[Giới thiệu] Vào tháng 2 năm 2021, Chủ tịch Citigroup Joe Biden đã ký Sắc lệnh hành pháp số 14017, yêu cầu chính phủ của ông tiến hành một cuộc rà soát toàn diện chuỗi cung ứng trong bốn lĩnh vực chính, bao gồm chất bán dẫn, pin năng lượng mới, khoáng sản đất hiếm và vật tư y tế, để xác định rủi ro, giải quyết các điểm yếu và phát triển các chiến lược nhằm cải thiện khả năng phục hồi của chuỗi cung ứng. Khi ký sắc lệnh, ông đã trích dẫn câu tục ngữ "Không có đinh thì vứt bỏ giày, không có giày thì mất ngựa", và cứ thế tiếp diễn cho đến khi cả vương quốc sụp đổ. Một trục trặc nhỏ nhất trong chuỗi cung ứng cũng có thể ảnh hưởng đến sự an toàn, việc làm, gia đình và cộng đồng của người Mỹ. Để thực hiện cuộc rà soát toàn diện này, chính quyền Biden đã thành lập một lực lượng đặc nhiệm nội bộ bao gồm hơn chục bộ và cơ quan liên bang. Các quan chức chính quyền đã tham vấn với các tổ chức lao động, doanh nghiệp, học thuật, Quốc hội và các đồng minh, đối tác của Mỹ để xác định các điểm yếu và phát triển các giải pháp.

Báo cáo đánh giá đánh giá của Citi State sẽ đến hạn vào tháng 2021 năm XNUMX.

1. Về chất bán dẫn

Chất bán dẫn là cơ sở vật chất của các mạch tích hợp thiết yếu cho cuộc sống hàng ngày hiện đại. Chất bán dẫn là một phần không thể thiếu trong cuộc sống hàng ngày của người tiêu dùng hiện đại, được tìm thấy trong các vật dụng gia đình như công tắc đèn, máy mở cửa nhà để xe và tủ lạnh, cũng như trong điện thoại di động, máy tính và ô tô. Nó được tìm thấy trong các sản phẩm phức tạp hơn. Người hiện đại sử dụng nó hàng ngày (ví dụ như hàng giờ, hàng phút, hàng giây). Các mạch tích hợp dựa trên chất bán dẫn là "DNA" của nhiều công nghệ đã thay đổi cơ bản mọi lĩnh vực kinh tế xã hội, từ nông nghiệp, giao thông vận tải, chăm sóc sức khỏe, viễn thông và Internet. Ngành công nghiệp bán dẫn là động lực chính thúc đẩy tăng trưởng kinh tế và tạo việc làm tại Citi. Hầu như tất cả các sản phẩm công nghệ đều không thể tách rời khỏi chất bán dẫn; tất nhiên, các hệ thống tiên tiến nhất cũng không thể tách rời khỏi sự hỗ trợ của chất bán dẫn.

Báo cáo ước tính ngành công nghiệp bán dẫn của Mỹ sẽ có doanh thu hàng năm là 208 tỷ USD vào năm 2020, chiếm gần một nửa thị trường toàn cầu. Bất chấp đại dịch COVID-19 toàn cầu, doanh số bán sản phẩm bán dẫn toàn cầu vẫn tăng 6.5% vào năm 2020. Theo ước tính của SIA, thị trường bán dẫn toàn cầu sẽ đạt doanh thu hàng năm là 726 tỷ USD vào năm 2027, với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm là 4.7%. Chất bán dẫn là mặt hàng xuất khẩu lớn của Hoa Kỳ, với doanh thu xuất khẩu là 47 tỷ USD vào năm 2020, đứng thứ tư sau máy bay, dầu tinh chế và dầu thô.

Mặc dù ngành công nghiệp bán dẫn của Hoa Kỳ chiếm gần một nửa doanh thu sản phẩm bán dẫn toàn cầu, nhưng báo cáo đánh giá tin rằng năng lực sản xuất chất bán dẫn của Hoa Kỳ tính theo tỷ trọng trong sản xuất toàn cầu đã giảm từ 37% 20 năm trước xuống còn khoảng 12% hiện nay. Các doanh nghiệp Hoa Kỳ, bao gồm cả các công ty sản xuất chất bán dẫn lớn, phụ thuộc nhiều vào nước ngoài, đặc biệt là ở châu Á, điều này tạo ra rủi ro về chuỗi cung ứng.

