[Введение] В феврале 2021 года президент Citigroup Джо Байден подписал исполнительный указ № 14017, обязывающий правительство провести всесторонний анализ цепочек поставок в четырех основных областях, включая полупроводники, батареи для новых источников энергии, редкоземельные минералы и медицинские товары, с целью выявления рисков, устранения уязвимостей и разработки стратегий повышения устойчивости цепочек поставок. Подписывая указ, командующий процитировал пословицу: «За нехваткой гвоздей выбрасывают подкову, за нехваткой подков теряют лошадь», и так далее, пока не рухнуло королевство. Малейшая неполадка в цепочке поставок может повлиять на безопасность, рабочие места, семьи и сообщества американцев. Для проведения этого всестороннего анализа администрация Байдена создала внутреннюю целевую группу, охватывающую более десятка федеральных департаментов и агентств. Должностные лица администрации консультировались с профсоюзами, бизнесом, академическими учреждениями, Конгрессом, а также союзниками и партнерами США для выявления уязвимостей и разработки решений.

Отчет об оценке Citi State должен быть представлен в июне 2021 года.

1. О полупроводниках

Полупроводники являются материальной основой интегральных схем, которые необходимы для современной повседневной жизни. Полупроводники являются неотъемлемой частью повседневной жизни современных потребителей, они встречаются в предметах домашнего обихода, таких как выключатели света, устройства для открывания гаражных ворот и холодильники, а также в мобильных телефонах, компьютерах и автомобилях. Они встречаются в более сложных продуктах. Современные люди используют их каждый день (скажем, каждый час, каждую минуту, каждую секунду). Интегральные схемы на основе полупроводников являются «ДНК» множества технологий, которые в корне изменили все сферы социально-экономической жизни, от сельского хозяйства, транспорта, здравоохранения, телекоммуникаций и Интернета. Полупроводниковая промышленность является основным двигателем экономического роста и создания рабочих мест в Citi. Почти все технологические продукты неотделимы от полупроводников; конечно, самые передовые системы также неотделимы от поддержки полупроводников.

По оценкам отчета, годовой объем продаж полупроводниковой промышленности США в 208 году составит 2020 миллиардов долларов, что составит почти половину мирового рынка. Несмотря на глобальную пандемию COVID-19, мировые продажи полупроводниковой продукции в 6.5 году выросли на 2020%. По оценкам SIA, к 726 году мировой рынок полупроводников достигнет годового объема продаж в 2027 миллиардов долларов США, а совокупный годовой темп роста составит 4.7%. Полупроводники являются основным экспортным товаром США: экспортные продажи в 47 году составили 2020 миллиардов долларов, занимая четвертое место после самолетов, очищенной нефти и сырой нефти.

Хотя на долю полупроводниковой промышленности США приходится почти половина мирового дохода от полупроводниковой продукции, в докладе об оценке говорится, что доля производственных мощностей США по производству полупроводников в мировом производстве упала с 37% 20 лет назад до примерно 12% сегодня. Американские предприятия, в том числе крупные полупроводниковые компании, не имеющие собственного капитала, сильно зависят от зарубежных стран, особенно в Азии, что создает риски в цепочке поставок.

В исследовательском отчете цепочка поставок полупроводников рассматривается через пять связанных фундаментальных частей: (1) проектирование; (2) производство; (3) сборка, испытание и упаковка; (4) материалы; и (5) производственное оборудование.

2. Основные выводы:

дизайн:

Экосистема разработки полупроводников в США сильна и является ведущей в мире, но американские компании в значительной степени полагаются на продажи в Китай для поддержания роста прибыли и внутренних (примечание: внутренних) инвестиций в исследования и разработки (НИОКР). Кроме того, для ведения бизнеса американские проектные фирмы полагаются в первую очередь на ограниченные ресурсы интеллектуальной собственности (ИС), трудовые и производственные ресурсы. Эти ресурсы имеют решающее значение для вывода продукции на рынок.

производство:

Соединенным Штатам не хватает достаточных мощностей по производству полупроводников. Соединенные Штаты в основном полагаются на Тайвань в поставке логических микросхем для передовых технологических узлов, а также на Тайвань, Южную Корею и материковый Китай в удовлетворении спроса на зрелые микросхемы технологических узлов.

