对等反制芯片封锁,为什么中国全面管控镓、锗两大原材料?



中国宣布,将对镓、锗两大芯片原材料实施全面管制,限制出口。凡是与镓、锗相关的产品,未经许可,一律不得出口。



镓、锗是半导体制造中的两大重要原材料,也是新能源汽车、医疗器械、航空航天、飞机导弹的重要生产原料。镓被誉为“电子工业的脊梁”、“芯片新粮食”,锗被誉为医学界的“神奇元素”、“可以吃的氧”,二者都是现代半导体中的核心基础原料。

香港《南华早报》报道过,中国的镓产量占全球的95%,锗产量占全球的68%。全球已探明的镓储量约27.93万吨,中国独占68%,达到19万吨,美国的镓储量只有4500吨,全球占比不到0.16%。排名第二的是俄罗斯,第三名是乌克兰。这两家现在都在打仗,俄罗斯被北约制裁,不会对美国出口,乌克兰工业体系被打烂了,也没有办法生产。在镓这个领域,中国处于全球垄断地位。



全球锗已探明的总储备量约8000吨,美国占3800吨,位列世界第一,中国占3500吨,位列世界第二。在储量上,中美两国一起垄断了全球的锗储量。可是,锗的实际垄断权掌握在中国手里,美国的锗矿没有开采。



为什么美国不开采锗呢?是不是想把锗埋在地下,大肆并购中国的锗,等中国用完了,美国再反向收割呢?答案远不是这么简单,真正的原因有三个:



一是,市场太小,利润规模小。全球锗市场总规模也就约17亿人民币,这么点钱,不足以打动美国资本。自己开采,还不如进口简单、省事。

二是,缺乏产业链支持。投资一个锗的矿场,成本很大,还得历层层审批,拿到锗矿开采证明,设立提纯生产线。即便成功开矿了,在成本上也绝对打不过中国企业。到时候,美国公司宁愿进口中国的锗,也不购买美国的本地锗。在这种市场竞争中,美国开采锗矿是亏的,是赚不到钱的。

三是,锗矿是稀缺资源,被美国、日本列入“战略资源”,也被欧盟列入“关键资源”。如果不能发现新的矿脉,全球8000吨锗矿开采完了,就真的没了。



在这时候,中国管控锗矿出口,既可以保护自己的资源储备,又能抬高锗矿的国际价格,提高西方整个半导体产业的原料成本。

那么,这个成本有多高呢?西方重建一条锗、镓的生产线有多难呢?我们就拿镓来举例。镓,是氧化铝产业中的一个副产品,它是用氧化铝的下脚料提炼出来的。

要实现大规模、低成本地生产镓,就得先建一条氧化铝的生产线。可氧化铝是一个全球产能严重过剩的行业,存量竞争就已经内卷到极致了。若是美国人再新增氧化铝的产能,怕是要血本无归,一根毛都赚不到。



氧化铝又是电解铝的原材料,你生产了大量的氧化铝,得靠电解铝去消耗。不然,大量的氧化铝没有用武之地,真金白银砸进去,赚不回来。而要规模化量产电解铝,就需要稳定且廉价的能源供应,比如天然气发电、煤电、水电等。

一讲到能源,整个欧盟就可以退出战场了。俄罗斯稳定且廉价的天然气转移到中国东北了,能源极度匮乏的日本、韩国也可以退出战场了。澳大利亚缺乏大规模的工业体系,同样无法与中国竞争。在如此长的产业链条中,中国是怎么获得竞争优势的呢?

