【はじめに】2021年2月、シティグループ社長のジョー・バイデン氏は大統領令第14017号に署名し、半導体、新エネルギー電池、レアアース鉱物、医療用品の4つの主要分野におけるサプライチェーンの包括的な見直しを実施し、リスクを特定し、脆弱性に対処し、サプライチェーンの回復力を向上させる戦略を策定するよう政府に命じた。大統領令に署名した際、彼は「釘がないと蹄鉄は捨てられ、蹄鉄がないと馬は迷子になり、王国が滅びる」という諺を引用した。サプライチェーンのほんの小さな不具合でも、アメリカの安全、雇用、家族、地域社会に影響を与える可能性がある。この包括的な見直しを実施するため、バイデン政権は10以上の連邦省庁を網羅する内部タスクフォースを設置した。政権当局者は、脆弱性を特定し、解決策を策定するために、労働組合、企業、学術機関、議会、米国の同盟国およびパートナーと協議した。

シティ州立大学の審査評価報告書は2021年XNUMX月に提出される予定だ。

1. 半導体について

半導体は、現代の日常生活に欠かせない集積回路の物質的基盤です。半導体は現代の消費者の日常生活に欠かせないものであり、電灯スイッチ、ガレージドアオープナー、冷蔵庫などの家庭用品、携帯電話、コンピューター、自動車に使用されています。より複雑な製品にも使用されています。現代人は毎日（毎時間、毎分、毎秒）それを使用しています。半導体ベースの集積回路は、農業、輸送、医療、通信、インターネットなど、社会経済のあらゆる分野を根本的に変えてきたさまざまな技術の「DNA」です。半導体産業は、シティの経済成長と雇用創出の大きな原動力です。ほぼすべての技術製品は半導体と切り離せません。もちろん、最も高度なシステムも半導体のサポートと切り離せません。

報告書は、米国の半導体産業の208年の年間売上高は2020億ドルとなり、世界市場のほぼ半分を占めると予測している。新型コロナウイルス感染症の世界的なパンデミックにもかかわらず、19年の世界の半導体製品売上高は6.5%増加しました。SIAの推計によると、世界の半導体市場は2020年までに年間売上高726億ドルに達し、年平均成長率は2027%になると予想されています。半導体は米国の主要輸出品で、4.7年の輸出売上高は47億ドルで、航空機、精製油、原油に次ぐ第2020位となっている。

米国の半導体産業は世界の半導体製品収益のほぼ半分を占めているが、評価報告書では米国の半導体製造能力が世界生産に占める割合は37年前の20％から現在は約12％に低下しているとしている。大手ファブレス半導体企業を含む米国企業は海外、特にアジアへの依存度が高く、サプライチェーンリスクを生み出している。

この調査報告書は、半導体サプライチェーンを、関連する 1 つの基本的な部分を通じて調査しています。(2) 設計。 (3) 製造。 (4) 組み立て、テスト、および梱包。 (5) 材料。 (XNUMX) 生産設備。

2. 基本的な結論:

デザイン：

米国の半導体設計エコシステムは強力で世界をリードしているが、米国企業は利益成長と国内（注：国内）の研究開発（R&D）投資を維持するために中国への販売に大きく依存している。さらに、米国のデザイン会社は主に限られた知的財産 (IP)、労働力、製造リソースに依存してビジネスを行っています。これらのリソースは、製品を市場に投入するために不可欠です。

製造：

米国には十分な半導体製造能力がありません。米国は先進プロセスノードのロジックチップの供給を主に台湾に依存しており、成熟したプロセスノードチップの需要を満たすために台湾、韓国、中国本土に依存している。

テスト済みの高度なパッケージング:

比較的ローテクなバックエンド半導体のパッケージングとテストに関して、米国はアジアに集中する外国資源に大きく依存している。さらに、チップがより複雑になるにつれて、高度なパッケージング方法は、将来の主要な技術進歩に向けた潜在的な開発分野となります。米国には必要な材料エコシステムが不足しており、強力な先進パッケージング産業を育成するには費用対効果の高い場所ではなく、中国からの多額の投資が市場を一変させる可能性がある。

材料：

半導体の製造には何百もの材料が必要であり、製造サプライチェーンに課題をもたらします。半導体製造で使用されるガスや湿式化学薬品の多くは米国で生産されていますが、シリコンウェーハ、フォトマスク、フォトレジストの市場は外国の供給業者が独占しています。

製造設備：

リソグラフィー装置に加えて、半導体製造の前工程装置の多くは米国企業が世界の高いシェアを占めています。

製造装置の生産は米国に加えてオランダと日本に集中しています。米国における半導体製造の規模は限られているため、これらの装置メーカーの成長は米国外の売上に大きく依存しています。

