(Mengikuti Bahagian I: Reka Bentuk Litar Bersepadu)

Empat, mengenai pembuatan litar bersepadu

(I) Anggaran asas Citigroup bagi industri pembuatan IC

Produk semikonduktor memacu hampir setiap sektor ekonomi, termasuk tenaga, penjagaan kesihatan, pertanian, elektronik pengguna, pembuatan dan pengangkutan. Permintaan penggunaan akhir global untuk semikonduktor pada 2019 ialah: telefon mudah alih (26%), infrastruktur maklumat dan komunikasi (termasuk pusat data, rangkaian komunikasi) (24%); Komputer (19%), industri (12%), automotif (10%) dan elektronik pengguna (10%).

Daripada pelbagai aplikasi ini, kira-kira 9% secara langsung menyokong keselamatan negara dan aplikasi infrastruktur kritikal. Kegunaan akhir produk semikonduktor utama ini termasuk aeroangkasa, rangkaian telekomunikasi, tenaga dan utiliti, penjagaan kesihatan dan perkhidmatan kewangan. dan penggunaan kerajaan lain menyumbang hanya lebih 1 peratus daripada penggunaan semikonduktor global.

Bahagian pengeluaran semikonduktor global AS telah jatuh daripada 37 peratus pada 1990 kepada 12 peratus hari ini, dan dijangka terus menurun tanpa strategi AS yang komprehensif untuk menyokong industri itu.

Kapasiti pembuatan AS tidak mencukupi: kapasiti pembuatan AS telah menurun selama beberapa dekad. Dekad pertama abad ini amat memusnahkan pembuatan AS, dengan satu pertiga daripada pekerjaan pembuatan hilang antara 2000 dan 2010. Perusahaan kecil dan sederhana (PKS) telah terjejas teruk. Sebahagian daripada penurunan itu boleh dikaitkan dengan persaingan dari negara-negara bergaji rendah. Pakar ekonomi menganggarkan bahawa kira-kira 25 peratus kehilangan pekerjaan boleh dikaitkan dengan kebangkitan China, terutamanya selepas negara itu menyertai Pertubuhan Perdagangan Dunia. Tetapi AS juga telah melihat pertumbuhan produktiviti dalam negeri tidak berubah berbanding negara-negara ekonominya, contohnya, ketinggalan berbanding Jerman secara purata dan dalam kebanyakan industri. Hari ini, perniagaan kecil di Amerika Syarikat biasanya kurang produktif berbanding pengeluar besar. Bertentangan dengan kepercayaan popular bahawa kecerdasan TIRUAN dan robotik hampir tiba, pengeluar perniagaan kecil dan sederhana AS kurang melabur dalam teknologi baru yang meningkatkan produktiviti. Kehilangan kapasiti pembuatan membawa kepada kehilangan kapasiti inovasi. Keupayaan pembuatan adalah asas kepada inovasi produk. Sebaik sahaja keupayaan inovasi hilang, sukar untuk dibina semula. Apabila kapasiti litar BERSEPADU telah berpindah ke luar negara dalam beberapa dekad kebelakangan ini, penyelidikan dan pembangunan serta rantaian bekalan perindustrian yang lebih luas sering diikuti.

(2) Rantaian bekalan produk semikonduktor

Daripada reka bentuk kepada pembungkusan kepada penyepaduan ke dalam produk elektronik akhir yang dibeli oleh pelanggan, rantaian perindustrian adalah sangat kompleks dan tersebar secara geografi. Proses pengeluaran semikonduktor biasa termasuk berbilang negara dan produk mungkin merentasi sempadan antarabangsa sebanyak 70 kali kerana pengkhususan firma dalam pautan tertentu. Keseluruhan proses mengambil masa sehingga 100 hari, di mana 12 hari dipindahkan antara pautan rantaian bekalan. Berikut ialah perwakilan ringkas rantaian bekalan.

