美国曾经几乎360度无死角地让日本半导体业“元气大伤”,使其从舞台中央退至“边缘末端”。但即便如此,当美国再次“热情”召唤时,日本来不及舔舐曾经的伤痛,依然甘做马前卒,甚至将大洋彼岸的霓虹灯看作太阳再次升起。

不难发现,在越发割裂的半导体科技逆全球化竞争态势下,美国已沉迷在“合纵连横”、“拉群组团”战略上无法自拔。在“美日芯片同盟”之前,其已相继到腾出“美国半导体联盟(SIAC)”、“印太经济框架(IPEF)”、“Chip4联盟”和“MitreEngenuity联盟”等,并宣布近日将启动“印太经济框架”。

在这些举措背后,美国的野心也昭然若揭,即推动半导体制造业回流,通过自身影响力全方位巩固产业主导地位,以及遏制新兴半导体势力国家的崛起与竞争。相对而言,日本在新联盟的目的稍显“朴素”。然而,伴随着国际政治和半导体科技竞争格局的演变,“美日芯片同盟”在面临不少严峻挑战同时,也一定程度折射出霸权失落的境地,“美国优先”也隐隐褪色。

世仇宿敌重修“秦晋之好”

近几个月来,随着俄乌冲突持续不断以及国际半导体产业竞争日趋激烈,全球能源及科技产业格局正在地缘政治、产业发展及技术迭代的影响下发生一定程度重构。在这样的背景下,日本政客响应大洋彼岸的“热情”召唤,来到美国一边吐能源“苦水”,一边纳“投名状”。

5月早些时候,日本经济产业大臣萩生田光一访问华盛顿,向美方陈情:如果跟随美国及其欧洲盟友立刻切断俄罗斯石油进口,日方会陷入困难境地。但有趣的是,据日本贸易振兴机构的数据,日本2021年进口能源总量中,俄罗斯原油和液化天然气在同品类中分别占比3.6%和8.8%。相必这样的占比还难以“让日方陷入困境”。

当地时间5月4日,美国商务部长雷蒙多和日本经济产业大臣萩生田光一举行会晤。图源:雷蒙多推特

萩生田光一当天还会见了美国商务部长吉娜·雷蒙多,双方在会谈中就美日半导体产业合作基本原则达成一致,包括推动芯片产能“多元化”、增强“透明度”、协调应对芯片短缺紧急措施、加大研发投入等。虽然这看似一桩“喜事”,但萩生田光一却百感交集。

“在半导体领域与美国合作,感觉到了命运的奇异”。他在日美之间就半导体合作达成基本原则后举行的记者会上如是说。萩生田光一之所以用“奇异”一词来形容,是因为过去日美在半导体问题上曾有过激烈对抗、结下世仇的历史。对于日本而言,这也是如今其半导体面临困境的起因。

1980年代后半期,日本半导体制造企业席卷全球市场,拥有超过50%的份额。索尼创始人和会长盛田昭夫等合著的《日本可以说“不”》一书中曾带着骄傲写道:不使用日本的半导体,弹道导弹就无法精确瞄准;如果日本不把半导体卖给美国而是卖给苏联,日本便有可能改变世界的权力平衡。由此,日本半导体的影响力“可见一斑”。

然而,随着日本威胁论甚嚣尘上,美国通过反倾销税、贸易制裁、签订所谓“公平”的《美日半导体协定》,同时扶植韩国半导体产业,让如日中天的日本半导体行业就此一蹶不振,进入经济“失落的30年”。后来,日本不得不退守到设备和原材料领域,但美国在半导体制造环节却被韩国、中国台湾地区相继赶超。

“有美国在某种意义上施加压力的原因,后来日本走错了路,才导致了衰退”、“日本制造的半导体企图席卷全球的挑战和野心导致了失败”。萩生田光一在记者会上如此回顾了日本半导体产业的发展历程。而如今,眼看美国再抛来的“橄榄枝”,日本似乎看到了一条“正确”的路,于是与这个半导体世仇宿敌重修“秦晋之好”。

根据日媒消息,“美日芯片同盟”的筹建,旨在2nm芯片生产方面赶上中国台湾和韩国公司,以及攻坚当前行业大热的Chiplet技术,最终在更先进的半导体领域引领行业。其中,日本方面包括东京电子、佳能和国立先进工业科学技术研究所等企业和组织,已在开发先进生产线的制造技术。而美国方面,除了一些半导体设备厂商,IBM和英特尔预计将参与其中。