Báo cáo nghiên cứu xem xét chuỗi cung ứng chất bán dẫn thông qua năm phần cơ bản có liên quan: (1) thiết kế; (2) sản xuất; (3) lắp ráp, kiểm tra và đóng gói; (4) vật liệu; và (5) thiết bị sản xuất.

2. Kết luận cơ bản:

thiết kế:

Hệ sinh thái thiết kế chất bán dẫn của Hoa Kỳ rất mạnh và dẫn đầu thế giới, nhưng các công ty Hoa Kỳ phụ thuộc nhiều vào việc bán hàng sang Trung Quốc để duy trì tăng trưởng lợi nhuận và đầu tư nghiên cứu và phát triển (R&D) trong nước (lưu ý: trong nước). Ngoài ra, các công ty thiết kế của Hoa Kỳ chủ yếu dựa vào tài sản trí tuệ (IP), lao động và nguồn lực sản xuất hạn chế để tiến hành kinh doanh. Những nguồn lực này rất quan trọng để đưa sản phẩm ra thị trường.

sản xuất:

Hoa Kỳ thiếu năng lực sản xuất chất bán dẫn. Hoa Kỳ chủ yếu dựa vào Đài Loan để cung cấp chip logic tại các nút quy trình tiên tiến và dựa vào Đài Loan, Hàn Quốc và Trung Quốc đại lục để đáp ứng nhu cầu về chip nút quy trình trưởng thành.

Bao bì đã được thử nghiệm và nâng cao:

Đối với việc đóng gói và thử nghiệm chất bán dẫn phụ trợ có công nghệ tương đối thấp, Hoa Kỳ phụ thuộc rất nhiều vào nguồn lực nước ngoài tập trung ở châu Á. Hơn nữa, khi chip trở nên phức tạp hơn, các phương pháp đóng gói tiên tiến thể hiện một lĩnh vực phát triển tiềm năng cho những tiến bộ công nghệ lớn trong tương lai. Hoa Kỳ thiếu hệ sinh thái vật liệu cần thiết và Hoa Kỳ không phải là địa điểm tiết kiệm chi phí để phát triển ngành bao bì tiên tiến mạnh mẽ và khoản đầu tư mạnh mẽ của Trung Quốc có thể thúc đẩy thị trường.

Chất Liệu:

Việc sản xuất chất bán dẫn đòi hỏi hàng trăm nguyên liệu, tạo ra thách thức cho chuỗi cung ứng sản xuất. Nhiều loại khí và hóa chất ướt được sử dụng trong sản xuất chất bán dẫn được sản xuất tại Hoa Kỳ, nhưng các nhà cung cấp nước ngoài thống trị thị trường tấm silicon, mặt nạ quang học và chất quang dẫn.

Thiết bị sản xuất:

Ngoài máy in thạch bản, đối với hầu hết các thiết bị xử lý đầu cuối sản xuất chất bán dẫn, các công ty Mỹ đều chiếm thị phần lớn trên thế giới.

Ngoài Hoa Kỳ, hoạt động sản xuất thiết bị sản xuất còn tập trung ở Hà Lan và Nhật Bản. Do quy mô sản xuất chất bán dẫn ở Hoa Kỳ còn hạn chế nên sự tăng trưởng của các nhà sản xuất thiết bị này phụ thuộc rất nhiều vào doanh số bán hàng bên ngoài Hoa Kỳ.

3. Về thiết kế mạch tích hợp

Về mặt lịch sử, trong giai đoạn đầu phát triển của ngành công nghiệp bán dẫn (chip), thiết kế mạch tích hợp không phải là một ngành độc lập. Việc thiết kế mạch tích hợp được thực hiện bởi các công ty IDM kiểm soát toàn bộ quá trình sản xuất. Chẳng hạn như Intel và Texas Instruments ở Mỹ là những đại diện tiêu biểu cho những doanh nghiệp như vậy. Ngày nay, thiết kế vi mạch ngày càng được thực hiện bởi các "công ty thiết kế không thể sản xuất" chuyên biệt hơn, dựa vào các công ty sản xuất độc lập (xưởng đúc) để hoàn thành việc sản xuất vi mạch. Sự gia tăng các xưởng đúc và các khoản đầu tư liên quan đã giúp việc gia nhập ngành thiết kế mạch tích hợp trở nên dễ dàng hơn. Điều này dẫn đến mức độ tập trung trong ngành thiết kế mạch tích hợp thấp hơn đáng kể so với ngành sản xuất và chế tạo thiết bị, đồng thời khiến việc sản xuất mạch tích hợp phụ thuộc nhiều vào Đài Loan.

