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美国对第四代半导体等技术实施新出口管制 针对中国吗?

日期:2022年08月14日 08:35 来源:观察者网 作者:佚名

【文/观察者网 吕栋 编辑/周远方】

在半导体等先进技术领域,美国频繁用行政手段干预正常的市场竞争。前几天,拜登刚签署了2800亿美元的芯片法案,限制半导体巨头们对华投资,转眼美国商务部又对几项新技术进行出口管制。

当地时间8月12日,美国商务部工业和安全局(BIS)发布公告,称出于国家安全考虑,将四项“新兴和基础技术”纳入新的出口管制。这四项技术分别是:能承受高温高电压的第四代半导体材料氧化镓和金刚石;专门用于3nm及以下芯片设计的ECAD软件;可用于火箭和高超音速系统的压力增益燃烧技术。

尽管BIS并没有直接提到中国,但汇业律师事务所高级合伙人杨杰向观察者网指出,中国现在属于被美国列为国家安全管控的国家之一,只要技术和物项被美国政府列入出口管制目录,大概率就会对中国的出口设置限制,比如美国企业对华出口需要许可证等,这实际上会造成中美在半导体领域里进一步脱钩。

美国商务部负责工业和安全事务的副部长艾伦∙埃斯特韦斯(Alan Estevez)在公告中声称,出口管制是为了让“全球各地的公司能在一个公平的竞争环境中运行”。他提到,科技进步使得半导体和发动机等技术运行的更快、更高效和更耐用,甚至可以在更恶劣的条件下运作,这可能使它们成为商业和军事领域“游戏规则”的改变者。

BIS在公告中宣称,将四项支持生产先进半导体和燃气涡轮发动机的技术纳入出口管制,是《瓦森纳协定》42个参与国在2021年12月全体会议上达成一致的结果。此外,美国还在管控更多的技术,包括用于半导体生产的设备、软件和技术,这些管控已超出《瓦森纳协定》中商定的项目。

虽然美国打着42个国家的旗号,但俄罗斯卫星网等外媒早就揭露过,《瓦森纳协定》实际上完全受美国控制。当协定中的某一国家拟向中国出口某项高新技术时,美国甚至直接出面干涉。如捷克拟向中国出口“无源雷达设备”时,美国便向捷克施加压力,迫使捷克停止这项交易。

“出口管制是美国在与他国竞争过程中的一种手段,”杨杰向观察者网指出,考虑到中国正加大力度投资半导体,美国为了维持自身优势,正想法设法阻碍中国半导体产业的发展速度。

对于美国动不动就使用制裁大棒的做法,国外学者曾撰文抨击,如果美国想要保持其在电子行业的世界领导者地位,可以加大力度投资未来的技术知识,进而与中国相匹敌。那么,美国为什么要走制裁路线呢?因为制裁更容易实施,建立一个重视知识的社会更困难。这是晚期资本主义的病态。

在公告中,BIS介绍了四项最新被管制技术的详细信息(观察者网有所补充)。
 
氧化镓(Gallium Oxide,Ga2O3)和金刚石(diamond)

BIS公告称,氧化镓和金刚石是可以在更恶劣条件下工作的半导体材料,能承受更高的电压或更高的温度,采用这些材料生产出来的设备具备更高的军事潜力。

按照材料性质划分,半导体衬底目前大致可划分为四代:

第一代以硅(Si)、锗(Ge),为代表,主要应用于低压、低频、低功率的部分功率器件、集成电路;

第二代以砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)等为代表,被广泛应用于光电子和微电子领域;

第三代以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)等宽禁带半导体为代表,在介电常数、导热率及工作温度等方面具有显著优势,目前已逐步应用在5G通信、新能源汽车、光伏等领域;

氧化镓、金刚石等被视为第四代半导体材料。

北京科技大学教授李成明曾介绍,氧化镓是一种新型超宽禁带半导体材料,与碳化硅、氮化镓相比,氧化镓的禁带宽度达到了4.9eV,高于碳化硅的3.25eV和氮化镓的3.4eV,确保了其抗辐照和抗高温能力,可以在高低温、强辐射等极端环境下保持稳定的性质;而其高击穿场强的特性则确保了制备的氧化镓器件可以在超高电压下使用,有利于提高载流子收集效率。

从市场调查公司富士经济2019年6月对宽禁带功率半导体元件的全球市场预测来看,2030年氧化镓功率元件的市场规模将会达到1542亿日元(约合人民币92.8亿元),这个市场规模甚至超过氮化镓功率元件的规模(1085亿日元,约合人民币65.1亿元)。

目前,针对氧化镓展开研究的各大企业、高校和研究所都对氧化镓的性能寄予厚望,但距离真正实际应用还需要解决很多关键的瓶颈问题。这种材料研发上遇到的障碍主要有两方面,一是大尺寸高质量单晶的制作,目前仅有日企研发出6英寸单晶,但还未实现批量供货;二是氧化镓材料大功率、高效率电子器件还处于实验室阶段的研发,在大规模实际应用方面还有欠缺。

中国科技部今年已将氧化镓列入“十四五重点研发计划”。而美国目前正从前沿军事技术布局的角度大力发展氧化镓材料。美国空军研究实验室、美国海军实验室和美国宇航局,积极寻求与美国高校和全球企业合作,开发耐更高电压、尺寸更小、更耐辐射的氧化镓功率器件。

需要指出的是,尽管在半导体衬底材料中有代际划分的说法,但并不能笼统地认为“后一代优于前一代”。第二代、第三代半导体并不能取代第一代半导体,而是根据不同材料的特性,在不同领域应用。

电子计算机辅助设计软件(Electronic Computer-Aided Design,ECAD)

