Mỹ và vấn đề quân đội mua chip bán dẫn

Tôi đã chạm vào nó một thời gian ngắn nhưng tôi cảm thấy mình đã không cung cấp đủ thời lượng phát sóng cho chính phủ bằng cách sử dụng Field Programmable Gate Arrays (FPGA) cho công việc của họ. Những chất bán dẫn đa năng này có thể được lập trình lại cho một chức năng mong muốn cho một chức năng cụ thể sau khi sản xuất. Trong tình huống không thể chạy nhỏ các chip cụ thể, đây là một ơn trời.

Năm 2022 AMD đã mua Xilinx, một nhà sản xuất FPGA lớn, với giá 35 tỷ USD trong một thỏa thuận toàn cổ phiếu. Xem xét tầm quan trọng ngày càng tăng của chúng trong việc thử nghiệm và sử dụng của chính phủ - cũng như cổ phiếu được định giá quá cao của AMD - tôi cho rằng đó là một giao dịch mua khá hiểu biết.

Chip và Mỹ
Mỹ đã có được nhiều lợi thế về công nghệ và quân sự từ việc có một số chất bán dẫn nhất định. Từ chương trình Apollo những năm 1960 đến những cỗ máy quân sự sắc bén nhất hiện nay - F-22 cũng như tàu ngầm. Tất cả đều sử dụng chất bán dẫn với số lượng lớn

Đó là một lợi thế lâu dài của Mỹ và tại sao chính phủ đã bảo vệ ngành công nghiệp bán dẫn của mình ngay từ đầu. Chủ nghĩa bảo hộ có thể giảm dần và chảy theo từng đợt nhưng nó chưa bao giờ thực sự biến mất.

Nhưng theo thời gian, fabs bán dẫn của Mỹ bắt đầu mất tốc độ với phần còn lại của thị trường toàn cầu. Các fabs châu Á bắt đầu giành được cổ phần bắt đầu từ những năm 1980 Người ta phải làm với chi phí lao động thấp hơn và như vậy. Mức lương của người Mỹ cao hơn so với những nơi như Hàn Quốc. Đó là một điều, nhưng nếu nó là điều duy nhất thì nó sẽ là một vấn đề có thể giải quyết được. Nó không phải là và đó là lý do tại sao những điều khó khăn là khó khăn. Hai, chính sách kinh tế quốc gia rõ ràng và hỗ trợ cấp nhà nước dưới hình thức trợ cấp hoặc bảo lãnh. Hàn Quốc, Nhật Bản, Singapore và Đài Loan đều coi đây là mục tiêu chính sách để bắt kịp sự lãnh đạo của Mỹ trong lĩnh vực bán dẫn. Thứ ba, thị trường tiêu dùng lớn hơn rất nhiều so với thị trường mua của chính phủ. Chú Sam mua rất nhiều chip, nhưng không nơi nào gần những gì thế giới mua - ít hơn 1% cổ phần. Thị trường được quyết định bởi người tiêu dùng bây giờ, không phải chính phủ. Thứ tư, sự trỗi dậy của mô hình bán dẫn huyền thoại đã giúp các công ty thuê ngoài sản xuất của họ dễ dàng và có lợi hơn nhiều. Các công ty như Qualcomm, Broadcom, AMD và Nvidia là những ví dụ điển hình về mô hình kinh doanh huyền thoại cho phép tập trung và thu lợi nhuận nhiều hơn so với mô hình tích hợp truyền thống. Đối với một doanh nhân chip, sự lựa chọn là hiển nhiên. Và cuối cùng, nó chỉ đang trở nên khó khăn hơn. Đây không chỉ là một vấn đề sản xuất của Mỹ. Trong các video trước, tôi đã mô tả các ngành công nghiệp bán dẫn ở Singapore, Trung Quốc, Nhật Bản và Malaysia. Được tài trợ cực kỳ tốt, rất có năng lực và có động lực cao. Hầu như tất cả trong số họ đã thấy mình phải vật lộn để đạt đến cấp độ tiếp theo năm này qua năm khác. Như một người Mỹ nổi tiếng đã từng nói, "Đừng ghét người chơi, hãy ghét trò chơi." Trò chơi cực kỳ khó khăn. Vì vậy, tôi hy vọng rằng tôi đã thiết lập vấn đề gia công bán dẫn của Mỹ. Hãy để chúng tôi nói về giá trị của chip và giá trị của sự tin tưởng.

