日经深度报告：推动芯片供应链安全背后存在着致命的缺陷

#头号周刊#6月中旬，在亚洲炎热的夏季，台积电紧急派遣了一个团队前往日本，访问该公司的一些设备供应商。它想知道，为什么这些公司说他们不能按时交付重要机器？台积电是世界上最大的芯片制造商，其供应商一直在努力提供这家强大公司所要求的东西，但是，这是第一次遇到只是道歉的信息。

这种情况高度敏感。台积电正处于1000亿美元的扩张中，在去年关键芯片令人震惊的短缺之后，各国政府都对芯片采取了刺激措施。但是，这家台湾省巨头发现其自身的供应链受到瓶颈的困扰，影响到的产品包括从精确到可以将激光束聚焦到月球上的乒乓球大小的镜头，到明显平凡的阀门和管道。

在6月份的任务之前，该公司的供应链管理负责人J.K.林进行了一次类似的旅行，并在3月份成立了一个工作组前往美国，调查为什么台积电在那里订购的芯片制造机器需要长达18个月的时间才能到货。

在日本，熟悉这些棘手会议的消息人士告诉日经亚洲，包括日本自己最大的芯片制造设备制造商东京电子和屏幕半导体在内的供应商告诉台积电，他们甚至可能错过他们所承诺的漫长的交货时间。

屏幕是世界上为数不多的生产化学清洗机的公司之一，这些清洗机对芯片制造厂至关重要，屏幕列举了一份晦涩难懂的部件清单，它很难从自己的供应链中获得这些部件。阀门、管子、泵和特殊塑料制成的容器，所有这些都供不应求。

这些问题在供应商之间层层递进，使全球的芯片短缺问题难以解决，芯片是为从个人电脑和智能手机到汽车的电子设备提供动力的心脏和大脑。

这些困难强调了一系列不方便的事实，不仅对台积电及其竞争对手和供应商，而且对全世界的政策制定者，都需要引起重视。在中美贸易紧张局势和疫情的干扰下，中国、美国、欧洲和其他地方的政府已经决定将半导体制造"本土化"。所谓的供应链复原力，也已经成为政策的核心目标。但是，可以说这种复原力只是一个神话。

这些新的国家努力得到了巨额补贴和国家支持的投资的支持。7月底的美国参议院预计将对520亿美元的CHIPS法案进行投票。日本政府将为台积电提供4760亿日元（35亿美元）的支持，让它首次在当地建厂。

问题是，这些努力只触及半导体供应链的可见端。在芯片生产的背后，是一个供应设备和其他项目的网络，包括数百种原材料、化学品、消耗品、气体和金属，没有这些，令人困惑的精确的芯片制造过程就无法运行。中国正在投入总计1.5万亿元人民币（2220亿美元）的公共和私人投资，以便在其境内复制一个芯片供应链，不过迄今为止成效不大。

根据日经亚洲的调查和过去五个月对美国、欧盟、台湾和日本等主要芯片经济体的二十多位高级行业主管的采访，虽然全球化的半导体行业曾经在几十个国家平稳运行，但在单个国家或地区内复制这种架构的努力，已经暴露并加剧了供应链的瓶颈。与此同时，人们对这一政策的长期智慧存在疑问，并担心如果能够启动和运行，许多这些工厂最终可能会被闲置。

波士顿咨询公司半导体和材料部门的负责人JT Hsu说，即使是要达到70%到80%的自给自足的目标也是"极其艰难"。对任何国家或地区来说，要想把所有的战线都覆盖起来，可能会极具挑战性。"

"这不仅是制造芯片的工厂，而且，是里面的所有东西，"德国化工集团巴斯夫的半导体和电子材料全球业务管理负责人Jens Liebermann说。"所有的材料、化学品、气体和它们的原材料。都必须在那里。归根结底，源头在哪里，原材料在哪里，制造在哪里，谁能处理物流？"

创立了台积电并曾担任过台积电董事长的半导体行业老前辈张忠谋，在对美国的讲话中说得最直白。

"如果你想在美国重新建立一个完整的半导体供应链，你会发现这是一个不可能的任务，"他在去年的一个行业论坛上说。"即使你花了几千亿美元，你仍然会发现供应链是不完整的，你会发现它的成本非常高，比你目前的成本高得多。"

