Sekatan senyap terhadap galium memberi China kelebihan GaN dalam persenjataan berbanding AS

Perarakan di Beijing dan peralihan senyap dalam semikonduktor

Tontonan perarakan tentera di Beijing boleh mengalihkan perhatian kepada peluru berpandu, dron dan kenderaan berperisai baharu. Namun, perkembangan paling penting tahun ini bukan berlaku di medan perarakan. Sebaliknya, ia terkandung dalam laporan Institut Fizik di Akademi Sains China, yang berhujah bahawa China telah mematangkan teknologi semikonduktor galium nitrida dan menggunakannya merentas sistem ketenteraan pada kadar yang sukar ditandingi pesaing. Laporan itu menggambarkan kawalan eksport China terhadap input utama bukan sebagai langkah yang mencuri tumpuan, tetapi sebagai taktik tekanan beransur-ansur yang mengekang pesaing sementara program China berkembang di dalam negara.

Galium nitrida, yang sering disingkatkan sebagai GaN, ialah bahan utama di sebalik gelombang baharu elektronik ketenteraan. China menghasilkan hampir semua bahan suapan galium primer yang digunakan untuk membuat peranti GaN, dan telah mengetatkan peraturan eksport galium serta unsur berkaitan, germanium. Penganalisis menyifatkan kesannya sebagai sekatan senyap kerana langkah itu tidak menyasarkan syarikat pertahanan AS tertentu secara khusus, namun tetap mengehadkan akses mereka kepada bahan penting. Menurut penyelidik China, kesannya ialah jurang generasi yang semakin ketara dalam radar tatasusunan berfasa dan perkakasan peperangan elektronik.

Dalam penilaian yang baru diterbitkan, Institut Fizik menekankan hubungan antara dasar bahan dan kemajuan teknologi.

Institut itu menulis bahawa di sebalik kemajuan terkini terdapat perkembangan semikonduktor yang tersembunyi, sambil menambah bahawa teknologi semikonduktor berasaskan GaN China telah mencapai tahap matang.

Kematangan itu penting kerana ia boleh diterjemahkan secara langsung kepada radar jarak jauh, pengganggu isyarat yang lebih tahan lasak, pencari panduan yang lebih kompak dan pengurusan kuasa yang lebih baik dalam sistem tempur. Ia juga menjadi sumber pengaruh. Apabila sumber utama sesuatu input mengetatkan bekalan, program yang bergantung padanya akan menjadi perlahan atau lebih mahal.

Mengapa galium nitrida mengubah radar dan peluru berpandu

GaN tergolong dalam kelas semikonduktor yang dikenali sebagai semikonduktor jurang jalur lebar. Berbanding silikon tradisional, GaN boleh beroperasi pada voltan dan suhu lebih tinggi, mengendalikan lebih banyak kuasa bagi setiap unit kawasan dan bertukar dengan lebih pantas. Ciri-ciri ini menjadikannya sesuai untuk penguat frekuensi radio dan elektronik kuasa. Dalam radar, GaN membantu setiap modul pemancar dan penerima menghantar isyarat lebih kuat tanpa menjadi terlalu panas, kemudian mengesan pantulan lemah dengan pantas. Dalam pencari panduan, bahan ini mengekalkan prestasi ketika berdepan gangguan sambil muat dalam kon hidung yang sempit.

Daripada silikon kepada galium nitrida

Selama beberapa dekad, banyak radar ketenteraan bergantung pada galium arsenida atau peranti silikon berprestasi tinggi. Bahan-bahan itu terbukti berkesan, tetapi GaN meluaskan keupayaan lebih jauh. Jurutera boleh membina tatasusunan dengan lebih banyak elemen dalam ruang yang sama dan mengoperasikannya pada kuasa lebih tinggi, sekali gus meluaskan jarak pengesanan, meningkatkan ketahanan terhadap gangguan dan menyokong beberapa mod serentak. Teknologi ini juga penting untuk penukaran kuasa pada kapal dan pesawat, apabila kecekapan lebih tinggi mengurangkan haba dan berat, dua perkara yang amat berharga dalam platform tempur.

AS sudah menggunakan sistem utama berasaskan GaN, termasuk AN/SPY 6 Tentera Laut dan AN/TPS 80 G/ATOR Kor Marin. Penyelidik China dan media kerajaan mengatakan China telah memulakan pengeluaran GaN secara besar-besaran untuk pesawat amaran awal udara, bateri pertahanan udara dan radar jet pejuang. Jika dakwaan itu tepat, ia menunjukkan bukan sahaja kemajuan dalam reka bentuk peranti, malah akses terjamin kepada galium di peringkat huluan yang membolehkan peranti tersebut dihasilkan.