队长跟大家说一家山东企业:魏桥集团。



魏桥集团是全球第一大铝业集团。它从2001年开始进入电解铝行业。为了解决电解铝的原料问题,魏桥集团建设了氧化铝生产线;为了解决氧化铝的原料问题,魏桥集团去非洲开铝土矿;为了解决电力供应问题,魏桥集团自己建设了发电厂;为了实现铝业多元化,魏桥集团还做了铝业深加工。

那么,镓是怎么生产出来的呢?主要就是采用美国铝业公司研发的石灰乳法提炼。用石灰乳处理氧化铝生产的循环铝酸钠溶液,使镓与铝分离,然后回收富集的镓。

这个循环铝酸钠溶液只是氧化铝生产中出现的一个副产品,边角料,却是生产镓的核心原料。也就是说,只有建立大规模的氧化铝产业,才能获得大量廉价的循环铝酸钠溶液,才能把镓的量产成本打到规模化最低。

中国最主要的镓生产商就是另外一家山东铝业龙头:信发集团。信发集团与魏桥集团的整个产业链几乎是一模一样的。对信发集团而言,核心产业是铝,而镓产业只是一个小版块。



在国际竞争中,一家美国新设立的小公司是不可能打得过信发集团的。产业链带来的综合竞争力不是任何一家单一品类公司能够超越的。美国不缺提炼的技术,但缺的是产业链竞争优势。

从商业角度考虑,美国开采锗矿、镓矿,最好的选择就是运输到中国来提炼,再出口到美国。这种方式是成本最低的,也是投资完后,能实现利润良性正循环的。就像美国稀土,中国每年从美国进口2.5万吨稀土,占中国稀土进口量的99.8%,在中国完成提纯后,再返销美国。

美国并不缺乏稀土提纯技术,但缺乏稀土产业链。重建一条产业链,需要大额投资成本,需要培养大量的产业工人,这些都太耗费时间,会极大地提高美国的产业成本。

在镓这个领域,美国还面临一个无法解决的难题:储量稀少。美国只有4500吨,中国却有19万吨。中国锁死镓的出口,全球镓的价格就得飙涨。这可以看作对美日荷三国联合芯片封锁的一大反制措施。



在镓的产业链上,美国主要是生产砷化镓半导体元器件,位于行业上游。全球前十名,美国占据六家,中国只有一家深圳公司入榜。可在镓原料生产中,中国独占四家,美国53%的进口镓都来源于中国。从这就可以看出,中国若是切断镓的供应,美国上游的砷化镓半导体生产商都得勒脖子,翻白眼。

成本一上去,全球竞争力就难以保持。中国本土的砷化镓半导体器件公司就能取代美国公司,走向上游。

在过去,西方对中国实施半导体制裁的时候,中国还不怎么搞对等反制。可现在为什么反制了呢?在队长看来,主要是这几年汽车出口发展起来了。在美国制裁华为手机的时候,中国手机为主的电子产品刚刚走向世界。如果硬刚美国,整个手机产业会面临很大的压力。



但现在,中国汽车出口登顶世界第一,还是以燃油车为主。燃油汽车受芯片限制极低,中国国产芯片就完全足以满足。

汽车这张牌带来的不只是产业升级,还带来了更多的国际筹码。

镓锗限制出口影响到哪些武器?从夜视仪到航母全部波及

原创 近卫步兵师 装甲参谋部 2023-07-04 09:49

 

最近,我国公布镓和锗及其相关化合物的出口限制,那么问题来了,镓和锗的出口对西方的武器装备影响有多大?

答案是,从陆军部队使用的夜视仪到坦克到雷达乃至于战斗和航母都受影响。

有人可能要说:那么美国找别的国家生产,或者美国自己建厂生产就是了!

没那么容易。

根据美国地质调查局2016年的评估报告,锗主要分布在三个国家:

中国、美国和俄罗斯。

中俄,美国是别想了。

那么美国占全球已经探明储量的45%,是不是看起来很有希望的样子?

然而,美国自1984年起以锗是国防储备资源为由,直接把锗的开采和加工工厂给关闭了。

福特级航母美国人一直以来就是这么自信:

他们可能真的觉得工厂说关就能关,只要图纸还在,反正随随便便就能重新开设。

于是,F-22没法重新生产,重返月球也遥遥无期。

锗开采提炼的技术人员哪里去找?工人哪里去招募?

设备到哪里采购?

矿场的重开和建厂会不会被环保组织找茬?

1984年距今都39年了,当年的相关人才哪怕只是20出头的大学生,现在都60多岁了,不知道现在的美国要多久才能重开生产线呢?

