美国军用半导体供应体系正处于“危机”中？

2月20日消息，据EETimes Japan近日报道，半导体业内人士和政府观察人士称，由于对美国对本土半导体产能的投资不足，美国国防部（DoD）需要很长时间才能摆脱对于亚洲的半导体供应链的依赖。

过去两年爆发的全球半导体供应短缺，曾影响俄乌冲突中使用的武器的生产能力，其中就包括美国国防和航空航天主要供应商洛克希德马丁公司和雷神技术公司。

报道称，美国国防部还应考虑竞争以确保晶圆代工生产能力以及军方对过时的半导体供应体系的过度依赖。这引起了美国政府的担忧，即近十年来美国在处理涉及中国台湾关系方面一直面临挑战。具有讽刺意味的是，中国台湾是全球半导体制造中心，也是全球最大的晶圆代工厂台积电的所在地，而台积电则是一家向美国国防部供应所需的半导体的晶圆代工厂。

多年来，中国台湾一直处于美国和中国大陆之间日益紧张关系的中心。不久前，美国还通过了《2023年国防授权法案》，决定在未来五年内向中国台湾提供高达2023亿美元的安全援助。此举引发了中国大陆的强烈不满和抗议，并将涉及军售的洛克希德马丁公司和雷神技术公司列入新的“不可靠实体清单”。

建立充足的美国本土供应链“仍需10年”

台积电亚利桑那工厂预计不会供应给国防部

创立了iDeal Semiconductor和Agere Systems（并入LSI公司）等半导体制造商的 电子工程师迈克·伯恩斯（Mike Burns）说：“美国国防部还需要十年时间才能建立可靠的国内供应链。” “问题的关键是英特尔能以多快的速度赶上台积电，目前台积电生产前Altera（被英特尔收购）和赛灵思（被AMD收购）的FPGA，以及美国国防部在各种武器系统中使用的各种半导体，如F-10联合攻击战斗机，导弹，以及指挥和管理系统。

在接受美国EE Times采访时，伯恩斯说：“这将需要很长时间。

事实上，在2022年12月，台积电将其位于亚利桑那州凤凰城的制造工厂的总投资扩大到400亿美元，是其初始投资的近三倍，最快将在2024年量产。苹果和AMD未来都将从台积电的亚利桑那州工厂采购半导体芯片，但该工厂聚焦4nm及3nm制程，不太可能成为美国国防部的供应商。

“我不认为台积电会向国防部提供芯片，”伯恩斯说，“如果你看看台积电对美国工程师的态度，你会发现他们不是很满意。台积电坚持将其最尖端制造技术保留在台湾。目前其90%以上的半导体芯片在台湾岛内生产。”

2022年，该公司领先于美国开始在中国台湾量产3nm节点。台积电在美国聘请工程师在其亚利桑那州工厂工作，但与其中一些存在文化冲突。

“鉴于这一挑战以及台积电专注于为苹果和AMD等大客户提供服务，英特尔的小型代工服务可能非常适合国防部供应商，”伯恩斯说。

目前英特尔代工服务 （IFS） 可以生产比台积电工艺落后 1~2 代的专用集成电路 （ASIC）。目前正在逐步缩小与台积电的差距。

英特尔几年前收购了FPGA供应商Altera。Altera的FPGA芯片在台积电位于台湾的晶圆代工厂制造。由于FPGA芯片可以进行编程适应新的需求，而ASIC则不具有这样的灵活性。目前美国国防部在依赖台积电生产的FPGA的同时，它也需要像台积电和三星电子这样有实力的代工厂，为其武器系统生产定制的ASIC。

但是在代工产能的竞争中，像美国国防部这样的小买家的需求量远低于苹果和AMD等商业客户。“即使是总部位于美国的Global Foundries（格芯）也不会非常优先考虑国防部的订单，”伯恩斯说。

