[Introdução] Em fevereiro de 2021, o presidente do Citigroup, Joe Biden, assinou a Ordem Executiva nº 14017, exigindo que seu governo realizasse uma revisão abrangente das cadeias de suprimentos em quatro grandes áreas: semicondutores, baterias de novas energias, minerais de terras raras e suprimentos médicos. O objetivo era identificar riscos, abordar vulnerabilidades e desenvolver estratégias para melhorar a resiliência da cadeia de suprimentos. Ao assinar a ordem, o presidente citou o provérbio "Por falta de pregos, joga-se fora a ferradura. Por falta de ferraduras, perde-se o cavalo", e assim por diante, até que o reino desabe. A menor falha na cadeia de suprimentos pode afetar a segurança, os empregos, as famílias e as comunidades americanas. Para realizar essa revisão abrangente, o governo Biden criou uma força-tarefa interna que engloba mais de uma dezena de departamentos e agências federais. Autoridades do governo consultaram representantes de sindicatos, empresas, instituições acadêmicas, o Congresso e aliados e parceiros dos EUA para identificar vulnerabilidades e desenvolver soluções.

O relatório de avaliação de revisão do Citi State deverá ser entregue em junho de 2021.

1. Sobre semicondutores

Semicondutores são a base material dos circuitos integrados, essenciais para a vida cotidiana moderna. São parte integrante do cotidiano dos consumidores modernos, encontrados em utensílios domésticos como interruptores de luz, abridores de portas de garagem e geladeiras, bem como em celulares, computadores e automóveis. São encontrados em produtos mais complexos. As pessoas modernas os utilizam todos os dias (digamos, a cada hora, a cada minuto, a cada segundo). Circuitos integrados baseados em semicondutores são o "DNA" de uma variedade de tecnologias que mudaram fundamentalmente todas as áreas da economia, desde agricultura, transporte, saúde, telecomunicações e internet. A indústria de semicondutores é um importante motor de crescimento econômico e geração de empregos no Citigroup. Quase todos os produtos tecnológicos são inseparáveis ​​dos semicondutores; é claro, os sistemas mais avançados também são inseparáveis ​​do suporte dos semicondutores.

O relatório estima que a indústria de semicondutores dos EUA terá vendas anuais de 208 mil milhões de dólares em 2020, representando quase metade do mercado global. Apesar da pandemia global de COVID-19, as vendas globais de produtos semicondutores aumentaram 6.5% em 2020. De acordo com estimativas da SIA, o mercado global de semicondutores atingirá vendas anuais de 726 mil milhões de dólares até 2027, com uma taxa composta de crescimento anual de 4.7%. Os semicondutores são um importante produto de exportação dos EUA, com vendas de exportação de 47 mil milhões de dólares em 2020, ficando em quarto lugar, atrás de aeronaves, petróleo refinado e petróleo bruto.

Embora a indústria de semicondutores dos EUA seja responsável por quase metade da receita global de produtos de semicondutores, o relatório de avaliação acredita que a capacidade de fabrico de semicondutores dos EUA como percentagem da produção global caiu de 37% há 20 anos para cerca de 12% hoje. As empresas dos EUA, incluindo as principais empresas de semicondutores sem fábrica, dependem fortemente de países estrangeiros, especialmente na Ásia, o que cria riscos na cadeia de abastecimento.

O relatório de pesquisa examina a cadeia de fornecimento de semicondutores através de cinco partes fundamentais relacionadas: (1) design; (2) fabricação; (3) montagem, teste e embalagem; (4) materiais; e (5) equipamentos de produção.

2. Conclusões básicas:

projeto:

O ecossistema de design de semicondutores dos EUA é forte e líder mundial, mas as empresas dos EUA dependem fortemente das vendas para a China para sustentar o crescimento dos lucros e o investimento doméstico (nota: doméstico) em investigação e desenvolvimento (I&D). Além disso, as empresas de design dos EUA dependem principalmente de recursos limitados de propriedade intelectual (PI), mão de obra e produção para conduzir seus negócios. Esses recursos são essenciais para levar produtos ao mercado.

fabricação:

Os Estados Unidos não possuem capacidade suficiente de fabricação de semicondutores. O país depende principalmente de Taiwan para o fornecimento de chips lógicos em nós de processo avançados e de Taiwan, Coreia do Sul e China continental para atender à demanda por chips em nós de processo maduros.

