[서론] 2021년 2월, 시티그룹 회장 조 바이든은 반도체, 신에너지 배터리, 희토류, 의료용품 등 4대 주요 분야의 공급망을 전면적으로 검토하여 위험 요소를 파악하고 취약점을 해결하며 공급망 회복력을 강화하는 전략을 개발하도록 하는 행정명령 제14017호를 정부에 지시했습니다. 바이든 회장은 이 명령에 서명하면서 "못이 없으면 신발을 버리고, 신발이 없으면 말을 잃는다"는 속담을 인용하며, 공급망의 작은 결함이라도 미국인의 안전, 일자리, 가정, 지역사회에 영향을 미칠 수 있다고 강조했습니다. 이러한 전면적인 검토를 위해 바이든 행정부는 12개 이상의 연방 부처 및 기관이 참여하는 태스크포스를 구성했습니다. 행정부 관계자들은 노동계, 재계, 학계, 의회, 그리고 미국의 동맹국 및 파트너 국가들과 협의하여 취약점을 파악하고 해결책을 모색해 왔습니다.

Citi State의 검토 평가 보고서는 2021년 XNUMX월에 마감됩니다.

1. 반도체에 대하여

반도체는 현대 일상생활에 필수적인 집적 회로의 기반이 되는 물질입니다. 반도체는 현대 소비자의 일상생활에 없어서는 안 될 부분으로, 전등 스위치, 차고 문 개폐기, 냉장고와 같은 가정용품뿐 아니라 휴대폰, 컴퓨터, 자동차에도 사용됩니다. 또한, 더욱 복잡한 제품에도 사용됩니다. 현대인들은 매일(예를 들어 매시간, 매분, 매초) 반도체를 사용합니다. 반도체 기반 집적 회로는 농업, 교통, 의료, 통신, 인터넷 등 사회경제의 모든 영역을 근본적으로 변화시킨 다양한 기술의 "DNA"입니다. 반도체 산업은 시티의 경제 성장과 일자리 창출의 주요 동력입니다. 거의 모든 기술 제품은 반도체와 불가분의 관계에 있으며, 최첨단 시스템 또한 반도체의 뒷받침과 불가분의 관계에 있습니다.

보고서는 208년 미국 반도체 산업의 연간 매출이 2020억 달러에 달해 세계 시장의 거의 절반을 차지할 것으로 추정했다. 전 세계적인 코로나19 팬데믹에도 불구하고 전 세계 반도체 제품 판매량은 6.5년 2020% 증가했다. SIA 추정에 따르면 전 세계 반도체 시장은 726년까지 연 매출 2027억 달러에 달하고 연평균 성장률 4.7%에 이를 것으로 예상된다. 반도체는 미국의 주요 수출 품목으로, 47년 수출액은 2020억 달러로 항공기, 정제유, 원유에 이어 XNUMX위를 차지했습니다.

미국 반도체 산업이 전 세계 반도체 제품 수익의 거의 절반을 차지하지만, 평가 보고서에 따르면 전 세계 생산에서 차지하는 미국 반도체 제조 능력은 37년 전 20%에서 현재 약 12%로 떨어졌습니다. 주요 팹리스 반도체 기업을 포함한 미국 기업은 외국, 특히 아시아 지역에 대한 의존도가 높기 때문에 공급망 위험이 발생합니다.

연구 보고서는 다섯 가지 관련 기본 부분을 통해 반도체 공급망을 조사합니다. (1) 설계; (2) 제조; (3) 조립, 테스트 및 포장; (4) 재료; (5) 생산 장비.

2. 기본 결론:

디자인:

미국 반도체 설계 생태계는 강력하고 세계를 선도하고 있지만, 미국 기업은 이익 성장을 유지하기 위해 중국에 대한 판매와 국내(참고: 국내) 연구 개발(R&D) 투자에 크게 의존하고 있습니다. 또한 미국 디자인 회사는 주로 제한된 지적 재산(IP), 노동력, 제조 자원에 의존하여 비즈니스를 수행합니다. 이러한 리소스는 제품을 시장에 출시하는 데 매우 중요합니다.

제조:

미국은 반도체 제조 능력이 부족하다. 미국은 고급 프로세스 노드에 로직 칩을 제공하기 위해 주로 대만에 의존하고 있으며 성숙한 프로세스 노드 칩에 대한 수요를 충족시키기 위해 대만, 한국 및 중국 본토에 의존하고 있습니다.

