[مقدمة] في فبراير 2021، وقّع رئيس سيتي غروب، جو بايدن، الأمر التنفيذي رقم 14017، الذي يُلزم حكومته بإجراء مراجعة شاملة لسلاسل التوريد في أربعة مجالات رئيسية، تشمل أشباه الموصلات، وبطاريات الطاقة الجديدة، والمعادن الأرضية النادرة، والمستلزمات الطبية، وذلك لتحديد المخاطر، ومعالجة نقاط الضعف، ووضع استراتيجيات لتعزيز مرونة سلاسل التوريد. عند توقيع الأمر، استشهد بايدن بالمثل القائل: "لعدم وجود مسامير، يُرمى الحذاء. ولعدم وجود أحذية، يضيع الحصان"، وهكذا دواليك. فأدنى خلل في سلسلة التوريد قد يؤثر على سلامة الأمريكيين، ووظائفهم، وعائلاتهم، ومجتمعاتهم. ولتنفيذ هذه المراجعة الشاملة، شكّلت إدارة بايدن فريق عمل داخليًا يضم أكثر من اثنتي عشرة إدارة ووكالة اتحادية. وقد تشاور مسؤولو الإدارة مع النقابات العمالية، وقطاع الأعمال، والمؤسسات الأكاديمية، والكونغرس، وحلفاء الولايات المتحدة وشركائها لتحديد نقاط الضعف ووضع الحلول.

من المقرر صدور تقرير تقييم المراجعة الخاص بـ Citi State في يونيو 2021.

1. حول أشباه الموصلات

أشباه الموصلات هي الأساس المادي للدوائر المتكاملة الضرورية للحياة اليومية العصرية. تُعدّ أشباه الموصلات جزءًا لا يتجزأ من الحياة اليومية للمستهلكين المعاصرين، حيث تُستخدم في الأدوات المنزلية مثل مفاتيح الإضاءة، وأجهزة فتح أبواب الكراجات، والثلاجات، بالإضافة إلى الهواتف المحمولة، وأجهزة الكمبيوتر، والسيارات. كما تُستخدم في منتجات أكثر تعقيدًا، ويستخدمها الناس يوميًا (مثلًا، كل ساعة، كل دقيقة، كل ثانية). تُمثّل الدوائر المتكاملة القائمة على أشباه الموصلات "الحمض النووي" لمجموعة متنوعة من التقنيات التي غيّرت جذريًا جميع المجالات الاجتماعية والاقتصادية، من الزراعة، والنقل، والرعاية الصحية، والاتصالات، والإنترنت. تُعدّ صناعة أشباه الموصلات محركًا رئيسيًا للنمو الاقتصادي وخلق فرص العمل في سيتي. جميع المنتجات التكنولوجية تقريبًا لا تنفصل عن أشباه الموصلات؛ وبالطبع، فإن أكثر الأنظمة تطورًا لا تنفصل أيضًا عن دعم أشباه الموصلات.

ويقدر التقرير أن صناعة أشباه الموصلات في الولايات المتحدة ستحقق مبيعات سنوية تبلغ 208 مليارات دولار في عام 2020، وهو ما يمثل ما يقرب من نصف السوق العالمية. على الرغم من جائحة كوفيد-19 العالمية، زادت مبيعات منتجات أشباه الموصلات العالمية بنسبة 6.5% في عام 2020. ووفقًا لتقديرات SIA، سيصل سوق أشباه الموصلات العالمي إلى مبيعات سنوية بقيمة 726 مليار دولار بحلول عام 2027، بمعدل نمو سنوي مركب يبلغ 4.7%. تعد أشباه الموصلات من الصادرات الأمريكية الرئيسية، حيث بلغت مبيعات التصدير 47 مليار دولار في عام 2020، لتحتل المرتبة الرابعة بعد الطائرات والنفط المكرر والنفط الخام.

وعلى الرغم من أن صناعة أشباه الموصلات في الولايات المتحدة تمثل ما يقرب من نصف إيرادات منتجات أشباه الموصلات العالمية، يعتقد تقرير التقييم أن القدرة التصنيعية لأشباه الموصلات في الولايات المتحدة كحصة من الإنتاج العالمي انخفضت من 37% قبل 20 عاما إلى حوالي 12% اليوم. تعتمد الشركات الأمريكية، بما في ذلك شركات أشباه الموصلات الكبرى، بشكل كبير على الدول الأجنبية، وخاصة في آسيا، مما يخلق مخاطر في سلسلة التوريد.