伯恩斯解释称：“GlobalFoundries有很多商业客户寻求大规模生产，当谈到军用晶圆的增长时，我们不知道这将持续多久。军用晶圆通常是昂贵的，小批量生产和不可预测的数量。

美国智库哈德逊研究所（Hudson Institute）高级研究员布莱恩·克拉克（Bryan Clark）表示，美国军方依赖于目前尚未广泛使用的传统架构，即较旧的半导体架构，别无选择，只能小批量生产。

“如果国防部使用更多具有商业架构的尖端半导体，并在封装和软件中对其进行调整，美国军方将能够利用商业生产的规模来减少其对半导体供应中断的脆弱性。”克拉克说道。

美国最近实施的半导体出口管制措施的中国大陆也面临着自己的供应链问题。美国将中国大陆视为“战略竞争对手”，认为其在5G（第五代移动通信）和人工智能（AI）等技术领域构成威胁。

克拉克说：“大陆军方已经使用了相当大比例的新的架构和制程的半导体，但这些半导体的制造则依赖于西方技术。

“因此，虽然大陆军用芯片能够在疫情影响下的供应中断中保持韧性，但它还没有准备好应对出于国家安全原因出现的供应限制。

无法满足美国国防部的前沿需求

伯恩斯说：“美国国防部需要确保它有一些制造能力，为俄乌冲突进一步持续所造成的需求激增做好准备。三年前，他向美国国会建议，美国政府应该补贴与台积电等尖端代工厂的合资企业，以确保国防部的专用半导体生产配额。“美国的小型代工厂，如SkyWater Technology，无法满足国防部的尖端半导体需求，”他补充说。

“国防部使用SkyWater的90nm和130nm工艺，”伯恩斯说，“这需要先进的计算，但尚未获得。没有“可信晶圆厂”在5nm工艺上工作。因此，FPGA通常是在美国购买和配置的优先选择，在那里信息可以保密。但是，对于任何FPGA，都需要在性能上进行权衡，因为专用ASIC速度更快。

雷神公司等武器系统供应商表示，缺乏半导体供应，限制了他们扩大生产的能力。

雷神公司首席执行官格雷格·海斯于 2022 年 12 月 7 日接受了 CNBC 的采访时表示：“没有神奇的方法可以加快供应链中的生产，我们正在尽一切努力缩短交货时间。但是有成千上万的组件，当然，半导体是武器系统的重要组成部分。我们正在与美国国防部合作，为一些供应商寻找其他替代制造商。”

洛克希德马丁公司在 2022 年 10 月中旬举行的财报发布会上表示，“2022 年的销售额将与 2021 年几乎相同。尽管受到 COVID-19 大流行和供应链挑战的持续影响，但该公司预计将在 2024 年恢复增长轨迹。”

雷神公司和洛克希德马丁公司在美国国防部的值得信赖的供应商名单上，但他们在美国经营的半导体工厂正在老化。

俄乌冲突引发对美国武器消耗的担忧

雷神公司和洛克希德马丁公司生产了标枪和毒刺等武器，向乌克兰提供了大量援助。但据美国智库战略与国际研究中心（CSIS）称，人们担心美国的部分武器将被耗尽。

CSIS在2022年9月的一份报告中表示，“美国的一些武器已达到战争计划和训练所需的最低水平。”

根据CSIS的报告，美国国防部正在寻求国会批准提供资金以增加生产能力，包括高机动性火炮火箭系统（HIMARS）和制导多管火箭系统（GMLRS）。该报告还指出，“该行业普遍认为国防部需要从事多年的收购活动，以证明其投资以飙升产能的合理性。”

CSIS对在紧急情况下更换国防工业基地的能力的研究发现，大多数产品预计需要很多年才能实现这一过程。

根据CSIS的说法，HIMARS和GMLRS是非常有用的制导火箭，但它们的数量有限。

根据CSIS的报告，“到目前为止，美国所拥有的55000枚火箭中，有25000~33000枚是库存。如果美国向乌克兰提供其总库存的三分之一，就像它对标枪和毒刺所做的那样，乌克兰将收到8000～10000枚火箭， 预计库存将可持续消耗数月。”但是，库存用完的时候可能没有替代品。因为其年产量总共约为5000枚。美国最近好像为了增加其数量而分配了资金，但要实现还需要几年。”

