2022年10月7日,拜登政府对美国向中国出口先进人工智能(AI)和半导体技术发布了全面的新规定,颠覆 了美国20多年来的对华贸易政策。这些出口管制是在与美国主要盟友协商后设计的,但美国最初是单方面 实施的。 这是一场外交豪赌。 面对中国人工智能和半导体能力的突飞猛进,美国想快速行动,所以甘冒独自先行的风险。美国在全球半 导体产业中的整体地位最强,仅凭一己之力就足以在短期内重塑中国半导体产业。然而,从中长期来看, 如果其他国家(尤其是日本和荷兰)采取行动填补美国部分退出在中国市场留下的空白,此举可能会适得 其反。 但这是不可能的。2023年1月下旬,拜登政府的赌博得到了回报,美国与荷兰、日本都达成了加入新半 导体出口管制的协议。一些官员向战略与国际中心建议研究 建议,
对话的结果最好被描述为 “谅解”,而不是正式协议,因为一些细节尚未确定。无论如何,美国已经获得了确保政策成功所需的 三大国际合作伙伴。台地区已经公开宣布,它将支持执行10月7日规定的美国外国直接产品规 则的应用。然而,与荷兰和日本达成协议的确切雏形尚未公开。中国过去曾积极利用贸易限制作为外交政策,(于是)该协议各方都守口如瓶,可能是希望以此减少中国的报复。毫无疑问,白宫 很想举行一场大型的合影签字仪式,以展示其在盟国外交上的赌博是如何获得回报的,但拜登在这个 话题上仍然保持缄默。没有泄密的原因与政府能够达成协议的原因相同:他们认真对待盟友的关切——包 括对保密的渴望。因此,记者和半导体公司在过去几周一直在徒劳地努力弄清交易的内容。在荷兰和日本政府公布其最新 的出口管制条例之前,
不太可能知道其全部细节,而这将花费数月时间。就荷兰的出口管制而言,某些 类型的政策变化可能根本就不会公布,例如将审查某些类型的出口许可证申请的政策从“逐案”更改为 “拒绝推定”。 但与此同时,在对三个要素的仔细分析下,发现了很多关于该交易内容的线索:(1)荷兰和日本公司在 全球半导体价值链中扮演的角色;(2)拜登政府根据10月7日条例的内容所揭示的政策倾向,以及(3) 构成荷兰出口管制体系的基本法律授权的性质。本文将逐一讨论各个问题。
荷兰和日本公司在全球半导体价值链中的作用。半导体价值链包括芯片设计、制造(即芯片晶圆制造)和组装测试三大环节。有关简化描述,请参见图1。半导体价值链的简述
美国在全球半导体产业中的总体地位最强,但这是一个深度交织的跨国价值链的领导者,在这个价 值链中,其他国家也发挥着关键作用,并拥有极难替代的技术能力。10月7日的出口管制限制了美 国在价值链多个环节的销售,但整个政策的关键在于,美国半导体制造设备是几乎每一家中国芯片 工厂的重要组成部分。在沉积、蚀刻和工艺控制等多种设备中,美国公司要么是独家供应商,要么是主导供应商,而中国国内半 导体设备行业规模很小,总体上远远落后于美国。该法规确定了11种特定类型的先进半导体设备(仅用于 生产先进芯片的设备),在这些设备中,美国技术没有外国替代品。其中一些设备类型是全球经济中使用 的最复杂、最精确的机器之一。每一个都代表着中国要实现半导体产业自给自足的目标必须攀登的一座极 高的技术山峰。
美国率先采取行动的原因有两个:第一,行动迅速。中国芯片企业正在尽快采购设备,以应对未来的 出口管制。其次,美国想证明,它不会要求盟友承担自身不愿承担的任何费用。该政策(要想取得) 长期成功需要多边合作,而最紧迫的是与荷兰和日本的合作。拜登政府正确评估了美国自身的实力足以在短期内重塑中国半导体产业。但是,荷兰语和日本公司在高度 相关的领域中拥有先进的技术能力。尽管中国可能需要几十年的时间来更换美国不再愿意出售的设备,但 荷兰或日本的援助可能会让中国在短短一两年内恢复运转。 在全球半导体制造设备行业中,随着在技术水平上保持竞争力的成本和复杂性的飙升,市场整合也在不断 加强。对于美国占主导地位的设备类别,荷兰和日本公司越来越发现与美国公司的正面竞争是没有吸引力 的。