Saiz kecil dan berat produk semikonduktor yang ringan adalah faktor penting dalam mencapai rantaian bekalan rentas geografi yang kompleks. Kos penghantaran produk semikonduktor adalah rendah berbanding nilainya. Walau bagaimanapun, ia juga bermakna gangguan laluan pengangkutan boleh menimbulkan risiko kepada rantaian bekalan. Pelbagai bentuk pengangkutan (cth, udara, laut, trak) perlu digunakan dalam rantai, bergantung pada pentas dan jarak yang perlu dilalui, serta sifat produk. Dalam sesetengah kes, pengangkutan juga memerlukan pengendalian khusus, seperti pengendalian gas dan bahan kimia berbahaya dan ketulenan tinggi yang digunakan dalam pembuatan, atau melindungi peralatan elektronik sensitif daripada kerosakan.

Pembuatan semikonduktor: struktur perindustrian

Kilang yang memproses wafer dan membuat litar bersepadu mempunyai dua model perniagaan asas. Yang pertama ialah syarikat semikonduktor bersepadu menegak atau perusahaan IDM. Mereka menjalankan semua langkah reka bentuk produk semikonduktor dan proses pembuatan dalaman, daripada reka bentuk hingga ujian akhir. Syarikat IDM menyumbang kira-kira dua pertiga daripada kapasiti semikonduktor global. Walaupun Intel, syarikat IDM terkemuka di Amerika Syarikat, kebanyakannya mengeluarkan peranti logik, kebanyakan syarikat IDM lain terutamanya menghasilkan cip memori seperti DRAM, peranti diskret dan litar bersepadu analog. Selain Intel, Amerika Syarikat adalah rumah kepada beberapa syarikat IDM terkemuka di dunia, termasuk Peranti Analog, Produk Bersepadu Maxim, Teknologi Mikrocip, mikron, semikonduktor dan instrumen Texas. Perlu diingat bahawa walaupun syarikat-syarikat ini beribu pejabat di Amerika Syarikat, mereka melakukan pengeluaran produk akhir mereka di kilang-kilang di seluruh dunia. Sebagai tambahan kepada AS, sebagai contoh, Intel mempunyai kilang pemprosesan wafer di Israel, Ireland dan China. Dan Samsung, yang berpangkalan di Korea Selatan, dan syarikat asing lain (bukan AMERIKA) mempunyai kilang cip di Amerika Syarikat sebagai tambahan kepada kilang mereka di luar negara (bukan Amerika). Menurut laporan SIA, 44% daripada kapasiti syarikat semikonduktor AS terletak di Amerika Syarikat. Secara keseluruhan, perusahaan IDM di Amerika Syarikat menyumbang 51% daripada jumlah hasil operasi pengeluar IDM global pada tahun 2020. Amerika Syarikat amat kukuh dalam litar bersepadu logik digital dan litar bersepadu analog.

Terdapat lebih banyak produk semikonduktor Amerika Syarikat terkemuka yang lain (contohnya, AMD, nvidia, broadcom dan qualcomm dan semangat permainan) adalah model perniagaan "syarikat semikonduktor tiada fabs", syarikat itu akan mereka bentuk data untuk menyediakan syarikat bebas pakar dalam pembuatan faundri semikonduktor, oleh perusahaan faundri ke dalam pembuatan dan pemprosesan produk cip. Foundri pihak ketiga ini diklasifikasikan sebagai "faundri semikonduktor tulen" kerana mereka tidak mereka bentuk atau menjual mana-mana produk cip mereka sendiri, sebaliknya bertindak sebagai pengeluar kontrak untuk syarikat semikonduktor fabless (faundri ini kadangkala memberikan kapasiti tambahan atau sebaliknya menghasilkan cip tertentu untuk IDM vendor). Sesetengah syarikat IDM, terutamanya Samsung, juga menyediakan perkhidmatan pemprosesan untuk syarikat semikonduktor fabless.