Mặc dù rào cản gia nhập thấp nhưng các công ty thiết kế không có nhà sản xuất phải hợp tác chặt chẽ với các xưởng đúc để đảm bảo thiết kế phù hợp với quy trình sản xuất và họ dựa vào các nhà cung cấp IP (thường là các công ty bán dẫn khác đang phát triển các công nghệ chủ chốt), cũng như các thiết kế điện tử Tự động hóa (EDA) hỗ trợ doanh nghiệp phần mềm. Cả hai giai đoạn thượng nguồn và hạ nguồn của ngành thiết kế vi mạch đều tập trung cao độ. Các nhà cung cấp IP và nhà cung cấp EDA quan trọng có trụ sở chính tại Hoa Kỳ, nhưng hầu hết những người hành nghề của họ đều ở bên ngoài Hoa Kỳ.

Cơ cấu công nghiệp

Do các doanh nghiệp tham gia vào các loại sản phẩm khác nhau nên quy mô, công nghệ và cơ cấu của các doanh nghiệp tham gia thiết kế chất bán dẫn hoặc mạch tích hợp rất khác nhau. Báo cáo này chia chất bán dẫn mạch tích hợp thành ba loại chính: mạch logic hoặc kỹ thuật số, mạch bộ nhớ và mạch tương tự. Năm 2020, mạch tích hợp logic hoặc kỹ thuật số chiếm khoảng 42% tổng thị phần; sản phẩm bộ nhớ chiếm khoảng 26%; mạch tích hợp analog chiếm khoảng 14%; sản phẩm bán dẫn khác là sản phẩm mạch không tích hợp, bao gồm thiết bị rời rạc, thiết bị quang điện tử và thiết bị cảm biến.

Mạch tích hợp logic hoặc kỹ thuật số là đơn vị cơ bản của máy tính hoặc linh kiện điện toán và là loại lớn nhất trong thị trường sản phẩm bán dẫn. Theo Hiệp hội Bán dẫn Thế giới SIA, chip logic chiếm 42% doanh thu của ngành. Trong danh mục sản phẩm bán dẫn này, mức độ tập trung thị trường và số lượng công ty thiết kế phụ thuộc nhiều vào loại chip cụ thể. Thị trường bộ xử lý trung tâm (CPU) của máy tính cá nhân, bộ xử lý đồ họa chuyên dụng (GPU) và mảng cổng lập trình trường (FPGA) về cơ bản là độc quyền. Các nhà cung cấp mạch tích hợp dành riêng cho ứng dụng (ASIC) rất phân tán và sự cạnh tranh của họ ngày càng gay gắt hơn. Các danh mục sản phẩm bao gồm bộ xử lý thiết bị di động dựa trên ASIC và ARM. CPU là bộ xử lý trung tâm của máy tính, GPU là bộ xử lý được sử dụng để kết xuất video, sản phẩm FPGA được khách hàng hoặc nhà thiết kế sử dụng để cấu hình sau khi sản xuất và ASIC là chip tùy chỉnh được thiết kế cho một ứng dụng cụ thể.

Báo cáo tin rằng Hoa Kỳ là quốc gia dẫn đầu thế giới về thiết kế mạch tích hợp và nhiều công ty sử dụng việc gia công sản xuất hoặc đặt các nhà thiết kế bên ngoài Hoa Kỳ để giảm chi phí vốn. Về cơ bản, tất cả CPU máy tính cá nhân trên thế giới đều do các công ty Intel và AMD của Mỹ thiết kế, trong đó Intel hoàn thiện việc sản xuất chip nội bộ, còn AMD dựa vào các xưởng đúc để hoàn thiện việc sản xuất chip. Trong khi đó, Intel và AMD có thể sớm thống trị danh mục FPGA, như AMD đã thông báo vào tháng 2020 năm 35 rằng họ có kế hoạch mua lại Xilinx, công ty dẫn đầu thị trường FPGA với giá 85 tỷ USD. Nếu việc mua lại được phê duyệt theo quy định, AMD-Xilinx và Intel sẽ chiếm khoảng XNUMX% doanh số bán FPGA toàn cầu. Các nhà cung cấp khác của Hoa Kỳ là Microchip Technology, Lattice Semiconductor và Achronix Semiconductor chiếm phần còn lại của thị trường FPGA. Thị phần chính của GPU toàn cầu do AMD và công ty dẫn đầu thị trường Hoa Kỳ NVIDIA nắm giữ.

