【引言】2021年2月，花旗集团总裁乔·拜登签署了第14017号行政命令，要求美国政府对半导体、新能源电池、稀土矿物和医疗用品四大领域的供应链进行全面审查，以识别风险、解决薄弱环节并制定提升供应链韧性的策略。拜登在签署该命令时引用了一句谚语：“少了钉子，马蹄铁就丢了；少了马蹄铁，马就丢了”，如此循环往复，直至王国覆灭。供应链中哪怕最微小的故障都可能影响美国的安全、就业、家庭和社区。为了开展这项全面审查，拜登政府成立了一个涵盖十几个联邦部门和机构的内部工作组。政府官员与劳工界、商界、学术机构、国会以及美国的盟友和伙伴进行了磋商，以识别薄弱环节并制定解决方案。

花旗州立的审查评估报告将于 2021 年 XNUMX 月提交。

1.关于半导体

半导体是现代日常生活必不可少的集成电路的物质基础。半导体是现代消费者日常生活中不可或缺的一部分，不仅存在于电灯开关、车库门开启器和冰箱等家用物品中，还存在于手机、电脑和汽车中。它还存在于更复杂的产品中。现代人每天都在使用它（例如每小时、每分钟、每秒）。基于半导体的集成电路是各种技术的“DNA”，这些技术从根本上改变了社会经济的各个领域，从农业、交通运输、医疗保健、电信到互联网。半导体行业是花旗经济增长和创造就业机会的主要引擎。几乎所有的科技产品都离不开半导体；当然，最先进的系统也离不开半导体的支持。

报告预计，208年美国半导体行业年销售额将达到2020亿美元，占据全球市场近一半。尽管受到全球COVID-19大流行的影响，6.5年全球半导体产品销售额仍增长了2020%。根据SIA估计，到726年全球半导体市场年销售额将达到2027亿美元，复合年增长率为4.7%。半导体是美国的主要出口产品，47年出口销售额为2020亿美元，排名第四，仅次于飞机、成品油和原油。

尽管美国半导体产业占全球半导体产品收入的近一半，但评估报告认为，美国半导体制造能力占全球产量的比重已从37年前的20%下降到如今的12%左右。美国企业，包括主要的无晶圆厂半导体公司，严重依赖外国，尤其是亚洲国家，这造成了供应链风险。

该研究报告通过五个相关的基本部分审视了半导体供应链：（1）设计； （二）制造； (2)组装、测试、包装； （四）材料； （五）生产设备。

2、基本结论：

设计：

美国半导体设计生态系统强大且世界领先，但美国企业严重依赖对华销售来维持利润增长和国内（注：国内）研发（R&D）投资。此外，美国设计公司主要依赖有限的知识产权（IP）、劳动力和制造资源来开展业务。这些资源对于将产品推向市场至关重要。

生产：

美国半导体制造能力不足。美国主要依赖台湾提供先进工艺节点的逻辑芯片，而对成熟工艺节点芯片的需求则依赖台湾、韩国和中国大陆。

经过测试的先进封装：

对于技术含量相对较低的后端半导体封装和测试，美国严重依赖集中在亚洲的外国资源。此外，随着芯片变得越来越复杂，先进的封装方法代表了未来重大技术进步的潜在发展领域。美国缺乏必要的材料生态系统，而且美国并不是发展强大的先进封装行业的具有成本效益的地点，中国的大量投资可能会颠覆市场。

材料：

半导体的生产需要数百种材料，这给制造供应链带来了挑战。半导体制造中使用的许多气体和湿化学品都是在美国生产的，但外国供应商在硅晶圆、光掩模和光刻胶市场上占据主导地位。