Протестированная и усовершенствованная упаковка:

В вопросах относительно низкотехнологичной упаковки и тестирования полупроводников Соединенные Штаты в значительной степени полагаются на иностранные ресурсы, сосредоточенные в Азии. Более того, поскольку чипы становятся все более сложными, передовые методы упаковки представляют собой потенциальную область развития для крупных технологических достижений в будущем. В США отсутствует необходимая экосистема материалов, и США не являются экономически эффективным местом для развития мощной современной упаковочной промышленности, а крупные китайские инвестиции могут перевернуть рынок.

Материал:

Для производства полупроводников требуются сотни материалов, что создает проблемы для производственной цепочки поставок. Многие газы и влажные химикаты, используемые в производстве полупроводников, производятся в США, но на рынке кремниевых пластин, фотошаблонов и фоторезистов доминируют иностранные поставщики.

Производственное оборудование:

Помимо литографических машин, большая часть технологического оборудования для производства полупроводников принадлежит американским компаниям в мире.

Помимо США, производство производственного оборудования сосредоточено в Нидерландах и Японии. Из-за ограниченных размеров производства полупроводников в США рост этих производителей оборудования во многом зависит от продаж за пределами США.

3. О проектировании интегральных схем

Исторически сложилось так, что на начальном этапе развития полупроводниковой (чиповой) промышленности проектирование интегральных схем не было самостоятельной отраслью. Разработкой интегральных схем занимаются компании IDM, которые контролируют весь производственный процесс. Типичными представителями таких предприятий являются Intel и Texas Instruments в США. Сегодня проектирование ИС все чаще осуществляется более специализированными «проектными компаниями без собственных мощностей», которые полагаются на независимые производственные компании (литейные заводы) для завершения производства ИС. Увеличение литейных производств и связанных с ними инвестиций облегчило вход в индустрию проектирования интегральных схем. Это приводит к значительно более низкой концентрации в отрасли проектирования интегральных схем, чем в производстве и производстве оборудования, и делает производство интегральных схем сильно зависимым от Тайваня.

Хотя входные барьеры низки, компании, занимающиеся разработкой без производственных мощностей, должны тесно сотрудничать с литейными предприятиями, чтобы гарантировать, что конструкции подходят для производственного процесса, и они полагаются на поставщиков интеллектуальной собственности (обычно другие полупроводниковые компании, разрабатывающие ключевые технологии), а также на автоматизацию электронного проектирования (EDA). поддержка программного обеспечения предприятия. Как начальные, так и последующие этапы разработки интегральных схем характеризуются высокой концентрацией. Штаб-квартиры крупных провайдеров интеллектуальной собственности и провайдеров EDA в основном расположены в США, но большинство их специалистов находятся за пределами США.

Промышленная структура

Из-за различных типов продукции, выпускаемой предприятиями, масштабы, технологии и структура предприятий, занимающихся разработкой полупроводников или интегральных схем, сильно различаются. В этом отчете полупроводниковые интегральные схемы разделены на три основных типа: логические или цифровые схемы, память и аналоговые схемы. В 2020 году логические или цифровые интегральные схемы будут занимать около 42% общей доли рынка; продукты памяти составляют около 26%; аналоговые интегральные схемы составляют около 14%; прочая полупроводниковая продукция не является продукцией на интегральных схемах, включая дискретные устройства, оптоэлектронные устройства и сенсорные устройства.

Логические или цифровые интегральные схемы являются основными блоками компьютеров или вычислительных компонентов и представляют собой крупнейшую категорию на рынке полупроводниковой продукции. По данным Всемирной ассоциации производителей полупроводников SIA, на логические чипы приходится 42 процента доходов отрасли. В этой категории полупроводниковой продукции концентрация рынка и количество компаний-разработчиков сильно зависят от конкретного типа чипа. Рынки центральных процессоров (ЦП) персональных компьютеров, специализированных графических процессоров (ГП) и программируемых вентильных матриц (ПЛИС), по сути, представляют собой дуополию. Поставщики специализированных интегральных схем (ASIC) очень фрагментированы, а их конкуренция более интенсивна. Категории продуктов включают процессоры для мобильных устройств на базе ASIC и ARM. ЦП — это центральный процессор компьютера, графический процессор — процессор, используемый для рендеринга видео, продукт FPGA используется для настройки клиентом или дизайнером после производства, а ASIC — это специальный чип, разработанный для конкретного приложения.