Seiring dengan kemajuan teknologi dan kos pembinaan serta penyelenggaraan kemudahan pembuatan semikonduktor yang canggih, model perniagaan perusahaan + faundri tanpa fabrikasi menjadi semakin biasa. Kemajuan berterusan dalam teknologi pembuatan cip memerlukan peralatan pembuatan yang baharu sepenuhnya dan semakin mahal. Fabrikasi canggih (pada nod proses 5nm) menelan belanja sekurang-kurangnya $12 bilion. Sebuah mesin litografi Ultraungu (EUV) ekstrem tunggal, yang diperlukan pada 5 nm atau lebih rendah dan sering digunakan pada 7 nm, boleh menelan belanja sehingga $150 juta. Selain mesin fotolitografi, fabrikasi memerlukan pelbagai jenis peralatan lain. Dianggarkan bahawa pelaburan yang diperlukan untuk fabrikasi generasi akan datang, yang akan beroperasi pada nod 3nm, boleh melebihi $20 bilion. Di samping itu, selepas penubuhan fabrikasi baharu, kos operasi akan menjadi sangat tinggi dan memerlukan pelaburan modal yang berterusan dan mahal; Ia juga perlu untuk mengekalkan teknologi canggih yang diperlukan oleh pereka proses untuk terus beroperasi pada nod pengeluaran yang paling canggih. Foundri tulen mendapat manfaat daripada ekonomi skala yang membolehkan mereka menyerap dan menampung kos besar loji semikonduktor dengan penggunaan kapasiti yang tinggi dan cekap. Foundri tulen menyumbang kira-kira satu pertiga daripada kapasiti cip global, menurut SIA. Antaranya, pengeluaran cip logik menyumbang hampir 80%. Syarikat Pembuatan Semikonduktor Taiwan (TSMC), foundri wafer tulen pertama di dunia, ditubuhkan pada tahun 1987 dan menguasai pasaran foundri hari ini.

Pasaran pembuatan kontrak didominasi oleh syarikat Taiwan, dengan TSMC sahaja menyumbang 53 peratus daripada pasaran. Secara keseluruhan, syarikat faundri Taiwan menyumbang 63 peratus daripada pasaran faundri global. Korea Selatan menyumbang 18% dan China sebanyak 6%. GlobalFoundries, sebuah faundri milik ABU Dhabi yang berpangkalan di AS, mempunyai 7 peratus bahagian, menyumbang lebih separuh daripada baki 13 peratus pasaran faundri.

Seperti yang dinyatakan di atas, walaupun AS mempunyai bahagian pasaran yang besar dalam cip yang dihasilkan oleh perusahaan IDM, ia hanya menyumbang kira-kira 10% daripada pendapatan faundri global. Faundri Asia menyumbang kira-kira 80% daripada jumlah keseluruhan. Taiwan sahaja menyumbang 63 peratus daripada pembuatan kontrak global. Ini bermakna walaupun AS merupakan peneraju dalam reka bentuk semikonduktor, syarikat tanpa fabrikasi domestiknya banyak bergantung pada pengeluar kontrak asing, kebanyakannya di Asia, untuk membuat produk mereka. Walaupun model ejen-perniagaan ini sesuai untuk produk litar bersepadu untuk aplikasi komersial volum tinggi, banyak aplikasi berkaitan adalah dalam kelompok kecil, yang menjadikan penggunaan teknologi pembuatan semikonduktor canggih untuk aplikasi tidak menentu dan mencabar.

Bagi Amerika Syarikat, sebahagian besar pembuatan semikonduktor (dalam kedua-dua model IDM dan faundri) dilakukan di luar negara: Taiwan, Korea Selatan, Jepun, China dan Amerika Syarikat. Kira-kira 12% daripada kapasiti pembuatan semikonduktor dunia terletak di Amerika Syarikat, menurun daripada 37% pada tahun 1990-an. Pada tahun 2019, Taiwan menyumbang kira-kira 20% daripada kapasiti terpasang global, diikuti oleh Korea Selatan dengan 19%. Jepun menyumbang 17 peratus, China 16 peratus dan Eropah 9 peratus. Baki 6% kapasiti terletak di Singapura, Israel dan bahagian lain di dunia.