3. 集積回路設計について

歴史的に、半導体 (チップ) 産業の発展の初期段階では、集積回路設計は独立した産業ではありませんでした。集積回路の設計は、生産プロセス全体を管理する IDM 会社によって行われます。米国のインテルやテキサス・インスツルメンツなどがその代表格である。今日、IC 設計は、IC の製造を完了するために独立した製造会社 (ファウンドリ) に依存する、より専門化された「ファブレス設計会社」によって行われることが増えています。ファウンドリと関連投資の増加により、集積回路の設計業界への参入が容易になりました。その結果、集積回路設計産業への集中度は製造や機器製造よりも大幅に低くなり、集積回路製造は台湾に大きく依存することになります。

参入障壁は低いものの、ファブレス設計会社は、設計が製造プロセスに適していることを確認するためにファウンドリと緊密に連携する必要があり、IP サプライヤー (通常は主要な技術を開発している他の半導体会社) や電子設計オートメーション (EDA) に依存しています。ソフトウェアエンタープライズサポート。 IC 設計業界の上流段階と下流段階の両方が高度に集中しています。主要な IP プロバイダーと EDA プロバイダーは主に米国に本社を置いていますが、その実務者のほとんどは米国外にいます。

産業構造

企業が携わる製品の種類が異なるため、半導体や集積回路の設計に携わる企業の規模、技術、構造は大きく異なります。このレポートでは、集積回路半導体をロジック回路またはデジタル回路、メモリ、アナログ回路の 2020 つの主なタイプに分類しています。 42 年には、ロジックまたはデジタル集積回路が市場全体の約 26% を占めています。メモリ製品が約 14% を占めます。アナログ集積回路は約 XNUMX% を占めます。他の半導体製品は、ディスクリートデバイス、オプトエレクトロニクスデバイス、センサーデバイスなどの非集積回路製品です。

ロジックまたはデジタル集積回路は、コンピュータまたはコンピューティング コンポーネントの基本ユニットであり、半導体製品市場で最大のカテゴリです。世界半導体協会 SIA によると、ロジック チップは業界収益の 42% を占めています。このカテゴリの半導体製品では、市場の集中度と設計会社の数は特定のチップの種類に大きく依存します。パーソナル コンピュータの中央処理装置 (CPU)、専用グラフィックス処理装置 (GPU)、およびフィールド プログラマブル ゲート アレイ (FPGA) の市場は、本質的に複占状態です。特定用途向け集積回路 (ASIC) のサプライヤーは非常に細分化されており、競争はさらに激化しています。製品カテゴリには、ASIC および ARM ベースのモバイル デバイス プロセッサが含まれます。 CPU はコンピュータの中央処理装置、GPU はビデオレンダリングに使用されるプロセッサ、FPGA 製品は製造後に顧客または設計者による構成に使用され、ASIC は特定のアプリケーション向けに設計されたカスタム チップです。

報告書は、米国が集積回路設計の世界リーダーであり、多くの企業が設備投資を削減するために製造をアウトソーシングしたり、米国外に設計者を配置したりしていると考えている。基本的に世界中のパソコンのCPUはすべてアメリカのインテルとAMDによって設計されており、このうちインテルはチップ製造を自社で完結するのに対し、AMDはチップ製造をファウンドリに依存しています。一方、AMDは2020年35月にFPGA市場リーダーのザイリンクスを85億ドルで買収する計画を発表したため、IntelとAMDが間もなくFPGAカテゴリを独占する可能性がある。この買収が規制当局の承認を得られれば、AMD-XilinxとIntelは世界のFPGA売上高の約XNUMX％を占めることになる。他の米国のサプライヤーである Microchip Technology、Lattice Semiconductor、Achronix Semiconductor が FPGA 市場の残りを占めています。世界の GPU の主要なシェアは、AMD と市場をリードする米国企業 NVIDIA によって保持されています。

ASIC サプライヤー ベースにおける競争は大幅に激化しており、ARM アーキテクチャ ベースのモバイル デバイス プロセッサに対する需要は高まっています。サムスンなどのチップメーカーは、クアルコムやブロードコムなどのファブレス設計会社や、アップル、アルファベット、アマゾンなど独自のチップを設計する数十の米国ハイテク企業と並んで、ASICやモバイルプロセッサ市場で競争している。 Intel と Microchip を除いて、世界および米国のほとんどの CPU、GPU、FPGA、および ASIC サプライヤーはファブレスであり、チップの設計をファウンドリ製造に依存しています。

SIA によると、コンピューティングに必要な情報を保存するために使用されるメモリ チップが業界の収益の 26% を占めています。メモリチップは完全に商品化されており、競争力のあるカテゴリーであり、その利点と技術の進歩は完全に歩留まりと規模の経済に依存しています。メモリ製品は通常、IDM タイプの企業によって提供されます。韓国のサムスンと韓国のSKハイニックスはダイナミックランダムアクセスメモリ（DRAM）の分野で主導的な地位にある。米マイクロン社は約２３％を保有している。市場シェアのリーダー企業は現在、他の主要製品向けの高度なパッケージング技術 (つまり、ダイスタッキング) と IP を開発しています。これら 23 社は、95 年の世界市場 70 億ドルの約 2020% を占めています。

