(Mengikuti Bagian I: Desain Sirkuit Terpadu)

Keempat, tentang manufaktur sirkuit terpadu

(I) Perkiraan dasar Citigroup mengenai industri manufaktur IC

Produk semikonduktor menggerakkan hampir semua sektor perekonomian, termasuk energi, layanan kesehatan, pertanian, elektronik konsumen, manufaktur, dan transportasi. Permintaan penggunaan akhir global untuk semikonduktor pada tahun 2019 adalah: telepon seluler (26%), infrastruktur informasi dan komunikasi (termasuk pusat data, jaringan komunikasi) (24%); Komputer (19%), industri (12%), otomotif (10%) dan elektronik konsumen (10%).

Dari beragam aplikasi ini, sekitar 9% secara langsung mendukung aplikasi keamanan nasional dan infrastruktur penting. Penggunaan akhir produk semikonduktor utama ini mencakup ruang angkasa, jaringan telekomunikasi, energi dan utilitas, layanan kesehatan dan keuangan. dan penggunaan pemerintah lainnya hanya menyumbang lebih dari 1 persen konsumsi semikonduktor global.

Pangsa AS dalam produksi semikonduktor global telah turun dari 37 persen pada tahun 1990 menjadi 12 persen saat ini, dan diperkirakan akan terus menurun tanpa adanya strategi komprehensif AS untuk mendukung industri ini.

Kapasitas Manufaktur AS tidak memadai: Kapasitas manufaktur AS telah menurun selama beberapa dekade. Dekade pertama abad ini merupakan dekade yang sangat buruk bagi sektor manufaktur AS, dengan sepertiga lapangan pekerjaan di bidang manufaktur hilang antara tahun 2000 dan 2010. Usaha kecil dan menengah (UKM) sangat terkena dampaknya. Penurunan ini sebagian disebabkan oleh persaingan dari negara-negara berupah rendah. Para ekonom memperkirakan bahwa sekitar 25 persen hilangnya pekerjaan disebabkan oleh kebangkitan Tiongkok, terutama setelah negara tersebut bergabung dengan Organisasi Perdagangan Dunia. Namun AS juga mengalami stagnasi pertumbuhan produktivitas domestik dibandingkan negara-negara lain, misalnya, tertinggal dibandingkan Jerman secara rata-rata dan di sebagian besar industri. Saat ini, usaha kecil di Amerika Serikat biasanya kurang produktif dibandingkan produsen besar. Bertentangan dengan anggapan umum bahwa kecerdasan BUATAN dan robotika sudah dekat, produsen usaha kecil dan menengah di AS kurang berinvestasi dalam teknologi baru yang meningkatkan produktivitas. Hilangnya kapasitas produksi menyebabkan hilangnya kapasitas inovasi. Kemampuan manufaktur adalah fondasi inovasi produk. Ketika kemampuan inovasi hilang, maka sulit untuk membangun kembali. Ketika kapasitas sirkuit TERINTEGRASI telah berpindah ke luar negeri dalam beberapa dekade terakhir, penelitian dan pengembangan serta rantai pasokan industri yang lebih luas sering kali mengikuti hal tersebut.

(2) Rantai pasokan produk semikonduktor

Mulai dari desain hingga pengemasan hingga integrasi ke dalam produk elektronik akhir yang dibeli oleh pelanggan, rantai industrinya sangat kompleks dan tersebar secara geografis. Proses produksi semikonduktor pada umumnya mencakup banyak negara dan produknya dapat melintasi perbatasan internasional sebanyak 70 kali karena spesialisasi perusahaan dalam hubungan tertentu. Seluruh proses memakan waktu hingga 100 hari, dimana 12 hari ditransfer antar mata rantai pasokan. Berikut ini adalah representasi sederhana dari rantai pasok.