테스트를 거친 고급 패키징:

상대적으로 낮은 기술의 백엔드 반도체 패키징 및 테스트에 있어 미국은 아시아에 집중된 해외 자원에 크게 의존하고 있습니다. 또한, 칩이 더욱 복잡해짐에 따라 고급 패키징 방법은 미래의 주요 기술 발전을 위한 잠재적인 개발 영역을 나타냅니다. 미국은 필요한 재료 생태계가 부족하고, 미국은 강력한 첨단 포장 산업을 발전시키기에 비용 효율적인 위치가 아니며, 중국의 막대한 투자가 시장을 뒤흔들 수 있습니다.

자료:

반도체 생산에는 수백 가지 재료가 필요하므로 제조 공급망에 문제가 발생합니다. 반도체 제조에 사용되는 많은 가스와 습식 화학물질은 미국에서 생산되지만 실리콘 웨이퍼, 포토마스크, 포토레지스트 시장은 외국 공급업체가 장악하고 있습니다.

제조 설비:

리소그래피 기계 외에도 대부분의 반도체 제조 전 공정 장비에서 미국 기업이 전 세계적으로 큰 점유율을 차지하고 있습니다.

미국 외에도 제조 장비 생산은 네덜란드와 일본에 집중되어 있습니다. 미국 내 반도체 제조 규모가 제한되어 있기 때문에 이들 장비 제조업체의 성장은 미국 이외 지역의 판매에 크게 의존하고 있습니다.

3. 집적회로 설계에 대하여

역사적으로 반도체(칩) 산업 발전 초기에는 집적회로 설계가 독립된 산업이 아니었습니다. 집적 회로 설계는 전체 생산 공정을 제어하는 ​​IDM 회사에서 수행합니다. 미국의 인텔, 텍사스 인스트루먼츠 등이 대표적인 기업이다. 오늘날 IC 설계는 IC 제조를 완료하기 위해 독립 제조 회사(파운드리)에 의존하는 보다 전문화된 "팹리스 설계 회사"에 의해 점점 더 많이 수행되고 있습니다. 파운드리 및 관련 투자의 증가로 인해 집적회로 설계 산업에 진출하기가 더 쉬워졌습니다. 이로 인해 제조 및 장비 제조보다 집적 회로 설계 산업의 집중도가 크게 낮아지고 집적 회로 제조가 대만에 크게 의존하게 됩니다.

진입 장벽은 낮지만 팹리스 설계 회사는 설계가 생산 공정에 적합한지 확인하기 위해 파운드리와 긴밀히 협력해야 하며 IP 공급업체(주로 핵심 기술을 개발하는 다른 반도체 회사)와 전자 설계 자동화(EDA)에 의존합니다. 소프트웨어 기업 지원. IC 설계 산업의 업스트림 및 다운스트림 단계 모두 매우 집중되어 있습니다. 주요 IP 제공업체와 EDA 제공업체는 주로 미국에 본사를 두고 있지만 대부분의 실무자는 미국 이외의 지역에 있습니다.

산업 구조

기업이 종사하는 다양한 제품 유형으로 인해 반도체 또는 집적 회로 설계에 종사하는 기업의 규모, 기술 및 구조는 매우 다릅니다. 이 보고서는 집적 회로 반도체를 논리 또는 디지털 회로, 메모리 및 아날로그 회로의 세 가지 주요 유형으로 나눕니다. 2020년에는 로직 또는 디지털 집적 회로가 전체 시장 점유율의 약 42%를 차지합니다. 메모리 제품은 약 26%를 차지합니다. 아날로그 집적 회로는 약 14%를 차지합니다. 기타 반도체 제품은 개별 장치, 광전자 장치 및 센서 장치를 포함한 비집적 회로 제품입니다.

논리 또는 디지털 집적 회로는 컴퓨터 또는 컴퓨팅 구성 요소의 기본 단위이며 반도체 제품 시장에서 가장 큰 범주입니다. 세계반도체협회(SIA)에 따르면 로직 칩은 업계 매출의 42%를 차지한다. 이 반도체 제품 범주에서는 특정 칩 유형에 따라 시장 집중도와 설계 회사 수가 크게 달라집니다. 개인용 컴퓨터 중앙 처리 장치(CPU), 전용 그래픽 처리 장치(GPU) 및 현장 프로그래밍 가능 게이트 어레이(FPGA) 시장은 본질적으로 XNUMX중 시장입니다. ASIC(주문형 집적 회로) 공급업체는 매우 세분화되어 있으며 경쟁도 더욱 치열합니다. 제품 범주에는 ASIC 및 ARM 기반 모바일 장치 프로세서가 포함됩니다. CPU는 컴퓨터의 중앙 처리 장치이고, GPU는 비디오 렌더링에 사용되는 프로세서이며, FPGA 제품은 제조 후 고객이나 설계자가 구성하는 데 사용되며, ASIC은 특정 응용 프로그램을 위해 설계된 맞춤형 칩입니다.