В отчете утверждается, что Соединенные Штаты являются мировым лидером в разработке интегральных схем, и многие компании используют аутсорсинг производства или размещают разработчиков за пределами Соединенных Штатов, чтобы сократить капитальные затраты. По сути, все процессоры для персональных компьютеров в мире разработаны американскими компаниями Intel и AMD, среди которых Intel производит собственное производство чипов, а AMD полагается на литейные заводы для завершения производства чипов. Между тем, Intel и AMD вскоре могут доминировать в категории FPGA, поскольку в октябре 2020 года AMD объявила, что планирует приобрести лидера рынка FPGA Xilinx за 35 миллиардов долларов. Если приобретение получит одобрение регулирующих органов, на AMD-Xilinx и Intel будет приходиться около 85 процентов мировых продаж FPGA. Остальные американские поставщики Microchip Technology, Lattice Semiconductor и Achronix Semiconductor составляют оставшуюся часть рынка FPGA. Основная доля мирового производства графических процессоров принадлежит AMD и ведущей на рынке американской компании NVIDIA.

Конкуренция среди поставщиков ASIC значительно возросла, а спрос на процессоры для мобильных устройств на базе архитектуры ARM высок. Производители микросхем, такие как Samsung, конкурируют на рынках ASIC и мобильных процессоров наряду с фирмами, не имеющими собственного производства, такими как Qualcomm и Broadcom, а также десятками американских технологических компаний, разрабатывающих свои собственные чипы, включая Apple, Alphabet и Amazon. За исключением Intel и Microchip, большинство поставщиков процессоров, графических процессоров, FPGA и ASIC во всем мире и в США не имеют производственных мощностей и полагаются на литейное производство при разработке чипов.

По данным SIA, чипы памяти, используемые для хранения информации, необходимой для вычислений, приносят 26% доходов отрасли. Чипы памяти являются полностью коммерциализированной и конкурентоспособной категорией, а их преимущества и технологический прогресс полностью зависят от производительности и эффекта масштаба. Продукты памяти обычно предоставляются компаниями типа IDM. Южнокорейская компания Samsung и южнокорейская SK Hynix занимают лидирующие позиции в области динамической оперативной памяти (DRAM). Американской компании Micron принадлежит около 23 процентов. Лидеры рынка в настоящее время разрабатывают передовые технологии упаковки (например, штабелирование штампов) и интеллектуальную собственность для других ведущих продуктов. На эти три компании приходится примерно 95% мирового рынка стоимостью 70 миллиардов долларов в 2020 году.

Производство флэш-памяти (NAND) менее сконцентрировано: по оценкам, на шесть компаний в 99 году придется около 47% мирового рынка стоимостью 2020 миллиардов долларов. Южнокорейская компания Samsung также является лидером рынка флэш-памяти, на долю которой приходится чуть более трети рынка NAND. рынок. За южнокорейской компанией Samsung следует японская Kioxia (ранее Toshiba), доля которой составляет примерно 20 процентов. Третье место по продуктам флэш-памяти занимает компания Western Digital Corporation из США, на долю которой приходится около 14% доли. Также в этом сегменте представлены SK Hynix в Южной Корее (12%), Micron в США (11%) и Intel в США (9%). Глобальные компании NAND, похоже, готовятся к дальнейшей консолидации. Intel, чей доход от продуктов NAND аналогичен доходу Micron, объявила в октябре 2020 года, что планирует продать большую часть своего бизнеса по производству памяти NAND компании SK Hynix. Продажа выведет объединенную компанию на второе место на рынке NAND. Есть также сообщения о том, что Western Digital и Micron, возможно, планируют приобрести Kioxia. Кроме того, китайская компания Yangtze Memory Technologies (YMTC), основанная в 2 году, быстро расширяется и получила около 2016 миллиардов долларов в виде субсидий. Источники в правительстве Китая. К 24 году компания сможет производить до 200,000 2022 пластин в месяц, что более чем вдвое превысит текущую мощность NAND Intel и станет потенциальной угрозой низкой себестоимости для американских производителей памяти.

