(Bölüm I'in devamı: Tümleşik Devre Tasarımı)

Dört, entegre devre üretimi hakkında

(I) Citigroup'un entegre devre imalat endüstrisine ilişkin temel tahminleri

Yarı iletken ürünler, enerji, sağlık hizmetleri, tarım, tüketici elektroniği, imalat ve ulaşım da dahil olmak üzere ekonominin hemen hemen her sektörünü yönlendirmektedir. 2019 yılında yarı iletkenlere yönelik küresel son kullanım talebi şu şekildedir: cep telefonları (%26), bilgi ve iletişim altyapısı (veri merkezleri, iletişim ağları dahil) (%24); Bilgisayar (%19), sanayi (%12), otomotiv (%10) ve tüketici elektroniği (%10).

Bu çeşitli uygulamaların yaklaşık %9'u doğrudan ulusal güvenlik ve kritik altyapı uygulamalarını desteklemektedir. Bu temel yarı iletken ürün son kullanım alanları arasında havacılık, telekomünikasyon ağları, enerji ve kamu hizmetleri, sağlık hizmetleri ve finansal hizmetler yer almaktadır. ve diğer hükümet kullanımları küresel yarı iletken tüketiminin yüzde 1'inden biraz fazlasını oluşturuyor.

ABD'nin küresel yarı iletken üretimindeki payı 37'daki yüzde 1990'den bugün yüzde 12'ye düştü ve endüstriyi destekleyecek kapsamlı bir ABD stratejisi olmadan daha da düşmesi bekleniyor.

ABD Üretim kapasitesi yetersiz: ABD üretim kapasitesi onlarca yıldır düşüyor. Bu yüzyılın ilk on yılı, ABD imalat sektörü için özellikle yıkıcıydı; 2000 ile 2010 yılları arasında imalat sektöründeki işlerin üçte biri kaybedildi. Küçük ve orta ölçekli işletmeler (KOBİ) özellikle ağır darbe aldı. Düşüşün bir kısmı düşük ücretli ülkelerdeki rekabete bağlanabilir. Ekonomistler, iş kayıplarının yaklaşık yüzde 25'inin, özellikle Çin'in Dünya Ticaret Örgütü'ne katılmasının ardından Çin'in yükselişine atfedilebileceğini tahmin ediyor. Ancak ABD aynı zamanda yurt içi üretkenlik artışının ekonomik emsalleriyle karşılaştırıldığında durgunlaştığını da gördü; örneğin ortalamada ve çoğu sektörde Almanya'nın gerisinde kaldı. Bugün Amerika Birleşik Devletleri'ndeki küçük işletmeler genellikle büyük üreticilere göre daha az üretkendir. YAPAY zeka ve robot teknolojisinin çok yakında olduğu yönündeki yaygın inanışın aksine, ABD'li küçük ve orta ölçekli işletme üreticileri, üretkenliği artıran yeni teknolojilere yeterince yatırım yapmıyor. Üretim kapasitesinin kaybı inovasyon kapasitesinin kaybına yol açmaktadır. Üretim yeteneği ürün yeniliğinin temelidir. İnovasyon yeteneği bir kez kaybolunca yeniden inşa edilmesi zordur. ENTEGRE devre kapasitesi son yıllarda yurtdışına taşındığında, araştırma ve geliştirme ve daha geniş endüstriyel tedarik zinciri de bunu sıklıkla takip etti.

(2) Yarı iletken ürünlerin tedarik zinciri

Tasarımdan paketlemeye ve müşteriler tarafından satın alınan nihai elektronik ürünlere entegrasyona kadar endüstriyel zincir son derece karmaşıktır ve coğrafi olarak dağınıktır. Tipik bir yarı iletken üretim süreci birden fazla ülkeyi içerir ve firmanın belirli bağlantılardaki uzmanlığı nedeniyle ürünler uluslararası sınırları 70 kez geçebilir. Tüm süreç 100 gün kadar sürüyor ve bunun 12 günü tedarik zincirinin halkaları arasında aktarılıyor. Aşağıda tedarik zincirinin basit bir temsili verilmiştir.