Daripada 40 kemudahan pembuatan semikonduktor utama yang terletak di Amerika Syarikat, separuh (20) menggunakan wafer 300 mm (12 inci); Pengeluaran lain menggunakan wafer 200 mm (8 inci) atau kurang. Antara 2009 dan 2018, lebih daripada 100 kilang pembuatan wafer 150-200mm ditutup di seluruh dunia, dengan 70% daripada penutupan di AS dan Jepun. Menurut IC Insights, sebanyak 68 kilang pembuatan wafer berusia beberapa dekad, melebihi jangka hayatnya yang munasabah. Fab tertutup sebahagiannya digantikan dengan kemudahan baharu yang lebih menjimatkan kos atau dinaik taraf; Terdapat juga beberapa fab yang terlalu mahal untuk dikendalikan, dan syarikat beralih kepada fab ringan atau model perniagaan fabless

Di dalam negara, enam syarikat mengendalikan fab 20 300 mm di lapan negeri, seperti yang diperincikan dalam jadual di bawah. Selain Skorpios, lima syarikat lain turut mengendalikan kilang wafer di luar AS.

Seperti yang dinyatakan di atas, Intel mempunyai operasi pembuatan semikonduktor di Israel, Ireland dan China. Selain fabrikasinya di Amerika Syarikat, Micron mengendalikan fabrikasi di Singapura, Jepun dan Taiwan. Texas Instruments mempunyai pengeluaran wafer di China, Malaysia, Taiwan dan Filipina, serta di Texas. GlobalFoundries ialah faundri wafer tulen terkemuka di AS. Ia dimiliki oleh emirat ABU Dhabi melalui dana kekayaan berdaulat Mubadala dan mempunyai kemudahan pembuatan wafer di Jerman dan Singapura. Pada tahun 2019, syarikat itu membatalkan rancangan untuk membuka fabrikasi di Chengdu, China.

Walaupun kapasiti pembuatan cip AS secara relatifnya stabil, kapasiti dan pengeluaran di luar AS semakin berkembang, terutamanya di Asia. Akibatnya, SIA meramalkan bahagian kapasiti semikonduktor AS akan jatuh kepada 10 peratus menjelang 2030, manakala bahagian Asia akan meningkat kepada 83 peratus. Pada 2019, tiada satu pun daripada enam kemudahan pembuatan semikonduktor baharu yang dibuka di dunia berada di Amerika Syarikat, tetapi empat berada di China.

Seperti yang dibincangkan dalam bahagian "Reka Bentuk" laporan ini, tiga jenis cip utama dilindungi: memori, logik atau digital dan analog. Seperti yang ditunjukkan oleh carta di bawah, bahagian dunia yang berbeza mengkhusus dalam bidang yang berbeza. Sebagai contoh, hanya 5 peratus cip memori dihasilkan di Amerika Syarikat, berbanding 44 peratus di Korea Selatan dan 14 peratus di Tanah Besar China. Sebagai ingatan, China menumpukan pada pengembangan pesat Changjiang Storage, memperuntukkan $24 bilion subsidi kepada syarikat itu (untuk kilang Wuhannya sahaja). Pengembangan dan produk berharga rendahnya menimbulkan ancaman langsung kepada MICron dan Western Digital, pembuat cip memori AS.

Dalam cip logik atau digital (seperti komputer dan mikropemproses telefon bimbit), AS tidak menghasilkan sebarang nod proses canggih (kurang daripada 10 nanometer), manakala Taiwan mempunyai 92 peratus. Dalam teknologi kunci logik lain, Amerika Syarikat sangat terkemuka: 43% daripada cip logik paling canggih (10-22 nm), dan 6% hingga 9% daripada generasi sebelumnya (28 nm dan above) cip logik dihasilkan di Amerika Syarikat; Taiwan menghasilkan 47 peratus cip logik sedemikian, manakala China menghasilkan kira-kira 19 hingga 23 peratus cip logik. Akhir sekali, untuk segmen komponen analog/diskrit, 19% dihasilkan di Amerika Syarikat, 17% di China, dan kira-kira 27% di Korea.

