(Nofolgend Deel I: Integréiert Circuit Design)

Véier, iwwer integréiert Circuit Fabrikatioun

(I) Citigroup Basis Schätzunge vun der IC Fabrikatioun Industrie

Semiconductor Produkter féieren bal all Secteur vun der Wirtschaft, dorënner Energie, Gesondheetsversuergung, Landwirtschaft, Konsumentelektronik, Fabrikatioun, an Transport. Global Endverbrauch Nofro fir Halbleiter am Joer 2019 ass: Handyen (26%), Informatiouns- a Kommunikatiounsinfrastruktur (inklusiv Datenzenteren, Kommunikatiounsnetzwierker) (24%); Computer (19%), Industrie (12%), Automotive (10%) a Konsumentelektronik (10%).

Vun dësen verschiddenen Uwendungen ënnerstëtzen ongeféier 9% direkt national Sécherheet a kritesch Infrastruktur Uwendungen. Dës Schlëssel Hallefleitprodukt Endverbrauch enthalen Loftfaart, Telekommunikatiounsnetzwierker, Energie an Utilities, Gesondheetsariichtung a Finanzservicer. an aner Regierung benotzt Kont fir just iwwer 1 Prozent vun global semiconductor Konsum.

Den US Undeel vun der globaler Hallefleitproduktioun ass vun 37 Prozent am 1990 op 12 Prozent haut gefall, a gëtt erwaart weider ze falen ouni eng ëmfaassend US Strategie fir d'Industrie z'ënnerstëtzen.

US Fabrikatiounskapazitéit ass net genuch: US Fabrikatiounskapazitéit ass zënter Joerzéngte erofgaang. Déi éischt Jorzéngt vun dësem Joerhonnert war besonnesch zerstéierend fir US Fabrikatioun, mat engem Drëttel vun Fabrikatioun Aarbechtsplazen verluer tëscht 2000 an 2010. Kleng a mëttelgrouss Betriber (Smes) goufen besonnesch schwéier getraff. En Deel vum Réckgang kann un d'Konkurrenz vun den niddrege Lounlänner zougeschriwwen ginn. Economisten schätzen datt ongeféier 25 Prozent vun den Aarbechtsverloschter un den Opstieg vu China zougeschriwwe kënne ginn, besonnesch nodeems d'Land an d'Welthandelsorganisatioun bäitrieden. Awer d'USA hunn och den Hausproduktivitéitswuesstem gesinn stagnéieren am Verglach mat senge wirtschaftleche Kollegen, zum Beispill, hannert Däitschland am Duerchschnëtt an an de meeschte Branchen. Haut si kleng Geschäfter an den USA typesch manner produktiv wéi grouss Hiersteller. Am Géigesaz zu der populärer Iwwerzeegung datt ARTIFICIAL Intelligenz a Robotik just ronderëm den Eck sinn, ënnerinvestéieren d'US Hiersteller vu klengen a mëttelgrousse Betriber an nei Produktivitéitsverbesserende Technologien. De Verloscht vun der Fabrikatiounskapazitéit féiert zum Verloscht vun der Innovatiounskapazitéit. Fabrikatiounskapazitéit ass d'Basis vun der Produktinnovatioun. Wann d'Innovatiounsfäegkeet verluer ass, ass et schwéier opzebauen. Wann INTEGRATED Circuit Kapazitéit an de leschte Joerzéngte iwwerséiesch geplënnert ass, sinn d'Fuerschung an d'Entwécklung an déi méi breet industriell Versuergungskette dacks gefollegt.

(2) Fourniture Kette vun semiconductor Produiten

Vun Design bis Verpakung fir d'Integratioun an déi lescht elektronesch Produkter, déi vu Cliente kaaft ginn, ass d'Industriekette extrem komplex a geographesch verspreet. En typesche Hallefleitproduktiounsprozess enthält verschidde Länner a Produkter kënnen international Grenzen 70 Mol iwwerschreiden wéinst der Spezialisatioun vun der Firma a spezifesche Linken. De ganze Prozess dauert bis zu 100 Deeg, vun deenen 12 Deeg tëscht de Linken vun der Versuergungskette transferéiert ginn. Déi folgend ass eng einfach Duerstellung vun der Versuergungskette.

