《美智库发布《联合出口管制对美国和中国的半导体制造设备产业的真正影响》报告》

  • 来源专题:集成电路与量子信息
  • 发布时间:2024-12-25
  • 2024年11月26日,美国智库战略与国际研究中心(CSIS)发布《联合出口管制对美国和中国的半导体制造设备行业的真正影响》报告。报告分析了中国政策文件以及中国、美国、日本和荷兰领先半导体设备公司的财务和市场份额数据,得出了美国及其盟友半导体设备出口管制影响的十大判断。该报告是美智库CSIS系列报告的第二份。

    1. 早在美国扩大技术出口管制之前,中国就已计划逐步减少对外国半导体制造设备的依赖。中国早在2015年就通过《中国制造2025》提出了“用中国制造替代进口”的目标,并在2006年发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006━2020年)》中明确要求实现半导体技术自给自足。中国半导体制造设备产业本地化的目标和政策支持,早在出口管制前就已存在。

    2. 美国及其盟友的出口管制与中国的技术进步率之间不存在简单关系,中国最大的技术进步来自于没有出口管制的领域(太阳能电池和电动汽车)。也就是说,中国取得最大进展、投入最多资源的两个技术领域,并不是美国实施出口管制的最有力领域。中国这两个行业的最大差异不在于是否存在出口管制,而在于生产半导体制造设备的技术复杂性要高得多。

    3. 迄今为止美国及其盟友实施的半导体出口管制举措,对中国企业发展的影响仍具有两面性,视时间、细分技术领域而动态变化。美国早期的出口管制有力逆转了中国半导体行业某些领域的进展,例如NAND存储器制造和智能手机芯片设计。最近的出口管制也在很多方面让中国半导体制造设备公司的日子变得更加艰难,无法再合法获得美国的子零部件或技术专业知识。然而,尽管存在出口管制,主要半导体制造设备供应商仍在支持中国竞争对手在半导体领域的发展,以协助设施规划、安装、维修和设备的操作故障排除、先进节点半导体工艺技术合同研发等方式。至少截至2024年11月,主要半导体制造设备供应商仍在合法支持中国传统芯片制造业务。

    4. 拜登政府2022年出口管制强化了第一届Trump政府于2019年开始实施的半导体设备管制政策。第一届Trump政府推出了美国政府对半导体制造设备出口管制的现代方法。2022年10月,拜登政府显著扩大了美国对半导体制造设备的出口管制,不仅包括实体清单和最终用途限制,还包括一些适用于整个中国范围的出口管制(包括使用美国人规则)。同样重要的是,拜登政府使其中一些控制措施变得更加多边化,促使日本和荷兰彻底改革先进半导体制造设备出口管制政策。

    5. 中国半导体设备公司起步规模很小,但发展迅速;公司规模的快速增长发生在中国设备需求大幅增长时期,与管制力度并无明显相关性。

    长期以来,中国本土半导体制造设备产业规模较小,技术水平远远落后于全球先进水平。过去15年里,中国作为半导体制造设备的供应商和买家不断发展,但与外国企业相比,规模仍然很小。2023年,中国半导体制造设备供应商占全球市场份额的3.2%,占中国国内市场份额(又称中国自给自足率)的9.6%或15%[1],且几乎局限于传统节点。

    6. 中国半导体企业的研发支出呈爆发式增长,但增速自2021年以来有所下降。

    从中国八家最大的上市半导体设备公司[2]的研发支出数据来看,中国半导体设备行业起步时研发投入相对较低,但自中国政府自2015年实施“中国制造2025”政策以来,中国半导体设备行业的研发投入呈现出超常增长。在过去两年中,虽然中国半导体设备行业研发相对增速有所放缓,但绝对增长仍然非常高。

    7. 2016-2024年,美国和国际领先的半导体设备公司在实施日益严格的出口管制后,继续展现出强劲的中国收入增长。

    从全球规模最大的六家半导体设备提供商[3]的营收数据来看,这些公司在美国开始对半导体制造设备实施出口管制前后在中国的营收都有所增长;2016-2024年,这些公司每年在中国的营收增长都超过世界其他地区。对此最可能的解释是,中国半导体制造商提前进行了国际设备采购,通过增加库存囤货量来应对不久的将来将实施的出口管制举措。许多已销往中国的半导体设备仍可能处于等待安装、未使用状态。