Yarı iletken ürünlerin küçük boyutu ve hafifliği, böylesine karmaşık, çapraz coğrafi bir tedarik zincirine ulaşmada önemli faktörlerdir. Yarı iletken ürünlerin nakliye maliyeti, değerlerine göre düşüktür. Ancak bu aynı zamanda ulaşım yollarının aksamasının tedarik zinciri için risk oluşturabileceği anlamına da geliyor. Zincirde, aşamaya, gidilecek mesafeye ve ürünün niteliğine bağlı olarak çeşitli taşıma biçimlerinin (hava, deniz, kamyon gibi) kullanılması gerekir. Bazı durumlarda nakliye, tehlikeli ve yüksek saflıkta gazların ve imalatta kullanılan kimyasalların taşınması veya hassas elektronik ekipmanların hasardan korunması gibi özel taşıma işlemlerini de gerektirir.

Yarı iletken üretimi: endüstriyel yapı

Gofret işleyen ve entegre devre yapan fabrikaların iki temel iş modeli vardır. Birincisi dikey olarak entegre bir yarı iletken şirketi veya IDM kuruluşudur. Tasarımdan son testlere kadar yarı iletken ürün tasarımı ve üretim sürecinin tüm adımlarını kendi bünyesinde yürütüyorlar. IDM şirketleri küresel yarı iletken kapasitesinin yaklaşık üçte ikisini oluşturuyor. Amerika Birleşik Devletleri'nin önde gelen IDM şirketi Intel, esas olarak mantıksal aygıtlar üretse de, diğer çoğu IDM şirketi esas olarak DRAM, ayrı aygıtlar ve analog entegre devreler gibi bellek yongaları üretiyor. Amerika Birleşik Devletleri, Intel'in yanı sıra Analog Devices, Maxim Integrated Products, MicrochipTechnology, micron, yarı iletken ve Texas enstrümanları da dahil olmak üzere dünyanın önde gelen IDM şirketlerinden bazılarına ev sahipliği yapmaktadır. Bu şirketlerin genel merkezleri Amerika Birleşik Devletleri'nde olmakla birlikte, nihai ürün imalatlarını dünya çapındaki fabrikalarda gerçekleştirdiklerini belirtmekte fayda var. Örneğin Intel'in ABD'nin yanı sıra İsrail, İrlanda ve Çin'de de levha işleme tesisleri bulunuyor. Güney Kore merkezli Samsung ve diğer yabancı merkezli (AMERİKAN dışı) şirketlerin, denizaşırı (Amerikan olmayan) fabrikalarının yanı sıra Amerika Birleşik Devletleri'nde de çip fabrikaları var. SIA raporuna göre ABD'li yarı iletken şirketlerinin kapasitesinin %44'ü ABD'de bulunuyor. Genel olarak, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki IDM işletmeleri, 51 yılında küresel IDM üreticilerinin toplam işletme gelirinin %2020'ini oluşturdu. Amerika Birleşik Devletleri özellikle dijital mantık entegre devreleri ve analog entegre devreler konusunda güçlüdür.

Diğer Amerikan yarı iletken ürünlerine liderlik eden kuruluşlar (örneğin, AMD, nvidia, broadcom ve qualcomm ve oyun ruhu) "fabs yarı iletken şirketleri yok" iş modelidir; şirket, yarı iletken dökümhane üretiminde uzmanlaşmış bağımsız bir şirket sağlamak için veriler tasarlayacak, Dökümhane işletmeleri tarafından talaş ürünleri imalatı ve işlenmesine yönelik. Bu üçüncü taraf dökümhaneler "saf yarı iletken dökümhaneler" olarak sınıflandırılır çünkü kendi çip ürünlerini tasarlamazlar veya satmazlar, bunun yerine fabrikasız yarı iletken şirketleri için sözleşmeli üreticiler olarak hareket ederler (bu dökümhaneler bazen ek kapasite sağlar veya IDM için belirli çipler üretirler) Satıcılar). Bazı IDM şirketleri, özellikle Samsung, aynı zamanda kablosuz yarı iletken şirketleri için işleme hizmetleri de sağlıyor.