Sự cạnh tranh trong cơ sở nhà cung cấp ASIC đã tăng lên đáng kể và nhu cầu về bộ xử lý thiết bị di động dựa trên kiến ​​trúc ARM rất cao. Các nhà sản xuất chip như Samsung cạnh tranh trên thị trường ASIC và bộ xử lý di động cùng với các công ty thiết kế tuyệt vời như Qualcomm và Broadcom, cũng như hàng chục công ty công nghệ Mỹ thiết kế chip của riêng họ, bao gồm Apple, Alphabet và Amazon. Ngoại trừ Intel và Microchip, hầu hết các nhà cung cấp CPU, GPU, FPGA và ASIC trên toàn cầu và ở Hoa Kỳ đều không có năng lực và phải dựa vào xưởng sản xuất đúc để thiết kế chip.

Theo SIA, chip nhớ dùng để lưu trữ thông tin cần thiết cho máy tính chiếm 26% doanh thu của ngành. Chip bộ nhớ là loại được thương mại hóa hoàn toàn và mang tính cạnh tranh, đồng thời lợi ích cũng như tiến bộ công nghệ của chúng hoàn toàn phụ thuộc vào năng suất và tính kinh tế theo quy mô. Các sản phẩm bộ nhớ thường được cung cấp bởi các công ty thuộc loại IDM. Samsung của Hàn Quốc và SK Hynix của Hàn Quốc đang ở vị trí dẫn đầu trong lĩnh vực bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên động (DRAM). Công ty Mỹ Micron có khoảng 23%. Những công ty dẫn đầu về thị phần hiện đang phát triển các công nghệ đóng gói tiên tiến (tức là xếp khuôn) và IP cho các sản phẩm hàng đầu khác. Ba công ty này chiếm khoảng 95% thị trường trị giá 70 tỷ USD toàn cầu vào năm 2020.

Sản xuất bộ nhớ flash (NAND) ít tập trung hơn, ước tính có khoảng 99 công ty chiếm khoảng 47% thị trường toàn cầu trị giá 2020 tỷ USD vào năm 20. Samsung của Hàn Quốc cũng là công ty dẫn đầu thị trường về các sản phẩm bộ nhớ flash, với chỉ hơn 14/12 sản lượng NAND chợ. Theo sau Samsung của Hàn Quốc là Kioxia của Nhật Bản (trước đây là Toshiba), chiếm khoảng 11% ​​thị phần. Vị trí thứ ba cho sản phẩm bộ nhớ flash là Tập đoàn Western Digital của Mỹ, chiếm khoảng 9% thị phần. Cũng trong phân khúc này còn có SK Hynix ở Hàn Quốc (2020%), Micron ở Mỹ (2%) và Intel ở Mỹ (2016%). Các công ty NAND toàn cầu dường như đang chuẩn bị hợp nhất hơn nữa. Intel, có doanh thu sản phẩm NAND tương đương với Micron, đã công bố vào tháng 24 năm 200,000 rằng họ có kế hoạch bán phần lớn hoạt động kinh doanh bộ nhớ NAND của mình cho SK Hynix. Việc bán này sẽ đẩy công ty kết hợp lên vị trí thứ 2022 về thị phần NAND. Cũng có báo cáo rằng Western Digital và Micron có thể đang tìm cách mua lại Kioxia. Ngoài ra, Yangtze Memory Technologies (YMTC), một công ty Trung Quốc được thành lập vào năm XNUMX, đang mở rộng nhanh chóng và đã nhận được khoản trợ cấp khoảng XNUMX tỷ USD. Nguồn tin chính phủ Trung Quốc. Công ty có thể có khả năng sản xuất tới XNUMX tấm wafer mỗi tháng vào năm XNUMX, cao hơn gấp đôi công suất NAND hiện tại của Intel và là mối đe dọa tiềm tàng về chi phí thấp đối với các công ty bộ nhớ Hoa Kỳ.

So với chip nhớ, việc thương mại hóa các sản phẩm mạch tích hợp analog kém cạnh tranh hơn. Và hơn nữa, các mạch tương tự thường ít phụ thuộc hơn vào việc sử dụng các nút quy trình sản xuất tiên tiến. Mục đích sử dụng cuối cùng trong hệ thống ứng dụng, kiến ​​thức và kinh nghiệm thiết kế chip là những yếu tố quan trọng tạo nên giá trị của mạch tích hợp analog. Do đó, mức độ tập trung thị trường của các công ty sản phẩm ở đây không quá cao, bởi vì các công ty mạch tích hợp analog có thể duy trì lợi thế cạnh tranh bằng cách tập trung vào lĩnh vực analog. Năm 2020, nhà cung cấp mạch tích hợp analog lớn nhất thế giới chiếm 62% thị trường trị giá 56 tỷ USD, trong đó chỉ có Texas Instruments chiếm hơn 10% thị trường. Nhiều công ty bán dẫn tương tự hàng đầu là những nhà sản xuất "fab-lite", tự sản xuất một số chip mà họ thiết kế, mặc dù họ cũng thuê ngoài một phần lớn chip.