马克·蒙哥马利（Mark Montgomery）和布拉德利·鲍曼（Bradley Bowman）在《国防新闻》（Defense News）的报道中指出，“虽然中国台湾在2015年获得采购批准，可以采购200枚标枪导弹和发射器以及250枚毒刺导弹，但目前仍然无法获得。” 蒙哥马利是美国海军退役少将，目前是美国保卫民主基金会（FDD）的高级研究员。鲍曼还是美国捍卫民主阵线军事和政治权力中心的高级主任。

他们说：“鉴于需要供应乌克兰并补充美国联合库存，从现实的角度来看，我们不太可能在2026~2027年之前提供。”

CSIS还指出，“美国军方首先无法应对旷日持久的冲突这一事实可能会引发一些关于国家安全系统预算优先事项的辩论。”

现在美国国防部希望通过英特尔的“超越摩尔”方案（Chiplet）来提供军用半导体，这种半新的架构可以通过实现各种小芯片的异构集成来提供附加值，而模拟功能不一定需要基于摩尔定律的进一步小型化。

技术情报服务公司TechInsights的分析师丹·哈奇森（Dan Hutcheson）表示，“在美国，智能武器的库存大幅下降，其中大多数依赖的都是传统的半导体架构的解决方案。

“英特尔将需要完成其在以色列收购Tower Semiconductor的计划，以提供完整的‘超越摩尔’解决方案，但随着时间的推移，这种可能性似乎越来越远。”

据了解，以色列Tower Semiconductor工厂根据《国际武器贸易条例》（ITAR）被认证为“可信晶圆厂”。

目前英特尔的晶圆代工部门（IFS）正在努力促使美国国防部成为其关键客户。据英特尔发言人 Jason Gorss 称，IFS 总裁 Randhir Thakur 于 2022 年 11 月 22 日卸任，但将在 2023 年第一季度继续在 IFS 工作，以确保顺利过渡到下一任领导人。

半导体企业家伯恩斯说：“像英特尔这样的集成设备制造商很难变成代工厂，而三星能够做到这一点。台积电是一家从头开始为第三方芯片设计公司服务的公司。台积电为其客户提供了显著的额外好处，因此从那里转换的成本相当高。

如何解决美国的漏洞？

美国众议院情报特别委员会前主席迈克·罗杰斯（Mike Rogers）在接受美国EE Times采访时表示，“国防部需要几年时间才能建立一个独立于中国大陆和其他亚洲国家及地区的安全半导体供应链。”

“美国拥有制造高端半导体的独特能力，但它现有的产能达不到要求的水平。因此，它由来自世界各地的采购来补充。中国的半导体产能在全球所占的比例最大。如果有军用芯片供应出现问题，这将使得美国变得脆弱。”罗杰斯说。

“美国《芯片与科学法案》旨在解决其中一些漏洞，”罗杰斯说。

“这当然是一个有缺陷的法案，但它仍然是朝着正确方向迈出的一步，承认美国必须拥有自己的生产能力。如果出现任何实际需要美国制造的半导体的情况，有必要确定日本均衡的制造能力。要缓和紧张局势，不至于被迫减产、停产、延时生产。为此，通过与我们的盟友和美国本身的力量的密切合作，正在花费大量资金来提高半导体芯片生产能力，“罗杰斯说。

伯恩斯认为，美国政府应该将《芯片与科学法案》527亿美元补贴的一部分分配给美国军用半导体工厂，因为英特尔、美光科技、德州仪器和台积电等大型芯片制造商可能会获得大量资金。

编辑：芯智讯-林子    来源：EETimes Japan

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