图源:日经中文网

有趣的是,在这份半导体合作基本原则中写到,十分重视“开放的市场、透明度和自由贸易”,同时指出,“日美及其他志同道合的国家和地区的共同目的是提高供应链韧性”。而由于美国对中国表现出对抗的心理,并对尖端技术加强保护的行为,这份“基本原则”罗列着设想到中国的词句。拜美国所赐,中国似乎一直不在这些圈子,但又“无所不在”。

战略利益演变下的“双重图谋”

为何美国和日本这对半导体领域曾经的“世仇宿敌”会走到一起?萩生田光一在记者会上没有说明。或许,沉默以对的背后是,“没有永恒的敌人,只有永恒的利益”。

不过,日媒在将两国的合作描述为“最安全”的技术同盟同时,也对相关疑问作了一定程度解读,即“美日芯片同盟”主要有两个目的:一是美日联手攻克先进制造工艺2nm研发和量产,摆脱全球芯片先进制造工艺对韩国和中国台湾的依赖;二是美日联盟将打造一个近乎封闭的半导体供应链,杜绝核心关键技术外泄到中国大陆。

而日本政府之所以主动出击迎合美国政府,一个重要的原因是台积电对于芯片制造技术的管理和保密非常严格,不会在中国台湾岛以外的地方建立尖端工艺的晶圆代工厂。此前,为了加强经济安全,世界各国纷纷筹备巨额补助金,在最近一两年里积极吸引台积电到本国建厂。但台积电并未答应,而是决定仅在中国台湾地区陆续建设最尖端的新半导体工厂。

虽然日本政府在九州引进了台积电的工厂,但生产的半导体产品工艺为10-20nm左右,性能较低。另外,台积电美国工厂规划的工艺是5nm,但工厂的进度不仅非常缓慢,从规划到量产跨越了4年多,而且预计2024年量产时将落后先进工艺两代。这与台积电在中国台湾岛内的5nm工厂小于18个月的建设速度完全不可同日而语。

诚然,台积电在中国台湾建晶圆厂的原因是有多方面便利和优势。但不可忽略的一个重点是,中国台湾地区当局将台积电看作非常珍贵的外交筹码,在决定其海外新建工厂方面慎之又慎。例如中国台湾地区一位高官曾在一次内部会议上强调,“半导体等高科技产业是让世界认识台湾的生命线”。

因此,在可见的未来,美日领先的半导体厂商依然会非常依赖台积电在中国台湾岛的先进晶圆代工厂。要知道,台积电一家公司目前承担了全球90%以上的尖端半导体生产。英特尔CEO帕特·基辛格此前甚至在四个月内两次前往中国台湾,“恳请供应尖端半导体”。鉴于此,在尖端工艺上摆脱或制衡对台积电的依赖,的确成为美日双方联合研发量产2nm芯片等技术的深层动机。

另一方面,从产业愿景角度,日本之所以与美国加强合作,是因为对日本国内的半导体开发和生产体制存在担忧。目前,尽管日本在材料和设备上拥有优势,但要在制造和设计环节实现产业突围,抗击韩国、中国台湾地区的竞争压力,重振产业挽回“失去的30年”,还是需要仰仗美国。这也是其根本利益所在,因而对美抛来的“橄榄枝”自然而又带着被动的接受。

对于组建“美日芯片同盟”,如果说日本仅是从发展半导体产业方面权衡及考量,那美国便是在关于半导体的地缘政治、科技产业发展方面有着“双重图谋”。

首先,30年前,美国通过对日本发起的半导体贸易战“组合拳”,沉重打击了日本半导体产业。而究其根本原因还在于日本不是一个政治“独立自主”的国家,即作为二战战败国长期受制于美国,甚至遭遇重拳打压也几乎无力反抗。因此,在当前大国博弈和地缘政治形势下,美国更有意愿与容易“拿捏”和控制的日本组建联盟,以在2nm制造领域开辟新的“补给”基地。