当然,还有加拿大不列颠哥伦比亚省的一个冶炼厂,在废金属里回收锗。

         

镓是精炼厂的副产品,并没有专门的镓矿。

比如中国、俄罗斯还有乌克兰是在氧化铝的副产品中提炼镓。

韩国和日本通过氧化锌的副产品进行提炼,但日韩精炼厂的原料要进口,尤其是从中国进口。

另外,乌克兰于2019年停产镓,而且厂址已经被俄军控制。

匈牙利2015年停产,哈萨克斯坦2013年停产。

德国2016年停产,曾表示计划2021年重启镓的生产,但是经过我的查阅,到现在还没有复产的确切消息。

根据德国企业发展研究所(DERA)自己的研究,欧盟国家有83%的镓和锗要从中国进口。

因此,西方国家面对镓和锗的出口管制,短期内很难找到替代的生产方。

         

下面说一说镓和锗在军事上的用途:

锗在军用的红外线观察设备上的应用较多。

单兵的便携式红外成像仪,坦克、军舰和战机等重武器的红外热像仪都需要锗。

红外制导的导弹的导引头需要锗,红外成像的侦察器材也需要锗。

四氢化锗(GeH4)和四氟化锗(GeF4)可用于制造28纳米以下的芯片,这也是军用芯片的未来发展方向。

         

镓的应用就更广了,大家在手机领域比较熟悉的氮化镓,在军事上的用途繁多。

比如2020年,美军刚开始用采用了氮化镓元器件的AN/TPS80有源相控阵雷达替换美国陆军和海军的AN/SPS-48和AN/SPS-49雷达。而美国军工企业表示,采用了氮化镓元器件的AN/TPS80在功率方面是传统雷达的5倍。



AN/TPS80这些AN/TPS80雷达是车载平台,可以在陆地上灵活机动,美国海军陆战队也装备AN/TPS80,显然是准备在跳岛和抢滩登陆作战中使用。

         

另外,美军的新一代航母也就是福特级航空母舰会采用氮化镓元器件的雷达,美国级两栖攻击舰从LHA-8开始,也会装备氮化镓技术的雷达。

         

舰载战斗机方面,美国海军的F/ A-18E/F“超级大黄蜂”战斗机配备的AN/APG-79有源相控阵(AESA)雷达使用氮化镓元器件。

F-16战斗机的AN/APG-83雷达也是氮化镓元器件。

而氮化镓元器件的雷达在隐形战斗机上的优势更大,不但发射功率大,氮化镓元件的耐用性更好,成本较低,据美国军工业预测,氮化镓元器件能让机载雷达的探测距离最多能提高一倍。



AN/APG-79而且天线的布置更加自由,机头只需要安装更小的收发阵列,而战斗机的机体各处能安装分布式的元件,能让隐形战斗机的雷达反射截面积更小,但探测目标的能力更强。

因此,美军正在计划给F-22的AN/APG-77雷达和F-35的AN/APG-81雷达升级,评估用氮化镓元器件升级来提升性能。

而美国的六代机、英国正在研制的暴风战斗机,韩国的KF-21战斗机还有瑞典的JAS-39E/F“鹰狮”战斗机都计划采用氮化镓元器件的雷达。

         

因此,出口限制显然会对西方引以为傲的许多武器产生影响。

也许他们还能通过回收废金属的方法来保证氮化镓元器件的生产。

这下冯德莱恩编造的什么俄军拆洗衣机里的芯片来维持先进武器的生产这种说法,要反弹到西方自己身上了。

而西方对于重开某些产品的生产线,态度是拖拖拉拉的,比如德国,其产业支柱之一是汽车,现在的新能源汽车需要氟石,而德国自己原来是有,氟石矿场的——卡费斯泰矿场,探明储量是欧洲第一。

但是德国面临了各种断供危机之后,直到2023年4月才开始着手恢复卡费斯泰矿场的恢复生产,这进度,也不知道什么时候能够重新建厂。

就算西方国家能够重建自己的镓和锗生产能力,最好的结果是武器的生产成本大涨,也许大涨了之后,产能还会大受影响。