(1부: 집적 회로 설계에 이어)

넷째, 집적회로 제조에 관한 것

(I) 씨티그룹의 IC 제조업 기본 추정

반도체 제품은 에너지, 의료, 농업, 가전제품, 제조, 운송 등 경제의 거의 모든 부문을 주도합니다. 2019년 반도체에 대한 전 세계 최종 사용 수요는 휴대폰(26%), 정보 통신 인프라(데이터 센터, 통신 네트워크 포함)(24%)입니다. 컴퓨터(19%), 산업(12%), 자동차(10%) 및 가전제품(10%).

이러한 다양한 애플리케이션 중 약 9%는 국가 안보 및 중요 인프라 애플리케이션을 직접 지원합니다. 이러한 주요 반도체 제품의 최종 용도에는 항공우주, 통신 네트워크, 에너지 및 유틸리티, 의료 및 금융 서비스가 포함됩니다. 기타 정부 용도는 전 세계 반도체 소비의 1%가 조금 넘는 수준입니다.

세계 반도체 생산에서 미국의 점유율은 37년 1990%에서 현재 12%로 떨어졌으며, 업계를 지원하는 미국의 포괄적인 전략이 없다면 더욱 감소할 것으로 예상됩니다.

미국의 제조 능력이 부족합니다. 미국의 제조 능력은 수십 년 동안 감소해 왔습니다. 2000년부터 2010년 사이에 제조업 일자리의 25분의 XNUMX이 손실되면서 금세기의 첫 XNUMX년은 특히 미국 제조업에 큰 타격을 입혔습니다. 중소기업이 특히 큰 타격을 입었습니다. 감소의 일부는 저임금 국가와의 경쟁에 기인할 수 있습니다. 경제학자들은 일자리 손실의 약 XNUMX%가 특히 중국이 세계무역기구(WTO)에 가입한 이후 중국의 부상에 기인할 수 있다고 추정합니다. 그러나 미국은 또한 국내 생산성 증가율이 동종 경제 국가에 비해 정체되어 있으며, 예를 들어 평균 및 대부분의 산업에서 독일보다 뒤처져 있습니다. 오늘날 미국의 중소기업은 일반적으로 대기업보다 생산성이 낮습니다. 인공지능과 로봇 공학이 곧 다가올 것이라는 대중의 믿음과는 달리, 미국 중소기업 제조업체들은 새로운 생산성 향상 기술에 대한 투자를 줄이고 있습니다. 제조 역량의 상실은 혁신 역량의 상실로 이어진다. 제조 역량은 제품 혁신의 기초입니다. 한번 혁신 역량이 상실되면 재구축이 어렵습니다. 최근 수십 년 동안 INTEGRATED 회로 용량이 해외로 이전되었을 때 연구 개발과 더 넓은 산업 공급망이 뒤따르는 경우가 많았습니다.

(2) 반도체 제품 공급망

설계부터 포장, 고객이 구매한 최종 전자 제품에의 통합까지 산업 체인은 매우 복잡하고 지리적으로 분산되어 있습니다. 일반적인 반도체 생산 공정에는 여러 국가가 포함되며 특정 링크에 대한 회사의 전문화로 인해 제품이 국경을 70번 넘을 수 있습니다. 전체 프로세스는 최대 100일이 소요되며, 그 중 12일이 공급망 링크 간에 전송됩니다. 다음은 공급망을 간단하게 표현한 것입니다.

반도체 제품의 작은 크기와 가벼운 무게는 복잡한 지리적 공급망을 달성하는 데 중요한 요소입니다. 반도체 제품의 배송비는 가격에 비해 저렴합니다. 그러나 이는 운송 경로의 중단이 공급망에 위험을 초래할 수 있음을 의미하기도 합니다. 체인에서는 단계와 이동 거리, 제품의 특성에 따라 다양한 형태의 운송 수단(예: 항공, 해상, 트럭)을 사용해야 합니다. 경우에 따라 운송에는 제조에 사용되는 유해한 고순도 가스 및 화학 물질을 취급하거나 민감한 전자 장비를 손상으로부터 보호하는 등 전문적인 취급이 필요합니다.