Embalagem testada e avançada:

Para embalagens e testes back-end de semicondutores de tecnologia relativamente baixa, os Estados Unidos dependem fortemente de recursos estrangeiros concentrados na Ásia. Além disso, à medida que os chips se tornam mais complexos, os métodos avançados de embalagem representam uma área potencial de desenvolvimento para grandes avanços tecnológicos no futuro. Os EUA não possuem o ecossistema de materiais necessário, e os EUA não são um local com boa relação custo-benefício para desenvolver uma indústria robusta de embalagens avançadas, e um forte investimento chinês poderia derrubar o mercado.

Material:

A produção de semicondutores requer centenas de materiais, criando desafios para a cadeia de abastecimento de produção. Muitos gases e produtos químicos úmidos usados ​​na fabricação de semicondutores são produzidos nos Estados Unidos, mas os fornecedores estrangeiros dominam o mercado de pastilhas de silício, máscaras fotográficas e fotorresistentes.

Equipamento de fabricação:

Além das máquinas de litografia, para a maioria dos equipamentos de processo front-end de fabricação de semicondutores, as empresas americanas têm uma grande participação no mundo.

Além dos Estados Unidos, a produção de equipamentos industriais está concentrada na Holanda e no Japão. Devido ao tamanho limitado da produção de semicondutores nos Estados Unidos, o crescimento destes fabricantes de equipamentos depende fortemente das vendas fora dos Estados Unidos.

3. Sobre projeto de circuito integrado

Historicamente, no estágio inicial do desenvolvimento da indústria de semicondutores (chips), o projeto de circuitos integrados não era uma indústria independente. O projeto dos circuitos integrados é feito por empresas IDM que controlam todo o processo produtivo. Como a Intel e a Texas Instruments nos Estados Unidos são representantes típicos de tais empresas. Hoje, o design de ICs é cada vez mais feito por "empresas de design sem fábrica" ​​mais especializadas que dependem de empresas de fabricação independentes (fundições) para concluir a fabricação de ICs. O aumento das fundições e dos investimentos relacionados facilitou a entrada na indústria de design de circuitos integrados. Isto resulta numa concentração significativamente menor na indústria de design de circuitos integrados do que na fabricação e fabricação de equipamentos, e torna a fabricação de circuitos integrados fortemente dependente de Taiwan.

Embora as barreiras à entrada sejam baixas, as empresas de design sem fábrica devem trabalhar em estreita colaboração com as fundições para garantir que os designs sejam adequados para o processo de produção, e dependem de fornecedores de IP (geralmente outras empresas de semicondutores que desenvolvem tecnologias-chave), bem como de automação de projetos eletrônicos (EDA). suporte empresarial de software. Os estágios upstream e downstream da indústria de design de IC são altamente concentrados. Provedores importantes de IP e provedores de EDA estão sediados principalmente nos Estados Unidos, mas a maioria de seus profissionais está localizada fora dos Estados Unidos.

estrutura industrial

Devido aos diferentes tipos de produtos em que as empresas se envolvem, a escala, a tecnologia e a estrutura das empresas envolvidas no design de semicondutores ou circuitos integrados são muito diferentes. Este relatório divide os semicondutores de circuitos integrados em três tipos principais: circuitos lógicos ou digitais, memória e circuitos analógicos. Em 2020, os circuitos integrados lógicos ou digitais representam cerca de 42% da quota total de mercado; os produtos de memória representam cerca de 26%; os circuitos integrados analógicos respondem por cerca de 14%; outros produtos semicondutores são produtos de circuitos não integrados, incluindo dispositivos discretos, dispositivos optoeletrônicos e dispositivos sensores.

