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财团法人海峡交流基金会

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美国科技管制对中国大陆半导体产业之影响◆文/郑凯安(资策会产业情报研究所组长)

2018年,时任美国总统川普(Donald Trump)宣布对中国大陆多项商品加征关税,中国大陆随即对美商品加征关税予以反制,开启美中贸易战,双方轮流提高关税使贸易战逐渐升温。同年4月,美国针对原本就在商务部惩处名单中的中兴通讯(ZTE)下达产品禁令,作为贸易战谈判中的筹码,成为美国对中国大陆5G通讯技术与产业管制的开端。

美中贸易战转向科技战 科技管制成为常态

基于全球5G通讯技术与产业话语权的争夺,美对中兴通讯实施禁令后不久,2019年对准华为实施禁令,禁止华为取得美商高通销售之5G手机晶片,更在2020年5月宣布禁止华为取得所有使用美国技术生产的手机处理器晶片,彻底封锁华为在5G高阶手机的发展机会。华为在5G处理器晶片受挫,让美国看到遏制中国大陆半导体技术发展的可能性,使得科技战由5G领域转向更关键的半导体领域。

美国试图透过高科技管制限制中国大陆半导体等领域之技术与产业发展,主要武器就是依据国际间针对常规武器及可转为军用物品与技术出口进行管制的《瓦圣纳协议》(The Wassenaar Arrangement),推动与盟国共同对中国大陆实施多边出口管制。美国商务部也持续搜集中国大陆高科技研究机构与企业之动态,提出「实体清单(Entity List)」,透过滚动式更新,锁定具体的管制对象,以强化出口管制的成效。

美国持续加强对中国大陆    先进半导体技术管制

2020年12月,美国将中国大陆晶圆代工领导业者中芯国际列入实体清单,限制其取得极紫外光曝光机等10奈米以下半导体制程设备,防堵中国大陆自主开发生产先进制程运算晶片,并力促台湾、日本、韩国、荷兰等国之半导体晶片与设备业者配合,全力防堵中国大陆在半导体先进制程技术的发展。

2022年8月美国《晶片与科学法案》生效,确保在本土建置半导体制造产能与投入先进半导体技术研发,随即在2022年提出一连串针对中国大陆半导体产业的出口管制措施,扩大限制范围,降低中国大陆对美国及全球半导体产业的竞争威胁。美国商务部下属产业及安全局(BIS)宣布将辅助3奈米以下环绕式闸极场效电晶体积体电路设计所需之电子设计自动化 (EDA) 软体列入对中国大陆的出口管制清单。这是防堵中国大陆发展半导体先进制程技术与元件的重要措施,使中国大陆业者从设计的源头就失去开发先进运算晶片的核心工具。

2022年10月,BIS再次宣布包含制程设备、先进运算晶片以及超级 电脑等新的出口管制项目,透过这些管制,进一步限制中国大陆在高阶晶片制程量产规模的发展,以及高阶运算能量的建立。罗列如下:

1.制程设备方面:限制14/16奈米以下逻辑晶片制造设备、18奈米以下DRAM制造设备,以及128层以上Flash记忆体制造设备售予中国大陆。

2.先进运算晶片与超级电脑方面:限制运算效能达4,800 TOPS(每秒兆次运算)以上,且讯号连接传输频宽达600GB/s以上的晶片售予中国大陆。

3.超级电脑方面:限制41,600立方英呎以下体积内执行双精度运算效能大于100 petaFLOPS(每秒1,000兆次浮点数运算)的超级电脑售予中国大陆。

4.人员管制方面:美籍人士须取得许可才能为中国大陆半导体厂服务。

上述制程设备方面的管制,已对中国大陆高阶逻辑晶片、高阶记忆体的未来扩大量产形成限制。为避免部分业者将成熟制程设备转用于高阶逻辑晶片或高阶记忆体晶片制造,导致出口管制成效不彰,美国商务部2022年12月15日宣布将中国大陆NAND Flash记忆体领导厂商长江存储列入实体清单,确保长江存储的半导体设备及其零组件采购列入美国商务部的监管范围。