Ukuran produk semikonduktor yang kecil dan ringan merupakan faktor penting dalam mencapai rantai pasokan lintas geografis yang begitu kompleks. Biaya pengiriman produk semikonduktor rendah dibandingkan nilainya. Namun, hal ini juga berarti bahwa gangguan pada jalur transportasi dapat menimbulkan risiko pada rantai pasokan. Berbagai bentuk transportasi (misalnya udara, laut, truk) perlu digunakan dalam rantai, tergantung pada tahapan dan jarak yang akan ditempuh, serta sifat produk. Dalam beberapa kasus, transportasi juga memerlukan penanganan khusus, seperti penanganan gas dan bahan kimia berbahaya dan memiliki kemurnian tinggi yang digunakan dalam produksi, atau melindungi peralatan elektronik sensitif dari kerusakan.

Manufaktur semikonduktor: struktur industri

Pabrik yang memproses wafer dan membuat sirkuit terpadu memiliki dua model bisnis dasar. Yang pertama adalah perusahaan semikonduktor yang terintegrasi secara vertikal atau perusahaan IDM. Mereka melaksanakan semua langkah desain produk semikonduktor dan proses manufaktur sendiri, mulai dari desain hingga pengujian akhir. Perusahaan IDM menyumbang sekitar dua pertiga dari kapasitas semikonduktor global. Meskipun Intel, perusahaan IDM terkemuka di Amerika Serikat, sebagian besar memproduksi perangkat logika, sebagian besar perusahaan IDM lainnya terutama memproduksi chip memori seperti DRAM, perangkat diskrit, dan sirkuit terintegrasi analog. Selain Intel, Amerika Serikat adalah rumah bagi beberapa perusahaan IDM terkemuka di dunia, termasuk Analog Devices, Maxim Integrated Products, MicrochipTechnology, micron, on semiconductor, dan instrumen Texas. Perlu dicatat bahwa meskipun perusahaan-perusahaan ini berkantor pusat di Amerika Serikat, mereka melakukan produksi produk akhir di pabrik-pabrik di seluruh dunia. Selain Amerika, misalnya, Intel memiliki pabrik pengolahan wafer di Israel, Irlandia, dan China. Dan Samsung, yang berbasis di Korea Selatan, dan perusahaan asing lainnya (non-Amerika) memiliki pabrik chip di Amerika Serikat selain di luar negeri (non-Amerika). Menurut laporan SIA, 44% kapasitas perusahaan semikonduktor AS berlokasi di Amerika Serikat. Secara keseluruhan, perusahaan IDM di Amerika Serikat menyumbang 51% dari total pendapatan operasional produsen IDM global pada tahun 2020. Amerika Serikat sangat kuat dalam sirkuit terintegrasi logika digital dan sirkuit terintegrasi analog.

Ada lebih banyak perusahaan produk semikonduktor Amerika lainnya yang terkemuka (misalnya, AMD, nvidia, broadcom dan qualcomm dan semangat permainan) adalah model bisnis "perusahaan semikonduktor yang tidak hebat", perusahaan akan merancang data untuk menyediakan perusahaan independen yang berspesialisasi dalam pembuatan pengecoran semikonduktor, oleh perusahaan pengecoran ke dalam pembuatan dan pemrosesan produk chip. Pengecoran pihak ketiga ini diklasifikasikan sebagai "pengecoran semikonduktor murni" karena mereka tidak merancang atau menjual produk chip mereka sendiri, melainkan bertindak sebagai produsen kontrak untuk perusahaan semikonduktor fabless (pengecoran ini terkadang menyediakan kapasitas tambahan atau memproduksi chip tertentu untuk IDM vendor). Beberapa perusahaan IDM, terutama Samsung, juga menyediakan layanan pemrosesan untuk perusahaan semikonduktor fabless.