荷兰和日本公司需要花费数十亿或数百亿美元的研究和开发费用,才能生产出可能只占有微薄 和极无利润的市场份额的产品。然而,10月7日的出口管制可能会改变这种情况。由于美国公司被禁止在庞 大且不断增长的中国市场竞争,荷兰和日本公司可能已经发现进入中国的垄断准入具有足够的吸引力,足 以证明新产品线取代美国产品线的设备研发费用是合理的。一旦在中国成功立足, 荷兰和日本公司可能会 在世界各地的这些市场上更有效地与美国公司竞争并随之取代它们。尽管中国可能需要几十年的时间来更换美国不再愿意出售的设备,但 荷兰或日本的援助可能会让中国在短短一两年内恢复运转。这是美国必须不惜一切代价避免的政策灾难:切断美国公司的一个主要收入来源,为美国技术领导地 位创造了更强大的国际竞争对手,在影响中国军事技术发展方面几乎没有任何表现。
但这并不是美国希望在谈判中希望荷兰和日本做出的唯一决定。荷兰和日本公司主导了美国公司 没有的其他类别的半导体制造设备。特别是,它们主导了光刻设备的生产,其中最先进的类型在 技术精度和复杂性方面可与詹姆斯·韦伯太空望远镜或大型强子对撞机相媲美。 2021年1月,智库安全与新兴技术中心 发布了一份关于全球半导体价值链的报告,其中指 出:荷兰、日本和少数其他国家是光刻设备的主要生产国,对芯片和光掩模的生产至关重要。中国造 不出任何先进的光刻设备。最重要的是,荷兰和日本是先进光刻设备的独家供应商,尤其是极紫 外扫描仪和二次氟化氩 浸没式扫描仪,这是大规模生产先进芯片所必需的,代表 了中国的顶级瓶颈。
换句话说,美国(虽然)控制着阻碍中国进入人工智能和半导体技术未来的强大咽喉,但荷兰和日本 的瓶颈更加强大。综合起来,这些事实表明,美国在与荷兰和日本的交易中寻求的两个主要目标:(1)达成协议,禁止 荷兰和日本公司回填美国不再向中国出售的半导体制造设备类别,以及(2)禁止荷兰和日本向中国出 口先进光刻设备的协议。荷兰的公司是光刻步进机和扫描仪的世界领导者,这些步进器生产和折射通过光掩模(一种包含所需 电路图案的透明板)的光,将图案转移到硅片上。日本公司是步进电机和扫描仪的其他主要生产商。 2019年,这两个国家的全球市场份额合计超过99%。日本还在抗蚀剂加工工具和电子束光刻工具方面 占据主导地位,这些工具对生产光掩模至关重要。
除了光刻,还有其他类别的半导体制造设备,例 如,荷兰和日本公司在硅片晶体加工设备方面也占据了日本的主导地位,日本也擅长生产用于半导体 制造的超精密材料和超纯化学品。至少其中一些其他半导体技术类别可能包含在交易中。然而,包括步进器和扫描仪、电子束工具和光刻胶 加工工具在内的光刻设备是中国半导体行业最重要的外国技术依赖,了解该交易的消息人士已向CSIS证 实,限制向中国出口先进光刻设备包括在该交易中。这是一项防止回填美国设备的协议。但是知道这些是要控制的项目类别并不能回答如何控制它们。为此,需要仔细研究10月7日的政 策是如何设计的,以及它对美国所期望的做法有何暗示。