美国科技管制    冲击中国大陆IC设计版图

美国的半导体科技管制对中国大陆半导体技术与产业的发展造成重大冲击,受影响较大的次产业包含IC设计产业、IC制造产业与半导体设备产业等,然中国大陆积极建立自主半导体供应链,长期而言将对全球半导体产业的发展形成冲击。

华为被美国列入管制清单,对中国大陆IC设计产业产生极大的冲击。根据IC Insights统计,2019年华为旗下海思半导体为中国大陆最大的IC设计业者,营收占中国大陆IC设计产业产值约20%,并在全球无晶圆厂IC设计业者中排名第6。受管制禁令冲击后,华为转向车用电子、云端等新产品领域发展,海思半导体发展重心也从5G通讯晶片与手机处理器转向物联网与显示驱动IC为主,但市占率与营收明显下降,全球排名滑落至第15位,并丧失中国大陆IC设计产业领导地位。

中国大陆高阶逻辑晶片与高阶记忆体量产受限

中芯国际等代工业者无法取得如EUV曝光机台等10奈米以下先进制程设备,只能被迫将资源转向发展成熟制程相关技术;2021年中芯国际宣布在深圳、北京与上海扩产,主要制程均聚焦于28奈米,足可反映这种趋势。

2022年10月的禁令,进一步涵盖了14/16奈米以下高阶逻辑制程、18奈米以下DRAM记忆体制程,以及128层以上NAND Flash记忆体制程所需之设备,打击层面扩大到中国大陆记忆体产业,首当其冲的就是NAND Flash领导业者长江存储及DRAM领导业者长鑫存储。长江存储原预计于2022-2023年试产232层NAND Flash晶片,但被美国列入实体清单后,计划落空;长鑫存储原预计2022年导入17奈米量产制程,也受限于美国设备禁令无法推进。中国大陆在高阶记忆体的量产进展受阻,短期内将失去与国际记忆体大厂竞争力,仅能聚焦利基记忆体市场。

另一方面,已在中国大陆境内设厂的外商如晶圆代工业者台积电,以及韩国记忆体业者三星、海力士等,受到禁令影响,恐难再于中国大陆境内扩产,使得中国大陆境内高阶逻辑晶片与记忆体供给量受限,影响终端应用产业发展。

自立自强    内循环力挺半导体供应链

面对美国加强管制,中国大陆积极投入半导体供应链自主发展。在「十四五」政策规划中,明定以国内需求「内循环」带动半导体产业发展的策略方向,并给予经费支持;另一方面,「大基金」二期2,000多亿人民币经费,也针对半导体产业重点领域进行投资,举全国之力支持自主半导体供应链的发展。

在政策与经费支持下,近期中国大陆半导体产业近期快速发展。以IC设计产业为例,企业数从2018年的1,698家成长到2021年的2,280家;晶圆代工产业方面,以中芯国际为首,各主要晶圆代工业者纷纷投入扩产,相较于2021年,2022-2023年之产能平均增长幅度达到30%,为中国大陆的内需应用市场提供支持。

制程设备方面,北方华创等半导体设备业者积极开发自主技术的半导体制程设备,在28奈米、40奈米成熟制程领域陆续取得成果,而中微半导体的电浆蚀刻设备更打进一线晶圆代工厂的先进制程。封测方面,长电科技为首的封测业者近期也积极开发先进封装技术,透过多晶片封装提升晶片效能。

美国与中国大陆从贸易战打到科技战,进入全球高科技产业话语权的竞争,特别聚焦于半导体产业。然中国大陆半导体产业被迫聚焦于成熟制程与应用,并积极发展自主技术及供应链,已逐渐展现成果。长期而言,全球半导体产业的版图将有大幅变动,台湾应密切关注。

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