(iv) Kajian semula pembuatan litar bersepadu

Amerika Syarikat kekurangan kapasiti pengeluaran pada tahap teknologi paling maju:

AS kekurangan kapasiti pengeluaran semikonduktor untuk nod proses semikonduktor paling canggih (kini 5 nanometer), yang kini hanya dikendalikan oleh TSMC (Taiwan) dan Samsung (Korea Selatan). FAB paling maju di Amerika Syarikat ialah barisan proses 10-nm yang dikendalikan oleh Intel, yang tidak dijangka memasuki pengeluaran 7-nm penuh sehingga 2023, dan mengumumkan pada Januari 2021 bahawa ia akan menggunakan TSMC "dipertingkatkan" 7-nm atau di bawah barisan pengeluaran untuk produk litar logik terbaharunya. Akibatnya, syarikat cip fabless AS kini bergantung hampir sepenuhnya kepada pengeluar Asia, terutamanya TSMC, untuk menghasilkan cip paling canggih (7nm atau lebih kecil). Selain risiko rantaian bekalan yang disebabkan oleh pengeluaran tertumpu secara geografi, kekurangan keupayaan teknologi domestik yang canggih menimbulkan kebimbangan keselamatan negara, kerana sesetengah aplikasi memerlukan akses selamat kepada teknologi proses terkini untuk memastikan keunggulan teknologi.

Hasil daripada jualan produk cip bergantung kepada China:

Pembuat cip Amerika juga sangat bergantung pada jualan ke China kerana penguasaannya dalam pengeluaran elektronik. China ialah pasaran terbesar bagi semikonduktor, yang kebanyakannya dieksport semula kerana ia dipasang ke dalam elektronik terminal, termasuk elektronik pengguna dan perkakas. Sebagai contoh, pembekal cip telefon mudah alih Qualcomm mendapat dua pertiga daripada pendapatannya dari China, manakala pembuat memori Micron mendapat 57% daripada pendapatannya dari China, menurut data 2018 daripada The Economist. Intel melaporkan pada 2020 bahawa China menyumbang 26 peratus daripada pendapatannya. Kebergantungan yang besar pada jualan China menyediakan kerajaan China dengan leverage ekonomi dan potensi untuk bertindak balas terhadap Amerika Syarikat.

Hasrat China untuk menerajui industri semikonduktor:

Bahagian China dalam industri semikonduktor global agak kecil, dan syarikatnya kebanyakannya membuat cip kelas rendah. SMIC, faundri tulen tercanggih di China, hanya boleh menghasilkan pada nod 14-nanometer dan mempunyai kapasiti terhad. Walau bagaimanapun, China sedang dalam usaha besar yang diterajui negara untuk membangunkan industri IDM bersepadu menegak peribuminya, dengan matlamat menjadikan industri itu peneraju dalam semua bidang menjelang 2030. Bahagian kapasiti wafer semikonduktor China berjumlah 16 peratus pada 2019 tetapi dijangka meningkat kepada 28 peratus menjelang 2030. Kerajaan China menyediakan subsidi $100bn untuk industri semikonduktornya, termasuk pembangunan 60 kilang pembuatan baharu. Seperti yang dibincangkan dalam bahagian "reka bentuk" rantaian bekalan, China telah secara agresif memberi subsidi kepada pembuat cip memorinya sendiri untuk memecahkan pergantungannya kepada tiga syarikat memori terbesar di dunia: Samsung (Korea Selatan), SK Hynix (Korea Selatan) dan Micron (AS). ). Micron, sebuah syarikat memori AS, ialah pesaing langsung storan Changjiang dan berkemungkinan menjadi syarikat AS pertama yang melihat daya saing dan inovasi masa depannya diancam oleh subsidi China kepada pesaingnya.

Penafian: Artikel ini dicetak semula daripada "Mr. Wang's Restaurant talk", artikel ini hanya mewakili pandangan peribadi penulis, tidak mewakili pandangan Sakwei dan industri, hanya untuk mencetak semula dan berkongsi, menyokong perlindungan hak harta intelek, mencetak semula sila nyatakan sumber asal dan pengarang, jika terdapat pelanggaran, sila hubungi kami untuk memadam.