Tahimik na mga parusa sa gallium, nagbibigay sa China ng bentahe sa GaN laban sa mga sandata ng US

Parada sa Beijing at tahimik na pagbabago sa semiconductor

Maaaring ituon ng palabas ng parada-militar sa Beijing ang pansin sa mga bagong misil, drone, at nakabaluting sasakyan. Ngunit hindi sa parada naganap ang pinakamahalagang pag-unlad ngayong taon. Nasa isang ulat ito ng Institute of Physics ng Chinese Academy of Sciences, na nagsabing napaunlad na ng China ang teknolohiya ng gallium nitride semiconductor at inilalapat ito sa iba’t ibang sistemang militar sa bilis na hirap sabayan ng mga karibal. Inilalarawan ng ulat ang mga kontrol ng China sa pagluluwas ng mahahalagang sangkap hindi bilang hakbang na agad-agad nakakakuha ng atensyon, kundi bilang mabagal na taktika ng panggigipit na pumipigil sa mga kakompetensya habang pinalalawak ng China ang mga programa nito sa loob ng bansa.

Ang gallium nitride, na madalas paikliing GaN, ang pangunahing materyal sa likod ng bagong henerasyon ng mga elektronikong kagamitang militar. China ang gumagawa ng halos lahat ng pangunahing gallium feedstock na ginagamit sa mga GaN device, at pinahigpit nito ang mga patakaran sa pagluluwas ng gallium at ng kaugnay na elementong germanium. Inilalarawan ng mga analista ang epekto nito bilang tahimik na parusa, dahil hindi nito tuwirang pinapangalanan ang mga kompanya ng depensa ng US ngunit nililimitahan nito ang kanilang akses sa mahahalagang materyales. Ang resulta, ayon sa mga mananaliksik na Tsino, ay umuusbong na agwat ng henerasyon sa mga phased-array radar at kagamitang electronic warfare.

Binigyang-diin ng Institute of Physics sa bagong inilabas nitong pagtatasa kung paanong nagtatagpo ang patakaran sa materyales at pag-unlad sa teknolohiya.

Isinulat ng Institute na nasa likod ng mga kamakailang pag-unlad ang isang di-nakikitang hibla ng pag-unlad sa semiconductor, at idinagdag na nasa hustong antas na ang teknolohiya ng GaN-based semiconductor ng China.

Mahalaga ang antas na ito ng pag-unlad dahil maaari itong direktang humantong sa mga radar na mas malayo ang abot, mas matitibay na jammer, mas siksik na guidance seeker, at mas mahusay na pamamahala ng kuryente sa mga sistemang pangkombat. Nagiging panimbang din ito sa negosasyon. Kapag sinikipan ng pangunahing pinagmumulan ng isang sangkap ang suplay, bumabagal o nagiging mas magastos ang mga programang umaasa rito.

Bakit binabago ng gallium nitride ang mga radar at misil

Kabilang ang GaN sa klase ng mga semiconductor na tinatawag na wide-bandgap. Kung ihahambing sa tradisyonal na silicon, kayang gumana ng GaN sa mas matataas na boltahe at temperatura, humawak ng mas malaking lakas kada yunit ng lawak, at lumipat nang mas mabilis. Dahil sa mga katangiang ito, mainam ito para sa mga radio-frequency amplifier at power electronics. Sa isang radar, tinutulungan ng GaN ang bawat transmit-and-receive module na magpadala ng mas malalakas na signal nang hindi umiinit nang sobra, saka mabilis na makinig sa mahihinang balik na signal. Sa isang guidance seeker, napapanatili nito ang kakayahan laban sa jamming habang kasya sa masikip na dulo ng misil.

Mula silicon tungo sa gallium nitride

Sa loob ng ilang dekada, umasa ang maraming radar ng militar sa gallium arsenide o mga high-end silicon device. Napatunayan na ng mga materyales na ito ang kakayahan nila, ngunit mas pinalalawak pa ng GaN ang saklaw ng pagganap. Kayang gumawa ng mga inhinyero ng mga array na mas maraming elemento ang kasya sa parehong espasyo at patakbuhin ang mga ito nang mas matindi. Pinalalawak nito ang distansya ng pagtuklas, pinahuhusay ang resistensya sa interference, at nagbibigay-daan sa sabayang paggamit ng maraming mode. Mahalaga rin ang teknolohiyang ito sa conversion ng kuryente sa mga barko at sasakyang panghimpapawid, kung saan nababawasan ng mas mataas na efficiency ang init at bigat, na kapwa napakahalaga sa mga platapormang pangkombat.