반도체 제조: 산업구조

웨이퍼를 처리하고 집적 회로를 만드는 공장에는 두 가지 기본 비즈니스 모델이 있습니다. 첫 번째는 수직계열화된 반도체 기업, 즉 IDM 기업이다. 그들은 설계부터 최종 테스트까지 반도체 제품 설계 및 제조 공정의 모든 단계를 사내에서 수행합니다. IDM 기업은 전 세계 반도체 생산능력의 약 44분의 51를 차지한다. 미국의 대표적인 IDM 기업인 인텔은 주로 로직 디바이스를 생산하지만, 대부분의 다른 IDM 기업들은 DRAM, 개별 디바이스, 아날로그 집적 회로와 같은 메모리 칩을 주로 생산합니다. 미국에는 Intel 외에도 Analog Devices, Maxim Integrated Products, MicrochipTechnology, micron, 반도체 및 Texas Instruments를 비롯한 세계 최고의 IDM 기업이 많이 있습니다. 이들 회사는 미국에 본사를 두고 있지만 전 세계 공장에서 최종 제품 제조를 한다는 점은 주목할 가치가 있습니다. 예를 들어, 인텔은 미국 외에도 이스라엘, 아일랜드, 중국에 웨이퍼 가공 공장을 보유하고 있습니다. 그리고 한국에 본사를 둔 삼성과 기타 외국에 본사를 둔(미국인이 아닌) 기업은 해외(미국 이외의) 공장 외에 미국에도 칩 공장을 두고 있습니다. SIA 보고서에 따르면 미국 반도체 기업 생산능력의 2020%가 미국에 위치해 있다. 전체적으로 미국의 IDM 기업은 XNUMX년 글로벌 IDM 제조업체의 총 영업 수익의 XNUMX%를 차지했습니다. 미국은 특히 디지털 논리 집적 회로와 아날로그 집적 회로 분야에서 강세를 보이고 있습니다.

더 많은 미국 반도체 제품을 선도하는 기업(예: AMD, nvidia, broadcom, qualcomm 및 game spirit)이 "팹 없는 반도체 회사" 비즈니스 모델이며, 회사는 반도체 파운드리 제조를 전문으로 하는 독립 회사에 데이터를 제공할 것입니다. 파운드리 기업이 칩 제품 제조 및 가공에 참여합니다. 이러한 제3자 파운드리는 자체 칩 제품을 설계하거나 판매하지 않고 오히려 팹리스 반도체 회사의 계약 제조업체 역할을 하기 때문에 "순수 반도체 파운드리"로 분류됩니다(이러한 파운드리는 때때로 추가 용량을 제공하거나 IDM에 특정 칩을 생산함). 벤더). 일부 IDM 회사, 특히 삼성도 팹리스 반도체 회사에 처리 서비스를 제공합니다.

기술이 발전하고 최첨단 반도체 제조 시설을 구축하고 유지하는 데 드는 비용이 급증함에 따라 팹리스 기업 + 파운드리 비즈니스 모델이 더욱 보편화되고 있습니다. 칩 제조 기술의 지속적인 발전에는 완전히 새롭고 점점 더 비싼 제조 장비가 필요합니다. 최첨단 팹(5nm 프로세스 노드)의 비용은 최소 12억 달러입니다. 5nm 이하에서 필요하고 종종 7nm에서 사용되는 단일 극자외선(EUV) 리소그래피 기계의 비용은 최대 150억 3천만 달러에 달할 수 있습니다. 팹에는 포토리소그래피 기계 외에도 다양한 유형의 장비가 필요합니다. 20nm 노드에서 운영될 차세대 팹에 필요한 투자는 80억 달러를 초과할 수 있는 것으로 추산됩니다. 또한, 새로운 팹을 설립한 후에는 운영 비용이 매우 높으며 지속적이고 값비싼 자본 투자가 필요합니다. 또한 가장 발전된 생산 노드에서 계속 운영하려면 프로세스 설계자가 요구하는 최첨단 기술을 유지하는 것도 필요합니다. 순수 파운드리는 높고 효율적인 용량 활용으로 반도체 공장의 막대한 비용을 흡수하고 흡수할 수 있는 규모의 경제 혜택을 누리고 있습니다. SIA에 따르면 순수 파운드리는 전 세계 칩 생산 능력의 약 1987분의 XNUMX을 차지합니다. 그 중 로직칩 생산이 거의 XNUMX%를 차지했다. 세계 최초의 순수 웨이퍼 파운드리인 TSMC(Taiwan Semiconductor Manufacturing Company)는 XNUMX년에 설립되어 오늘날 파운드리 시장을 장악하고 있습니다.

계약 제조 시장은 대만 기업이 장악하고 있으며, TSMC가 단독으로 시장의 53%를 차지하고 있습니다. 전체적으로 대만 파운드리 기업은 전 세계 파운드리 시장의 63%를 차지하고 있다. 한국은 18%, 중국은 6%를 차지한다. 미국에 본사를 두고 ABU Dhabi가 소유한 파운드리인 GlobalFoundries는 7%의 점유율을 갖고 있으며, 이는 파운드리 시장의 나머지 13% 중 절반 이상을 차지합니다.