拜登政府在10月7日条例中透露的政策偏好。10月7日法规的发布包括一个补充信息部分,详细说明了法规的基本原理和理由。然而,总的来说,这些理 由是为了解释政府的行为如何符合其拥有的法律权威。特别是,理由非常详细地解释了向中国出口半导体 技术与中国的大规模杀伤性核武器 (WMD) 和先进导弹计划之间的联系。这一点很重要,因为美国和其他国 家/地区的许多出口管制机构仅在反大规模杀伤性武器的情况下适用,本文稍后将再次讨论。 然而,10月7日的文件除了明确的理由之外,还值得进一步讨论。美国政府的行动本身是一个重要的线索,可 以了解美国的愿望,以及它如何评估某些政策机制和市场力量之间可能的相互作用。美国的做法在很大程度 上揭示了美国决策者想要什么,因此,(这可能显示)他们可能会向荷兰和日本政府提出什么要求。
在半导体设备制造领域,拜登政府使用了其出口管制政策工具箱中的多种工具。它还利用2018年《出 口管制改革法案》和早期立法赋予美国商务部的法律权限和灵活性,创造了其他政策工具,如新型FDP 规则。CSIS之前的一篇论文《阻断中国进入人工智能未来》对政策的各个要素进行了更详细的阐述。 本文将只关注与芯片晶圆制造和半导体制造设备相关的要素,因为这两个要素在美国与荷兰和日本的 协议中最重要。简而言之,10 月 7 日的规定旨在限制中国制造超过特定技术性能阈值的半导体的能力,这在半导体 行业通常被称为“技术节点”。这些性能门槛是按三大类芯片划分的,都是在同一技术节点上排列 的。他们是:▪ 逻辑芯片:FinFET或更高级,对应于16纳米(nm)或更低的技术节点;▪ 短期记忆 :18纳米或更低;以及▪ 长期记忆 :128层或更高。
10月7日的法规在商业管制清单上创建了一个新的出口管制分类号,即ECCN 3B090,其 中详细说明了11种不同类型的半导体制造设备,这些设备专门与生产该技术节点或更高的芯片有 关。本文将这些类别的设备称为“先进节点设备”。然后,还有一份更长的设备清单,这些设备对生产相当于或优于前面提到的性能阈值的芯片有潜在的作 用,但也经常被用来生产旧的芯片。本文将这些类别的设备称为“节点无关的设备”。 10月7日的规定要求向中国境内的任何终端用户销售先进节点设备必须获得出口许可证,但该政策还 规定,许可证申请将根据终端用户公司总部所在地(如中国)进行不同的审查。。 美国商务部将对美国向总部位于中国的公司(中国公司)出口先进节点设备的许可证申请进行审查,并 采用“拒绝推定”,即事实上的禁令。
然而,对于向在中国经营但总部位于《商业出口管理条例》 A:5或A:6清单上的国家的非中国公司拥有的公司设施销售先进设备的许可证申请,将根据“包 括技术水平、客户和合规计划等因素”进行“逐案审查”。因此,中国的公司被禁止购买先进设备,但总部位于更受信任的国家的公司仍 有可能为其在中国的生产设施购买先进设备。10月7日之后不久,美国商务部向台和韩国公司给予了 为期一年的授权,允许他们继续为其在中国的先进半导体生产设施购买美国先进节点和诊断设 备。2月23日,美国商务部在CSIS的一次演讲中表示,“我 们正在与这些公司合作,探讨未来的发展方向。因此,这可能是对他们在中国的发展水平的一个上 限……如果你在NAND的任何一层,我们都会在这个范围的某个地方停止它。这也取决于中国 人在做什么,但我们正在与这些公司就这个问题进行深入对话”。
与节点无关的半导体制造设备出口到中国仅在最终用途控制下受到限制。即使在 10 月 7 日之后,向中 国设施销售与节点无关的设备也不需要出口许可证,除非该设施生产的芯片等于或优于前面提到的性能 阈值,即相关的最终用途。在这种情况下,所有设备销售,无论是高级节点还是不可知节点,都将受到 拒绝推定。例如,中国最先进的逻辑芯片制造商某芯国际有一些设施,在2022年实现了14纳米 逻辑芯片的量产。某芯国际还拥有许多其他设施,可在较旧的技术节点进行生产,如28纳米和55纳米。 某芯国际14纳米设施在购买先进节点设备和节点诊断设备方面都面临拒绝推定。而其28纳米工厂将得以 允许购买节点诊断设备以及传统节点设备,但不能购买先进设备。 适用于设备销售的出口限制也适用于提供设备部件以及专业知识和建议。