Circuitos integrados lógicos ou digitais são as unidades básicas de computadores ou componentes de computação e são a maior categoria no mercado de produtos semicondutores. Os chips lógicos respondem por 42% da receita da indústria, de acordo com a World Semiconductor Association SIA. Nesta categoria de produtos semicondutores, a concentração do mercado e o número de empresas de design são altamente dependentes do tipo específico de chip. Os mercados de unidades de processamento central (CPU) de computadores pessoais, unidades de processamento gráfico dedicadas (GPU) e matrizes de portas programáveis ​​em campo (FPGA) são essencialmente duopólios. Os fornecedores de circuitos integrados de aplicação específica (ASICs) são muito fragmentados e a sua concorrência é mais intensa. As categorias de produtos incluem processadores de dispositivos móveis baseados em ASIC e ARM. Uma CPU é a unidade central de processamento de um computador, uma GPU é um processador usado para renderização de vídeo, um produto FPGA é usado para configuração por um cliente ou designer após a fabricação e um ASIC é um chip personalizado projetado para uma aplicação específica.

O relatório acredita que os Estados Unidos são líderes mundiais em design de circuitos integrados e muitas empresas recorrem à terceirização da fabricação ou à colocação de projetistas fora dos Estados Unidos para reduzir despesas de capital. Basicamente, todas as CPUs de computadores pessoais do mundo são projetadas pelas empresas americanas Intel e AMD, entre as quais a Intel conclui a fabricação de chips internamente, enquanto a AMD depende de fundições para concluir a fabricação de chips. Enquanto isso, a Intel e a AMD podem em breve dominar a categoria de FPGA, já que a AMD anunciou em outubro de 2020 que planejava adquirir a Xilinx, líder de mercado de FPGA, por US$ 35 bilhões. Se a aquisição obtiver aprovação regulatória, a AMD-Xilinx e a Intel serão responsáveis ​​por cerca de 85% das vendas globais de FPGA. Outros fornecedores norte-americanos Microchip Technology, Lattice Semiconductor e Achronix Semiconductor constituem o restante do mercado de FPGA. A maior parte da GPU global é detida pela AMD e pela empresa norte-americana líder de mercado NVIDIA.

A concorrência na base de fornecedores ASIC aumentou significativamente e a demanda por processadores para dispositivos móveis baseados na arquitetura ARM é alta. Fabricantes de chips como a Samsung competem nos mercados de ASIC e de processadores móveis ao lado de empresas de design sem fábrica, como Qualcomm e Broadcom, e dezenas de empresas de tecnologia dos EUA que projetam seus próprios chips, incluindo Apple, Alphabet e Amazon. Com exceção da Intel e da Microchip, a maioria dos fornecedores de CPU, GPU, FPGA e ASIC em todo o mundo e nos EUA não tem fábrica, dependendo da fabricação de fundição para projetar chips.

De acordo com a SIA, os chips de memória usados ​​para armazenar informações necessárias à computação respondem por 26% da receita da indústria. Os chips de memória são categorias totalmente comercializadas e competitivas, e os seus benefícios e progresso tecnológico dependem inteiramente do rendimento e das economias de escala. Os produtos de memória são geralmente fornecidos por empresas do tipo IDM. A Samsung da Coreia do Sul e a SK Hynix da Coreia do Sul estão na posição de liderança no campo da memória dinâmica de acesso aleatório (DRAM). A empresa norte-americana Micron tem cerca de 23 por cento. Os líderes em participação de mercado estão agora desenvolvendo tecnologias avançadas de embalagem (ou seja, empilhamento de matrizes) e propriedade intelectual para outros produtos líderes. Estas três empresas representam cerca de 95% do mercado global de 70 mil milhões de dólares em 2020.

A produção de memória flash (NAND) é menos concentrada, com cerca de seis empresas respondendo por cerca de 99% do mercado global de US$ 47 bilhões em 2020. A sul-coreana Samsung também é líder de mercado em produtos de memória flash, com pouco mais de um terço da NAND. mercado. A Samsung da Coreia do Sul é seguida pela Kioxia do Japão (anteriormente Toshiba), que tem uma participação de cerca de 20 por cento. O terceiro lugar em produtos de memória flash é a Western Digital Corporation dos Estados Unidos, responsável por cerca de 14% da participação. Também neste segmento estão SK Hynix na Coreia do Sul (12%), Micron nos EUA (11%) e Intel nos EUA (9%). As empresas globais de NAND parecem estar se preparando para uma maior consolidação. A Intel, cuja receita de produtos NAND é semelhante à da Micron, anunciou em outubro de 2020 que planejava vender a maior parte de seu negócio de memória NAND para a SK Hynix. A venda impulsionará a empresa combinada para o segundo lugar em participação de mercado de NAND. Também há relatos de que a Western Digital e a Micron podem estar querendo adquirir a Kioxia. Além disso, a Yangtze Memory Technologies (YMTC), uma empresa chinesa fundada em 2, está a expandir-se rapidamente e recebeu cerca de 2016 mil milhões de dólares em subsídios. Fontes do governo chinês. A empresa poderá ser capaz de produzir até 24 mil wafers por mês até 200,000, mais que o dobro da capacidade atual de NAND da Intel e uma potencial ameaça de baixo custo para as empresas de memória dos EUA.

