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2022年8月13日

黃伯農

美晶片業供應鏈回岸成本大

美日外交及經濟部長7月底在華盛頓召開首次2+2會議,宣布攜手研發及生產「次世代2納米晶片」,聯手抵抗中國及由俄烏戰爭造成的供應鏈挑戰。

近年全球半導體巨頭南韓三星和台灣台積電已在美國投資興建晶圓鑄造廠,目標是在2025年讓三星和2024年讓台積電能在美國分別出產到2納米和5納米的高端半導體。由於日本、南韓和台灣屬美國在東亞第一島鏈的核心構成部分,本文從科技地緣政治角度,分析美國實施半導體供應鏈「搬回岸政策」(reshoring policy)的戰略謀劃。

阻光刻機售華 逼中國科技獨立

7月上旬,美國政府據報要求荷蘭的半導體製造設備生產商艾斯摩爾(ASML Holding NV)停止向中國廠商售出任何舊式微影製程光刻儀器。2020年,美國已迫使艾斯摩爾禁止出口最尖端的「極紫外光微影儀器」(extreme ultraviolet equipment;EUV)予中國。同年底,中國半導體企業中芯國際在沒有EUV技術的支持下,仍以較舊式的「深層紫外光微影儀器」(deep ultraviolet equipment;DUV),造出7納米的高端晶片。2021年,艾斯摩爾總共出售了81台DUV,但僅向中國售出4台。然而,今年7月禁售DUV事件即時刺激中國半導體股價上升。有分析指美國限制中國發展半導體技術的行動,進一步刺激中國走「科技獨立」路線。

美國科技政策界對美國政府欲把半導體全球供應鏈「搬回岸」的政策,提出大概兩種看法。首先是搬回岸增加生產成本,雖然美國企業仍是世界領先的晶片設計者,但實體製造供應鏈集中在東亞。以總收益計算,全球10大無晶圓半導體設計公司(如Nvidia和AMD)之中,有7間是美國公司,可是生產這些美國設計的晶片之晶圓鑄造廠,大部分被南韓和台灣企業控制。更重要的是所有微影製程光刻儀器由荷蘭和日本企業控制。另外,勞工密集的後端生產線(backend production line)集中在馬來西亞、越南和菲律賓等。

今天全球半導體供應鏈的國際分工秩序是經過幾十年形成的。「搬回岸」政策意味着美國政府不單止需要把晶圓鑄造廠搬回美國本土,也將要求整條供應和產業鏈搬回美國,不過,這些回岸工廠將無法在美國達到它們的生產成本目標,主要原因是未必能得到可靠「製造投入」(manufacturing inputs)的准入。過去幾十年,東亞各國科技樞紐之間的競爭,已使區域供應鏈能夠以較低廉價錢,可靠地向半導體製造廠供應元件和物料。

俄羅斯和烏克蘭均為半導體業提供主要原料,包括鎳(nickel)、鈀(palladium)和氖(neon)。俄烏戰爭及制裁已為全球晶片供應鏈帶來不確定性和壓力。短期內,主要原料的准入將維持緊張。雖然半導體業尋求增加生產量,但供仍不應求。美國尋求把半導體供應鏈重構和搬回岸的做法會為業界帶來複雜挑戰。

核心問題是美國的人口結構、教育和經濟發展趨勢將不利解決半導體製造基地內的藍白領勞工短缺問題。例如,英特爾(Intel)在亞利桑那州(Arizona)的新晶圓鑄造廠房承諾提供7000個建築工作機會和3000個永久職位,可是地方勞工短缺問題增加工資成本。另外,台積電在亞利桑那州投資的晶圓鑄造廠房的晶片生產成本,將比在台灣本土生產昂貴。基於有關成本將轉嫁到消費者身上,美國晶片產品將推高整條供應鏈的價格。如果中國未來能夠達到科技自主而把晶片產品價格推低,恐怕美國及盟友夥伴的產品將不能與中國產品競爭。

美國政府想透過介入半導體工業提升競爭力的手法,跟上世紀以國家補貼企業製造「國家冠軍」(national champions)的做法有相似之處。美國政圈一向喜歡以同樣手段復興一些「比較劣勢」(comparatively disadvantage)的產業(如煤和鐵業)。然而,有關政策的成效一直成疑,原因是維持一種工業的「比較優勢」(comparative advantage)要求政府長期地提供支持,在現時美國財政資源緊張和勞工短缺限制下,美國政府需以另類手段延攬外國人才。

第二種看法是強化美國與夥伴盟友的「研究及發展」(R&D)協同作用,組成島鏈R&D聯盟。一般來說,半導體生產過程有4個階段:(1)產品發展;(2)晶圓鑄造;(3)封裝組裝;和(4)測試。這些階段便構成供應鏈的組成部分。而R&D(包括晶片設計和微影製程光刻儀器的研發)則貫穿着整條供應鏈。這看法認同美國將部分供應鏈從東亞搬回美國,但由於美國欠缺相關人才,政策會推高美國產品價錢,也未必能長期維持下去。

美組島鏈R&D聯盟 惟欠人才

縱使台積電在亞利桑那州開設5納米晶片鑄造廠,但白宮警告俄烏戰爭會為美國汽車和電子業所依賴的晶片供應鏈帶來不確定性。台灣晶片製造生態系統位於全球供應鏈最頂端位置。這成果受惠於台灣政府的領導、集群效應(cluster effect)、徹頭徹尾的工程獨創性、高端科技發展、對細節的密切關注和大量R&D投資。

美國與台灣等加強合作時需考慮兩點。第一是人才培養和挽留。上世紀七十年代,台灣政府成功招募擁有美國博士學位的工程師和管理人員回流當地發展,包括張忠謀(台積電)、吳敏求(旺宏電子)和盧超群(鈺創科技)。自此,美國矽谷和東亞之間便形成了半導體研發、生產及應用的網絡樞紐。當前美國半導體業的問題是缺乏人才,大學生不熱中修讀「科學、技術、工程及數學」(STEM)的科目。

為了有效並長遠地解決人才荒的問題,美國政府會考慮與台灣、日本、南韓等R&D機構加強合作,例如「國研院台灣半導體中心」(Taiwan Semiconductor Research Institute)。當島鏈R&D國際合作成功產生新的專利成果之後,美國和夥伴盟友科企應以加強東亞科技島鏈的團結性,加入條款防止核心科技被轉移到主要對手手中。換言之,透過R&D合作維持中國對島鏈科技的依賴性,增加軍事衝突的代價,保持區域和平現狀。

第二是台灣、日本、南韓和中國已佔全球晶片產能的五分之四。當中超過90%的10納米以下最高端晶片源自台灣。差不多整個半導體包裝業集中在海峽兩岸。除了台積電,台灣很多科企每天都在競爭促成這半導體生態系統的成功。

半導體供應鏈不單止晶片鑄造生產,也包括集成電路(IC)設計、包裝和測試,亦要共同投資R&D和培養挽留人才。因為東亞發生戰爭不合乎人類利益,美國須以維持和平現狀為基礎目標增加戰爭代價。於有益美國半導體發展的同時,也要有利東亞第一島鏈的科技創新,才可保大家平安。

英國巴斯大學政治、語言及國際研究學系副教授

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