上游的瓶颈

尽管它们听起来可能微不足道，但那些阀门、管子、管道、泵和容器，都是复杂性的案例情况，现在它们正在使高管们发疯。

"我不是在开玩笑！我们仍在收到一年多前订购的阀门和管道，"台积电的一家台湾供应商的高管告诉日经新闻。"当打开盒子时，我们往往非常震惊。在100件的订单中，盒子里可能只有10件。"

由于只有少数专业供应商能够达到抗污染标准，并处理好制造具有潜在军事用途的物品的繁文缛节，提高产能并非易事，尤其是在背后的原材料供应还很有限。

这些物品由被称为含氟聚合物的特殊塑料制成，对于处理所有芯片制造设施和芯片制造机器中流动的腐蚀性化学品和超净化水来说不可或缺，而且，它们的标准一直在不断地提高。

最先进的芯片，例如用于制造最新的iPhone和MacBook处理器的芯片，现在已经达到了5纳米的水平。芯片制造商需要在一个芯片上放置数十亿的晶体管。对缺陷或微污染的容忍度可谓极低。

"一个新冠病毒的大小约为100纳米，"德国默克电子公司综合供应链转型高级副总裁凯文-戈尔曼告诉日经新闻，"这样你就可以看到芯片制造工作有多么精细，以及为什么所有的材料都很关键。"

当涉及到处理化学品的半导体级阀门和管道时，关键就是它们不能成为污染源。根据日经亚洲的分析，全世界只有少数供应商有能力达到严格的要求。日本的CKD和Advance Electric以及美国的Entegris是合格的阀门供应商；日本的岩木是化学品处理泵的主要供应商；业内人士提到奥地利的Agru和瑞士的Georg Fischer是芯片厂关键管道系统的重要供应商。

瓦森纳安排是一项由40多个国家签署的多国协议，旨在避免此类部件被运往无赖国家用于军事用途，这个协议增加了许多繁文缛节，为新进入者提供了另一个障碍。

沿着供应链往上走，在制造这些部件的含氟聚合物方面出现了进一步的障碍。其中一种被称为PFA的材料，只由美国的Chemours公司和日本的大金工业公司提供。它需要大量的专业技术来加工，而且，没有竞争对手。

其他主要的含氟聚合物材料制造商包括比利时的索尔维公司、美国的3M公司、印度的古吉拉特邦氟化工公司和俄罗斯的Halo Polymer公司。但是，并不是所有的制造商都有资格制造半导体级材料，他们必须向科技部门以外的其他广泛的行业供货。由于乌克兰战争造成的干扰和制裁，来自俄罗斯的来源已经减少。

台积电和竞争对手美光科技的主要洁净室建造商是联合集成服务公司。它的的首席业务发展官徐春元告诉日经新闻，"氟聚合物的来源受到限制。在电动汽车热潮的推动下，芯片和电池行业的需求都在增加。"

再往上游走呢？根据市场研究公司Index Box的数据，含氟聚合物是由萤石加工而成的，萤石也被称为氟石，中国控制了全球近60%的产量。长期以来，中国一直将萤石视为一种战略资源，早在20世纪90年代末就限制了出口，因为它对从农业、电子和制药到航空、航天和国防等行业都很重要。这种矿物经常被贴上"半稀土"的标签。

根据IndexBox的数据，墨西哥是第二大萤石生产国，去年约占市场的10.8%，其次是蒙古和南非。在欧洲，保加利亚和西班牙共同控制着全球市场的约5%。在白宫2021年发表的一份供应链审查文件中，美国标明了关键材料被外国控制的风险，并将萤石确定为"短缺的战略和关键材料"。该报告没有指出其与芯片制造行业的深刻联系。它说，增加关键矿物的来源，加强库存，提高北美的制造、加工和回收能力，可以在"未来的世界性危机"中减少中断的情况。

