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【美智庫】中國成熟晶片產能擴張，美國急需建立“FPGA戰略儲備”？
現場可程式設計門陣列（FPGA）是一種專用電腦晶片，是軍事、雲端運算、5G、汽車等領域的 “關鍵拼圖”，在相關產業運轉中具有重要作用。近期大西洋理事會發佈報告《保障矽片通道：應對戰略性 FPGA 晶片的供應鏈風險》，指出美國的FPGA 供應鏈面臨成本、可用性與安全三類風險，並提出資料共享、安全研發、戰略儲備等破局方向，其治理思路或為專用晶片供應鏈提供重要參考。
FPGA是一種特殊的邏輯晶片，它在性能和靈活性之間提供了一個獨特的平衡點。與功能固定、性能高效的專用積體電路（ASIC）和功能多樣但性能相對較低的中央處理器（CPU）不同，FPGA的硬體電路可以在出廠後被重新配置。
儘管FPGA市場規模（約100億美元）僅佔全球半導體產業的一小部分，但它在多個關鍵領域發揮著至關重要的作用，包括人工智慧、雲端運算與資料中心，軍事裝備與國防系統、汽車工業、電信基礎設施等。
1. 美國FPGA供應鏈風險分析
報告將美國FPGA供應鏈風險分為三類：成本、可用性和安全性。下圖展示了各風險在價值鏈不同階段的關聯性。
1.1 成本風險 (Cost Risk)
FPGA供應鏈面臨四大成本風險驅動因素：
潛在的美國政府關稅：對進口半導體徵收關稅的提議將大幅增加FPGA成本，因為美國在全球半導體製造和封測（ATP）市場的份額較低。
關鍵原材料短缺：中美競爭加劇了中國限制關鍵礦產（如鎵）出口的可能性。中國控制著全球約99%的精煉鎵市場，其在2025年4月實施的出口禁令已導致鎵價自2024年12月以來上漲80%。
氣候變化影響：中長期來看，氣候變化將給供應商和製造商帶來適應和緩解成本，增加其營運成本。
中國成熟製程產能擴張：報告指出，中國正在大規模建設成熟製程半導體製造能力，包括對Anlogic等FPGA晶片製造商的大量國家投資。這將對FPGA價格產生下行壓力，報告認為會增加美國FPGA的可用性和安全風險。
1.2 可用性風險 (Availability Risk)
可用性風險主要分為“無法製造”（Can't make）和“不願出售”（Won't sell）兩類。
“無法製造”風險：由產業和地理集中引起。例如，台灣地區的地震等自然災害可能摧毀大量FPGA製造產能。此外，供應商集中（如ASML在光刻機領域的壟斷地位）也構成風險，其韌體漏洞可能導致全球範圍的生產停頓。直接的美中衝突雖然機率較低但並非不可能，一旦發生將嚴重破壞半導體設施。
“不願出售”風險：主要由地緣政治驅動。隨著中美競爭加劇，中國可能利用其在亞洲半導體供應鏈中的影響力，限制對美國及其盟友的半導體出口。FPGA因其市場規模小（對中國經濟影響有限）而戰略重要性高（對美國打擊效果顯著），可能成為此類限制的優先目標。
1.3 安全風險 (Security Risk)
安全風險貫穿FPGA價值鏈，涉及硬體、門件（Gateware）和相關軟體三個層面。
硬體攻擊：在製造、組裝、測試和封裝過程中對晶片進行物理篡改。報告引用了備受爭議的“超微（Supermicro）事件”作為案例，說明硬體供應鏈攻擊的可行性。
門件攻擊：通過注入惡意程式碼來破壞FPGA的可重構邏輯。行業專家指出，“通過向門件注入程式碼來攻擊晶片比潛入台積電更容易”。
軟體攻擊：通過晶片設計階段使用的雲端EDA（電子設計自動化）軟體（如Cadence或Synopsys的產品）進行攻擊。2024年，美國半導體公司Microchip Technology就曾因伺服器遭未經授權訪問而導致生產受阻。
2. 政策建議
報告指出，美國為應對FPGA供應鏈中的重大風險，可以採取以下措施：
2.1 推薦實施的政策
啟動資料共享與分析中心：指定商務部供應鏈中心（SCC）為國家級FPGA資料中心，收集精確到SKU等級的供應鏈資訊（數量、價格、供應商、原產國等），以增強態勢感知能力。
投資於FPGA安全：通過DARPA、NSF等機構資助FPGA安全技術的研發。指示NIST審查並更新FPGA產品安全標準，並為行業制定安全審計標準。
建立FPGA戰略儲備：與國防部、能源部以及雲服務商、汽車製造商等私營部門合作，確定關鍵FPGA型號，建立國家儲備，以在供應中斷時提供緩衝能力。
跨部門準備應對供應中斷：制定政府層面的應對預案，包括對關鍵公司的定向補貼、技術援助等。同時，通過桌面演習等方式鼓勵企業制定應急計畫。
2.2 應重新考慮的政策
補貼FPGA的本土製造和封測：報告不建議這樣做。原因包括：經濟上規模巨大，投資需求遠超CHIPS法案；操作上可行性低，因成熟製程裝置老舊且供應有限；政治上，半導體問題被視為“已解決”，難以獲得新的大規模投資。報告建議應強調與日本等盟友的供應鏈協調。
對成熟製程半導體製造裝置實施出口管制：報告認為此舉效果有限且成本高昂。因為相關技術和裝置已在全球廣泛擴散，尤其是在中國。此外，這將給商務部帶來巨大的執行負擔，並可能引發中國的報復和盟友的抵制。
將美國FPGA供應鏈與中國完全分離：報告不建議採取類似《瓊斯法案》的全面脫鉤政策。雖然中國在供應鏈中帶來了安全和可用性風險，但也提供了不可否認的成本優勢。全面脫鉤將大幅提高美國公司的成本，損害其全球競爭力。報告認為，通過技術解決方案和戰略儲備來管理風險，是比全面脫鉤更優越的策略。但用於高度敏感和關鍵應用（如軍事系統）的FPGA，應繼續由美國及盟國主導其設計和製造。 (稻香湖下午茶)