【引言】2021年2月，花旗集團總裁喬·拜登簽署了第14017號行政命令，要求美國政府對半導體、新能源電池、稀土礦物和醫療用品四大領域的供應鏈進行全面審查，以識別風險、解決薄弱環節並製定提升供應鏈韌性的策略。拜登在簽署該命令時引用了一句諺語：“少了釘子，馬蹄鐵就丟了；少了馬蹄鐵，馬就丟了”，如此循環往復，直至王國覆滅。供應鏈中即使最微小的故障都可能影響美國的安全、就業、家庭和社區。為了進行這項全面審查，拜登政府成立了一個涵蓋十幾個聯邦部門和機構的內部工作小組。政府官員與勞工界、商界、學術機構、國會以及美國的盟友和夥伴進行了磋商，以識別薄弱環節並製定解決方案。

花旗州立的審查評估報告將於 2021 年 XNUMX 月提交。

1.關於半導體

半導體是現代日常生活必不可少的積體電路的物質基礎。半導體是現代消費者日常生活中不可或缺的一部分，存在於電燈開關、車庫門開啟器和冰箱等家居用品以及手機、電腦和汽車中。它存在於更複雜的產品中。現代人每天都在使用它（比如說每小時、每分鐘、每秒）。基於半導體的積體電路是各種技術的“DNA”，這些技術從根本上改變了社會經濟的各個領域，包括農業、交通、醫療保健、電信和互聯網。半導體產業是花旗經濟成長和創造就業機會的主要引擎。幾乎所有的科技產品都離不開半導體；當然，最先進的系統也離不開半導體的支援。

報告預計，208年美國半導體產業年銷售額將達2020億美元，佔全球市場近一半。儘管受到全球COVID-19大流行的影響，6.5年全球半導體產品銷售額仍成長了2020%。 。半導體是美國主要的出口產品，726年出口銷售額為2027億美元，排名第四，僅次於飛機、成品油和原油。

儘管美國半導體產業佔全球半導體產品收入的近一半，但評估報告認為，美國半導體製造能力佔全球產量的比重已從37年前的20%下降到如今的12%左右。美國企業，包括主要的無晶圓廠半導體公司，都嚴重依賴外國，尤其是亞洲國家，造成了供應鏈風險。

研究報告透過五個相關的基本部分審視了半導體供應鏈：（1）設計； （二）製造； (2)組裝、測試、包裝； （四）材料； (3)生產設備。

2、基本結論：

設計：

美國半導體設計生態系統強大且世界領先，但美國企業嚴重依賴對華銷售來維持利潤成長和國內（註：國內）研發（R&D）投資。此外，美國設計公司主要依賴有限的智慧財產權（IP）、勞動力和製造資源來開展業務。這些資源對於將產品推向市場至關重要。

生產：

美國缺乏足夠的半導體製造能力。美國主要依賴台灣提供先進製程節點的邏輯晶片，並依賴台灣、韓國和中國大陸來滿足成熟製程節點晶片的需求。

經過測試的先進封裝：

對於技術含量相對較低的後端半導體封裝和測試，美國嚴重依賴集中在亞洲的外國資源。此外，隨著晶片變得越來越複雜，先進的封裝方法代表了未來重大技術進步的潛在發展領域。美國缺乏必要的材料生態系統，而且美國並不是發展強大的先進封裝產業的具有成本效益的地點，中國的大量投資可能會顛覆市場。

物料：

半導體的生產需要數百種材料，這給製造供應鏈帶來了挑戰。半導體製造中使用的許多氣體和濕化學品都是在美國生產的，但外國供應商在矽晶圓、光掩模和光阻市場上佔據主導地位。