类似的问题出现在光刻技术中使用的氖气和蚀刻技术中使用的氟气C4F6等气体的处理上。这两种气体都以乌克兰或俄罗斯为主要供应来源，而这一来源已被战争破坏。移动这些气体的设备，也是高度专业化的。

只有少数几家公司--包括卢森堡的Rotarex和日本的BBB Neriki Valve和Hamai Industries--有资格为半导体行业使用的气瓶提供超高纯度阀门。日经亚洲的供应链检查显示，Rotarex公司控制着近80%的市场，只在卢森堡生产这些特定的产品。

这些用不锈钢和其他合金制造的阀门，由于存在泄漏和爆炸的危险，必须经受广泛的验证过程，并需要得到政府认证。一些行业高管告诉日经新闻，一个新进入者需要"10到20年"才能达到不同政府机构的认证标准和测试。

贸易紧张、新冠疫情和战争

对芯片供应链弹性的呼吁，出现在美中科技战当中，当时美国前总统唐纳德-特朗普的政府以国家安全为由，在2019年对中国科技冠军华为技术公司进行了打击，并阻止其使用美国技术，尤其是芯片。这一激烈的举动刺激了中国在全国范围内各部门开展积极的运动，以减少对美国的依赖，建立一个安全、可自我控制的供应链。

自给自足运动在2020年底演变成一场全球运动，因为前所未有的芯片短缺使汽车生产停滞不前，并伤害了广泛的行业，压制了全球经济增长并威胁到就业。美国商务部说，这些短缺使美国2021年的国内生产总值估计减少了2400亿美元。仅汽车行业就比前一年少生产了770万辆汽车。

乌克兰战争进一步放大了对供应链安全的需求。战争推动了能源、金属、化学品和关键气体的价格上涨，而这些许多都是与芯片相关的供应商需要。这里也增加了紧迫感。

对于大多数主要经济体来说，芯片是构建从计算机和数据中心到电器和汽车的一切的关键。它们是在太空、科学、人工智能和电动车领域争夺优势的核心，对未来的军事和国防设备也将至关重要。美国商务部在最近的一份报告中指出，先进的芯片是一系列关键国家安全能力的组成部分，包括美国向乌克兰提供的标枪反坦克导弹等复杂的武器系统，以抵御普京的入侵。

迄今为止，各国政府已承诺投入超过1000亿美元，补贴当地芯片供应链的建设。除了美国的CHIPS法案，欧盟通过了450亿欧元（460亿美元）的《欧洲芯片法案》，日本已经编列了6000亿日元（44.2亿美元）的预算，印度为半导体和其他科技部门设立了300亿美元的资助计划。

从美国的英特尔、美光和德州仪器到台积电和韩国的三星电子等主要芯片制造商，都分别宣布了超过6500亿美元的投资。这些投资包括在其本土以外的几个地方。台积电正在美国和日本进行建设，英特尔计划在欧洲和东南亚进行扩张，而三星在美国也有建设计划。根据SEMI的估计，从2020年到2024年，全球约有91家新的芯片工厂将上线。

今年早些时候颁布《欧洲芯片法案》时，欧盟委员会主席Ursulavonder Leyen承认，"没有一个国家--甚至没有一个大陆--可以完全自给自足。"希望不能运到岸上的供应链部分至少能通过友好国家进行。

"欧洲将始终致力于保持全球市场的开放，并使其保持连接。这符合世界的利益；这也符合我们自己的利益，"她说。"欧洲将与志同道合的伙伴，例如美国或例如日本，在芯片上建立伙伴关系。这是关于平衡的相互依存关系，这是关于可靠性。"

美国财政部长珍妮特-耶伦已经提出了"朋友圈"这一折中概念。"我们不能允许各国利用其在关键原材料、技术或产品方面的市场地位，有能力破坏我们的经济或行使不必要的地缘政治杠杆，"她在4月说。"让我们在对美国工人更有利的条件下，建立并深化经济一体化及其带来的效率。让我们与那些我们知道可以依赖的国家一起做。"