Mayroon nang mahahalagang sistemang GaN-based ang US, kabilang ang AN/SPY 6 ng Navy at AN/TPS 80 G/ATOR ng Marine Corps. Ayon sa mga mananaliksik na Tsino at media ng estado, naipasok na ng China ang GaN sa malawakang produksyon para sa mga eroplanong pangmaagang babala, baterya ng panlaban-himpapawid, at radar ng fighter jet. Kung tumpak ito, hindi lang pag-unlad sa disenyo ng device ang ipinahihiwatig nito kundi pati ang matatag na akses sa upstream gallium na kailangan para magawa ang mga device na iyon.

Mula sa paglilisensya tungo sa naka-target na pagbabawal

Nagsimula ang unang hakbang ng Beijing noong Hulyo 2023, nang ipataw ng Commerce Ministry ang sistemang paglilisensya sa pagluluwas ng gallium at germanium. Opisyal na ginawa ito para sa pambansang seguridad. Sumunod din ito sa sunod-sunod na kontrol ng US sa mga advanced chip at kagamitan sa paggawa ng chip na nakalaan para sa China. Noong Disyembre 2024, pinalawak ng China ang hakbang sa pamamagitan ng pagbabawal sa pagluluwas ng gallium, germanium, at antimony sa merkado ng US habang hinihigpitan ang pagsusuri sa mga kaugnay na produkto. Mahahalagang sangkap ang mga mineral na ito sa mga semiconductor, infrared sensor, fiber optic, solar cell, baterya, at bala.

Ipinakikita ng datos sa kalakalan at presyo ang mga epekto nito. Bumagsak ang mga padala ng gallium mula China matapos ipatupad ang mga patakaran noong 2023. Halos dumoble ang mga presyo sa Europa sa loob ng isang taon habang nagmamadaling humanap ng suplay ang mga mamimili. Nahirapan din ang suplay ng germanium. Sumirit ang presyo ng antimony. Kasabay nito, nanatiling pangunahing pinagmumulan ng primary gallium ang China, at lubos na umaasa sa feedstock na Tsino ang mga mamimili sa US at mga kaalyado nito kahit bumibili sila sa pamamagitan ng mga ikatlong bansa.

Sa aktuwal, hindi agad naputol ang daloy. Ipinakikita ng pagsusuri sa datos ng kalakalan noong 2024 na kabilang pa rin sa mga inaangkat ng US na germanium at gallium ang materyales na nagmula sa China at malamang na dumaan sa mga ikatlong bansa. Itinuturo ng mga analista ang Belgium bilang mahalagang sentro ng muling pagluluwas ng germanium. Lumawak ang pangalawang produksyon ng gallium sa mga lugar gaya ng Canada at Germany, samantalang umasa ang Japan sa pagpino at pagre-recycle upang maibsan ang dagok. Mabagal na paghihigpit, sa halip na ganap na pagkaputol, ang ipinakikita ng sitwasyon, habang tumataas ang mga gastos at humahaba ang mga lead time sa buong supply chain.

Lumalawak na agwat sa mga elektronikong kagamitang militar

Ipinaglalaban ng ulat ng Chinese Academy of Sciences, na inulit din ng media ng China, na naisalin ang impluwensyang ito sa materyales tungo sa mas mabilis na paglalagay sa serbisyo ng mga GaN-based radar, seeker, at jammer sa iba’t ibang sangay ng People’s Liberation Army. Itinatampok ng mga ulat ang mga phased-array radar sa mga platapormang pangmaagang babala sa himpapawid gaya ng KJ 500A at mga advanced radar na iniuugnay sa programa ng J 20. May ilang ulat ding bumabanggit sa mga GaN seeker sa mga long-range air-to-air missile at sa mas malawak na paggamit ng mga ito sa mga sistemang panlaban-himpapawid. Limitado ang independiyenteng pagkumpirma sa bawat plataporma, ngunit kapani-paniwala ang kalakaran tungo sa mas malawak na paggamit ng GaN batay sa lawak ng industriya ng China.