Daripada pelesenan kepada larangan bersasar

Langkah pertama Beijing dibuat pada Julai 2023, apabila Kementerian Perdagangan mengenakan keperluan lesen eksport bagi galium dan germanium. Secara rasmi, langkah itu dibuat atas alasan keselamatan negara. Ia juga menyusuli beberapa siri kawalan AS terhadap cip canggih dan peralatan pembuatan cip yang dihantar ke China. Pada Disember 2024, China meningkatkan tekanan dengan melarang eksport galium, germanium dan antimoni ke pasaran AS, sambil mengetatkan semakan terhadap barangan berkaitan. Mineral-mineral itu penting untuk semikonduktor, sensor inframerah, gentian optik, sel solar, bateri dan peluru.

Data perdagangan dan harga menunjukkan kesannya. Penghantaran galium dari China merosot selepas peraturan 2023 diperkenalkan. Harga di Eropah hampir berganda dalam tempoh setahun apabila pembeli berlumba-lumba mendapatkan bekalan. Bekalan germanium turut mengetat, manakala harga antimoni melonjak. Pada masa yang sama, China kekal sebagai sumber utama galium primer, dengan pembeli AS dan negara sekutu sangat bergantung pada bahan suapan China walaupun pembelian dibuat melalui negara ketiga.

Dalam praktiknya, aliran bekalan tidak terhenti serta-merta. Semakan terhadap data perdagangan 2024 menunjukkan import germanium dan galium AS masih merangkumi bahan yang berasal dari China, yang berkemungkinan dihantar melalui negara ketiga. Penganalisis menyebut Belgium sebagai hab utama eksport semula germanium. Pengeluaran galium sekunder meningkat di tempat seperti Kanada dan Jerman, manakala Jepun bergantung pada penapisan dan kitar semula untuk mengurangkan kesan kejutan itu. Gambaran keseluruhannya ialah bekalan diketatkan secara beransur-ansur, bukannya diputuskan sepenuhnya, dengan peningkatan kos dan tempoh menunggu yang lebih lama menjejaskan seluruh rantaian.

Jurang elektronik ketenteraan semakin melebar

Laporan Akademi Sains China, yang turut dipetik media China, berhujah bahawa pengaruh terhadap bekalan bahan ini telah diterjemahkan kepada penggunaan radar, pencari panduan dan pengganggu isyarat berasaskan GaN yang lebih pantas merentas Tentera Pembebasan Rakyat. Laporan itu menonjolkan radar tatasusunan berfasa pada platform amaran awal udara seperti KJ 500A serta sistem canggih yang dikaitkan dengan program J 20. Sesetengah laporan turut menyebut pencari panduan GaN pada peluru berpandu udara ke udara jarak jauh dan penggunaannya yang semakin meluas dalam sistem pertahanan udara. Pengesahan bebas bagi setiap platform masih terhad, namun trend penggunaan GaN yang lebih meluas kelihatan munasabah berdasarkan jejak perindustrian China.

AS bukanlah asing dengan GaN. Keluarga AN/SPY 6 menjadi teras seni bina radar baharu bagi kapal pemusnah. G/ATOR Kor Marin membawa prestasi GaN kepada unit ekspedisi. Program Tentera Udara dan Tentera Darat pula mengembangkan penggunaan GaN untuk peperangan elektronik dan pertahanan peluru berpandu. Menurut sumber China, perbezaannya terletak pada kadar penggunaan merentas semua cabang perkhidmatan serta tekanan kos akibat kekurangan galium.

Satu kajian oleh Pusat Kajian Strategik dan Antarabangsa (CSIS) mengetengahkan betapa pentingnya galium dalam elektronik pertahanan AS.

Analisis itu menyatakan bahawa sebatian galium ialah input utama bagi sistem pertahanan AS yang canggih, dengan menyebut radar AN/SPY 6 Tentera Laut dan radar AN/TPS 80 G/ATOR Kor Marin, serta menambah bahawa bahan-bahan ini semakin banyak digunakan dalam mikroelektronik canggih.

Kebergantungan itu bukan hanya dialami AS. Banyak sistem negara sekutu mempunyai keperluan serupa. Jika China dapat memastikan bekalan galium yang mencukupi untuk program GaN dalam negara, sambil meningkatkan kos dan ketidaktentuan bagi pembeli asing, imbangan dari segi kelajuan penggunaan mungkin memihak kepadanya. Inilah inti dakwaan tentang jurang generasi tersebut. Isunya bukan satu peranti luar biasa, tetapi jumlah tatasusunan, pencari panduan dan modul kuasa yang diterima unit tentera setiap tahun.