    8. 美国及其盟友当前的出口管制举措,在技术上和地理上改变了半导体制造设备的需求构成,但可能没有改变总体需求轨迹。

    现阶段,中国仍然是一个庞大且不断增长的半导体制造设备需求市场。中国企业已经将半导体产业发展重点从最先进制程节点竞争转向最大限度地实现国内自给自足和全球传统芯片生产领导地位,购买了更多的传统半导体制造设备。一方面,由于担心中国产能过剩,许多外国企业对传统节点制程投资持谨慎态度。另一方面,如果中国无法购买先进设备,那么采购和生产就会在中国境外进行,原本销往中国的先进工具将销往美国、中国台湾地区、韩国、日本、欧洲等地。

    9. 更严格的半导体设备出口管制可能导致美国设备公司确保对中国的销售不会从美国发货和/或在美国境外制造。

    2016年尤其是2019年以来,美国企业向中国销售的美国设备越来越多地从非美国国家出口。过去对中国的出口额和对中国的销售额几乎相同,但2020年后销售额的增长压倒性地超过了出口额。这一变化源于美国采取了更为严格的出口管制,而美国公司寻求合法地避免出口管制,在没有严格使用《外国直接产品规则》的情况下,严格的管制仅适用于美国本土的出口。也就是说,不严格实施和执行《外国直接产品规则》或《美国人规则》的出口管制可能会激励美国公司将生产转移到海外,从而导致美国制造业就业机会减少。

    10. 美国及其盟友无法说服中国政府及中国企业放弃半导体制造设备去美国化的努力,但是可以采取政策措施使中美脱钩努力变得更加困难。

    目前美国根本没有任何政策可以说服中国放弃半导体制造设备领域的去美国化和脱钩目标。当美国及其盟友考虑改革半导体制造设备出口管制举措时,应该少关注如何改变中国的目标,而应更多地关注如何使中国实现目标的成本尽可能高且复杂。


    [1] 不同来源的统计数据

    [2] 中微半导体设备(上海)公司(AMEC)、北方华创科技集团(Naura)、安姆科(上海)公司(AMCR Shanghai)、拓荆科技公司(Piotech)、沈阳芯源微电子设备公司(Kingsemi)、深圳中科飞测科技公司(Skyverse Technology)、江苏微导纳米科技公司(Jiangsu Leadmicro Nano Technology)、至纯科技集团(PNC Process)

    [3] 美国排名前三的半导体制造设备供应商应用材料公司、泛林集团和科磊半导体公司以及荷兰的ASML公司、日本的东京电子公司和爱德万测试(Advantest)公司。