Teknoloji ilerledikçe ve en son teknolojiye sahip yarı iletken üretim tesislerinin inşası ve bakımının maliyeti hızla yükseldikçe, masalsı olmayan işletme + dökümhane iş modeli daha yaygın hale geliyor. Yonga üretim teknolojisindeki sürekli ilerlemeler, tamamen yeni ve giderek pahalılaşan üretim ekipmanları gerektirmektedir. En son teknolojiye sahip fabrikaların (5nm işlem düğümlerinde) maliyeti en az 12 milyar dolardır. 5 nm veya altında gerekli olan ve sıklıkla 7 nm'de kullanılan tek bir ekstrem Ultraviyole (EUV) litografi makinesinin maliyeti 150 milyon dolara kadar çıkabilir. Fabrikalar, fotolitografi makinelerine ek olarak başka birçok türde ekipmana ihtiyaç duyar. 3nm düğümler üzerinde çalışacak yeni nesil fabrikalar için gereken yatırımın 20 milyar doları aşabileceği tahmin ediliyor. Ayrıca yeni fabrikaların kurulmasından sonra işletme maliyetleri çok yüksek olacak, sürekli ve pahalı sermaye yatırımı gerektirecek; En gelişmiş üretim düğümlerinde çalışmaya devam etmek için süreç tasarımcılarının ihtiyaç duyduğu en son teknolojiyi korumak da gereklidir. Saf dökümhaneler, yarı iletken tesislerinin büyük maliyetlerini yüksek ve verimli kapasite kullanımıyla karşılamalarına ve karşılamalarına olanak tanıyan ölçek ekonomilerinden yararlanır. SIA'ya göre saf dökümhaneler küresel çip kapasitesinin yaklaşık üçte birini oluşturuyor. Bunların arasında mantık çipi üretimi yaklaşık %80'i oluşturuyor. Dünyanın ilk saf levha dökümhanesi olan Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC), 1987 yılında kuruldu ve bugün dökümhane pazarına hakim durumda.

Fason üretim pazarı Tayvanlı şirketlerin hakimiyetindedir ve TSMC tek başına pazarın yüzde 53'ünü oluşturmaktadır. Genel olarak, Tayvanlı dökümhane şirketleri küresel dökümhane pazarının yüzde 63'ünü oluşturuyor. Güney Kore %18, Çin ise %6'dır. ABD merkezli, Abu Dhabi'ye ait bir dökümhane olan GlobalFoundries, yüzde 7'lik bir paya sahip olup, dökümhane pazarının geri kalan yüzde 13'ünün yarısından fazlasını oluşturuyor.

Yukarıda belirtildiği gibi, ABD, IDM işletmelerinin ürettiği çiplerde büyük bir pazar payına sahip olmasına rağmen, küresel dökümhane gelirlerinin yalnızca %10'unu oluşturuyor. Asya dökümhaneleri toplamın yaklaşık %80'ini oluşturmaktadır. Tayvan tek başına küresel fason üretimin yüzde 63'ünü oluşturuyor. Bu, ABD'nin yarı iletken tasarımında lider olmasına rağmen, yerel fabrikasız şirketlerinin ürünlerini yapmak için çoğunlukla Asya'daki yabancı fason üreticilere bağımlı olduğu anlamına geliyor. Bu temsilci-iş modeli, yüksek hacimli ticari uygulamalara yönelik entegre devre ürünleri için uygun olmasına rağmen, ilgili uygulamaların çoğu küçük partiler halindedir ve bu da uygulamalar için gelişmiş yarı iletken üretim teknolojilerinin benimsenmesini belirsiz ve zorlu hale getirir.

Amerika Birleşik Devletleri'nde yarı iletken üretiminin büyük çoğunluğu (hem IDM hem de dökümhane modellerinde) yurt dışında yapılmaktadır: Tayvan, Güney Kore, Japonya, Çin ve Amerika Birleşik Devletleri. Dünyanın yarı iletken üretim kapasitesinin yaklaşık %12'si Amerika Birleşik Devletleri'nde bulunuyor; bu oran 37'larda %1990'den daha düşük. 2019 yılında Tayvan küresel kurulu kapasitenin yaklaşık %20'sini oluştururken, onu %19 ile Güney Kore takip etti. Japonya yüzde 17, Çin yüzde 16 ve Avrupa yüzde 9'unu oluşturdu. Kapasitenin geri kalan %6'sı Singapur, İsrail ve dünyanın diğer bölgelerinde bulunmaktadır.