Em comparação com chips de memória, a comercialização de produtos de circuitos integrados analógicos é menos competitiva. Além disso, os circuitos analógicos geralmente dependem menos do uso de nós de processo de fabricação de última geração. O uso final no sistema de aplicação, o conhecimento e a experiência no projeto do chip são fatores importantes no valor dos circuitos integrados analógicos. Portanto, a concentração de mercado das empresas de produtos aqui não é muito alta, porque as empresas de circuitos integrados analógicos podem manter uma vantagem competitiva concentrando-se no campo analógico. Em 2020, o maior fornecedor mundial de circuitos integrados analógicos respondia por 62% do mercado de US$ 56 bilhões, dos quais apenas a Texas Instruments respondia por mais de 10% do mercado. Muitas das principais empresas de semicondutores analógicos são produtores "fab-lite", fabricando alguns dos chips que projetam internamente, embora também terceirizem uma grande parte dos chips.

Em 2020, as vendas globais de dispositivos discretos, dispositivos optoeletrônicos e sensores (semicondutores não integrados) em produtos semicondutores serão de aproximadamente US$ 79 bilhões, representando quase 18% do mercado total de semicondutores (total de aproximadamente US$ 440 bilhões). A maioria dos produtos semicondutores nesta categoria estão em nós de processos maduros, onde são baratos e não é incomum que um único produto valha um centavo. O mercado para esses produtos é altamente fragmentado, com numerosos fabricantes. As empresas de semicondutores não IC incluem ABB Ltd. (Suécia/Suíça), Infineon Technologies (Alemanha), STM Microelectronics (Itália/França), Toshiba (Japão), bem como as empresas norte-americanas Diodes Inc., Vishay Intertechnology, Qorvo, dPix e Cree. As principais tecnologias motrizes para produtos semicondutores não integrados, especialmente produtos semicondutores de potência discretos, são inovações no gerenciamento de energia e na miniaturização. Esses produtos utilizam automóveis, especialmente veículos elétricos, como terminais de aplicação chave. Nitreto de gálio (GaN), carboneto de silício (SiC) dominado pelos EUA e outros substratos semicondutores compostos são tecnologias essenciais para uma variedade de aplicações. Eles são amplamente utilizados em gerenciamento e distribuição de energia, amplificação de potência de alta frequência, optoeletrônica e segurança nacional. Dispositivos semicondutores de tela plana também se enquadram nesta categoria.

No campo da segurança nacional, a tecnologia de semicondutores também deve se qualificar para uso na faixa de temperatura (faixa estendida) e ambientes severos, incluindo características técnicas para uso em ambientes de radiação, quando apropriado. Além disso, são necessárias verificações e validações de componentes mais rigorosas e independentes. Os semicondutores usados ​​em aplicações automotivas também devem atender a rigorosos requisitos de durabilidade e testes para suportar condições ambientais severas (por exemplo, frio extremo, calor extremo e umidade extrema). Eles devem suportar vibração e choque durante toda a expectativa de vida útil do veículo de 10 a 20 anos e devem ter demonstrado taxas de falha muito mais baixas em testes do que os semicondutores usados ​​em produtos de consumo para garantir que atendam aos requisitos de segurança veicular. Espera-se que esses requisitos aumentem e se tornem mais rigorosos à medida que os veículos se tornam mais autônomos e empregam cada vez mais tecnologias de detecção e alcance de luz (LiDAR), sonar, radar, sistemas de visão e tecnologias de navegação e identificação.

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