フラッシュ メモリ (NAND) の生産はそれほど集中しておらず、99 年の 47 億ドルの世界市場の約 2020% を 20 社が占めていると推定されています。韓国のサムスンもフラッシュ メモリ製品の市場リーダーであり、NAND の 14 分の 12 強を占めています。市場。韓国のサムスンに次いで日本のキオクシア（旧東芝）が約11％のシェアを握る。フラッシュメモリ製品の9位は米ウエスタンデジタル社で、シェアの約2020％を占めている。このセグメントには、韓国の SK Hynix (2%)、米国の Micron (2016%)、米国の Intel (24%) も含まれます。世界のNAND企業はさらなる統合に向けて準備を進めているようだ。 NAND製品の売上高がマイクロンと同程度のインテルは、200,000年2022月にNANDメモリ事業の大部分をSKハイニックスに売却する計画を発表した。この売却により、合併後の会社はNAND市場シェアで第XNUMX位に躍進することになる。 Western DigitalとMicronがキオクシアの買収を検討している可能性があるとの報道もある。さらに、XNUMX年に設立された中国企業Yangtze Memory Technologies（YMTC）は急速に拡大しており、約XNUMX億ドルの補助金を受けている。中国政府関係者。同社はXNUMX年までに月産最大XNUMX万枚のウェーハを生産できる可能性があり、これはインテルの現在のNAND生産能力のXNUMX倍以上であり、米国のメモリ企業にとって低コストの脅威となる可能性がある。

メモリチップと比較すると、アナログ集積回路製品の商品化は競争力が劣ります。さらに、アナログ回路は一般に、最先端の製造プロセス ノードの使用への依存度が低くなります。アプリケーション システムでの最終用途、チップ設計の知識と経験は、アナログ集積回路の価値を決める重要な要素です。したがって、アナログ集積回路企業はアナログ分野に注力することで競争上の優位性を維持できるため、ここでの製品企業の市場集中度はそれほど高くありません。 2020年、アナログ集積回路の世界最大のサプライヤーは62億ドルの市場の56％を占め、そのうち市場の10％以上を占めたのはテキサス・インスツルメンツだけだった。主要なアナログ半導体企業の多くは「ファブライト」生産者であり、チップの大部分を外部委託しているものの、設計したチップの一部を社内で製造しています。

2020年の半導体製品におけるディスクリートデバイス、光電子デバイスおよびセンサー（非集積半導体）の世界売上高は約79億ドルとなり、半導体市場全体（合計約18億ドル）のほぼ440％を占める見通しです。このカテゴリの半導体製品のほとんどは成熟したプロセスノードにあり、安価であり、単一の製品が XNUMX ペニーの価値があることも珍しくありません。このような製品の市場は、多数のメーカーによって非常に細分化されています。非IC半導体企業には、ABB Ltd.（スウェーデン/スイス）、Infineon Technologies（ドイツ）、STM Microelectronics（イタリア/フランス）、東芝（日本）のほか、米国企業Diodes Inc.、Vishay Intertechnology、Qorvo、dPix、およびクリー。非集積半導体製品、特にディスクリートパワー半導体製品の主要な推進技術は、電力管理と小型化の革新です。このような製品では、自動車、特に電気自動車が主要なアプリケーション端末として使用されます。米国が主流の窒化ガリウム (GaN)、炭化ケイ素 (SiC)、およびその他の化合物半導体基板は、さまざまな用途の重要な技術です。これらは、電力管理と配電、高周波電力増幅、オプトエレクトロニクス、および国家安全保障で広く使用されています。フラットパネルディスプレイ半導体デバイスもこのカテゴリに分類されます。

国家安全保障の分野では、半導体技術は温度範囲（拡張範囲）や過酷な環境での使用にも適格でなければならず、適切な場合には放射線環境での使用に関する技術的特性も必要です。さらに、より厳格で独立したコンポーネントの検証と妥当性確認が必要です。自動車用途で使用される半導体は、過酷な環境条件（極寒、極暑、極湿など）に耐えるために、厳格な耐久性と試験要件も満たす必要があります。自動車の10年から20年の耐用年数を通じて振動と衝撃に耐える必要があり、自動車の安全要件を満たすことを保証するために、消費者向け製品に使用される半導体よりもはるかに低い故障率を試験で実証しています。自動車の自律性が高まり、光検出および測距（LiDAR）、ソナー、レーダー、視覚システム、ナビゲーションおよび識別技術がますます多く採用されるようになるにつれて、これらの要件は増加し、より厳格になると予想されます。

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