ECAD是一类用于设计、分析、优化和验证集成电路或印刷电路板性能的软件工具。

BIS公告称,此次被纳入管制范围ECAD软件,是专门被用于开发具有全栅极场效应晶体管 (GAAFET) 结构集成电路的软件。

GAAFET晶体管结构是实现3nm及以下技术节点的关键。该技术使生产更快、更节能、更耐辐射的集成电路成为可能,可以用于推进许多商业和军事应用,包括国防和通信卫星。

今年6月,三星已使用GAAFET技术量产3nm制程芯片,尚未公布具体客户名单。而台积电已宣布,3nm制程仍将采用FinFET晶体管结构,最早到2nm制程时才会使用GAAFET结构。

曾有半导体行业媒体撰文指出,采用GAAFET晶体管结构制造的芯片,性能有望提升25%,功耗降低50%。而使用FinFET结构,性能和功耗的改善大致都在15%到20%的范围内。但两种技术的难度和成本应该并不相同。

元达律师事务所资深顾问詹凯向观察者网指出,用于开发GAAFET晶体管结构的ECAD软件将被美国添加到新的出口管制分类编号3D006下的商业管制清单(CCL)中。对于在NS列中带有“X”的国家/地区,出于国家安全 (NS) 和反恐 (AT) 的原因,这将需要出口许可证,包括中国也属于受限国家。

他认为,美国严格限制EDA领域是比较困难的,这将给当前已经面临严重不确定性的半导体产业带来巨大伤害。本次美国采取的临时禁令和之前判断一致,主要针对的是“3nm及以下”先进制程的ECAD,而不是全产品线和产业链均需要使用的EAD产品。从这个角度看,美方“小院高墙”的出口管制政策并没有改变。

目前,国内已涌现出华大九天、广立微、概伦电子、芯和半导体等多家EDA厂商。但被视为国产EDA龙头的华大九天去年曾在招股书中透露,该公司既有模拟电路设计及验证工具尚不支持16nm及以下先进工艺设计。

压力增益燃烧技术(Pressure Gain Combustion,PGC)

BIS公告称,压力增益燃烧技术在陆地和航空航天领域具有广泛的应用潜力,涉及应用包括火箭和高超音速系统等。2020年,美国国家科学院曾把压力增益燃烧等技术列入先进燃气轮机十大优先研究领域。该技术利用多种物理现象,包括共振脉冲燃烧、定容燃烧和爆震,导致穿过燃烧器的有效压力上升,而消耗的燃烧量相同,有潜力把燃气涡轮发动机效率提高10%以上。不过,BIS目前尚无法确认任何正在生产中的发动机使用了这项技术,但已经有大量研究指向潜在生产。

根据BIS公告,对氧化镓、金刚石以及压力增益燃烧技术的出口管制将自今年8月15日起生效,对ECAD软件的出口管制将在自今年8月15日起60天后生效。

杨杰告诉观察者网,这四项技术被美国纳入新的出口管制后,美国政府可能会设定新的许可证和要求。而BIS所提到的对美国国家安全造成严重影响,往往是对美国的军事优势存在一定威胁。未来也不排除美国把更多自身掌握一定优势的新技术和新物项纳入出口管制,从而加强对中国的打压。

他分析指出,美国的出口管制是针对不同的物项和不同的最终用户设置不同的管制要求。比如同一个半导体材料,如果向英国出口可能就不需要特别的许可证,但如果出口到中国,可能就需要特殊的许可证。甚至也有可能禁止对华出口,像一些被列入实体清单的中国企业,很可能就无法拿到许可证。

“对中国企业而言,如果未来美国在半导体领域加速与中国脱钩,中国企业一方面可能要加速去美化,也就是说在半导体领域里,要尽量减少对美国的依赖。另一方面也要注意,供应商中有没有受到美国制裁的企业,一旦与受到美国制裁的企业进行相关交易的话,可能自己也会受到美国制裁。”杨杰分析称。

对于美国频繁动用出口管制等手段打压中企,中国外交部早就表明过态度:美国动用国家力量,泛化国家安全,不断滥用出口管制等措施,对他国特定企业进行打压遏制,这是对自由贸易规则的严重破坏,对全球产业链供应链安全的严重威胁,也是对包括美国在内的各国人民福祉利益的严重损害。

尽管在目前的大环境下,美国继续出手打压中国相关产业的概率很大,但也有业内人士向观察者网指出,美国能够使用的手段其实比较有限,不可能像美商务部长雷蒙多所说的那样,轻易就能让某家企业“关门”。

首先,全球半导体产业离不开中国半导体产业的配合。荷兰光刻机巨头阿斯麦就曾直言,如果美国迫使该公司停止向中国大陆销售其主流光刻设备,全球半导体供应链将面临中断,美国企业也将成为受害者。当前,半导体制造业在东亚的聚集,不仅是美国产业的选择,也是全球化资源配置最高效的办法。

第二,美国政府试图重建本土半导体制造业,不见得符合全部美国资本的立场,甚至也不符合美国劳动者的立场。特朗普执政时期,试图施压让制造业回流美国,但他们很难说服普通人前往汽车制造业、钢铁业以及技术含量更高的半导体制造业就业。一是因为半导体制造需要高强度工作,二是人才培训不可能短期完成。

“美国的干扰会一直存在,但具体作用没有那么夸张。”前述业内人士认为,半导体对整个国民经济和工业发展起着至关重要的作用,中国半导体产业要做好长期艰苦奋斗的打算,不能急功近利。

“我认为半导体产业并不是人和人的竞争,甚至也不是企业之间的竞争,而是国家间的竞争。”他指出,国内政策对半导体产业的支持力度还远远没有到头,“比起当年对高铁、光伏等行业的支持,政策方面还有很多牌可以出,还有很多工作可以做,中国半导体未来还是充满希望的。”


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