Hindi na bago sa US ang GaN. Sentro ng bagong arkitektura ng radar para sa mga destroyer ang pamilya ng AN/SPY 6. Dinadala ng G/ATOR ng Marines ang kakayahan ng GaN sa mga expeditionary unit. Isinusulong naman ng mga programa ng Air Force at Army ang GaN para sa electronic warfare at missile defense. Ayon sa mga sanggaling Tsino, ang kaibahan ay ang bilis ng paglalagay nito sa serbisyo sa lahat ng sangay at ang presyur sa gastos na dulot ng kakulangan ng gallium.

Binigyang-diin sa isang pag-aaral ng Center for Strategic and International Studies kung gaano kalalim ang pagdepende ng mga elektronikong kagamitan sa depensa ng US sa gallium.

Binanggit sa pagsusuri na mahahalagang sangkap sa mga advanced na sistemang pangdepensa ng US ang mga compound ng gallium, kabilang ang radar na AN/SPY 6 ng Navy at radar na AN/TPS 80 G/ATOR ng Marine Corps, at idinagdag na lalo pang ginagamit ang mga materyales na ito sa mga advanced na microelectronics.

Hindi lamang US ang umaasa sa mga ito. Magkakatulad ang pangangailangan ng maraming sistemang ginagamit ng mga kaalyado nito. Kung masisiguro ng China ang sapat na gallium para sa mga programang GaN nito sa loob ng bansa habang pinatataas ang gastos at kawalang-katiyakan para sa mga dayuhang mamimili, maaaring lumipat ang balanse ng bilis ng paglalagay sa serbisyo pabor dito. Ito ang buod ng pahayag tungkol sa agwat ng henerasyon. Hindi ito gaanong tungkol sa iisang kahanga-hangang device kundi sa dami ng array, seeker, at power module na naihahatid sa mga yunit bawat taon.

Paano umaangkop ang Washington at mga kaalyado nito

Magkahanay ang mga hakbang ng mga opisyal at lider ng industriya sa US. Isa rito ang pagtiyak ng mas maraming mapagkukunan ng gallium at germanium sa labas ng China sa pamamagitan ng pagmimina, pagpino, at pagre-recycle. Ang isa pa ay pagbabawas ng pagdepende sa mga ito sa pamamagitan ng pamumuhunan sa mga susunod na henerasyon ng materyales na maaaring makipagsabayan o makahigit pa sa GaN sa ilang gamit.

Sa larangan ng materyales, inatasan ng Pentagon ang Raytheon, sa pamamagitan ng isang proyekto ng Defense Advanced Research Projects Agency, na bumuo ng mga device na gawa sa sintetikong diyamante at aluminum nitride para sa high-power at high-frequency na elektronikong kagamitan. Mas malapad ang bandgap ng mga materyales na ito kaysa sa GaN at maaari silang maghatid ng mas mataas pang pagganap kung malulutas ng mga siyentista ang mga hamon sa produksyon at mapalawak ang paggawa ng mga ito sa mas malalaking wafer.

Sinabi ni Colin Whelan, na namumuno sa Advanced Technology sa Raytheon, na mahalagang hakbang ito sa teknolohiya ng semiconductor. Idinagdag niyang ginagamit ng pangkat ang karanasan nito sa mga katulad na materyales sa mga sistemang pangdepensa upang maisulong ang paggamit ng diyamante at aluminum nitride sa mga sensor at komunikasyon sa hinaharap.

Kumikilos din ang mga kaalyado. Nag-uugnayan ang Australia, Japan, India, South Korea, at US hinggil sa mahahalagang mineral sa mga pangkat gaya ng Quad at Indo Pacific Economic Framework. Naglunsad ang US Export Import Bank ng mga instrumentong pinansyal upang makatulong sa pagtatayo ng mga minahan at pasilidad sa pagproseso sa ibang bansa na hindi kontrolado ng China. Maraming paraan ang Japan upang makakuha ng gallium sa pamamagitan ng pagpino, pagre-recycle, at pangunahing produksyon na kaugnay ng pagproseso ng zinc, kaya mas matatag ito kumpara sa iba. Sinuri ng Germany ang posibilidad na muling simulan ang pangunahing produksyon ng gallium, samantalang pinalawak naman ng Canada at iba pang bansa ang pangalawang produksyon.