製造設備：

除了光刻機之外，大多數半導體製造前端製程設備，美國企業在全球都佔有很大份額。

除美國外，製造設備生產集中在荷蘭和日本。由於美國半導體製造規模有限，這些設備製造商的成長嚴重依賴美國以外的銷售。

3.關於積體電路設計

從歷史上看，在半導體（晶片）產業發展初期，積體電路設計並不是獨立的產業。積體電路的設計是由控制整個生產過程的IDM公司完成的。如美國的英特爾和德州儀器就是這類企業的典型代表。如今，IC設計越來越多地由更專業化的「無晶圓廠設計公司」來完成，這些公司依靠獨立的製造公司（代工廠）來完成IC的製造。代工廠和相關投資的增加使得進入積體電路設計產業變得更加容易。這導致積體電路設計業的集中度明顯低於製造業和設備製造業，積體電路製造嚴重依賴台灣。

儘管進入門檻較低，無晶圓廠設計公司必須與代工廠密切合作，以確保設計適合生產流程，並且它們依賴IP供應商（通常是開發關鍵技術的其他半導體公司），以及電子設計自動化（ EDA）軟體企業支援。 IC設計產業的上下游都高度集中。重要的 IP 供應商和 EDA 提供者的總部主要位於美國，但其大多數從業人員位於美國境外。

產業結構

由於企業從事的產品類型不同，從事半導體或積體電路設計的企業規模、技術和結構有很大差異。該報告將積體電路半導體分為三種主要類型：邏輯或數位電路、記憶體和類比電路。 2020年，邏輯或數位積體電路約佔總市場佔有率的42%；記憶體產品佔比約26%；類比積體電路約佔14%；其他半導體產品為非積體電路產品，包括分離式元件、光電元件和感測器元件。

邏輯或數位積體電路是電腦或計算組件的基本單元，也是半導體產品市場中最大的類別。根據世界半導體協會 SIA 的數據，邏輯晶片佔產業收入的 42%。在這一類別的半導體產品中，市場集中度和設計公司的數量高度依賴特定的晶片類型。個人電腦中央處理單元（CPU）、專用圖形處理單元（GPU）和現場可程式閘陣列（FPGA）市場本質上是雙頭壟斷。專用積體電路（ASIC）的供應商非常分散，競爭也更加激烈。產品類別包括基於 ASIC 和 ARM 的行動裝置處理器。 CPU是電腦的中央處理單元，GPU是用於視訊渲染的處理器，FPGA產品用於在製造後由客戶或設計者進行配置，ASIC是為特定應用而設計的客製化晶片。

報告認為，美國在積體電路設計方面處於世界領先地位，許多公司採用外包製造或將設計人員安置在美國境外的方式來減少資本支出。基本上，全球所有個人電腦CPU都是由美國公司英特爾和AMD設計，其中英特爾在內部完成晶片製造，而AMD則依靠代工廠完成晶片製造。同時，英特爾和AMD可能很快就會在FPGA領域佔據主導地位，AMD在2020年35月宣布計劃以85億美元收購FPGA市場領導者賽靈思。如果此次收購獲得監管部門批准，AMD-Xilinx 和英特爾將佔據全球 FPGA 銷售額的約 XNUMX%。其他美國供應商 Microchip Technology、Lattice Semiconductor 和 Achronix Semiconductor 佔據了 FPGA 市場的剩餘份額。全球GPU的主要份額由AMD和市場領先的美國公司NVIDIA佔據。

ASIC 供應商群的競爭顯著加劇，基於 ARM 架構的行動裝置處理器的需求很高。三星等晶片製造商在 ASIC 和行動處理器市場與高通和博通等無晶圓廠設計公司以及蘋果、Alphabet 和亞馬遜等數十家自行設計晶片的美國科技公司競爭。除英特爾和 Microchip 之外，全球和美國的大多數 CPU、GPU、FPGA 和 ASIC 供應商都是無晶圓廠的，並依靠代工製造來設計晶片。