위에서 언급했듯이 미국은 IDM 기업이 생산하는 칩 시장 점유율이 높지만 글로벌 파운드리 매출의 약 10%만을 차지합니다. 아시아 파운드리가 전체의 약 80%를 차지한다. 대만은 전 세계 계약 제조의 63%를 차지합니다. 이는 미국이 반도체 설계 분야의 선두주자인 반면, 국내 팹리스 회사들은 제품 생산을 위해 주로 아시아에 있는 외국 계약 제조업체에 크게 의존하고 있음을 의미합니다. 이 에이전트-비즈니스 모델은 대량 상용 애플리케이션을 위한 집적 회로 제품에 적합하지만 많은 관련 애플리케이션이 소규모 배치이므로 애플리케이션에 첨단 반도체 제조 기술을 채택하는 것이 불확실하고 까다롭습니다.

미국의 경우 대부분의 반도체 제조(IDM 및 파운드리 모델 모두)가 대만, 한국, 일본, 중국 및 미국 등 해외에서 이루어집니다. 전 세계 반도체 제조 능력의 약 12%가 미국에 있으며, 이는 37년대 1990%에서 감소한 수치입니다. 2019년에는 대만이 전 세계 설치 용량의 약 20%를 차지했고, 한국이 19%로 그 뒤를 이었습니다. 일본은 17%, 중국은 16%, 유럽은 9%를 차지했다. 나머지 6%의 용량은 싱가포르, 이스라엘 및 기타 세계 지역에 위치하고 있습니다.

미국에 위치한 40개의 주요 반도체 제조 시설 중 절반(20개)이 300mm(12인치) 웨이퍼를 사용합니다. 다른 생산에서는 200mm(8인치) 이하의 웨이퍼를 사용합니다. 2009년부터 2018년까지 전 세계적으로 100개 이상의 150~200mm 웨이퍼 제조 공장이 문을 닫았고, 그 중 70%가 미국과 일본에서 문을 닫았습니다. IC Insights에 따르면 무려 68개의 웨이퍼 제조 공장이 합리적인 수명을 넘어 수십 년이 된 것으로 나타났습니다. 폐쇄된 팹은 비용 효율적이거나 업그레이드된 새로운 시설로 부분적으로 대체됩니다. 운영 비용이 너무 많이 드는 팹도 있으며, 기업은 경량 팹이나 팹리스 비즈니스 모델로 눈을 돌리고 있습니다.

국내에서는 아래 표에 자세히 설명된 대로 20개 회사가 300개 주에서 XNUMX개의 XNUMXmm 팹을 운영하고 있습니다. Skorpios 외에도 XNUMX개 회사가 미국 이외의 지역에서 웨이퍼 공장을 운영하고 있습니다.

위에서 언급한 바와 같이 인텔은 이스라엘, 아일랜드, 중국에서 반도체 제조 시설을 운영하고 있습니다. 마이크론은 미국 팹 외에도 싱가포르, 일본, 대만에도 팹을 운영하고 있다. Texas Instruments는 텍사스뿐만 아니라 중국, 말레이시아, 대만, 필리핀에서도 웨이퍼 생산 시설을 보유하고 있습니다. GlobalFoundries는 국부펀드 Mubadala를 통해 ABU Dhabi 토후국이 소유하고 있으며 독일과 싱가포르에 웨이퍼 제조 시설을 보유하고 있는 미국 최고의 순수 웨이퍼 파운드리 업체입니다. 2019년에는 중국 청두에 팹을 설립하려는 계획을 취소했습니다.

미국의 칩 제조 능력은 상대적으로 안정적이지만, 미국 이외의 지역, 특히 아시아에서 생산 능력과 생산량이 증가하고 있습니다. 그 결과, SIA는 10년까지 미국의 반도체 생산 점유율이 2030%로 감소하는 반면, 아시아의 점유율은 83%로 증가할 것으로 예상하고 있습니다. 2019년 전 세계에 새로 문을 연 반도체 제조 시설 XNUMX개 중 미국은 하나도 없었고, 중국은 XNUMX개였습니다.

이 보고서의 "설계" 섹션에서 설명한 대로 메모리, 로직 또는 디지털, 아날로그의 세 가지 주요 칩 유형을 다룹니다. 아래 차트에서 볼 수 있듯이 세계의 각 지역은 서로 다른 분야를 전문으로 합니다. 예를 들어, 한국의 5%와 중국 본토의 44%에 비해 미국에서는 메모리 칩의 14%만이 생산됩니다. 이를 기억하면서 중국은 Changjiang Storage의 급속한 확장에 초점을 맞춰 회사에 (우한 공장에만) 24억 달러의 보조금을 할당했습니다. 이들의 확장과 저가 제품은 미국 메모리반도체 제조사인 마이크론과 웨스턴디지털에 직접적인 위협이 되고 있다.