Gayunman, mahirap ang panimulang kalagayan. Tinataya sa isang kamakailang pagtatasa ng CSIS na kontrolado ng China ang napakalaking bahagi ng suplay ng primary gallium. Pinaghigpitan din ng China ang pagluluwas ng ilang teknolohiya sa pagkuha ng mineral na kailangan ng mga katunggaling prodyuser. Nangangahulugan itong maaaring hindi sapat ang galaw ng mga presyo sa merkado upang mabilis na mapalawak ang kapasidad. Isinasaalang-alang ng mga tagapagpatupad ng patakaran sa Washington at mga kabiserang katuwang nito ang pag-iimbak ng reserba, magkasanib na pagbili, at naka-target na pamumuhunan upang mapunan ang kakulangan habang pinalalawak ng mga pribadong kompanya ang pagre-recycle at pagbawi ng materyales sa mga smelter.

Binigyang-pansin ng US Geological Survey ang mga panganib sa ekonomiya. Ipinahihiwatig ng mga pagtataya nito na maaaring matarik ang pagtaas ng presyo ng gallium at mabawasan nang mahigit tatlong bilyong dolyar ang gross domestic product ng US kung sasabayan ng pagbabawal sa germanium ang ganap na pagkaputol ng suplay. Walang reserbang gallium na iniimbak ng pamahalaan ng US. Kung palalawakin ng China ang naka-target na pagbabawal at ipatutupad ito laban sa muling pagluluwas sa pamamagitan ng mga ikatlong bansa, maaaring lumala ang mga pagkaantala hanggang sa mapalawak ang alternatibong suplay.

Ano talaga ang ipinakikita ng datos sa supply chain

Nagpapakita ng masalimuot na larawan ang datos ng kalakalan hanggang 2024. Ipinakikita ng opisyal na estadistika ng China ang matinding pagbaba sa pagluluwas ng gallium at germanium sa US matapos simulan ang paglilisensya, at pagkatapos ay wala nang direktang padala nang ipatupad ang naka-target na pagbabawal. Nagtala pa rin ang datos ng US ng mga inaangkat na nagmula sa China. Pinakamainam itong maipapaliwanag ng muling pagluluwas sa pamamagitan ng mga bansang gaya ng Belgium para sa germanium, at ng pangalawang produksyon at muling pagproseso ng Chinese feedstock sa mga lugar gaya ng Germany at Canada para sa gallium. Ilang taon nang hindi gumagawa ang Germany ng primary gallium ngunit malaking bahagi pa rin ng mga inaangkat ng US ang nagmula rito, na isa pang palatandaan ng muling pagluluwas.

Pinatutunayan ng galaw ng presyo ang paghihigpit ng suplay. Iniulat ng mga mamimili sa Europa na halos dumoble ang presyo ng gallium sa loob ng isang taon mula nang unang ipatupad ang mga kontrol. Pabagu-bago ang suplay ng germanium, at nagbabala ang ilang industriyal na gumagamit tungkol sa panganib na maubos ang kanilang imbentaryo. Mabilis na tumaas ang presyo ng antimony matapos ang hakbang noong Disyembre 2024. Nagpapataas ang mga pagbabagong ito sa gastos ng mga radar module, infrared sensor, at eksaktong pagmamanupaktura, at maaaring magpaantala ng mga proyekto habang naghahanap ng materyales ang mga pangkat sa pagbili.

Nakadepende ang magiging kalagayan sa dalawang salik. Una ang tindi ng pagpapatupad ng China laban sa muling pagluluwas at sa mga kaugnay na produkto gaya ng mga resin sa pagkuha ng mineral at processing kit. Ikalawa ang bilis ng mga prodyuser na kaalyado ng US sa pag-angkop ng mga refinery, pagtatayo ng mga bagong linya sa pagbawi ng materyales sa mga smelter, at pagpapalawak ng pagre-recycle. Nasa papel na ang ilang proyekto at nagsimula na rin ang iba, ngunit tumatagal nang maraming siklo ng badyet ang mga ito. Hangga’t hindi pa gumagana ang mga pasilidad na ito, maaaring makaapekto sa presyo at takdang-panahon kahit maliliit na pagbabago sa paglilisensya ng China.