根据集微网此前报道,行业人士称,如果这一“基地”落成,对于美方而言,可以提升先进工艺代工渠道的多元化和安全性,降低对我国台湾和其他供应商的依赖,并对中国大陆构筑新的遏制之势。在日本重新“布点”,可谓一举三得。未来,如果日本的2nm制造厂建立起来,日本或将成为美国的半导体制造后花园。

另外,在半导体产业链环节中,除了制造,美国唯一的短板几乎就是材料,包括英特尔在内的美国企业主要依赖日本的信越化学、胜高等企业供应。因此,从美国的角度,一个在地缘政治上受已控制、产业上高度互补以及可以制衡其它区域力量的日本,无疑是最好的合作对象。

韩国新任总统尹锡悦和美国总统乔·拜登图源:Businesskorea

值得一提的是,对于三星甚至韩国来说,美日合作此举无疑让其“五味杂陈”。因为三星半导体对中国大陆的支持相对中立,美国在先进工艺上选择与日本合作相当于敲山震虎。但韩国新政府的反应也相当迅速,扭头就宣布计划加入美国主导并在大力推动的“印太经济框架(IPEF)”。有道是,“东隅已逝,桑榆未晚。”

美日芯片同盟“1+1=2?”

既然各方各有战略盘算,美国、日本为何又执着于2nm?在技术层面,一种猜想是:2nm是新的“大”节点。但由于2nm目前尚处于研发阶段,其工艺指标尚不清楚,不能轻易判断是否为一个大节点。

不过,需要注意的是,2nm在技术革新上非常关键。根据国际器件和系统路线图(IRDS)的规划,在20212022年以后,鳍式场效应晶体管(FinFET)结构将逐步被环绕式闸极(GAA)结构所取代。所谓GAA结构,是通过更大的闸极接触面积提升对电晶体导电通道的控制能力,从而降低操作电压、减少漏电流,有效降低芯片运算功耗与操作温度。

目前,根据公开的规划,三星和台积电都将在2nm工艺上采用GAA结构。虽然在GAA结构的开发时程上落后于三星,但台积电在FinFET技术领域底蕴深厚,从而将大大缩短由3nm FinFET切换至2nm GAA技术结构的周期。虽然他们都宣布2025年前量产2nm,但未来谁能力拔头筹还有待观察。

图源:网络

可以基本确定的是,在2nm的新核心结构下,原有多项技术已难以满足要求,产业界需要从器件的架构、工艺变异、热效应、设备与材料等方面综合解决。而美日均将重振芯片制造的突破重点放在2nm上,目的显然是在技术革新的关键节点导入实现“换道超车”,同时以此为契机向1nm甚至埃米领域推进。这也可以在“美日芯片同盟”合作条款中得到印证,即“深化合作量产2nm以内尖端技术”。

无疑,美国与日本当今都是世界半导体强国,尤其两国在芯片设计、EDA软件、半导体设备和材料等领域在全球处于垄断地位。不妨探讨一下美日半导体领域的合作优势。目前,美国在半导体设计、设备、EDA软件等领域实力强劲,在全球居于垄断地位。而日本在半导体材料傲视群雄,尤其是在EUV光刻工序中不可缺少的光刻胶层面处于绝对垄断地位,同时在半导体设备领域的实力也不容小觑。

整体上,“美日芯片同盟”要设备有设备,要设计有设计,要材料有材料等等,唯独缺的就是尖端工艺技术和制造能力。如果能够如愿攻克2nm量产,那么美日在全球半导体市场的影响力将进一步增强。但这样美好的愿景背后也面临一系列严峻的挑战,甚至未来“美日芯片同盟”的走向将基本是:1+1<2。

首先,据日媒分析称,日本方面已经深刻认识到,日美两国之间的半导体摩擦体现了美国作为一个国家的本质,那就是为了保护可能对本国安全保障造成影响的产业,即便是同盟国也会表现出不顾一切的姿态。因此,日本势必会吸取前次教训有所防备。这也不难解释,英特尔和日本就制程与材料方面交换经验时,日本方面显得非常“保守”。

其次,美日两国的2nm先进工艺大概要借助IBM或英特尔的支撑。2021年5月,IBM曾经发布了世界上第一个2nm工艺技术,着实让人惊艳了一小阵子。但该技术一直处在概念验证阶段,与良率等方面已有保障的量产工艺差距较大。而即便解决晶圆良率问题,IBM当前也已不具备大规模量产芯片的能力。