  • 原文来源:https://www.csis.org/analysis/true-impact-allied-export-controls-us-and-chinese-semiconductor-manufacturing-equipment
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    • 编译者:李衍
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    • 2023年3月,美国战略与国际研究中心(CSIS)发布《成熟制程芯片的战略重要性》报告 。报告指出,2020年末出现的芯片短缺使美国意识到最先进的半导体已不在美国制造,这是美国的一个战略漏洞。但另一方面引发关注的是,芯片短缺主要是由于成熟制程芯片(Legacy Chips)供应不足造成的;虽然美国公司继续生产这种类型的芯片,但是数量不足以满足国内器件制造商的需求。报告讨论了成熟制程芯片的定义和用途,分析了美国成熟制程芯片短缺对美国汽车行业的影响以及导致美国成熟制程芯片短缺的原因。报告认为,成熟制程芯片供应不足对美国经济造成了重大破坏,促使美国更深入地审视成熟制程芯片的战略意义。 一、成熟制程芯片的定义及用途 美国2022年《芯片和科学法案》将成熟制程器件定义为采用28纳米或以上制程技术生产的器件,并要求美商务部为其他类型的芯片制定精确的定义。尖端芯片(Cutting-edge Chips)的官方定义也尚未形成,但可以假定适用于5纳米或以下的工艺节点。高度先进的10纳米和7纳米芯片处于定义的灰色地带,还有待美国商务部将其归类。 成熟制程芯片无处不在。虽然尖端芯片或微处理器在关键技术中有着广泛应用,但成熟制程芯片普遍用于汽车、飞机、家电、宽带、消费电子、工厂自动化系统、军事系统和医疗设备等的生产制造。这些设备在美国制造业经济中发挥着核心作用,这意味着成熟制程芯片的供应中断会对美国制造业和下游经济活动产生负面影响。 成熟制程芯片并不是过时技术,会不断地针对新的需求和应用进行创新改进。例如,使用碳化硅半导体,有望在经济脱碳中发挥重要作用。成熟制程芯片在未来很长一段时间内还将与新兴产业和技术保持高度关联。 因此,在晶体管尺寸方面将成熟制程芯片与尖端芯片区分开来,可能会限制对成熟制程芯片的战略和经济重要性的理解。2022年10月,美商务部出台的限制中国先进芯片制造的出口管制,进一步印证了这一重大战略缺陷。这种失策使中国有机会在主流芯片方面继续创新。 如果美国要保护其经济免受中国产业政策的影响,政策制定者不能纯粹根据芯片组件的大小将芯片分为“先进”或“不太先进”,而必须更仔细地思考特定成熟制程芯片的重要性以及支持其生产和持续创新的政策。 二、美国成熟制程芯片短缺对美国汽车行业的影响 目前对成熟制程芯片的广泛认知是由新冠疫情期间的芯片短缺所引发的。尽管当时产能利用率达到历史最高水平,但美国本土产能仍无法满足国内需求。2022年初,美国商务部调查发现企业最严重短缺的不是尖端芯片,而是40纳米或以上制程的成熟制程芯片。成熟制程芯片仍是当前美国和全球主要生产的芯片类型。 2022年美国芯片产量有所增长,但市场现在面临某些类型芯片的供应过剩,而汽车芯片仍然面临短缺问题。用于汽车行业的芯片必须具备“汽车级”功能,相比于先进的消费电子产品芯片,需要更加强大以及接近“零缺陷”的性能。因此,成熟制程芯片占汽车行业芯片消费总量的95%,乃至于“缺芯”对汽车行业的冲击最大。 汽车级成熟制程芯片的短缺始于2020年,削弱了美国的汽车生产。在2021年初至2022年间,北美汽车制造商因无法获得足够的芯片部件而被迫减产430万辆汽车。同时,可用芯片的价格也大幅上涨,加剧了通货膨胀。例如,从2020年秋季到2021年秋季,普通微控制器的单位价格翻了五倍。 随着汽车行业的创新发展,芯片已成为汽车最基本的零部件,且单车芯片数量不断增长。2017年至2021年间,每辆汽车的平均芯片数量翻了一番,达到约1700个。随着汽车和卡车融入新的安全功能和自动驾驶功能,这一数字还会继续增加。据Gartner预测,全球汽车芯片市场的总价值将从2020年的387亿美元增长到2030年的1166亿美元,复合年增长率为11.7%。然而,汽车芯片所依赖的成熟制程芯片产能仅以每年约2%的速度增长。即使不考虑周期性供应问题,汽车芯片的产量也根本跟不上。 三、美国成熟制程芯片短缺的原因 1. 投资和产能不足。近几年来,对成熟制程芯片制造能力的投资一直远远落后于需求。就汽车行业来说,投资不足在模拟器件方面尤为突出。全球最大的模拟芯片制造商之一意法半导体公司预测,其积压的汽车芯片订单将“持续超过现有和预期的制造产能至2023年。”。对于美国来说,其芯片行业正在丧失生产某些类型成熟制程芯片的能力。这并不是因为技术障碍的问题,而是因为较老的晶圆厂正在关闭而没有出现相应的替代工厂。考虑到“旧”工艺设备不易获得且投资回报率不高,企业不愿对成熟制程晶圆厂进行投资,进而引发产能的减少。面对汽车行业芯片需求的迅速增长,芯片短缺问题陷入僵局。 2. 来自中国的风险。中国对成熟制程芯片的大量投资可能导致中国在全球成熟制程生产中占据主导地位,这给美国带来了风险。鉴于西方对中国先进芯片的技术管控,中国的大多数新投资将可能用于生产成熟制程(28纳米及以上)芯片。如果中国能够获得必要的制造设备,预计未来10年中国的晶圆装机容量将增加近一倍,达到全球芯片装机容量的19%左右。美国半导体行业协会(SIA)的分析指出,“中国EDA公司的成熟制程芯片设计能力越来越强,中国国内设备公司有望在未来几年为成熟制程节点(40/28纳米)生产提供强大的能力。” 四、报告结论 展望未来,成熟制程芯片对于现代经济运行的重要性只会继续增长。保持一个强大而有弹性的成熟制程芯片的供应基础,使其能够进行投资,可以生产并不断改进以迈向更先进节点,将对国家的竞争力和经济安全至关重要。此外,先进制程芯片的创新预计将成为各种新兴技术的基础,例如欧美战略必争的绿色能源技术,将需要更先进、更高制程的芯片。