Seiring kemajuan teknologi dan meroketnya biaya pembangunan dan pemeliharaan fasilitas manufaktur semikonduktor canggih, model bisnis perusahaan fabless + foundry menjadi semakin umum. Kemajuan berkelanjutan dalam teknologi manufaktur chip membutuhkan peralatan manufaktur yang sepenuhnya baru dan semakin mahal. Pabrik fabrikasi canggih (pada node proses 5nm) setidaknya berharga $12 miliar. Satu mesin litografi Ultraviolet Ekstrem (EUV), yang dibutuhkan pada 5 nm atau di bawahnya dan sering digunakan pada 7 nm, dapat berharga hingga $150 juta. Selain mesin fotolitografi, pabrik fabrikasi membutuhkan banyak jenis peralatan lainnya. Diperkirakan bahwa investasi yang dibutuhkan untuk generasi pabrik fabrikasi berikutnya, yang akan beroperasi pada node 3nm, dapat melebihi $20 miliar. Selain itu, setelah pendirian pabrik fabrikasi baru, biaya operasional akan sangat tinggi dan membutuhkan investasi modal yang berkelanjutan dan mahal; juga perlu untuk mempertahankan teknologi mutakhir yang dibutuhkan oleh perancang proses agar tetap beroperasi pada node produksi paling canggih. Pabrik semikonduktor murni (pure foundry) mendapat manfaat dari skala ekonomi yang memungkinkan mereka untuk menyerap dan menanggung biaya besar pabrik semikonduktor dengan pemanfaatan kapasitas yang tinggi dan efisien. Pabrik semikonduktor murni menyumbang sekitar sepertiga dari kapasitas chip global, menurut SIA. Di antaranya, produksi chip logika menyumbang hampir 80%. Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC), pabrik semikonduktor wafer murni pertama di dunia, didirikan pada tahun 1987 dan mendominasi pasar pabrik semikonduktor saat ini.

Pasar manufaktur kontrak didominasi oleh perusahaan-perusahaan Taiwan, dengan TSMC sendiri menguasai 53 persen pasar. Secara keseluruhan, perusahaan pengecoran logam Taiwan menguasai 63 persen pasar pengecoran logam global. Korea Selatan menguasai 18% dan Tiongkok 6%. GlobalFoundries, sebuah perusahaan pengecoran logam yang berbasis di AS dan dimiliki oleh Abu Dhabi, memiliki pangsa pasar 7 persen, yang mencakup lebih dari setengah dari 13 persen pasar pengecoran logam yang tersisa.

Seperti yang disebutkan di atas, meskipun AS memiliki pangsa pasar yang besar dalam chip yang diproduksi oleh perusahaan IDM, AS hanya menyumbang sekitar 10% dari pendapatan foundry global. Foundry Asia menyumbang sekitar 80% dari total. Taiwan sendiri menyumbang 63 persen dari manufaktur kontrak global. Itu berarti bahwa meskipun AS adalah pemimpin dalam desain semikonduktor, perusahaan fabless domestiknya sangat bergantung pada produsen kontrak asing, sebagian besar di Asia, untuk membuat produk mereka. Meskipun model bisnis agen ini cocok untuk produk sirkuit terpadu untuk aplikasi komersial bervolume tinggi, banyak aplikasi terkait dilakukan dalam batch kecil, yang membuat adopsi teknologi manufaktur semikonduktor canggih untuk aplikasi tersebut menjadi tidak pasti dan menantang.

Bagi Amerika Serikat, sebagian besar manufaktur semikonduktor (baik dalam model IDM maupun foundry) dilakukan di luar negeri: Taiwan, Korea Selatan, Jepang, Tiongkok, dan Amerika Serikat. Sekitar 12% dari kapasitas manufaktur semikonduktor dunia berada di Amerika Serikat, turun dari 37% pada tahun 1990-an. Pada tahun 2019, Taiwan menyumbang sekitar 20% dari kapasitas terpasang global, diikuti oleh Korea Selatan dengan 19%. Jepang menyumbang 17 persen, Tiongkok 16 persen, dan Eropa 9 persen. Sisa 6% kapasitas berada di Singapura, Israel, dan bagian lain dunia.