По сравнению с чипами памяти, коммерциализация аналоговых интегральных схем менее конкурентоспособна. Более того, аналоговые схемы, как правило, менее зависимы от использования передовых узлов производственного процесса. Конечное использование в прикладной системе, знания и опыт проектирования микросхем являются важными факторами, определяющими ценность аналоговых интегральных схем. Таким образом, рыночная концентрация компаний-производителей здесь не слишком высока, поскольку компании, производящие аналоговые интегральные схемы, могут сохранить конкурентное преимущество, сосредоточившись на аналоговой области. В 2020 году на долю крупнейшего в мире поставщика аналоговых интегральных схем пришлось 62% рынка стоимостью 56 миллиардов долларов, из которых только на Texas Instruments приходилось более 10% рынка. Многие ведущие компании по производству аналоговых полупроводников являются производителями «fab-lite», производя некоторые из разрабатываемых ими микросхем самостоятельно, хотя большую часть микросхем они также передают на аутсорсинг.

В 2020 году мировые продажи дискретных устройств, оптоэлектронных устройств и датчиков (неинтегрированных полупроводников) в полупроводниковой продукции составят примерно 79 миллиардов долларов, что составит почти 18% от общего рынка полупроводников (всего около 440 миллиардов долларов). Большинство полупроводниковых продуктов этой категории производятся на зрелых технологических узлах, где они дешевы, и нередко один продукт стоит копейки. Рынок такой продукции сильно фрагментирован многочисленными производителями. Компании, производящие полупроводники, не относящиеся к IC, включают ABB Ltd. (Швеция/Швейцария), Infineon Technologies (Германия), STM Microelectronics (Италия/Франция), Toshiba (Япония), а также американские компании Diodes Inc., Vishay Intertechnology, Qorvo, dPix и Кри. Ключевыми движущими технологиями для неинтегрированных полупроводниковых продуктов, особенно полупроводниковых продуктов с дискретной мощностью, являются инновации в области управления питанием и миниатюризации. В таких продуктах в качестве ключевых прикладных терминалов используются автомобили, особенно электромобили. Нитрид галлия (GaN), карбид кремния (SiC) и другие сложные полупроводниковые подложки, в которых доминируют США, являются ключевыми технологиями для различных приложений. Они широко используются в управлении и распределении энергии, высокочастотном усилении мощности, оптоэлектронике и национальной безопасности. Полупроводниковые устройства с плоскими дисплеями также попадают в эту категорию.

В сфере национальной безопасности полупроводниковые технологии также должны соответствовать требованиям для использования в диапазоне температур (расширенный диапазон) и суровых условиях, включая технические характеристики для использования в условиях радиации, где это уместно. Кроме того, требуется более строгая и независимая проверка и валидация компонентов. Полупроводники, используемые в автомобильных приложениях, также должны соответствовать строгим требованиям к прочности и испытаниям, чтобы выдерживать суровые условия окружающей среды (например, экстремальный холод, экстремальная жара и экстремальная влажность). Они должны выдерживать вибрацию и удары на протяжении всего ожидаемого срока службы транспортного средства от 10 до 20 лет и демонстрировать гораздо более низкие показатели отказов в испытаниях, чем полупроводники, используемые в потребительских товарах, чтобы гарантировать, что они соответствуют требованиям безопасности транспортных средств. Ожидается, что эти требования будут ужесточаться и становиться более строгими, поскольку транспортные средства становятся все более автономными и все больше используют световые датчики обнаружения и измерения дальности (LiDAR), сонары, радары, системы технического зрения, а также технологии навигации и идентификации.

Отказ от ответственности: Эта статья воспроизведена из «Шепота винного ресторана мистера Ван Лао». Эта статья отражает только личные взгляды автора, а не точку зрения Saco Micro и отрасли. Он предназначен только для перепечатки и распространения и поддерживает защиту прав интеллектуальной собственности. Пожалуйста, указывайте первоисточник и автора для перепечатки. , если есть какие-либо нарушения, пожалуйста, свяжитесь с нами, чтобы удалить их.