俄罗斯已经从西方的青睐中跌落。这也表明，联盟可以随着时间的推移而改变，甚至在表面上致力于自由贸易的国家之间也会出现争吵。

在2019年东京-首尔贸易战期间，日本限制向韩国出口光刻胶，这是一种由日本供应商主导的关键芯片制造化学品。

BCG的一项评估表明，半导体供应链中至少有50个障碍点，涉及设计工具、制造、包装、材料和设备。这些点被定义为65%以上的特定项目集中在一个国家或地区的区域。

研究发现，美国在芯片设计工具和至少23种基本设备方面占主导地位。日本是关键材料的生产和关键配方的领导者，这些材料包括晶圆以及光刻胶。欧洲是工业气体的领导者。

由荷兰ASML公司独家制造的极紫外光刻机提供了一个最好的例子，说明在芯片供应链中转换一个部件是多么困难。有时根本无法找到替代品。

在生产7纳米及以下的尖端芯片时，EUV机器不可或缺，它有助于在微观上投射集成电路的复杂图案。生产延误阻碍了增加新产能的能力，延长了目前的芯片紧缺期，并使更多尖端芯片的推出受到影响。

熟悉此事的人士告诉日经新闻，由于包括光学镜和透镜在内的重要部件受到限制，ASML已将几个型号的产品的等待时间延长至两年。该公司的一位发言人承认有一些延迟，并表示对该行业的限制是"非常多样化的，涉及多个层次的供应商"。

在机器内的真空室中创造EUV光具有非常大挑战性，它依赖于德国通快公司的强大激光源和另一个德国合作伙伴--光学专家蔡司集团的镜子系统来反射和引导光线。

由于即使是最微小的不规则也会导致畸变，蔡司吹嘘其产品是世界上"最精确"的镜子。首席执行官Andreas Pecher告诉《日经新闻》："如果这些EUV镜子中的一个重新定向激光束并将其瞄准月球，它将能够击中月球表面的乒乓球"。蔡司和ASML已经合作了近30年。

几位高管告诉日经新闻，即使ASML想加强自己的供应链弹性并寻找其他光学合作伙伴，也至少需要5到10年的共同开发工作才能获得初步成果。

"实际上在未来的许多年里，它几乎是不可替代的，"日经新闻从一家日本镜头制造商的高管那里听到。

芯片制造过程中几乎没有不需要深度专业化的部分，供应链中也没有可以简单、快速复制的部分。

芯片厂使用的化学品和溶剂需要达到所谓的万亿分之一（PPT）级别--1个颗粒对1万亿滴。当涉及到尖端的芯片生产时，气体的纯度需要达到99.9999%--所谓的6N。芯片材料经销商Wah Lee Industrial的一位高管告诉日经新闻记者，对于硅晶圆，即芯片制造的基本基底材料，都需要达到9N的纯度，即99.9999999%。

"如果你想要一个有弹性的芯片供应链，你不仅需要芯片工厂，你还需要一整串的供应商，从关键的化学品和精密部件都来，"日本大金的一位高管说。"建设一个半导体工厂需要几年时间。然而，鉴于处理化学品的广泛环境评估和法规，建设化工厂将需要更长的时间。"

漫长的外包之路

中国的努力表明，建立芯片供应链的实际困难不能通过投入数十亿美元来克服。早在2014年，中国政府就启动了中国集成电路产业投资基金的第一阶段，昵称为大基金，投入1387亿元人民币（207亿美元）。随后在2019年又推出了2040亿元人民币。第一个国家种子基金刺激了来自私营部门和地方政府的超过5000亿元的投资；该基金的第二阶段预计将进一步鼓励1万亿元。

IC Insights的数据显示，中国确实增加了本地芯片生产，从十年前的12.7%增加到2021年的16.7%的国内需求。

许多国家建立新的在岸芯片供应链的数学含义是，产能将远远大于整个世界的实际需求。

整个产业要维持一个稳定的供应链，尚有很长的路要走。(最后这句是我填补的。[我想静静][我想静静]好像文章没有完，怎么也无法得到全文。估计得购买亚洲周刊才行。有点遗憾！日经的Big Story大凡都是下了功夫，很值得一读。这次见谅！)

来源：2022/07/27日经英语新闻日经亚洲科技记者程婷芳、李璐莉的文章