Dari 40 fasilitas manufaktur semikonduktor besar yang berlokasi di Amerika Serikat, setengah (20) menggunakan wafer 300 mm (12 inci); Produksi lainnya menggunakan wafer berukuran 200 mm (8 inci) atau kurang. Antara tahun 2009 dan 2018, lebih dari 100 pabrik wafer berukuran 150-200 mm ditutup di seluruh dunia, dengan 70% penutupan terjadi di AS dan Jepang. Menurut IC Insights, sebanyak 68 pabrik wafer berusia puluhan tahun, melebihi umur wajarnya. Pabrik yang tertutup sebagian digantikan oleh fasilitas baru yang lebih hemat biaya atau ditingkatkan; Ada juga beberapa pabrik yang terlalu mahal untuk dioperasikan, dan perusahaan beralih ke model bisnis pabrik ringan atau tanpa pabrik

Di dalam negeri, enam perusahaan mengoperasikan 20 pabrik 300 mm di delapan negara bagian, sebagaimana dirinci dalam tabel di bawah. Selain Skorpios, lima perusahaan lain juga mengoperasikan pabrik wafer di luar AS.

Seperti yang disebutkan di atas, Intel memiliki operasi manufaktur semikonduktor di Israel, Irlandia, dan Tiongkok. Selain pabriknya di Amerika Serikat, Micron mengoperasikan pabrik di Singapura, Jepang, dan Taiwan. Texas Instruments memiliki produksi wafer di Tiongkok, Malaysia, Taiwan, dan Filipina, serta di Texas. GlobalFoundries adalah perusahaan foundry wafer murni terkemuka di AS yang dimiliki oleh emirat Abu Dhabi melalui dana kekayaan negara Mubadala dan memiliki fasilitas manufaktur wafer di Jerman dan Singapura. Pada tahun 2019, perusahaan tersebut membatalkan rencana untuk membuka pabrik di Chengdu, Tiongkok.

Meskipun kapasitas produksi chip AS relatif stabil, kapasitas dan produksi di luar AS terus meningkat, terutama di Asia. Akibatnya, SIA memperkirakan pangsa kapasitas semikonduktor di AS akan turun hingga 10 persen pada tahun 2030, sementara pangsa di Asia akan tumbuh hingga 83 persen. Pada tahun 2019, tidak satu pun dari enam fasilitas manufaktur semikonduktor baru yang dibuka di dunia berada di Amerika Serikat, namun empat berada di Tiongkok.

Seperti yang dibahas di bagian "Desain" laporan ini, ada tiga jenis chip utama yang dibahas: memori, logika atau digital, dan analog. Seperti yang ditunjukkan grafik di bawah, berbagai belahan dunia mengkhususkan diri pada bidang yang berbeda. Misalnya, hanya 5 persen chip memori yang diproduksi di Amerika Serikat, dibandingkan dengan 44 persen di Korea Selatan dan 14 persen di Tiongkok Daratan. Sebagai pengingat, Tiongkok berfokus pada perluasan Penyimpanan Changjiang yang pesat, dengan mengalokasikan subsidi sebesar $24 miliar kepada perusahaan tersebut (untuk pabriknya di Wuhan saja). Ekspansinya dan harga produk yang murah merupakan ancaman langsung bagi MICron dan Western Digital, pembuat chip memori AS.

Dalam chip logika atau digital (seperti mikroprosesor komputer dan telepon seluler), AS tidak memproduksi node proses canggih apa pun (kurang dari 10 nanometer), sementara Taiwan memiliki 92 persen. Dalam teknologi penguncian logika lainnya, Amerika Serikat sangat unggul: 43% dari chip logika tercanggih (10-22 nm), dan 6% hingga 9% dari generasi sebelumnya (28 nm dan di atas 10 nm)ove) chip logika diproduksi di Amerika Serikat; Taiwan memproduksi 47 persen dari chip logika tersebut, sementara China memproduksi sekitar 19 hingga 23 persen dari chip logika. Terakhir, untuk segmen komponen analog/diskrit, 19% diproduksi di Amerika Serikat, 17% di Tiongkok, dan sekitar 27% di Korea.