Chip và niềm tin
Chip đã trở nên phức tạp đáng kinh ngạc theo thời gian. Một chủ đề liên tục trong các video của tôi là phải mất một ngôi làng để xây dựng một con chip cạnh hàng đầu. Chip M1 trong MacBook của tôi có thể đã được thiết kế ở Hoa Kỳ, nhưng tấm wafer mà nó đến từ đã bị TSMC ở Đài Loan làm mờ. Các công cụ mà TSMC sử dụng để fab và kiểm tra tấm wafer cũng như lắp ráp chip tiếp theo được sản xuất tại Đài Loan, Hà Lan, Đức, Trung Quốc và Nhật Bản. Liên Hợp Quốc ảo này rất phù hợp cho sự đoàn kết quốc tế và kumbaya. Nhưng nó không phù hợp với định nghĩa của quân đội về niềm tin vào nguồn cung. Chúng ta hãy tập trung vào từ đó. Tin. Niềm tin có nghĩa là gì? Về cơ bản, nó có nghĩa là đảm bảo rằng con chip thực hiện những gì nó phải làm, và chỉ có điều đó. Michael Wynne, Bộ trưởng Không quân thứ 21, đã định nghĩa niềm tin vào năm 2004 là: Sự tin tưởng vào khả năng của một người trong việc đảm bảo các hệ thống an ninh quốc gia bằng cách đánh giá tính toàn vẹn của con người và các quy trình được sử dụng để thiết kế, tạo ra, sản xuất và phân phối các thành phần quan trọng về an ninh quốc gia Ý tưởng xoay quanh "chuỗi quyền nuôi con". Để đảm bảo rằng quân đội luôn biết mọi thứ ở đâu. Bạn đang cố gắng tránh các sửa đổi cố ý hoặc vô ý của IC. Kiến thức bên ngoài đi vào. Đồng thời, bảo vệ chúng khỏi bị thiết kế ngược và chức năng của chúng bị lộ. Kiến thức bên trong thoát ra. (Lưu ý bên lề. Trớ trêu thay, chính Wynne đã từ chức khỏi Không quân sau một số sự cố bung bét. Bao gồm một nơi mà Đài Loan đặt hàng pin máy bay trực thăng nhưng thay vào đó lại có cầu chì vũ khí hạt nhân. Xảy ra với tôi mọi lúc với các gói Amazon của tôi.) Vấn đề là nếu quân đội muốn sử dụng những con chip mới nhất và lớn nhất, thì họ cần có khả năng theo dõi con chip đó thông qua các chuỗi cung ứng mới nhất và lớn nhất. Mà hầu như luôn luôn là mớ hỗn độn mới nhất và lớn nhất. Đây là một ví dụ. Một nghiên cứu về một thành phần duy nhất cho Joint Strike Fighter cho thấy thành phần không tên đã đổi chủ 15 lần trước khi cài đặt cuối cùng. Nó đã đến Mexico, Costa Rica, Singapore, Đài Loan, Philippines, Nhật Bản, Hàn Quốc, Đài Loan, Israel, Châu Âu và cuối cùng là Trung Quốc. Đó chỉ là một thành phần. Điều này được kết hợp bởi thực tế là có nhiều mối đe dọa tiềm ẩn trong suốt quá trình sản xuất chất bán dẫn. Nếu chúng ta bố trí toàn bộ chuỗi giá trị sản xuất, chúng ta có thể xác định mối đe dọa đối với từng bước trong chuỗi đó.