如果美国不希望中国能够购买先 进的半导体设备,那么,他们也不希望中国能够购买可以组装成这种设备的所有组成部件,这才是合理 的。(那么,)他们也不希望允许美国咨询公司和专家教中国如何制造这种设备。如上所述,美国采取的方法在很大程度上揭示了美国政策制定者想要什么,以及他们认为成功需要什 么。美国的政策旨在阻止中国人生产先进的芯片,但也为与外资在中国生产先进芯片有关的决定提供更 多灵活性。美国也希望继续允许中国生产不太先进的芯片,但只允许那些明确放弃生产先进芯片目标的 中国公司生产。 因此,可以肯定的假设是,美国要求荷兰和日本采用追求相同目标的规则,但也反映了每个国家在半导体 价值链中占据的不同技术优势。这就自然而然地引出了一个问题:哪些类型的光刻设备足够先进,可以生 产10月7日门槛所涵盖的性能水平的芯片。
与该问题相关的五种不同类型的光刻技术,按照从最先进到最不 先进的顺序,分别是:▪ 极紫外 ;▪ 氟化氩浸没深紫外;▪ 氩氟干法;▪ 氟化氪 ;以及▪ I线。荷兰政府已于2019年停止向中国发放扫描仪出口许可证,因此将该协议扩大至包括日本和扫描 仪以外的其他类型光刻设备是该协议中最容易达成协议的领域。 在1980年代中期已经广泛使用的I线光刻技术,以半导体行业标准来看肯定是古老的,因此不太可 能包含在交易中。再次,美国的管制措施旨在(1)限制向所有中国在中国拥有的半导体生产设施 销售先进节点半导体制造设备,以及(2)限制向打算生产先进芯片(高于上述性能门槛)的中国 半导体生产设施销售先进节点和节点无关的制造设备。I线光刻设备既不先进,也不能用于生产先 进芯片,因此与美国的两个目标都无关。没有理由限制其对中国的出口。
这就剩下了三种类型的DUV光刻技术——ArF浸入式、ArF干式和KrF,可能会作为划界点。在商业应用中, KrF可以追溯到20世纪80年代末,ArF干式可以追溯到20世纪90年代末,而ArF浸泡式可以追溯到2000年代中 期。然而,所有这三种类型的DUV光刻机的新版本和改进版本由于其较低的成本和降低的操作复杂性而继续 吸引商业客户。它们对中国的晶圆厂运营商特别有吸引力,因为在中国,政府的大量补贴使中国公司更注 重在传统的芯片生产中扩大市场份额,而不是实现无补贴的商业盈利能力。 中国最先进的光刻公司,上海某电子设备集团,目前在市场上销售使用ArF干式和KrF技术的系统。这一点很重要,因为外国替代品的风险是出口管制决定的一个关键标准。然而,SMEE最先进的ArF干式光 刻机仍处于原型阶段,尚未达到商业化销售所需的可负担性、可靠性和性能。
在每一项重要的指标上,它 们都远不如荷兰和日本的替代品。此外,就可以生产的芯片类型而言,SMEE深紫外光扫描仪比荷兰 和日本的最新技术水平落后了15年以上。值得注意的是,2022年12月,美国商务部将SMEE列入实体名单, 理由是“获取和试图获取源于美国的产品以支持中国的军事现代化”。此举与10月7日监管规定的总体方 法一致,可能有助于确保美国获得荷兰和日本的支持。随着对外国光刻技术组件(例如光源设备、反射镜 和激光放大器)和专业知识的获取减少,SMEE将比现在更加艰难。在其2021年的最终报告中,美国国家人工智能安全委员会提出了一项建议,该建议与10月7日政策 背后的逻辑以及由此产生的与荷兰和日本的谈判都直接相关。值得详细引用:【未完待续】请继续关注下一期。