보고서는 미국이 집적 회로 설계 분야의 세계적 리더이며 많은 기업이 자본 지출을 줄이기 위해 제조 아웃소싱을 사용하거나 미국 외부에 설계자를 배치한다고 믿습니다. 기본적으로 전 세계의 모든 개인용 컴퓨터 CPU는 미국 기업인 인텔(Intel)과 AMD가 설계하는데, 그 중 인텔은 자체적으로 칩 제조를 완료하고, AMD는 칩 제조를 완료하기 위해 파운드리에 의존한다. 한편, AMD가 2020년 35월 FPGA 시장 선두주자인 Xilinx를 85억 달러에 인수할 계획이라고 발표함에 따라 Intel과 AMD는 곧 FPGA 부문을 장악할 수도 있습니다. 인수가 규제 승인을 받으면 AMD-Xilinx와 Intel은 전 세계 FPGA 매출의 약 XNUMX%를 차지하게 됩니다. 다른 미국 공급업체인 Microchip Technology, Lattice Semiconductor 및 Achronix Semiconductor가 FPGA 시장의 나머지 부분을 차지하고 있습니다. 글로벌 GPU의 주요 점유율은 AMD와 시장을 선도하는 미국 회사인 NVIDIA가 보유하고 있습니다.

ASIC 공급업체 기반의 경쟁이 크게 증가했으며 ARM 아키텍처 기반 모바일 장치 프로세서에 대한 수요가 높습니다. 삼성과 같은 칩 제조업체는 Qualcomm 및 Broadcom과 같은 팹리스 설계 회사와 Apple, Alphabet 및 Amazon을 포함하여 자체 칩을 설계하는 수십 개의 미국 기술 회사와 함께 ASIC 및 모바일 프로세서 시장에서 경쟁합니다. Intel과 Microchip을 제외하고 전 세계 및 미국의 대부분의 CPU, GPU, FPGA 및 ASIC 공급업체는 팹리스이며 칩 설계를 파운드리 제조에 의존합니다.

SIA에 따르면 컴퓨팅에 필요한 정보를 저장하는 데 사용되는 메모리 칩은 업계 수익의 26%를 차지합니다. 메모리 칩은 완전히 상용화되고 경쟁이 치열한 범주이며, 메모리 칩의 이점과 기술 발전은 전적으로 수율과 규모의 경제에 달려 있습니다. 메모리 제품은 일반적으로 IDM 계열 회사에서 제공됩니다. DRAM(동적임의접근메모리) 분야에서는 한국의 삼성전자와 한국의 SK하이닉스가 선두를 달리고 있습니다. 미국 기업 마이크론(Micron)의 지분은 약 23%다. 시장 점유율 선두업체들은 현재 다른 주요 제품을 위한 고급 패키징 기술(예: 다이 스태킹)과 IP를 개발하고 있습니다. 이들 95개 회사는 70년 전 세계 2020억 달러 규모 시장의 약 XNUMX%를 차지한다.

플래시 메모리(NAND) 생산은 덜 집중되어 있으며, 99년에는 약 47개 회사가 2020억 달러 규모의 세계 시장의 약 20%를 차지했습니다. 한국의 삼성은 또한 플래시 메모리 제품 분야의 시장 선두주자로서 NAND의 14분의 12 이상을 차지합니다. 시장. 한국의 삼성이 뒤를 이어 일본의 키옥시아(구 도시바)가 약 11%의 점유율을 차지하고 있다. 플래시 메모리 제품 9위는 미국 웨스턴디지털(Western Digital Corporation)으로 약 2020%의 점유율을 차지하고 있다. 또한 이 부문에는 한국의 SK 하이닉스(2%), 미국의 마이크론(2016%), 미국의 인텔(24%)이 있습니다. 글로벌 NAND 업체들이 추가 합병을 준비하고 있는 것으로 보인다. 낸드 제품 매출이 마이크론과 비슷한 인텔은 200,000년 2022월 낸드 메모리 사업 대부분을 SK하이닉스에 매각할 계획이라고 발표했다. 이번 매각으로 합병회사는 NAND 시장점유율 XNUMX위로 올라서게 된다. Western Digital과 Micron이 Kioxia 인수를 모색할 수도 있다는 보도도 있습니다. 또 XNUMX년 설립된 중국 기업 양쯔메모리테크놀로지스(YMTC)도 급성장하며 약 XNUMX억 달러의 보조금을 받았다. 중국 정부 소식통. 이 회사는 XNUMX년까지 월 최대 XNUMX개의 웨이퍼를 생산할 수 있으며 이는 Intel의 현재 NAND 용량의 두 배 이상이며 미국 메모리 회사에 잠재적인 저비용 위협이 될 수 있습니다.