Mga senyas mula Beijing at Washington

Unti-unting ginagawang normal ng Beijing ang paggamit ng mga patakaran sa kalakalan at kontrol sa pagluluwas bilang mga kasangkapan ng pamamahala ng estado. Nagpakilala ito ng pormal na balangkas para sa mga parusa, iginiit ang pagmamay-ari ng estado sa mga estratehikong larangan ng mineral, at pinaghigpitan ang pagluluwas ng ilang teknolohiya sa pagproseso ng rare earth. Kasunod ang mga hakbang na ito ng mga naunang di-pormal na taktika at ipinakikita ang kahandaang gamitin ang mga lokal na kapangyarihan upang hubugin ang pandaigdigang suplay sa mga larangang may kalamangan ang China.

Tumugon ang Washington sa pamamagitan ng mas mahigpit na kontrol sa akses ng China sa mga advanced na chip at kagamitan, pagdaragdag ng mga entidad sa mga listahan ng pinaghihigpitan, at pagsisikap na pag-ibahin ang mga supply chain. Bumuo ang mga kaalyado ng mga network para sa maagang babala sa mga pagkaantala ng suplay ng mineral at nag-ugnay ng mga plano sa logistik upang manatiling tuluy-tuloy ang daloy ng mahahalagang sangkap kapag may krisis.

Ipinaliwanag ng mga eksperto sa teknolohiyang pangdepensa kung bakit mahalaga ang lahat ng ito sa larangan ng digmaan. Nasa ubod ng mga radar, komunikasyon, at power electronics na nagtatakda sa modernong labanan ang GaN at mga kaugnay na materyales.

Simple ang paliwanag ni Dr. Fabian Villalobos, isang senior engineer sa Rand: Mahalaga ang mga ito.

Naipapaliwanag ng pahayag na iyon ang pagkaapurahan sa magkabilang panig. Nagmamadali ang China na gawing mga sistemang ginagamit sa aktuwal na operasyon ang pangingibabaw nito sa mga materyales. Nagmamadali naman ang US at mga katuwang nito na palawakin ang suplay at pagandahin ang mga plataporma gamit ang mga device na matipid sa kuryente, matibay sa init, at eksaktong kumokontrol sa mga radio wave. Hindi gaanong nasusukat ang paligsahan sa iisang anunsyo kundi sa iskedyul ng paghahatid, dami ng mga yunit, at dalas ng pagpapalit ng mga maintenance crew sa lumang module ng mga piyesang GaN.

Mahahalagang Punto

• Ayon sa ulat ng Chinese Academy of Sciences, nasa hustong antas na ang teknolohiya ng GaN ng China at ginagamit na sa iba’t ibang platapormang militar.
• Mula sa mga kontrol sa paglilisensya noong 2023, umabot ang Beijing sa pagbabawal noong 2024 sa mga pagluluwas ng gallium, germanium, at antimony na nakalaan para sa US.
• Nangunguna ang China sa suplay ng primary gallium, habang nakapokus din sa iilang lugar ang produksyon ng germanium, na nagpapataas sa presyo at nagpapahaba sa mga lead time para sa mga mamimili.
• Gumagamit na ng GaN ang mga sistemang pangdepensa ng US gaya ng AN/SPY 6 at G/ATOR, ngunit inaangkin ng mga sanggaling Tsino na mas mabilis at mas malawak itong ipinapatupad sa buong PLA.
• Ipinahihiwatig ng datos ng kalakalan na patuloy ang muling pagluluwas sa pamamagitan ng mga ikatlong bansa, kaya nababawasan ang agarang dagok ngunit tumataas ang gastos at kawalang-katiyakan.
• Inatasan ng DARPA ang Raytheon na gumawa ng mga device na diyamante at aluminum nitride upang mabawasan ang pagdepende sa gallium, habang namumuhunan ang mga kaalyado sa suplay mula sa labas ng China.
• Tinataya ng USGS na maaaring lumiit nang humigit-kumulang 3.4 bilyong dolyar ang GDP ng US kapag tuluyang naputol ang suplay, at wala itong nakaimbak na reserbang gallium.
• Depende ang susunod na yugto sa pagpapatupad ng China laban sa muling pagluluwas at sa bilis ng mga proyekto ng mga kaalyado na magpalawak sa pagpino, pagbawi, at pagre-recycle.