Amerika Birleşik Devletleri'nde bulunan 40 büyük yarı iletken üretim tesisinin yarısı (20) 300 mm (12 inç) levha kullanıyor; Diğer üretimlerde 200 mm (8 inç) veya daha küçük levhalar kullanılır. 2009 ile 2018 yılları arasında dünya çapında 100'den fazla 150-200 mm levha üretim tesisi kapandı ve bunların %70'i ABD ve Japonya'daydı. IC Insights'a göre 68 kadar levha üretim tesisi onlarca yıllık, yani makul ömrünün ötesinde. Kapalı fabrikaların yerini kısmen daha uygun maliyetli veya iyileştirilmiş yeni tesisler alıyor; Ayrıca işletilmesi çok pahalı olan bazı fabrikalar da var ve şirketler hafif fabrikalara veya fabrikasız iş modellerine yöneliyor.

Yurt içinde altı şirket, aşağıdaki tabloda ayrıntılı olarak belirtildiği üzere sekiz eyalette 20 adet 300 mm'lik fabrika işletiyor. Skorpios'un yanı sıra ABD dışında beş şirket daha gofret fabrikası işletiyor.

Yukarıda belirtildiği gibi Intel'in İsrail, İrlanda ve Çin'de yarı iletken üretim faaliyetleri bulunmaktadır. Micron, ABD'deki fabrikalarının yanı sıra Singapur, Japonya ve Tayvan'da da fabrikalar işletiyor. Texas Instruments'ın Çin, Malezya, Tayvan ve Filipinler'in yanı sıra Teksas'ta da gofret üretimi bulunuyor. GlobalFoundries, ABD'nin önde gelen saf gofret dökümhanesidir; egemen varlık fonu Mubadala aracılığıyla ABU Dhabi Emirliği'ne aittir ve Almanya ve Singapur'da gofret üretim tesisleri bulunmaktadır. Şirket 2019 yılında Çin'in Chengdu kentinde bir fabrika açma planlarını iptal etti.

ABD çip üretim kapasitesi nispeten istikrarlı olsa da ABD dışındaki kapasite ve üretim, özellikle Asya'da artıyor. Sonuç olarak SIA, ABD'nin yarı iletken kapasitesindeki payının 10 yılına kadar yüzde 2030'a düşeceğini, Asya'nın payının ise yüzde 83'e çıkacağını tahmin ediyor. 2019 yılında dünyada açılan altı yeni yarı iletken üretim tesisinin hiçbiri Amerika Birleşik Devletleri'nde değildi, ancak dördü Çin'deydi.

Bu raporun "Tasarım" bölümünde tartışıldığı gibi üç ana çip türü ele alınmaktadır: bellek, mantık veya dijital ve analog. Aşağıdaki grafikte de görüldüğü gibi dünyanın farklı bölgeleri farklı alanlarda uzmanlaşmıştır. Örneğin, bellek yongalarının yalnızca yüzde 5'i ABD'de üretilirken, bu oran Güney Kore'de yüzde 44 ve Anakara Çin'de yüzde 14'tür. Bu anıyı hatırlayarak Çin, Changjiang Storage'ın hızla genişletilmesine odaklandı ve şirkete (yalnızca Wuhan tesisi için) 24 milyar dolar sübvansiyon ayırdı. Genişlemesi ve düşük fiyatlı ürünleri, ABD'li bellek yongası üreticileri MICron ve Western Digital için doğrudan bir tehdit oluşturuyor.

Mantıksal veya dijital çiplerde (bilgisayarlar ve cep telefonu mikroişlemcileri gibi), ABD herhangi bir gelişmiş işlem düğümü (10 nanometreden az) üretmezken, Tayvan'ın yüzde 92'si var. Diğer mantıksal kilit teknolojisinde Amerika Birleşik Devletleri çok öndedir: en gelişmiş (43-10 nm) mantık yongalarının %22'ü ve önceki nesillerin (6 nm ve ab) %9 ila %28'uove) mantık çipleri Amerika Birleşik Devletleri'nde üretilmektedir; Tayvan bu tür mantık çiplerinin yüzde 47'sini üretirken, Çin mantık çiplerinin kabaca yüzde 19 ila 23'ünü üretiyor. Son olarak, analog/ayrık bileşen segmentinin %19'u Amerika Birleşik Devletleri'nde, %17'si Çin'de ve yaklaşık %27'si Kore'de üretilmektedir.