Usaha Washington dan sekutu untuk menyesuaikan diri

Para pegawai AS dan pemimpin industri sedang mengusahakan beberapa langkah serentak. Satu langkah ialah mendapatkan lebih banyak sumber galium dan germanium di luar China melalui perlombongan, penapisan dan kitar semula. Langkah yang lain ialah mengurangkan kebergantungan dengan melabur dalam bahan generasi seterusnya yang berpotensi menyamai atau mengatasi GaN dalam peranan tertentu.

Dalam bidang bahan, Pentagon melibatkan Raytheon melalui usaha Agensi Projek Penyelidikan Lanjutan Pertahanan (DARPA) untuk membangunkan peranti berlian sintetik dan aluminium nitrida bagi elektronik berkuasa tinggi dan frekuensi tinggi. Bahan-bahan ini mempunyai jurang jalur yang lebih lebar berbanding GaN dan berpotensi memberikan prestasi lebih tinggi jika saintis dapat mengatasi cabaran pengeluaran dan menghasilkannya pada wafer yang lebih besar.

Colin Whelan, yang mengetuai Teknologi Lanjutan di Raytheon, berkata usaha itu merupakan langkah penting dalam teknologi semikonduktor. Beliau menambah bahawa pasukannya menggunakan pengalaman dengan bahan serupa dalam sistem pertahanan untuk membangunkan berlian dan aluminium nitrida bagi sensor dan komunikasi masa hadapan.

Negara sekutu juga sedang mengambil langkah. Australia, Jepun, India, Korea Selatan dan AS menyelaras usaha berkaitan mineral kritikal dalam kerangka seperti Quad dan Kerangka Ekonomi Indo-Pasifik. Bank Eksport-Import AS melancarkan instrumen pembiayaan bagi membantu membangunkan pusat perlombongan dan pemprosesan di luar negara yang tidak terdedah kepada kawalan China. Jepun mempunyai beberapa saluran bekalan galium melalui penapisan, kitar semula dan pengeluaran primer yang berkait dengan pemprosesan zink, menjadikannya agak berdaya tahan. Jerman sedang mengkaji kemungkinan memulakan semula pengeluaran galium primer, manakala Kanada dan negara lain meningkatkan pengeluaran sekunder.

Namun begitu, titik permulaannya mencabar. Penilaian CSIS baru-baru ini menganggarkan China mengawal sebahagian besar bekalan galium primer. China juga telah mengehadkan eksport teknologi pengekstrakan tertentu yang diperlukan pengeluar pesaing. Ini bermakna harga pasaran sahaja mungkin tidak mencukupi untuk mempercepat pengembangan kapasiti baharu. Penggubal dasar di Washington dan ibu negara rakan sekutunya sedang mempertimbangkan penyimpanan stok, perolehan bersama dan pelaburan bersasar untuk merapatkan jurang sementara syarikat swasta mengembangkan kitar semula dan pemulihan bahan di loji peleburan.

U.S. Geological Survey (USGS) telah menekankan kepentingan ekonominya. Anggaran badan itu menunjukkan bahawa pemutusan bekalan sepenuhnya boleh melonjakkan harga galium dengan ketara dan mengurangkan keluaran dalam negara kasar AS lebih daripada tiga bilion dolar jika digabungkan dengan larangan germanium. AS tidak menyimpan stok galium milik kerajaan. Jika China beralih daripada larangan bersasar kepada penguatkuasaan terhadap eksport semula melalui negara ketiga, gangguan boleh menjadi lebih teruk sehingga sumber alternatif mencapai skala yang diperlukan.

Petunjuk sebenar daripada data rantaian bekalan

Data perdagangan sehingga 2024 memberikan gambaran yang lebih bernuansa. Statistik rasmi China menunjukkan eksport galium dan germanium ke AS merosot mendadak selepas pelesenan bermula, kemudian tiada penghantaran langsung selepas larangan bersasar dikuatkuasakan. Data AS masih merekodkan import yang berasal dari China; jurang ini paling baik dijelaskan oleh eksport semula melalui negara seperti Belgium bagi germanium serta pengeluaran sekunder dan pemprosesan semula bahan suapan China di tempat seperti Jerman dan Kanada bagi galium. Jerman sudah bertahun-tahun tidak menghasilkan galium primer, namun masih menyumbang bahagian yang ketara dalam import AS, satu lagi petunjuk dinamik eksport semula.