據SIA稱，用於儲存運算所需資訊的記憶體晶片佔產業收入的26%。儲存晶片是完全商業化且競爭激烈的品類，其效益和技術進步完全取決於產量和規模經濟。記憶體產品通常由IDM類型的公司提供。韓國三星和韓國SK海力士在動態隨機存取記憶體（DRAM）領域處於領先地位。美國美光公司約佔23%。市佔率領導者現在正在為其他領先產品開發先進的封裝技術（即晶片堆疊）和智慧財產權。 95 年，這三家公司約佔全球 70 億美元市場的 2020%。

快閃記憶體 (NAND) 生產較不集中，預計 99 家公司將佔據 47 年 2020 億美元全球市場的 20% 左右。緊隨韓國三星之後的是日本 Kioxia（原東芝），其市佔率約為 14%。快閃記憶體產品排名第三的是美國西部數據公司，約佔12%的市佔率。該細分市場中還包括韓國的 SK 海力士 (11%)、美國的美光 (9%) 和美國的英特爾 (2020%)。全球 NAND 公司似乎正在準備進一步整合。 NAND產品營收與美光相近的英特爾於2年2016月宣布，計畫將大部分NAND記憶體業務出售給SK海力士。此次出售將使合併後的公司在 NAND 市場份額方面躍居第二位。還有報道稱西部數據和美光可能正在考慮收購 Kioxia。此外，成立於24年的中國公司長江儲存科技（YMTC）正在迅速擴張，並已獲得約200,000億美元的補貼。中國政府消息來源。到 2022 年，該公司每月可生產多達 XNUMX 萬片晶圓，是英特爾目前 NAND 產能的兩倍多，對美國記憶體公司構成潛在的低成本威脅。

與記憶體晶片相比，類比積體電路產品的商業化競爭力較差。此外，類比電路通常不太依賴使用尖端製造製程節點。應用系統中的最終用途、設計晶片的知識和經驗是模擬積體電路價值的重要因素。因此，這裡的產品公司的市場集中度並不太高，因為類比積體電路公司透過專注於類比領域可以保持競爭優勢。 2020年，全球最大的類比積體電路供應商佔據了62億美元市場的56%，其中只有德州儀器佔據了10%以上的市場。許多領先的類比半導體公司都是「精簡晶圓廠」生產商，他們自行生產一些自己設計的晶片，儘管他們也外包了大部分晶片。

2020年，半導體產品中分立元件、光電元件和感測器（非整合半導體）的全球銷售額約為79億美元，佔整個半導體市場的近18%（總計約440億美元）。這一類別的大多數半導體產品都處於成熟的製程節點，價格便宜，單一產品一分錢的情況並不罕見。此類產品的市場高度分散，製造商眾多。非IC半導體公司包括ABB Ltd.（瑞典/瑞士）、英飛凌科技（德國）、STM微電子（義大利/法國）、東芝（日本），以及美國公司Diodes Inc.、Vishay Intertechnology、Qorvo、dPix和克里人。非整合式半導體產品，特別是分立功率半導體產品的關鍵驅動技術是電源管理和小型化方面的創新。此類產品以汽車尤其是電動車為關鍵應用終端。美國主導的氮化鎵（GaN）、碳化矽（SiC）和其他化合物半導體基板是各種應用的關鍵技術。它們廣泛應用於電源管理和分配、高頻功率放大、光電子和國家安全等領域。平板顯示半導體裝置也屬於這一類。

在國家安全領域，半導體技術還必須具備在溫度範圍（擴展範圍）和惡劣環境下使用的能力，包括在適當情況下在輻射環境下使用的技術特性。此外，還需要更嚴格和獨立的組件驗證和確認。汽車應用中使用的半導體還必須滿足嚴格的耐用性和測試要求，以承受惡劣的環境條件（例如極冷、極熱和極濕）。它們必須在車輛 10 至 20 年的預期使用壽命內承受振動和衝擊，並且在測試中表現出比消費產品中使用的半導體低得多的故障率，以確保它們滿足車輛安全要求。隨著車輛變得更加自動化並採用越來越多的光檢測和測距 (LiDAR)、聲納、雷達、視覺系統以及導航和識別技術，這些要求預計會增加並變得更加嚴格。

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