Vấn đề mua chip bán dẫn của chính phủ
Vì vậy, chúng ta hãy xem. Bạn là chính phủ và bạn muốn mua chip tốt. Bạn đến gặp một nhà cung cấp và yêu cầu họ làm chip cho bạn. Đối với hầu hết các tình huống, quy mô tuyệt đối của chính phủ có thể thu hút các công ty và ảnh hưởng đến quyết định sản xuất của họ. Đó là quan điểm của Cơ quan Quản lý Dịch vụ Tổng hợp Hoa Kỳ, một tổ chức chính phủ tập hợp sức mua tập thể của chính phủ quốc gia để giảm chi phí. Quy mô khuyến khích các công ty nhảy qua các vòng mà họ phải nhảy qua. Nhưng như tôi đã chứng minh trước đó, thị trường tiêu dùng lớn hơn nhiều so với ngay cả chính phủ Mỹ. Các công ty thà sử dụng GPU ngọt ngào hoặc tiền đào tiền điện tử đó. Bộ Quốc phòng mua 1,9 tỷ chip mỗi năm cho mỗi báo cáo của DoD năm 2016. Điều đó nghe có vẻ rất nhiều. Nhưng vào năm 2020, Apple đã bán được 200 triệu chiếc iPhone. Họ đã bán được 81 triệu iPad và Mac trong cùng khoảng thời gian đó. 280 triệu chip dòng A và M trong một năm, tương đương 15% trong số 1,9 tỷ chip đó. Chỉ một công ty. Thị trường tiêu dùng lớn hơn rất nhiều so với bất cứ thứ gì mà GSA có thể kết hợp với nhau. Bộ Quốc phòng mua 1,9 tỷ chip mỗi năm cho mỗi báo cáo của DoD năm 2016. Điều đó nghe có vẻ rất nhiều. Nhưng vào năm 2020, Apple đã bán được 200 triệu chiếc iPhone. Mỗi iPhone đều có chip M1, chip nhớ, nhiều chip radio, chip sạc, v.v. Apple đã dễ dàng bán được hơn 1,9 tỷ chip vào năm 2020 chỉ với iPhone của họ. Thị trường tiêu dùng lớn hơn rất nhiều so với bất cứ thứ gì mà GSA có thể kết hợp với nhau. Bản thân Hoa Kỳ chiếm chưa đến 15% toàn bộ thị trường. Trong một thế giới toàn cầu hóa, sức mua của Mỹ không còn là vấn đề lớn nữa. Hơn nữa, chip là những thứ chuyên biệt. Một con chip được Cơ quan Phòng thủ Tên lửa sử dụng ít liên quan đến chip được sử dụng bởi Cơ quan An ninh Hạt nhân Quốc gia. Mọi thứ có thể được thực hiện để cải thiện điều đó - tôi nhận thấy rằng chính phủ yêu cầu rất nhiều Mảng cổng có thể lập trình trường hoặc FPGA, cho phép cấu hình sau khi sản xuất - nhưng chỉ có thể thực hiện được rất nhiều. Đặc biệt là khi chúng già đi và trở nên lỗi thời. Với tất cả những vấn đề đau đầu và các vấn đề liên quan đến việc tìm nguồn cung ứng chất bán dẫn tốt cho quân đội Hoa Kỳ, chính phủ đã quyết định từ lâu rằng họ cần một mạng lưới các nhà cung cấp và xưởng đúc đáng tin cậy để sản xuất chip của mình. Do đó đã ra đời chương trình Trusted Foundry.

Chương trình đúc đáng tin cậy
Chương trình Trusted Foundry được thành lập vào năm 2004 để cung cấp một cơ sở công nghiệp quốc phòng của các nhà cung cấp thương mại hàng đầu, đáng tin cậy cho các mạch tích hợp quan trọng được sử dụng trong máy móc tình báo, vũ khí và quốc phòng nhạy cảm. Lần đầu tiên họ ký hợp đồng 10 năm với IBM để trở thành nhà cung cấp duy nhất. Hai fabs ở East Fishkill, NY và Burlington, VT sẽ xử lý các công việc sản xuất này. Chính phủ có quyền truy cập vào tất cả các thư viện thương mại và IP của IBM với giá thương mại. Sau đó, vào năm 2014, GlobalFoundries thông báo rằng họ sẽ mua lại hai xưởng đúc của IBM theo hợp đồng đúc đáng tin cậy. GlobalFoundries thuộc sở hữu đa số của Chính phủ Abu Dhabi. Abu Dhabi không phải là người Mỹ. Ủy ban khét tiếng về đầu tư nước ngoài tại Hoa Kỳ, CFIUS, đã xem xét giao dịch và phê duyệt nó vào tháng 2015 năm XNUMX. Tôi đã đề cập đến CFIUS trong các video về Broadcom và Thanh Hoa Unigroup. Kiểm tra chúng ra. CFIUS đã chấp thuận nhưng rõ ràng đây không phải là giải pháp lý tưởng. Vì vậy, vào năm 2019, các xưởng đúc một lần nữa được bán cho có trụ sở tại Arizona, được giao dịch công khai ON Semiconductor. Đến lúc đó, GlobalFoundries đã rời khỏi lợi thế hàng đầu - ở lại ở mức 12nm và không chuyển sang 7nm. Nanomet không phải là tất cả. Các quy trình đặc biệt có giá trị thực. Và 12nm của GF khá tốt cho hầu hết các trường hợp sử dụng quân sự, ngay cả những trường hợp tương đối tiên tiến. Tôi đồng ý. Nhưng kinh nghiệm cho chúng ta biết rằng cách tiếp cận xưởng đúc đáng tin cậy nguồn duy nhất là không bền vững. Nó cũng không thực tế về mặt tài chính, đặc biệt là ở rìa hàng đầu. Một ước tính năm 2017 của Bộ phận An ninh Quốc gia thuộc Văn phòng Quản lý & Ngân sách cho thấy chính phủ Mỹ sẽ tiêu tốn 100-140 tỷ USD để đưa tất cả các cơ sở chế tạo mà họ cần vào nội bộ. Đó là 20% ngân sách quốc phòng hàng năm. Và nó sẽ chỉ là một khoản đầu tư ban đầu. Chính phủ muốn có quyền truy cập vào các nút tốt hơn và tránh các tình huống như những gì đã xảy ra với ibm fabs. Lần lặp lại tiếp theo của chương trình Trusted Foundry phải đáp ứng điều đó.