يتناول التقرير البحثي سلسلة توريد أشباه الموصلات من خلال خمسة أجزاء أساسية ذات صلة: (1) التصميم؛ (2) التصنيع؛ (3) التجميع والاختبار والتعبئة؛ (4) المواد؛ و (5) معدات الإنتاج.

2. الاستنتاجات الأساسية:

تصميم:

يعد النظام البيئي لتصميم أشباه الموصلات في الولايات المتحدة قويًا ورائدًا عالميًا، لكن الشركات الأمريكية تعتمد بشكل كبير على المبيعات إلى الصين للحفاظ على نمو الأرباح والاستثمار المحلي (ملاحظة: محلي) في مجال البحث والتطوير. بالإضافة إلى ذلك، تعتمد شركات التصميم الأمريكية في المقام الأول على موارد الملكية الفكرية والعمالة والتصنيع المحدودة للقيام بأعمالها. هذه الموارد حاسمة لجلب المنتجات إلى السوق.

صناعة:

وتفتقر الولايات المتحدة إلى القدرة الكافية على تصنيع أشباه الموصلات. تعتمد الولايات المتحدة بشكل أساسي على تايوان لتوفير الرقائق المنطقية في عقد العمليات المتقدمة، وتعتمد على تايوان وكوريا الجنوبية والبر الرئيسي للصين لتلبية الطلب على رقائق عقدة العمليات الناضجة.

التعبئة والتغليف المختبرة والمتقدمة:

بالنسبة لتعبئة واختبار أشباه الموصلات ذات التقنية المنخفضة نسبياً، تعتمد الولايات المتحدة بشكل كبير على الموارد الأجنبية المتركزة في آسيا. علاوة على ذلك، نظرًا لأن الرقائق أصبحت أكثر تعقيدًا، تمثل طرق التغليف المتقدمة مجالًا محتملاً للتطوير للتقدم التكنولوجي الكبير في المستقبل. وتفتقر الولايات المتحدة إلى النظام البيئي للمواد الضرورية، والولايات المتحدة ليست موقعاً فعالاً من حيث التكلفة لتطوير صناعة التعبئة والتغليف المتقدمة القوية، وقد تؤدي الاستثمارات الصينية الضخمة إلى قلب السوق رأساً على عقب.

المادة:

يتطلب إنتاج أشباه الموصلات مئات المواد، مما يخلق تحديات لسلسلة توريد التصنيع. يتم إنتاج العديد من الغازات والمواد الكيميائية الرطبة المستخدمة في تصنيع أشباه الموصلات في الولايات المتحدة، لكن الموردين الأجانب يهيمنون على سوق رقائق السيليكون والأقنعة الضوئية ومقاومات الضوء.

أدوات التصنيع:

بالإضافة إلى آلات الطباعة الحجرية، بالنسبة لمعظم معدات العمليات الأمامية لتصنيع أشباه الموصلات، تمتلك الشركات الأمريكية حصة كبيرة من العالم.

بالإضافة إلى الولايات المتحدة، يتركز إنتاج معدات التصنيع في هولندا واليابان. ونظرًا للحجم المحدود لتصنيع أشباه الموصلات في الولايات المتحدة، فإن نمو صانعي المعدات هؤلاء يعتمد بشكل كبير على المبيعات خارج الولايات المتحدة.

3. حول تصميم الدوائر المتكاملة

تاريخيًا، في المرحلة الأولى من تطور صناعة أشباه الموصلات (الرقائق)، لم يكن تصميم الدوائر المتكاملة صناعة مستقلة. يتم تصميم الدوائر المتكاملة بواسطة شركات IDM التي تتحكم في عملية الإنتاج بأكملها. تعد شركات مثل Intel وTexas Instruments في الولايات المتحدة ممثلين نموذجيين لمثل هذه الشركات. اليوم، يتم تصميم الدوائر المتكاملة بشكل متزايد من قبل "شركات تصميم fabless" أكثر تخصصًا والتي تعتمد على شركات التصنيع المستقلة (المسابك) لاستكمال تصنيع الدوائر المتكاملة. وقد سهلت الزيادة في المسابك والاستثمارات ذات الصلة دخول صناعة تصميم الدوائر المتكاملة. وينتج عن ذلك تركيز أقل بكثير في صناعة تصميم الدوائر المتكاملة مقارنة بالتصنيع وتصنيع المعدات، ويجعل تصنيع الدوائر المتكاملة يعتمد بشكل كبير على تايوان.