아날로그 집적회로 제품의 상용화는 메모리 칩에 비해 경쟁이 덜하다. 또한 아날로그 회로는 일반적으로 최첨단 제조 프로세스 노드 사용에 덜 의존합니다. 애플리케이션 시스템의 최종 사용, 칩 설계에 대한 지식 및 경험은 아날로그 집적 회로의 가치를 결정하는 중요한 요소입니다. 따라서 아날로그 집적회로 기업이 아날로그 분야에 집중하면 경쟁 우위를 유지할 수 있기 때문에 이곳에서 제품 기업의 시장 집중도는 그리 높지 않다. 2020년 세계 최대의 아날로그 집적 회로 공급업체는 62억 달러 시장의 56%를 차지했으며, 그 중 텍사스 인스트루먼트만이 시장의 10% 이상을 차지했습니다. 선도적인 아날로그 반도체 회사 중 다수는 칩의 상당 부분을 아웃소싱하기도 하지만 자체적으로 설계하는 칩 중 일부를 만드는 "팹 라이트" 생산업체입니다.

2020년 반도체 제품의 개별 장치, 광전자 장치 및 센서(비통합 반도체)의 글로벌 매출은 약 79억 달러로 전체 반도체 시장(총 약 18억 달러)의 거의 440%를 차지할 것입니다. 이 범주에 속하는 대부분의 반도체 제품은 가격이 저렴하고 단일 제품이 XNUMX페니의 가치가 있는 성숙한 공정 노드에 속합니다. 이러한 제품의 시장은 수많은 제조업체로 인해 매우 세분화되어 있습니다. 비IC 반도체 기업으로는 ABB Ltd.(스웨덴/스위스), Infineon Technologies(독일), STM Microelectronics(이탈리아/프랑스), Toshiba(일본)를 비롯해 미국 기업인 Diodes Inc., Vishay Intertechnology, Qorvo, dPix 및 크리. 비집적형 반도체 제품, 특히 개별 전력 반도체 제품의 핵심 구동 기술은 전력 관리 및 소형화 혁신입니다. 이러한 제품은 자동차, 특히 전기 자동차를 주요 응용 단말기로 사용합니다. 미국이 주도하는 질화갈륨(GaN), 탄화규소(SiC) 및 기타 화합물 반도체 기판은 다양한 응용 분야의 핵심 기술입니다. 이 제품은 전력 관리 및 배전, 고주파 전력 증폭, 광전자공학 및 국가 보안에 널리 사용됩니다. 평판 디스플레이 반도체 장치도 이 범주에 속합니다.

국가 안보 분야에서 반도체 기술은 온도 범위(확장 범위) 및 혹독한 환경에서도 사용 가능해야 하며, 여기에는 적절한 경우 방사선 환경에서의 사용을 위한 기술적 특성이 포함됩니다. 또한, 더욱 엄격하고 독립적인 부품 검증 및 검증이 요구됩니다. 자동차 애플리케이션에 사용되는 반도체는 혹독한 환경 조건(예: 극한의 추위, 극한의 더위, 극한의 습도)을 견딜 수 있도록 엄격한 내구성 및 테스트 요건을 충족해야 합니다. 차량의 10년에서 20년의 기대 수명 동안 진동과 충격을 견뎌야 하며, 소비자 제품에 사용되는 반도체보다 테스트에서 훨씬 낮은 고장률을 보여 차량 안전 요건을 충족합니다. 차량의 자율성이 향상되고 LiDAR(Light Detection and Ranging), 소나, 레이더, 비전 시스템, 내비게이션 및 식별 기술이 점점 더 많이 사용됨에 따라 이러한 요건은 더욱 엄격해질 것으로 예상됩니다.

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