Năm 2020, doanh số toàn cầu của các thiết bị rời rạc, thiết bị quang điện tử và cảm biến (chất bán dẫn không tích hợp) trong các sản phẩm bán dẫn sẽ đạt khoảng 79 tỷ USD, chiếm gần 18% tổng thị trường bán dẫn (tổng cộng khoảng 440 tỷ USD). Hầu hết các sản phẩm bán dẫn trong danh mục này đều nằm trong các nút quy trình trưởng thành, nơi chúng có giá rẻ và không có gì lạ khi một sản phẩm chỉ đáng giá một xu. Thị trường cho các sản phẩm này rất phân mảnh với nhiều nhà sản xuất. Các công ty bán dẫn không sử dụng IC bao gồm ABB Ltd. (Thụy Điển/Thụy Sĩ), Infineon Technologies (Đức), STM Microelectronics (Ý/Pháp), Toshiba (Nhật Bản), cũng như các công ty Hoa Kỳ Diodes Inc., Vishay Intertechnology, Qorvo, dPix và Cree. Các công nghệ thúc đẩy chính cho các sản phẩm bán dẫn không tích hợp, đặc biệt là các sản phẩm bán dẫn điện rời rạc, là những đổi mới trong quản lý năng lượng và thu nhỏ. Những sản phẩm như vậy sử dụng ô tô, đặc biệt là xe điện, làm thiết bị đầu cuối ứng dụng chính. Gallium nitride (GaN), cacbua silic (SiC) và các chất nền bán dẫn hỗn hợp khác do Hoa Kỳ thống trị là những công nghệ chủ chốt cho nhiều ứng dụng. Chúng được sử dụng rộng rãi trong quản lý và phân phối điện, khuếch đại công suất tần số cao, quang điện tử và an ninh quốc gia. Các thiết bị bán dẫn màn hình phẳng cũng thuộc loại này.

Trong lĩnh vực an ninh quốc gia, công nghệ bán dẫn cũng phải đủ điều kiện để sử dụng trong phạm vi nhiệt độ (phạm vi mở rộng) và môi trường khắc nghiệt, bao gồm các đặc điểm kỹ thuật để sử dụng trong môi trường bức xạ khi cần thiết. Ngoài ra, cần phải xác minh và xác nhận thành phần độc lập và nghiêm ngặt hơn. Chất bán dẫn được sử dụng trong các ứng dụng ô tô cũng phải đáp ứng các yêu cầu về độ bền và thử nghiệm nghiêm ngặt để chịu được các điều kiện môi trường khắc nghiệt (ví dụ: cực lạnh, cực nóng và cực ẩm). Chúng phải chịu được rung động và sốc trong suốt tuổi thọ từ 10 đến 20 năm của xe và đã chứng minh được tỷ lệ hỏng hóc thấp hơn nhiều trong các cuộc thử nghiệm so với chất bán dẫn được sử dụng trong các sản phẩm tiêu dùng để đảm bảo chúng đáp ứng các yêu cầu về an toàn của xe. Các yêu cầu này dự kiến ​​sẽ tăng lên và trở nên nghiêm ngặt hơn khi xe trở nên tự động hơn và sử dụng ngày càng nhiều công nghệ phát hiện và đo khoảng cách bằng ánh sáng (LiDAR), sonar, radar, hệ thống thị giác và công nghệ định vị và nhận dạng.

Tuyên bố miễn trừ trách nhiệm: Bài viết này được sao chép từ "Lời thì thầm của nhà hàng rượu ông Vương Lão". Bài viết này chỉ thể hiện quan điểm cá nhân tác giả chứ không thể hiện quan điểm của Saco Micro và toàn ngành. Nó chỉ dành cho việc in lại và chia sẻ, đồng thời hỗ trợ việc bảo vệ quyền sở hữu trí tuệ. Vui lòng ghi rõ nguồn và tác giả để in lại. , nếu có vi phạm vui lòng liên hệ chúng tôi để xóa.