على الرغم من أن حواجز الدخول منخفضة، إلا أن شركات التصميم غير المصنعة يجب أن تعمل بشكل وثيق مع المسابك للتأكد من أن التصميمات مناسبة لعملية الإنتاج، وتعتمد على موردي الملكية الفكرية (عادةً شركات أشباه الموصلات الأخرى التي تطور التقنيات الرئيسية)، بالإضافة إلى أتمتة التصميمات الإلكترونية (EDA). دعم المؤسسات البرمجية. تتميز كل من المرحلتين الأولية والنهائية لصناعة تصميم الدوائر المتكاملة بدرجة عالية من التركيز. يقع المقر الرئيسي لمقدمي خدمات IP ومقدمي خدمات EDA الرئيسيين في المقام الأول في الولايات المتحدة، ولكن معظم ممارسيهم يقعون خارج الولايات المتحدة.

الهيكل الصناعي

نظرًا لاختلاف أنواع المنتجات التي تشارك فيها الشركات، فإن حجم وتقنية وهيكل الشركات العاملة في تصميم أشباه الموصلات أو الدوائر المتكاملة يختلف تمامًا. يقسم هذا التقرير أشباه الموصلات للدوائر المتكاملة إلى ثلاثة أنواع رئيسية: الدوائر المنطقية أو الرقمية، والذاكرة، والدوائر التناظرية. وفي عام 2020، تمثل الدوائر المتكاملة المنطقية أو الرقمية حوالي 42% من إجمالي حصة السوق؛ وتمثل منتجات الذاكرة حوالي 26%؛ تمثل الدوائر المتكاملة التناظرية حوالي 14%؛ منتجات أشباه الموصلات الأخرى هي منتجات دوائر غير متكاملة، بما في ذلك الأجهزة المنفصلة وأجهزة الإلكترونيات الضوئية وأجهزة الاستشعار.

الدوائر المتكاملة المنطقية أو الرقمية هي الوحدات الأساسية لأجهزة الكمبيوتر أو مكونات الحوسبة وهي أكبر فئة في سوق منتجات أشباه الموصلات. تمثل الرقائق المنطقية 42% من إيرادات الصناعة، وفقًا للجمعية العالمية لأشباه الموصلات (SIA). في هذه الفئة من منتجات أشباه الموصلات، يعتمد تركيز السوق وعدد شركات التصميم بشكل كبير على نوع الشريحة المحدد. إن أسواق وحدة المعالجة المركزية للكمبيوتر الشخصي (CPU)، ووحدة معالجة الرسومات المخصصة (GPU)، ومصفوفة البوابات القابلة للبرمجة الميدانية (FPGA) هي في الأساس احتكار ثنائي. إن موردي الدوائر المتكاملة الخاصة بالتطبيقات (ASICs) مجزأون للغاية، والمنافسة بينهم أكثر حدة. تشمل فئات المنتجات معالجات الأجهزة المحمولة المستندة إلى ASIC وARM. وحدة المعالجة المركزية هي وحدة المعالجة المركزية للكمبيوتر، ووحدة معالجة الرسومات هي معالج يستخدم لعرض الفيديو، ويتم استخدام منتج FPGA للتكوين من قبل العميل أو المصمم بعد التصنيع، وASIC عبارة عن شريحة مخصصة مصممة لتطبيق معين.

ويرى التقرير أن الولايات المتحدة هي الرائدة عالميًا في تصميم الدوائر المتكاملة، وأن العديد من الشركات تستخدم التصنيع بالاستعانة بمصادر خارجية أو تعيين مصممين خارج الولايات المتحدة لتقليل النفقات الرأسمالية. في الأساس، تم تصميم جميع وحدات المعالجة المركزية للكمبيوتر الشخصي في العالم من قبل الشركات الأمريكية Intel وAMD، ومن بينها شركة Intel تكمل تصنيع الرقائق داخليًا، بينما تعتمد AMD على المسابك لإكمال تصنيع الرقائق. وفي الوقت نفسه، قد تهيمن Intel وAMD قريبًا على فئة FPGA، حيث أعلنت AMD في أكتوبر 2020 أنها تخطط للاستحواذ على شركة Xilinx الرائدة في سوق FPGA مقابل 35 مليار دولار. إذا حصلت عملية الاستحواذ على موافقة الجهات التنظيمية، فسوف تمثل AMD-Xilinx وIntel حوالي 85 بالمائة من مبيعات FPGA العالمية. ويشكل الموردون الأمريكيون الآخرون Microchip Technology وLattice Semiconductor وAchronix Semiconductor ما تبقى من سوق FPGA. الحصة الكبرى من وحدة معالجة الرسومات العالمية مملوكة لشركة AMD والشركة الأمريكية الرائدة في السوق NVIDIA.