(iv) Entegre devre imalatının gözden geçirilmesi

Amerika Birleşik Devletleri en ileri teknolojik düzeyde üretim kapasitesine sahip değildir:

ABD, şu anda yalnızca TSMC (Tayvan) ve Samsung (Güney Kore) tarafından işletilen en gelişmiş yarı iletken işlem düğümleri (şu anda 5 nanometre) için yarı iletken üretim kapasitesinden yoksundur. Amerika Birleşik Devletleri'ndeki en gelişmiş FAB, Intel tarafından işletilen 10 nm işlem hattıdır ve 7 yılına kadar tam 2023 nm üretime girmesi beklenmemektedir ve Ocak 2021'de TSMC'nin "gelişmiş" 7 nm veya en yeni mantık devre ürünleri için üretim hattının altında. Sonuç olarak, ABD'deki fabrikasız çip şirketleri artık en gelişmiş çipleri (7nm veya daha küçük) üretmek için neredeyse tamamen Asyalı üreticilere, özellikle de TSMC'ye güveniyor. Coğrafi olarak yoğunlaşmış üretimin neden olduğu tedarik zinciri risklerine ek olarak, son teknoloji yerli teknolojik kabiliyetlerin eksikliği, bazı uygulamaların teknolojik üstünlüğü garanti altına almak için son teknoloji süreç teknolojisine güvenli erişim gerektirmesi nedeniyle ulusal güvenlik endişelerini de beraberinde getiriyor.

Çip ürünlerinin satışından elde edilen gelir Çin'e bağlıdır:

Amerikalı çip üreticileri de elektronik üretimindeki hakimiyeti nedeniyle Çin'e yapılan satışlara büyük ölçüde güveniyor. Çin, yarı iletkenler için en büyük pazardır ve bunların çoğu, tüketici elektroniği ve ev aletleri de dahil olmak üzere terminal elektroniklerinde birleştirilerek yeniden ihraç edilmektedir. Örneğin The Economist'in 57 verilerine göre cep telefonu çip tedarikçisi Qualcomm gelirinin üçte ikisini Çin'den alırken, bellek üreticisi Micron gelirinin %2018'sini Çin'den elde ediyordu. Intel, 2020'de Çin'in gelirinin yüzde 26'sını oluşturduğunu bildirdi. Çin satışlarına aşırı bağımlılık, Çin hükümetine ekonomik kaldıraç ve ABD'ye misilleme yapma potansiyeli sağlıyor.

Çin'in yarı iletken endüstrisine liderlik etme arzusu:

Çin'in küresel yarı iletken endüstrisindeki payı nispeten küçük ve şirketleri çoğunlukla düşük kaliteli çipler üretiyor. Çin'in en gelişmiş saf dökümhanesi olan SMIC, yalnızca 14 nanometrelik düğümlerde üretim yapabiliyor ve sınırlı kapasiteye sahip. Bununla birlikte Çin, sektörü 2030 yılına kadar tüm alanlarda lider yapma hedefiyle yerli dikey entegre IDM endüstrisini geliştirmeye yönelik devlet öncülüğünde büyük bir çabanın ortasında. Çin'in yarı iletken plaka kapasitesindeki payı 16'da yüzde 2019 seviyesindeydi ancak 28 yılına kadar bu oranın yüzde 2030'e çıkması bekleniyor. Çin hükümeti, 100 yeni üretim tesisinin geliştirilmesi de dahil olmak üzere yarı iletken endüstrisine 60 milyar dolarlık sübvansiyon sağlıyor. Tedarik zincirinin "tasarım" bölümünde tartışıldığı gibi Çin, dünyanın en büyük üç bellek şirketine olan bağımlılığını kırmak için kendi bellek yongası üreticilerine agresif bir şekilde sübvansiyon sağladı: Samsung (Güney Kore), SK Hynix (Güney Kore) ve Micron (ABD). ). ABD'li bir hafıza şirketi olan Micron, Changjiang depolamanın doğrudan rakibidir ve muhtemelen gelecekteki rekabet gücünün ve yenilikçiliğinin rakiplerine Çin'in verdiği sübvansiyonlar tarafından tehdit edildiğini gören ilk ABD şirketi olacaktır.

Yasal Uyarı: Bu makale "Bay Wang'ın Restoran Konuşması"ndan yeniden basılmıştır, bu makale yalnızca yazarın kişisel görüşlerini temsil eder, Sakwei'nin ve sektörün görüşlerini temsil etmez, yalnızca yeniden basmak ve paylaşmak, fikri mülkiyet haklarının korunmasını desteklemek, yeniden basmak içindir. lütfen orijinal kaynağı ve yazarı belirtin, ihlal varsa lütfen silmek için bizimle iletişime geçin.