制造设备：

除了光刻机之外，大多数半导体制造前端工艺设备，美国企业在全球都占有很大份额。

除美国外，制造设备生产集中在荷兰和日本。由于美国半导体制造规模有限，这些设备制造商的增长严重依赖美国以外的销售。

3.关于集成电路设计

从历史上看，在半导体（芯片）产业发展初期，集成电路设计并不是一个独立的产业。集成电路的设计是由控制整个生产过程的IDM公司完成的。如美国的英特尔和德州仪器就是此类企业的典型代表。如今，IC设计越来越多地由更加专业化的“无晶圆厂设计公司”来完成，这些公司依靠独立的制造公司（代工厂）来完成IC的制造。代工厂和相关投资的增加使得进入集成电路设计行业变得更加容易。这导致集成电路设计业的集中度明显低于制造业和设备制造业，集成电路制造严重依赖台湾。

尽管进入门槛较低，但无晶圆厂设计公司必须与代工厂密切合作，以确保设计适合生产流程，并且它们依赖IP供应商（通常是开发关键技术的其他半导体公司），以及电子设计自动化（EDA）软件企业支持。 IC设计产业的上下游都高度集中。重要的 IP 提供商和 EDA 提供商的总部主要位于美国，但他们的大多数从业者都位于美国境外。

产业结构

由于企业从事的产品类型不同，从事半导体或集成电路设计的企业规模、技术和结构有很大差异。该报告将集成电路半导体分为三种主要类型：逻辑或数字电路、存储器和模拟电路。 2020年，逻辑或数字集成电路约占总市场份额的42%；内存产品占比约26%；模拟集成电路约占14%；其他半导体产品为非集成电路产品，包括分立器件、光电器件和传感器器件。

逻辑或数字集成电路是计算机或计算组件的基本单元，是半导体产品市场中最大的类别。根据世界半导体协会 SIA 的数据，逻辑芯片占行业收入的 42%。在这一类半导体产品中，市场集中度和设计公司数量高度依赖于具体的芯片类型。个人计算机中央处理单元（CPU）、专用图形处理单元（GPU）和现场可编程门阵列（FPGA）市场本质上是双头垄断。专用集成电路（ASIC）的供应商非常分散，竞争也更加激烈。产品类别包括基于 ASIC 和 ARM 的移动设备处理器。 CPU是计算机的中央处理单元，GPU是用于视频渲染的处理器，FPGA产品用于在制造后由客户或设计者进行配置，ASIC是为特定应用而设计的定制芯片。

报告认为，美国在集成电路设计方面处于世界领先地位，许多公司采用外包制造或将设计人员安置在美国境外的方式来减少资本支出。基本上，全球所有个人电脑CPU都是由美国公司英特尔和AMD设计，其​​中英特尔在内部完成芯片制造，而AMD则依靠代工厂完成芯片制造。与此同时，英特尔和AMD可能很快就会在FPGA领域占据主导地位，AMD于2020年35月宣布计划以85亿美元收购FPGA市场领导者赛灵思。如果此次收购获得监管部门批准，AMD-Xilinx 和英特尔将占据全球 FPGA 销售额的约 XNUMX%。其他美国供应商 Microchip Technology、Lattice Semiconductor 和 Achronix Semiconductor 占据了 FPGA 市场的剩余份额。全球GPU的主要份额由AMD和市场领先的美国公司NVIDIA占据。

ASIC供应商群体的竞争显着加剧，对基于ARM架构的移动设备处理器的需求很高。三星等芯片制造商在 ASIC 和移动处理器市场与高通和博通等无晶圆厂设计公司以及苹果、Alphabet 和亚马逊等数十家自行设计芯片的美国科技公司展开竞争。除英特尔和 Microchip 之外，全球和美国的大多数 CPU、GPU、FPGA 和 ASIC 供应商都是无晶圆厂的，依靠代工制造来设计芯片。