此前,IBM曾与三星、英特尔签署了联合研制2nm的协议,但因需要多方验证测试可能还需几年才能投入市场。另外,英特尔作为独立IDM,现在2nm的工艺路线应该也已基本确定,因而未来可能会相对独立,或将不过多地参与“美日芯片同盟”。

另外,研发2nm芯片还有诸多技术难题需要克服。如前文所述,无论是结构上的创新还是新材料的引入,2nm都将是一个非常关键的节点,产业界需要从多方面综合攻坚解决。这其中,有“四道大坎”需要迈过,包括架构、材料、设备和成本。要知道仅成本这一项,台积电在3nm工艺上的总投资就达到了约500亿美元。另外,石墨烯、碳纳米管、过渡金属化合物等二维或一维材料因尺寸较小也有望替代硅基材料。

碳纳米管基芯片图源:Nature

再者,尽管“美日芯片同盟”计划以2nm为切入点发展先进工艺,但如果一旦投入,其还将势必面临用户从哪里来,以及如何平衡生产成本等问题。相比之下,台积电、三星的优势在于量产、良率、人才、资本、技术经验和客户规模等。由此,未来即便待美日2nm落成之后,可能会有部分订单转单,但这一量级较长期内对于台积电、三星的代工规模来说也可能无足挂齿。

“合纵连横”难掩霸权失落

毫无疑问,半导体芯片是高度全球化的产物。目前,全球半导体产业链在设计、材料、设备、制造和封装等生产环节上已经形成合理的分工体系,没有任何一个国家可以专长所有产业链环节。因此,建立产业联盟来应对未来经济发展和国家层面战略竞争,也成为了一些国家的现实选择。

如今,美国已然沉迷在“合纵连横”、“拉群组团”战略上无法自拔,不断推动组建半导体产业联盟。近年来,在“美日芯片同盟”之前,美国已相继推动建立“美国半导体联盟(SIAC)”、“印太经济框架”、“Chip4联盟”和“MitreEngenuity联盟等”。未来,这种“产业景象”或许将是半导体产业发展的重要形式和基调。

而无论美国是构建产业联盟,推出芯片法案,还是极力打压新兴半导体国家产业,无非是为了强化其全球竞争优势地位,让更多半导体制造落地到本土,并建立一个美国强势主导的全球半导体供应链,乃至夯实其“科技霸主”地位,进一步维系“单极世界”。

然而,一方面,这些联盟都需要靠企业去推动和发挥价值,但由于参与企业的本质时是竞相逐利的,没有足够的利益根本无法推动起来。因此,美国组建的联盟越多,画的饼越大,那么资金缺口就越大。如今,由于“传说中”的资助补贴法案迟迟没有落地,其已经有些难以自圆其说。

另一方面,上述这些联盟看似强强联合的背后,却也是“心思各异”,毕竟“美国优先”已经深深根植于美国的政治基因中。有观点认为,基于自身核心技术的保护及国家或地区利益,即使产业联盟内部成员之间也将会有所保留,否则无技术优势也无法展开平等的对话。因此,产业联盟内的合作程度或比较有限。

此外,“美日芯片同盟”的出现也让“Chip 4联盟”的处境尴尬,属于“自己人”打脸“自己人”的行为。而这或许也是美国“不得已而为之”。要知道,美国推动组建“Chip 4联盟”时,韩国考虑在华业务占比极大回复的是“不能完全接受”,而中国台湾地区“经济部”则以不了解“Chip 4联盟”细节回避媒体询问。

但无论内部纠葛和沟通结果如何,4”变成“2”背后,折射的都是美式霸权失落,即在半导体产业,美国已经难以凭借自身的政治、科技等影响力“号令群雄”,同时“美国优先”的准则也已经开始打折扣或者褪色。而这种变化背后的产业逻辑是,在高度全球化的半导体产业链中,各大半导体厂商会争取一切在美国政治施压和自身经营及市场之间的动态平衡。

目前,业界较为一致的观点是,美日双边技术同盟最有可能顺利地开展下去,虽然不一定能够达成目标,但是双方构建安全供应链体系的目标较为一致,毕竟“共同的利益”更多。至于其它联盟,从规模上看,“美国半导体联盟(SIAC)”是现阶段美国拉动起来的最大半导体圈子,其中有欧洲、日本、韩国、中国台湾地区等地的共64家头部半导体相关公司。

