美國軍用半導體供應體系正處于“危機”中？

2月20日消息，據EETimes Japan近日報道，半導體業內人士和政府觀察人士稱，由于對美國對本土半導體產能的投資不足，美國國防部（DoD）需要很長時間才能擺脫對于亞洲的半導體供應鏈的依賴。

過去兩年爆發的全球半導體供應短缺，曾影響俄烏沖突中使用的武器的生產能力，其中就包括美國國防和航空航天主要供應商洛克希德馬丁公司和雷神技術公司。

報道稱，美國國防部還應考慮競爭以確保晶圓代工生產能力以及軍方對過時的半導體供應體系的過度依賴。這引起了美國政府的擔憂，即近十年來美國在處理涉及中國臺灣關系方面一直面臨挑戰。具有諷刺意味的是，中國臺灣是全球半導體制造中心，也是全球最大的晶圓代工廠臺積電的所在地，而臺積電則是一家向美國國防部供應所需的半導體的晶圓代工廠。

多年來，中國臺灣一直處于美國和中國大陸之間日益緊張關系的中心。不久前，美國還通過了《2023年國防授權法案》，決定在未來五年內向中國臺灣提供高達2023億美元的安全援助。此舉引發了中國大陸的強烈不滿和抗疫，并將涉及軍售的洛克希德馬丁公司和雷神技術公司列入新的“不可靠實體清單”。

建立充足的美國本土供應鏈“仍需10年”

臺積電亞利桑那工廠預計不會供應給國防部

創立了iDeal Semiconductor和Agere Systems（并入LSI公司）等半導體制造商的 電子工程師邁克·伯恩斯（Mike Burns）說：“美國國防部還需要十年時間才能建立可靠的國內供應鏈。” “問題的關鍵是英特爾能以多快的速度趕上臺積電，目前臺積電生產前Altera（被英特爾收購）和賽靈思（被AMD收購）的FPGA，以及美國國防部在各種武器系統中使用的各種半導體，如F-10聯合攻擊戰斗機，導彈，以及指揮和管理系統。

在接受美國EE Times采訪時，伯恩斯說：“這將需要很長時間。

事實上，在2022年12月，臺積電將其位于亞利桑那州鳳凰城的制造工廠的總投資擴大到400億美元，是其初始投資的近三倍，最快將在2024年量產。蘋果和AMD未來都將從臺積電的亞利桑那州工廠采購半導體芯片，但該工廠聚焦4nm及3nm制程，不太可能成為美國國防部的供應商。

“我不認為臺積電會向國防部提供芯片，”伯恩斯說，“如果你看看臺積電對美國工程師的態度，你會發現他們不是很滿意。臺積電堅持將其最尖端制造技術保留在臺灣。目前其90%以上的半導體芯片在臺灣島內生產。”

2022年，該公司領先于美國開始在中國臺灣量產3nm節點。臺積電在美國聘請工程師在其亞利桑那州工廠工作，但與其中一些存在文化沖突。

“鑒于這一挑戰以及臺積電專注于為蘋果和AMD等大客戶提供服務，英特爾的小型代工服務可能非常適合國防部供應商，”伯恩斯說。

目前英特爾代工服務 （IFS） 可以生產比臺積電工藝落后 1~2 代的專用集成電路 （ASIC）。目前正在逐步縮小與臺積電的差距。

英特爾幾年前收購了FPGA供應商Altera。Altera的FPGA芯片在臺積電位于臺灣的晶圓代工廠制造。由于FPGA芯片可以進行編程適應新的需求，而ASIC則不具有這樣的靈活性。目前美國國防部在依賴臺積電生產的FPGA的同時，它也需要像臺積電和三星電子這樣有實力的代工廠，為其武器系統生產定制的ASIC。

但是在代工產能的競爭中，像美國國防部這樣的小買家的需求量遠低于蘋果和AMD等商業客戶。“即使是總部位于美國的Global Foundries（格芯）也不會非常優先考慮國防部的訂單，”伯恩斯說。