논리 또는 디지털 칩(예: 컴퓨터 및 휴대폰 마이크로프로세서)에서 미국은 고급 프로세스 노드(10나노미터 미만)를 생산하지 않는 반면 대만은 92%를 생산합니다. 다른 로직 잠금 기술에서는 미국이 가장 앞서 있습니다. 가장 진보된(43-10nm) 로직 칩의 22%, 이전 세대(6nm 및 ab)의 9%~28%입니다.ove) 로직 칩은 미국에서 생산됩니다. 대만은 이러한 로직 칩의 47%를 생산하는 반면, 중국은 로직 칩의 약 19~23%를 생산합니다. 마지막으로 아날로그/디스크리트 부품 부문의 경우 미국에서 19%, 중국에서 17%, 한국에서 약 27%가 생산됩니다.

(iv) 집적회로 제조 검토

미국은 가장 진보된 기술 수준의 생산 능력이 부족합니다.

미국에는 현재 TSMC(대만)와 삼성(한국)만이 운영하고 있는 최첨단 반도체 프로세스 노드(현재 5나노미터)를 위한 반도체 생산 능력이 부족합니다. 미국에서 가장 발전된 FAB는 Intel이 운영하는 10nm 공정 라인으로, 7년까지 완전한 2023nm 생산에 들어갈 것으로 예상되지 않으며 2021년 7월 TSMC의 "향상된" XNUMXnm 또는 최신 논리 회로 제품 생산 라인 아래. 그 결과, 미국 팹리스 칩 회사들은 이제 가장 진보된 칩(7nm 이하)을 생산하기 위해 거의 전적으로 아시아 생산업체, 특히 TSMC에 의존하고 있습니다. 지리적으로 집중된 생산으로 인한 공급망 위험 외에도, 최첨단 국내 기술 역량 부족으로 인해 국가 안보 우려가 제기됩니다. 일부 애플리케이션은 기술적 우위를 보장하기 위해 최첨단 공정 기술에 대한 안전한 액세스가 필요하기 때문입니다.

칩 제품 판매 수익은 중국에 따라 다릅니다.

또한 미국의 칩 제조업체들은 전자 제품 생산에서 중국의 지배력 때문에 중국에 대한 판매에 크게 의존하고 있습니다. 중국은 반도체 최대 시장으로, 대부분이 가전제품, 가전제품 등 단말기 전자제품에 조립되면서 재수출된다. 예를 들어, 이코노미스트(The Economist)의 57년 데이터에 따르면 휴대폰 칩 공급업체인 퀄컴(Qualcomm)은 매출의 2018분의 XNUMX를 중국에서 얻었고, 메모리 제조업체인 마이크론(Micron)은 매출의 XNUMX%를 중국에서 얻었습니다. 인텔은 2020년에 중국이 매출의 26%를 차지했다고 보고했습니다. 중국 판매에 대한 과도한 의존은 중국 정부에 경제적 영향력을 제공하고 미국에 대한 보복 가능성을 제공합니다.

반도체 산업을 선도하려는 중국의 열망:

세계 반도체 산업에서 중국의 점유율은 상대적으로 적으며, 중국 기업은 주로 저가형 칩을 생산합니다. 중국의 가장 발전된 순수 파운드리인 SMIC는 14나노미터 노드에서만 생산할 수 있으며 용량이 제한되어 있습니다. 그러나 중국은 2030년까지 이 산업을 모든 분야에서 선두주자로 만들겠다는 목표를 가지고 자국의 수직 통합형 IDM 산업을 발전시키려는 국가 주도의 대대적인 노력을 진행하고 있습니다. 중국의 반도체 웨이퍼 생산능력 점유율은 16년 2019%였지만 28년에는 2030%까지 성장할 것으로 예상된다. 중국 정부는 100개의 신규 제조공장 개발을 포함해 반도체 산업에 60억 달러의 보조금을 제공하고 있다. 공급망의 "설계" 부분에서 논의된 바와 같이, 중국은 세계 3대 메모리 기업인 삼성(한국), SK 하이닉스(대한민국), 마이크론(미국)에 대한 의존도를 깨기 위해 자체 메모리 칩 제조업체에 공격적으로 보조금을 지급했습니다. ). 미국 메모리 기업 마이크론은 창장스토리지의 직접적인 경쟁사로, 중국 보조금으로 인해 경쟁사에게 위협받는 미래 경쟁력과 혁신을 목격한 최초의 미국 기업이 될 가능성이 크다.

면책조항: 이 기사는 "Mr. Wang's Restaurant talk"에서 재인쇄되었습니다. 이 기사는 저자의 개인적인 견해일 뿐 Sakwei와 업계의 견해를 대변하지 않으며, 재인쇄 및 공유, 지적 재산권 보호 지원, 재인쇄만을 목적으로 합니다. 원본 출처와 작성자를 명시해 주시고, 침해 내용이 있을 경우 연락주시면 삭제해 드리겠습니다.