SIAC联盟部分成员图源:SIAC官网

不过,用国人的话说就是,这其中充满了“无利不起早”。2021年6月,美国参众两院的两项芯片法案都打算投入500多亿美元扩大本土半导体制造业。显然,这两项芯片法案的一大作用就是推动建立了一个利益共同体,而SIAC等联盟则是相关公司想要持续获利的一个手段。但让产业界遗憾的是,芯片法案足足历时近一年还没有落地,且允诺给三星和台积电工厂的补贴迟迟没有就位。

对此,业界人士已开始担忧美国是否有能力履行相关承诺。而台积电创始人张忠谋则直接在半年内曾两次喊话美国,一次是“在比较成本上,我们当时太天真,但在美国制造芯片的成本比中国台湾贵50%”另一次是,“全球化与自由贸易给世界带来蓬勃发展,过去‘世界是平的’,但当前世界已不再是平的。美国半导体供应链不完整,生产成本高,想把制造留在当地不可能成功。”作为半导体界的风云人物,这两番大胆喊话可谓着实意味深长。

写在最后

在全球缺芯潮持续汹涌的情况下,随着云计算、物联网、人工智能及电动汽车等产业方兴未艾,半导体芯片在科技产业中的作用进一步凸显。可以说,芯片的地位或将比以往任何时候重要,谁掌握了芯片话语权,谁就能未来的政治经济地缘上胜出或占据有利地位。因此,全球半导体竞争已达到前所未有的白热化。

但大国竞争是一个动态的博弈过程,并不是非黑即白。美国深谙自己在全球政治、科技领域的地位并加以大肆利用,通过不断“拉群组团”等动作来维系自身产业主导地位,以及遏制新兴半导体国家的发展。不难发现,美国推动的这些联盟基本都有一个共同点,那就是不带中国大陆的半导体公司一起玩。换句话说,就是“中国芯”被孤立在外。

那么,美国的围困乃至“围追堵截”,是不是因为中国的半导体产业已经足够强大?其实不然,尽管中国半导体产业目前尚未对美国构成实质性挑战,但从宏观历史维度及全球发展走向来看,中国最有可能对美国“世界第一”的地位和“美国优先”的法则构成强有力挑战。

而这是让美国最为忌惮的。正如《美日博弈:美国如何将未来给予日本,又该如何索回》一书的作者莱德·普雷斯托维茨的“灵魂拷问”那样:美国为什么必须成为“世界第一”?因为只有保住“世界第一”,才能应对美国未来所面临的更多问题、更复杂的局面。

于是,尽管以半导体产业为核心的高科技产业经历数十年的发展,已形成了高度全球化的大格局,但美国却开动历史倒车,强行利用自身的政治手腕等力量介入,一手缔造了越来越割裂的逆全球化半导体产业发展局面。而各种“芯片联盟”与“高技术壁垒”、“向全球勒索芯片数据”、“半导体断供”等一起,成为了荒诞而又真实的“产业景象”。

这也势必将倒逼新兴半导体国家破釜沉舟,走上自主创新之路。但中国绝不能就此逻辑切断和美欧日韩等科技发达地区的联系,“一刀切”万不可取。更好的策略是以当前世界现有科技成果为基础和目标,借助全球化摆脱在很多关键领域的资源不足和技术短板,同时灵活运用自身在全球产业链上优势,向产业界提供互惠互利的对策并继续强化优势项,进而切实“加强长板,补足短板”。

在当前的国际地缘政治及产业经济发展环境下,对中国而言,越是艰难越要排除万难,精耕奋进打造融入全球化的自主半导体产业,砥砺攻坚核心或“卡脖子”技术,并不断完善从设备、材料到制造、封装的各个产业链环节,进而持续增强在全球半导体产业的实力和话语权。因为每一环节的短板和弱点,都有可能在未来的极限竞争中受制于人。这可能前路漫漫且非常艰难,但“愚公尚能移山”,亦如一位伟人曾说过,“世上无难事,只要肯登攀。”

(校对/隐德来希)

责编: 隐德来希

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