伯恩斯解釋稱：“GlobalFoundries有很多商業客戶尋求大規模生產，當談到軍用晶圓的增長時，我們不知道這將持續多久。軍用晶圓通常是昂貴的，小批量生產和不可預測的數量。

美國智庫哈德遜研究所（Hudson Institute）高級研究員布萊恩·克拉克（Bryan Clark）表示，美國軍方依賴于目前尚未廣泛使用的傳統架構，即較舊的半導體架構，別無選擇，只能小批量生產。

“如果國防部使用更多具有商業架構的尖端半導體，并在封裝和軟件中對其進行調整，美國軍方將能夠利用商業生產的規模來減少其對半導體供應中斷的脆弱性。”克拉克說道。

美國最近實施的半導體出口管制措施的中國大陸也面臨著自己的供應鏈問題。美國將中國大陸視為“戰略競爭對手”，認為其在5G（第五代移動通信）和人工智能（AI）等技術領域構成威脅。

克拉克說：“大陸軍方已經使用了相當大比例的新的架構和制程的半導體，但這些半導體的制造則依賴于西方技術。

“因此，雖然大陸軍用芯片能夠在疫情影響下的供應中斷中保持韌性，但它還沒有準備好應對出于國家安全原因出現的供應限制。

無法滿足美國國防部的前沿需求

伯恩斯說：“美國國防部需要確保它有一些制造能力，為俄烏沖突進一步持續所造成的需求激增做好準備。三年前，他向美國國會建議，美國政府應該補貼與臺積電等尖端代工廠的合資企業，以確保國防部的專用半導體生產配額。“美國的小型代工廠，如SkyWater Technology，無法滿足國防部的尖端半導體需求，”他補充說。

“國防部使用SkyWater的90nm和130nm工藝，”伯恩斯說，“這需要先進的計算，但尚未獲得。沒有“可信晶圓廠”在5nm工藝上工作。因此，FPGA通常是在美國購買和配置的優先選擇，在那里信息可以保密。但是，對于任何FPGA，都需要在性能上進行權衡，因為專用ASIC速度更快。

雷神公司等武器系統供應商表示，缺乏半導體供應，限制了他們擴大生產的能力。

雷神公司首席執行官格雷格·海斯于 2022 年 12 月 7 日接受了 CNBC 的采訪時表示：“沒有神奇的方法可以加快供應鏈中的生產，我們正在盡一切努力縮短交貨時間。但是有成千上萬的組件，當然，半導體是武器系統的重要組成部分。我們正在與美國國防部合作，為一些供應商尋找其他替代制造商。”

洛克希德馬丁公司在 2022 年 10 月中旬舉行的財報發布會上表示，“2022 年的銷售額將與 2021 年幾乎相同。盡管受到 COVID-19 大流行和供應鏈挑戰的持續影響，但該公司預計將在 2024 年恢復增長軌跡。”

雷神公司和洛克希德馬丁公司在美國國防部的值得信賴的供應商名單上，但他們在美國經營的半導體工廠正在老化。

俄烏沖突引發對美國武器消耗的擔憂

雷神公司和洛克希德馬丁公司生產了標槍和毒刺等武器，向烏克蘭提供了大量援助。但據美國智庫戰略與國際研究中心（CSIS）稱，人們擔心美國的部分武器將被耗盡。

CSIS在2022年9月的一份報告中表示，“美國的一些武器已達到戰爭計劃和訓練所需的最低水平。”

根據CSIS的報告，美國國防部正在尋求國會批準提供資金以增加生產能力，包括高機動性火炮火箭系統（HIMARS）和制導多管火箭系統（GMLRS）。該報告還指出，“該行業普遍認為國防部需要從事多年的收購活動，以證明其投資以飆升產能的合理性。”