Công nhận đáng tin cậy
Khi đã rõ ràng rằng việc dựa vào một fab đáng tin cậy duy nhất sẽ không khắc phục được vấn đề, Bộ Quốc phòng thông qua Hoạt động Vi điện tử Quốc phòng (DMEA) bắt đầu chứng nhận các nhà cung cấp thương mại nếu họ đáp ứng các tiêu chuẩn đáng tin cậy. Ngày nay, có 78 nhà cung cấp với một số hình thức chứng nhận trong chuỗi giá trị bán dẫn từ thiết kế, chế tạo đến đóng gói. Tôi đã thảo luận về một xưởng đúc như vậy trong hồ sơ video của tôi về SkyWater Technologies. Fab Minnesota của SkyWater được công nhận 1A và là fab duy nhất được kiểm soát bởi các nhà đầu tư Mỹ. Chương trình đã xuất hiện được một thời gian, nhưng hầu hết các công ty vi điện tử lớn hơn đã được công nhận. Bảo mật bổ sung, thủ tục giấy tờ, theo dõi lưu ký và các yêu cầu cụ thể khác làm tăng chi phí phục vụ Chính phủ Hoa Kỳ. Hơn nữa, các yêu cầu lỗi thời của chính phủ có nghĩa là các xưởng đúc của họ phải tiếp tục tạo ra cùng một con chip lâu hơn nhiều so với bình thường. Đây là trong khi phần còn lại của thị trường đang chuyển sang điều lớn tiếp theo. Ví dụ, SkyWater vẫn đang chạy với quy trình 65nm, được TSMC giới thiệu lần đầu tiên vào năm 2005. Trở lại khi GlobalFoundries sở hữu hai fabs trong chương trình Trusted Foundry, doanh thu của DoD chiếm 2% tổng doanh thu của họ. Nó chỉ không có ý nghĩa đối với GlobalFoundries để đối phó với tất cả những điều đó chỉ với 2%. Bây giờ, có một bản dựng tuyệt vời từ các cơ sở sản xuất chip trên khắp Hoa Kỳ. TSMC ở Arizona là nổi bật nhất nhưng Intel, GlobalFoundries, Samsung và nhiều hơn nữa đang tham gia vào cuộc vui. Xem xét giọng điệu dân tộc chủ nghĩa mới của ngành công nghiệp, có vẻ như những xưởng đúc này, đặc biệt là Intel, ít nhất sẽ chơi xung quanh với quá trình này. Nhưng liệu các động lực tương tự trong ngành sẽ bắt đầu diễn ra sau đó hay không, đó là điều cần xem xét.

Kết
Tất nhiên những thứ sản xuất này rất quan trọng, và chính phủ nên làm gì đó để giải quyết nó. Các lỗ hổng phần cứng như SPECTRE hoặc MELTDOWN đã nhận được rất nhiều báo chí và đúng như vậy. Đảm bảo rằng các chip tùy chỉnh của chính phủ được bảo mật là vô cùng quan trọng. Nhưng có rất nhiều, rất nhiều cách để thỏa hiệp một con chip. Để kết thúc, tôi có thể cung cấp cho bạn một danh sách không đầy đủ để bạn thức đêm. Thứ nhất, chính phủ vẫn cung cấp rất nhiều chip từ các nguồn thương mại truyền thống. Các lỗ hổng tiềm ẩn có thể được trồng ở đó. Có ai còn nhớ rằng câu chuyện Bloomberg SuperMicro khiến mọi người phát điên như vậy không? Cho dù nó có thực sự xảy ra hay không, rủi ro vẫn tồn tại. Hai. Có rất ít sự chú ý chính thống được trả cho các thỏa hiệp tiềm năng ở giai đoạn thiết kế chip. Chip ngày nay có hàng tỷ bóng bán dẫn. Các nhà thiết kế ngày nay chủ yếu dựa vào phần mềm để thực hiện các thiết kế của họ. Phần mềm nói trên có thể bị thỏa hiệp. Và ba. Sản xuất trên bờ không phải là tất cả, hãy là tất cả. Địa lý trình bày ít rào cản hơn bạn nghĩ. Các lỗ hổng có thể được chèn từ nước ngoài. Người trong cuộc có thể được chuyển sang thực hiện các hoạt động cụ thể. Trusted Foundry là một chương trình thú vị cố gắng giải quyết một vấn đề khó khăn. Nhưng khi thời thế thay đổi, nó cũng sẽ phải tiếp tục thay đổi và mở rộng để theo kịp.