(iv) Tinjauan manufaktur sirkuit terpadu

Amerika Serikat kekurangan kapasitas produksi pada tingkat teknologi paling maju:

AS kekurangan kapasitas produksi semikonduktor untuk node proses semikonduktor tercanggih (saat ini 5 nanometer), yang saat ini hanya dioperasikan oleh TSMC (Taiwan) dan Samsung (Korea Selatan). FAB paling canggih di Amerika Serikat adalah jalur proses 10-nm yang dioperasikan oleh Intel, yang diperkirakan tidak akan memasuki produksi 7-nm penuh hingga tahun 2023, dan diumumkan pada Januari 2021 bahwa mereka akan menggunakan 7-nm atau "yang ditingkatkan" dari TSMC. di bawah jalur produksi untuk produk rangkaian logika terbarunya. Akibatnya, perusahaan-perusahaan chip fabless AS kini bergantung sepenuhnya pada produsen Asia, terutama TSMC, untuk memproduksi chip paling canggih (7nm atau lebih kecil). Selain risiko rantai pasokan yang disebabkan oleh produksi yang terkonsentrasi secara geografis, kurangnya kemampuan teknologi dalam negeri yang canggih menimbulkan masalah keamanan nasional, karena beberapa aplikasi memerlukan akses aman ke teknologi proses canggih untuk memastikan keunggulan teknologi.

Pendapatan dari penjualan produk chip bergantung pada Tiongkok:

Produsen chip Amerika juga sangat bergantung pada penjualan ke Tiongkok karena dominasinya dalam produksi elektronik. Tiongkok adalah pasar semikonduktor terbesar, yang sebagian besar diekspor kembali setelah dirakit menjadi perangkat elektronik terminal, termasuk perangkat elektronik konsumen dan peralatan rumah tangga. Misalnya, pemasok chip ponsel Qualcomm memperoleh dua pertiga pendapatannya dari Tiongkok, sementara pembuat memori Micron memperoleh 57% pendapatannya dari Tiongkok, menurut data tahun 2018 dari The Economist. Intel melaporkan pada tahun 2020 bahwa Tiongkok menyumbang 26 persen pendapatannya. Ketergantungan yang besar pada penjualan Tiongkok memberi pemerintah Tiongkok pengaruh ekonomi dan potensi untuk melakukan pembalasan terhadap Amerika Serikat.

Keinginan Tiongkok untuk memimpin industri semikonduktor:

Pangsa Tiongkok dalam industri semikonduktor global relatif kecil, dan perusahaan-perusahaannya sebagian besar memproduksi chip kelas bawah. SMIC, pabrik pengecoran logam murni tercanggih di Tiongkok, hanya dapat berproduksi pada node berukuran 14 nanometer dan memiliki kapasitas terbatas. Namun, Tiongkok sedang melakukan upaya besar yang dipimpin oleh negara untuk mengembangkan industri IDM dalam negeri yang terintegrasi secara vertikal, dengan tujuan menjadikan industri ini pemimpin di segala bidang pada tahun 2030. Pangsa kapasitas wafer semikonduktor Tiongkok mencapai 16 persen pada tahun 2019 tetapi diperkirakan akan tumbuh menjadi 28 persen pada tahun 2030. Pemerintah Tiongkok memberikan subsidi sebesar $100 miliar untuk industri semikonduktornya, termasuk pengembangan 60 pabrik baru. Seperti yang dibahas pada bagian "desain" rantai pasokan, Tiongkok secara agresif mensubsidi pembuat chip memorinya sendiri untuk memutus ketergantungannya pada tiga perusahaan memori terbesar di dunia: Samsung (Korea Selatan), SK Hynix (Korea Selatan) dan Micron (AS). ). Micron, sebuah perusahaan memori Amerika, adalah pesaing langsung penyimpanan Changjiang dan kemungkinan akan menjadi perusahaan Amerika pertama yang melihat daya saing dan inovasinya di masa depan terancam oleh subsidi Tiongkok kepada para pesaingnya.

Penafian: Artikel ini dicetak ulang dari "Pembicaraan Restoran Tuan Wang", artikel ini hanya mewakili pandangan pribadi penulis, tidak mewakili pandangan Sakwei dan industri, hanya untuk mencetak ulang dan berbagi, mendukung perlindungan hak kekayaan intelektual, mencetak ulang harap tunjukkan sumber asli dan penulisnya, jika ada pelanggaran, silakan hubungi kami untuk menghapus.