زادت المنافسة في قاعدة موردي ASIC بشكل ملحوظ، كما أن الطلب على معالجات الأجهزة المحمولة القائمة على بنية ARM مرتفع. يتنافس صانعو الرقائق مثل سامسونج في أسواق ASIC ومعالجات الأجهزة المحمولة جنبًا إلى جنب مع شركات التصميم fabless مثل Qualcomm وBroadcom، وعشرات شركات التكنولوجيا الأمريكية التي تصمم شرائحها الخاصة، بما في ذلك Apple وAlphabet وAmazon. باستثناء Intel وMicrochip، فإن معظم موردي وحدات المعالجة المركزية (CPU) وGPU وFPGA وASIC على مستوى العالم وفي الولايات المتحدة غير خرافيين، ويعتمدون على تصنيع المسبك لتصميم الرقائق.

وفقًا لـ SIA، فإن رقائق الذاكرة المستخدمة لتخزين المعلومات اللازمة للحوسبة تمثل 26% من إيرادات الصناعة. إن رقائق الذاكرة عبارة عن فئات تجارية وتنافسية بالكامل، وتعتمد فوائدها وتقدمها التكنولوجي بشكل كامل على العائد ووفورات الحجم. عادةً ما يتم توفير منتجات الذاكرة بواسطة شركات من نوع IDM. تحتل شركة Samsung الكورية الجنوبية وشركة SK Hynix الكورية الجنوبية مكانة رائدة في مجال ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية (DRAM). وتمتلك شركة ميكرون الأمريكية نحو 23 بالمئة. يقوم قادة الحصة السوقية الآن بتطوير تقنيات التعبئة والتغليف المتقدمة (أي تكديس القوالب) والملكية الفكرية للمنتجات الرائدة الأخرى. تمثل هذه الشركات الثلاث ما يقرب من 95٪ من السوق العالمية البالغة 70 مليار دولار في عام 2020.

يعد إنتاج ذاكرة الفلاش (NAND) أقل تركيزًا، حيث تمثل ست شركات ما يقدر بحوالي 99٪ من السوق العالمية البالغة 47 مليار دولار في عام 2020. كما تعد شركة سامسونج الكورية الجنوبية رائدة في السوق في منتجات ذاكرة الفلاش، مع ما يزيد قليلاً عن ثلث NAND. سوق. وتلي شركة سامسونغ الكورية الجنوبية شركة كيوكسيا اليابانية (توشيبا سابقا)، التي تبلغ حصتها حوالي 20 في المائة. المركز الثالث لمنتجات ذاكرة الفلاش هي شركة Western Digital الأمريكية، حيث تمثل حوالي 14% من الحصة. ويوجد أيضًا في هذا القطاع شركة SK Hynix في كوريا الجنوبية (12%)، وMicron في الولايات المتحدة (11%)، وIntel في الولايات المتحدة (9%). يبدو أن شركات NAND العالمية تستعد لمزيد من الدمج. أعلنت شركة Intel، التي تشبه إيرادات منتجات NAND الخاصة بها إيرادات Micron، في أكتوبر 2020 أنها تخطط لبيع معظم أعمالها في ذاكرة NAND إلى SK Hynix. ومن شأن عملية البيع أن تدفع الشركة المندمجة إلى المرتبة الثانية في حصة سوق NAND. هناك أيضًا تقارير تفيد بأن شركتي Western Digital وMicron ربما تتطلعان إلى الاستحواذ على Kioxia. بالإضافة إلى ذلك، تتوسع شركة Yangtze Memory Technologies (YMTC)، وهي شركة صينية تأسست في عام 2، بسرعة وقد تلقت حوالي 2016 مليار دولار من الإعانات. مصادر الحكومة الصينية. يمكن أن تكون الشركة قادرة على إنتاج ما يصل إلى 24 ألف رقاقة شهريًا بحلول عام 200,000، أي أكثر من ضعف سعة NAND الحالية لشركة Intel، ويشكل تهديدًا محتملاً منخفض التكلفة لشركات الذاكرة الأمريكية.

بالمقارنة مع رقائق الذاكرة، فإن تسويق منتجات الدوائر المتكاملة التناظرية أقل قدرة على المنافسة. علاوة على ذلك، فإن الدوائر التناظرية بشكل عام أقل اعتمادًا على استخدام عقد عملية التصنيع المتطورة. يعد الاستخدام النهائي في نظام التطبيق والمعرفة والخبرة في تصميم الشريحة من العوامل المهمة في قيمة الدوائر المتكاملة التناظرية. لذلك، فإن تركيز السوق لشركات المنتجات هنا ليس مرتفعًا جدًا، لأن شركات الدوائر المتكاملة التناظرية يمكنها الحفاظ على ميزة تنافسية من خلال التركيز على المجال التناظري. في عام 2020، استحوذ أكبر مورد للدوائر المتكاملة التناظرية في العالم على 62% من السوق البالغة قيمتها 56 مليار دولار، والتي استحوذت شركة Texas Instruments فقط على أكثر من 10% منها. العديد من شركات أشباه الموصلات التناظرية الرائدة هي شركات إنتاج "فاب لايت"، حيث تصنع بعض الرقائق التي تصممها داخل الشركة، على الرغم من أنها تستعين بمصادر خارجية أيضًا لجزء كبير من الرقائق.

