很久沒有跟進中美科技戰,因為近期的發展涉及很多半導體技術知識,需要科技人的支援,亦要筆者花時間閱讀資料消化才能寫出來,過程有點困難,但筆者最想知道的是如何影響世界通脹和未來經濟發展,牽一髮而動全身,兩個大國的互相制裁將會影響世界經濟,讓我們探討,有錯請指教!
中國商務部在7月3日宣布將對涉及半導體原料的鎵、鍺實施出口管制,業者需取得許可證才可以出口,8月1日生效。估計此舉將衝擊全球半導體市場,我們將探討有何影響。
在此之前美國已夥同日本、南韓限制出口高端晶片到中國。荷蘭政府在6月30日亦宣布某些先進晶片製造設備出口前需申請許可證,估計措施是限制ASML對中國出口3種型號的DUV(深紫外光)光刻機製造晶片,九月生效。預期美國在七月會宣布同樣的限制。上週美國財政部長耶倫到訪中國大陸之前,美媒透露,美國拜登政府可能進一步限制大陸企業使用美國雲端運算服務,以規避美國限制中國使用人工智慧(AI)晶片。自拜登政府上台之後,已接連宣佈各種晶片出口限制到中國,美國與盟友深化對中國的科技戰可見一班,但鮮見中國回擊,這次中國對鎵、鍺實施出口管制,是中國反擊戰?美媒説影響有限,而且可以找替代品,香港傳媒說有影響,通常各說各話。
我問了科技人,他給了我一些資料閱讀,以下是我的一些理解:
據行業組織「關鍵原材料聯盟」(Critical Raw Materials Alliance)稱,中國生產了全球60%的鍺和80%的鎵。
鍺的英文「Germanium」,鍺是一種銀白色金屬,不是直接取得的土礦,而是鋅生產的副產品得到。鋅是製造汽車、建築材料用到的源材料,換句話說,中國在成為世界工廠的同時,獲得鍺這些副產品,因此生產成本很低。鍺主要用於製造光纖產品、夜視鏡。我諗這方面的制裁,可能主要影響軍事方面?
鎵的影響可能比較大。中國製造了全球80%的鎵,鎵同樣是柔軟、銀色的金屬品,主要是來自處理鋁土礦和鋅礦石的副產品。中國是全球最大的鋁製造商和消費者,製造什麼需要用到鋁?高鐵、汽車、電子產品、建築等等,中國自家建設了很多高鐵貫穿全國,也為其他亞洲國家建設高鐵,在使用鋁製造高鐵和汽車的過程中獲得鎵這些副產品,因此也是以很低的成本獲得!所以,美國、歐洲說自己能生產鎵,第一個問題要問是:「At what cost?」
鎵Gallium用作生產兩種材料:
Gallium Nitride 氮化鎵(GaN)和 Gallium Arsenide 砷化鎵 (GaAs)
GaN是一種非常堅硬及提供較穩定機械功能的寬能隙半導體材料,相較於Silicon 硅器件,氮化鎵的功率器件具有更高的擊穿強度、更快的開關速度、更高的熱導率和更低的導通電阻,性能顯著優於硅器件。
氮化鎵被用於生產半導體功率器件、射頻元器件和發光二極管(LED)。在功率轉換、射頻和模擬應用領域,氮化鎵已經成為硅半導體的替代技術的能力。
第一代製造半導體晶體管是真空管,但它們的低效率,產生較多熱量,體積龐大和成本高昂,限制了它們的最終應用。
硅很快成為第二代半導體晶體管的首選材料,原因是它的電導功能優於真空管,而且生產成本更低,硅的晶導體管迅速崛起,期後更發展出集成電路。硅半導晶體管持續到了20世紀70年代和80年代。
「摩爾定律」要求晶體管的性能大約每18個月翻一倍,成本下降,創造出性能更高、成本更低的新產品。在功率轉換方面,硅的功率MOSFET是其崛起的核心。
但漸漸地,硅功率MOSFET在成本持續下降,但在提升更好性能方面似乎到了盡頭。
然後是第三代半導體源材料氮化鎵 GaN,氮化鎵比硅更有效地導電,效率高達1000多倍,同時生產成本也比硅低,硅已經到了極限,氮化鎵在摩爾定律下取代硅成為新的、性能更高的半導體材料。更重要的是單件氮化鎵器件比硅器件小得多,因此產品可以更細。
下圖是氮化鎵應用到的工業,也會是影響的產品:
簡而言之,GaN製造出來的產品,開關更快、速度更快、發出熱量較低、體積較細、成本較低,這都是它能取代硅成為新一代半導體源材料的原因。
那麼,製裁限制GaN有何影響?一粒IC只佔整件產品很小部份,成本也很低呢,即使成本上升一倍也不見得有很大影響吧!未必!問題是沒有貨,無法生產,即使繞道取得,生產鏈受阻,整件產品的成本都會上升!
至於有說找取代品,如果有高一級的替代品,早已成為主流了吧,即是產品可能要降Grade,回到上一代,體積大一點、速度慢一點、熱一點。
最後是砷化鎵(GaAs),它也是一種重要的半導體材料,主要用途在於光電通信、激光二極管和紅外發射,以及製造紅外發光二極管、微波頻率集成電路和光伏電池等器件。根據資料,軍事、太空、高端電子產品都會用到。
GaAs造出來的產品耐熱度更高,可以作為高溫電子產品的應用。另外,它造出來的產品噪音比較少,所以適合用於更高頻的電子產品,即例如microwave 、通訊用的電子產品。
總的而言,中美的芯片戰深化,任何生產供應鏈受阻,都會令生產成本上升,最後影響的是我們,消費品漲價的同時,產品質素下降,體積可能要回到大一點,而速度慢一點,耐熱性低,產品容易發熱,試想像power adaptor 回到5至10年前的大小、容易發熱等等,我們要忍受這些….