Pergerakan harga mengesahkan bekalan semakin ketat. Pembeli Eropah melaporkan harga galium hampir berganda dalam tempoh setahun selepas kawalan awal diperkenalkan. Bekalan germanium menjadi tidak menentu, dengan beberapa pengguna industri memberi amaran tentang risiko kehabisan stok. Harga antimoni meningkat dengan cepat selepas tindakan pada Disember 2024. Perubahan ini menaikkan kos modul radar, sensor inframerah dan pembuatan berketepatan tinggi, selain berpotensi melambatkan projek apabila pasukan perolehan terpaksa memburu bahan.

Prospek bergantung pada dua faktor. Pertama, sejauh mana China menguatkuasakan sekatan terhadap eksport semula dan barangan sampingan seperti resin pengekstrakan dan kit pemprosesan. Kedua, seberapa pantas pengeluar negara sekutu dapat mengubah suai loji penapisan, membina barisan pemulihan baharu di loji peleburan dan memperluas kitar semula. Projek sudah dirancang dan sebahagiannya telah dimulakan, tetapi tempoh pelaksanaannya merangkumi beberapa kitaran belanjawan. Sehingga pusat-pusat ini mula beroperasi, perubahan kecil dalam pelesenan China pun boleh mempengaruhi harga dan jadual pengeluaran.

Isyarat dari Beijing dan Washington

Beijing secara beransur-ansur menjadikan penggunaan peraturan perdagangan dan kawalan eksport sebagai instrumen dasar negara. China memperkenalkan kerangka sekatan rasmi, menegaskan pemilikan negara dalam sektor mineral strategik dan menyekat eksport teknologi pemprosesan nadir bumi tertentu. Langkah-langkah ini menyusuli taktik tidak rasmi terdahulu dan menunjukkan kesediaan menggunakan instrumen dalam negara untuk membentuk bekalan global dalam bidang yang memberikan kelebihan kepada China.

Washington membalas dengan mengetatkan kawalan terhadap akses China kepada cip dan peralatan canggih, menambah lebih banyak entiti ke dalam senarai sekatan serta berusaha mempelbagaikan rantaian bekalan. Negara sekutu telah mewujudkan rangkaian amaran awal bagi gangguan bekalan mineral dan menghubungkan rancangan logistik untuk memastikan input kritikal terus mengalir ketika berlaku kejutan.

Pakar teknologi pertahanan menegaskan kepentingan semua ini di medan perang. GaN dan bahan berkaitan menjadi teras radar, komunikasi dan elektronik kuasa yang menentukan keupayaan tempur moden.

Dr. Fabian Villalobos, jurutera kanan di Rand, menyatakannya secara ringkas: Bahan-bahan ini amat penting.

Kenyataan itu membantu menjelaskan desakan kedua-dua pihak. China berlumba-lumba menukar penguasaan bahan kepada sistem yang digunakan di lapangan. AS dan rakan-rakannya pula berlumba-lumba meluaskan bekalan dan menaik taraf platform dengan peranti yang menggunakan sedikit kuasa, tahan haba dan mengarah gelombang radio dengan tepat. Persaingan ini lebih banyak diukur melalui jadual penghantaran, jumlah unit dan kekerapan kru penyelenggaraan menggantikan modul lama dengan komponen GaN, berbanding satu pengumuman tunggal.

Perkara Utama

• Laporan Akademi Sains China menyatakan teknologi GaN China telah mencapai tahap matang dan sedang digunakan merentas platform ketenteraan.
• Beijing beralih daripada kawalan pelesenan pada 2023 kepada larangan eksport galium, germanium dan antimoni ke AS pada 2024.
• China menguasai bekalan galium primer, manakala pengeluaran germanium juga tertumpu di beberapa negara, sekali gus mendorong lonjakan harga dan tempoh menunggu yang panjang bagi pembeli.
• Sistem pertahanan AS seperti AN/SPY 6 dan G/ATOR sudah menggunakan GaN, tetapi sumber China mendakwa penggunaannya lebih pantas dan meluas merentas Tentera Pembebasan Rakyat.
• Data perdagangan menunjukkan eksport semula melalui negara ketiga masih berlaku, sekali gus melembutkan kesan serta-merta tetapi menambah kos dan ketidaktentuan.
• DARPA telah menugaskan Raytheon untuk mengusahakan peranti berlian dan aluminium nitrida bagi mengurangkan kebergantungan pada galium, sementara negara sekutu melabur dalam bekalan bukan China.
• USGS menganggarkan pemutusan bekalan sepenuhnya boleh mengurangkan KDNK AS kira-kira 3.4 bilion dolar, dan AS tidak mempunyai stok galium.
• Fasa seterusnya bergantung pada penguatkuasaan China terhadap eksport semula dan kelajuan projek negara sekutu mengembangkan penapisan, pemulihan dan kitar semula.