في عام 2020، ستبلغ المبيعات العالمية للأجهزة المنفصلة والأجهزة الإلكترونية البصرية وأجهزة الاستشعار (أشباه الموصلات غير المتكاملة) في منتجات أشباه الموصلات حوالي 79 مليار دولار، وهو ما يمثل ما يقرب من 18٪ من إجمالي سوق أشباه الموصلات (إجمالي حوالي 440 مليار دولار). معظم منتجات أشباه الموصلات في هذه الفئة موجودة في عقد عملية ناضجة حيث تكون رخيصة الثمن وليس من غير المألوف أن يساوي منتج واحد فلسًا واحدًا. سوق هذه المنتجات مجزأ للغاية مع العديد من الشركات المصنعة. وتشمل شركات أشباه الموصلات غير المعتمدة على IC شركة ABB Ltd. (السويد/سويسرا)، وInfineon Technologies (ألمانيا)، وSTM Microelectronics (إيطاليا/فرنسا)، وToshiba (اليابان)، بالإضافة إلى الشركات الأمريكية Diodes Inc.، وVishay Intertechnology، وQorvo، وdPix، كري. إن التقنيات الدافعة الرئيسية لمنتجات أشباه الموصلات غير المتكاملة، وخاصة منتجات أشباه موصلات الطاقة المنفصلة، ​​هي الابتكارات في إدارة الطاقة والتصغير. تستخدم هذه المنتجات السيارات، وخاصة السيارات الكهربائية، كمحطات تطبيق رئيسية. تعد نيتريد الغاليوم (GaN)، وكربيد السيليكون (SiC)، وغيرها من ركائز أشباه الموصلات المركبة التي تهيمن عليها الولايات المتحدة، من التقنيات الرئيسية لمجموعة متنوعة من التطبيقات. يتم استخدامها على نطاق واسع في إدارة الطاقة وتوزيعها، وتضخيم الطاقة عالية التردد، والإلكترونيات الضوئية، والأمن القومي. تندرج أجهزة أشباه الموصلات ذات شاشات العرض المسطحة أيضًا ضمن هذه الفئة.

في مجال الأمن القومي، يجب أن تتأهل تقنية أشباه الموصلات للاستخدام في نطاق درجات الحرارة (المدى الممتد) والبيئات القاسية، بما في ذلك الخصائص التقنية للاستخدام في بيئات الإشعاع عند الاقتضاء. إضافةً إلى ذلك، يلزم التحقق من المكونات والتحقق منها بشكل أكثر صرامةً واستقلالية. كما يجب أن تستوفي أشباه الموصلات المستخدمة في تطبيقات السيارات متطلبات صارمة للمتانة والاختبار لتحمل الظروف البيئية القاسية (مثل البرد القارس والحرارة الشديدة والرطوبة العالية). ويجب أن تتحمل الاهتزازات والصدمات طوال عمرها الافتراضي الذي يتراوح بين 10 و20 عامًا، وقد أظهرت معدلات فشل أقل بكثير في الاختبارات مقارنةً بأشباه الموصلات المستخدمة في المنتجات الاستهلاكية لضمان استيفائها لمتطلبات سلامة المركبات. ومن المتوقع أن تزداد هذه المتطلبات وتصبح أكثر صرامةً مع ازدياد استقلالية المركبات واستخدامها المتزايد لتقنيات الكشف عن الضوء وتحديد المدى (LiDAR)، والسونار، والرادار، وأنظمة الرؤية، وتقنيات الملاحة والتحديد.

إخلاء المسؤولية: هذا المقال مستنسخ من "Whisper Restaurant Mr. Wang Lao's Wine". يمثل هذا المقال فقط آراء المؤلف الشخصية، وليس آراء ساكو مايكرو والصناعة. إنه مخصص لإعادة الطباعة والمشاركة فقط، ويدعم حماية حقوق الملكية الفكرية. يرجى الإشارة إلى المصدر الأصلي والمؤلف لإعادة الطبع. ، وفي حال وجود أي مخالفة يرجى التواصل معنا لحذفها.