据SIA称，用于存储计算所需信息的存储芯片占行业收入的26%。存储芯片是完全商业化且竞争激烈的品类，其效益和技术进步完全取决于产量和规模经济。内存产品通常由IDM类型的公司提供。韩国三星和韩国SK海力士在动态随机存取存储器（DRAM）领域处于领先地位。美国美光公司约占23%。市场份额领先者现在正在为其他领先产品开发先进的封装技术（即芯片堆叠）和知识产权。 95 年，这三家公司约占全球 70 亿美元市场的 2020%。

闪存 (NAND) 生产不太集中，预计 99 家公司将占据 47 年 2020 亿美元全球市场的 20% 左右。韩国三星也是闪存产品的市场领导者，占 NAND 产量的三分之一以上市场。紧随韩国三星之后的是日本 Kioxia（原东芝），其市场份额约为 14%。闪存产品排名第三的是美国西部数据公司，约占12%的份额。该细分市场中还包括韩国的 SK 海力士 (11%)、美国的美光 (9%) 和美国的英特尔 (2020%)。全球 NAND 公司似乎正在准备进一步整合。 NAND产品营收与美光相近的英特尔于2年2016月宣布，计划将大部分NAND内存业务出售给SK海力士。此次出售将使合并后的公司在 NAND 市场份额方面跃居第二位。还有报道称西部数据和美光可能正在考虑收购 Kioxia。此外，成立于24年的中国公司长江存储科技（YMTC）正在迅速扩张，并已获得约200,000亿美元的补贴。中国政府消息来源。到 2022 年，该公司每月可生产多达 XNUMX 万片晶圆，是英特尔当前 NAND 产能的两倍多，对美国内存公司构成潜在的低成本威胁。

与存储芯片相比，模拟集成电路产品的商业化竞争力较差。此外，模拟电路通常不太依赖于使用尖端制造工艺节点。应用系统中的最终用途、设计芯片的知识和经验是模拟集成电路价值的重要因素。因此，这里的产品公司的市场集中度并不太高，因为模拟集成电路公司通过专注于模拟领域可以保持竞争优势。 2020年，全球最大的模拟集成电路供应商占据了62亿美元市场的56%，其中只有德州仪器占据了10%以上的市场份额。许多领先的模拟半导体公司都是“精简晶圆厂”生产商，他们自行生产一些自己设计的芯片，尽管他们也外包了大部分芯片。

2020年，半导体产品中分立器件、光电器件和传感器（非集成半导体）的全球销售额约为79亿美元，占整个半导体市场的近18%（总计约440亿美元）。这一类别的大多数半导体产品都处于成熟的工艺节点，价格便宜，单个产品一分钱的情况并不罕见。此类产品的市场高度分散，制造商众多。非IC半导体公司包括ABB Ltd.（瑞典/瑞士）、英飞凌科技（德国）、STM微电子（意大利/法国）、东芝（日本），以及美国公司Diodes Inc.、Vishay Intertechnology、Qorvo、dPix和克里人。非集成半导体产品，特别是分立功率半导体产品的关键驱动技术是电源管理和小型化方面的创新。此类产品以汽车尤其是电动汽车为关键应用终端。美国主导的氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）和其他化合物半导体衬底是各种应用的关键技术。它们广泛应用于电源管理和分配、高频功率放大、光电子和国家安全等领域。平板显示半导体器件也属于这一类。

在国家安全领域，半导体技术还必须符合在温度范围（扩展范围）和恶劣环境下使用的要求，包括在适当情况下在辐射环境中使用的技术特性。此外，还需要更严格和独立的组件验证和确认。汽车应用中使用的半导体还必须满足严格的耐用性和测试要求，以承受恶劣的环境条件（例如极冷、极热和极湿）。它们必须在汽车10到20年的预期寿命内承受振动和冲击，并且在测试中表现出比消费产品中使用的半导体低得多的故障率，以确保它们符合汽车安全要求。随着汽车变得更加自动化并采用越来越多的光检测和测距（LiDAR）、声纳、雷达、视觉系统以及导航和识别技术，这些要求预计将会增加并变得更加严格。

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