CSIS對在緊急情況下更換國防工業基地的能力的研究發現，大多數產品預計需要很多年才能實現這一過程。

根據CSIS的說法，HIMARS和GMLRS是非常有用的制導火箭，但它們的數量有限。

根據CSIS的報告，“到目前為止，美國所擁有的55000枚火箭中，有25000~33000枚是庫存。如果美國向烏克蘭提供其總庫存的三分之一，就像它對標槍和毒刺所做的那樣，烏克蘭將收到8000～10000枚火箭， 預計庫存將可持續消耗數月。”但是，庫存用完的時候可能沒有替代品。因為其年產量總共約為5000枚。美國最近好像為了增加其數量而分配了資金，但要實現還需要幾年。”

馬克·蒙哥馬利（Mark Montgomery）和布拉德利·鮑曼（Bradley Bowman）在《國防新聞》（Defense News）的報道中指出，“雖然中國臺灣在2015年獲得采購批準，可以采購200枚標槍導彈和****以及250枚毒刺導彈，但目前仍然無法獲得。” 蒙哥馬利是美國海軍退役少將，目前是美國保衛民主基金會（FDD）的高級研究員。鮑曼還是美國捍衛民主陣線軍事和政治權力中心的高級主任。

他們說：“鑒于需要供應烏克蘭并補充美國聯合庫存，從現實的角度來看，我們不太可能在2026~2027年之前提供。”

CSIS還指出，“美國軍方首先無法應對曠日持久的沖突這一事實可能會引發一些關于國家安全系統預算優先事項的辯論。”

現在美國國防部希望通過英特爾的“超越摩爾”方案（Chiplet）來提供軍用半導體，這種半新的架構可以通過實現各種小芯片的異構集成來提供附加值，而模擬功能不一定需要基于摩爾定律的進一步小型化。

技術情報服務公司TechInsights的分析師丹·哈奇森（Dan Hutcheson）表示，“在美國，智能武器的庫存大幅下降，其中大多數依賴的都是傳統的半導體架構的解決方案。

“英特爾將需要完成其在以色列收購Tower Semiconductor的計劃，以提供完整的‘超越摩爾’解決方案，但隨著時間的推移，這種可能性似乎越來越遠。”

據了解，以色列Tower Semiconductor工廠根據《國際武器貿易條例》（ITAR）被認證為“可信晶圓廠”。

目前英特爾的晶圓代工部門（IFS）正在努力促使美國國防部成為其關鍵客戶。據英特爾發言人 Jason Gorss 稱，IFS 總裁 Randhir Thakur 于 2022 年 11 月 22 日卸任，但將在 2023 年第一季度繼續在 IFS 工作，以確保順利過渡到下一任領導人。

半導體企業家伯恩斯說：“像英特爾這樣的集成設備制造商很難變成代工廠，而三星能夠做到這一點。臺積電是一家從頭開始為第三方芯片設計公司服務的公司。臺積電為其客戶提供了顯著的額外好處，因此從那里轉換的成本相當高。

如何解決美國的漏洞？

美國眾議院情報特別委員會前主席邁克·羅杰斯（Mike Rogers）在接受美國EE Times采訪時表示，“國防部需要幾年時間才能建立一個獨立于中國大陸和其他亞洲國家及地區的安全半導體供應鏈。”

“美國擁有制造高端半導體的獨特能力，但它現有的產能達不到要求的水平。因此，它由來自世界各地的采購來補充。中國的半導體產能在全球所占的比例最大。如果有軍用芯片供應出現問題，這將使得美國變得脆弱。”羅杰斯說。

“美國《芯片與科學法案》旨在解決其中一些漏洞，”羅杰斯說。

“這當然是一個有缺陷的法案，但它仍然是朝著正確方向邁出的一步，承認美國必須擁有自己的生產能力。如果出現任何實際需要美國制造的半導體的情況，有必要確定日本均衡的制造能力。要緩和緊張局勢，不至于被迫減產、停產、延時生產。為此，通過與我們的盟友和美國本身的力量的密切合作，正在花費大量資金來提高半導體芯片生產能力，“羅杰斯說。

伯恩斯認為，美國政府應該將《芯片與科學法案》527億美元補貼的一部分分配給美國軍用半導體工廠，因為英特爾、美光科技、德州儀器和臺積電等大型芯片制造商可能會獲得大量資金。

編輯：芯智訊-林子    

來源：EETimes Japan