Déi kleng Gréisst a Liichtgewiicht vun Halbleiterprodukter si wichteg Faktoren fir esou eng komplex cross-geographesch Versuergungskette z'erreechen. D'Käschte fir d'Verschécken vun Halbleiterprodukter sinn niddereg am Verglach zu hirem Wäert. Wéi och ëmmer, et heescht och datt d'Stéierung vun den Transportstroossen e Risiko fir d'Versuergungskette duerstellt. Verschidde Formen vun Transport (zB Loft, Mier, Camion) mussen an der Kette benotzt ginn, ofhängeg vun der Etapp an der Distanz, déi gereest gëtt, souwéi der Natur vum Produkt. An e puer Fäll erfuerdert den Transport och spezialiséiert Handhabung, sou wéi d'Handhabung vu geféierlechen an héichreiniger Gasen a Chemikalien, déi an der Fabrikatioun benotzt ginn, oder sensibel elektronesch Ausrüstung vu Schued schützen.

Semiconductor Fabrikatioun: industriell Struktur

Fabriken déi Wafere veraarbechten an integréiert Circuiten maachen hunn zwee Basisgeschäftsmodeller. Déi éischt ass eng vertikal integréiert Hallefleitfirma oder IDM Entreprise. Si maachen all Schrëtt vum Halbleiter Produktdesign a Fabrikatiounsprozess intern aus, vum Design bis zum Schlusstest. IDM Firmen stellen ongeféier zwee Drëttel vun der globaler Hallefleitkapazitéit aus. Och wann Intel, déi féierend IDM Firma an den USA, haaptsächlech Logik Geräter produzéiert, produzéieren déi meescht aner IDM Firmen haaptsächlech Memory Chips wéi DRAM, diskret Geräter an analog integréiert Circuiten. Zousätzlech zu Intel sinn d'USA Heem fir e puer vun de weltgréisste IDM Firmen, dorënner Analog Devices, Maxim Integrated Products, MicrochipTechnology, Micron, op Halbleiter an Texas Instrumenter. Et ass derwäert ze notéieren datt wärend dës Firme mat Sëtz an den USA sinn, se hir Finale Produktfabrikatioun a Fabriken ronderëm d'Welt maachen. Zousätzlech zu den USA, zum Beispill, huet Intel Waferveraarbechtungsanlagen an Israel, Irland a China. A Samsung, déi a Südkorea baséiert, an aner auslännesch (net-amerikanesch) Firmen hunn Chipfabriken an den USA zousätzlech zu hiren auslänneschen (net-amerikaneschen). Geméiss dem SIA Bericht sinn 44% vun der Kapazitéit vun den US Hallefleitfirmen an den USA. Insgesamt hunn IDM Entreprisen an den USA fir 51% vum Gesamtbetriebsakommes vun de globale IDM Hiersteller am Joer 2020. D'USA si besonnesch staark an digital Logik integréiert Circuiten an Analog integréiert Circuiten.

Et ginn aner méi amerikanesch Hallefleitprodukter féierend Entreprisen (zum Beispill AMD, nvidia, Broadcom a Qualcomm a Spillgeescht) ass de "no fabs Semiconductor Firmen" Geschäftsmodell, d'Firma wäert Daten designen fir onofhängeg Firma spezialiséiert an der Fabrikatioun vun Halbleiter Schmelz ze bidden, vun de Schmelzfirmen an d'Fabrikatioun a Veraarbechtung vu Chipprodukter. Dës Drëtt Partei Schmelzen ginn als "reng Halbleiter Schmelzen" klasséiert well se keng vun hiren eegene Chipprodukter designen oder verkafen, mä éischter als Kontrakthersteller fir fabellos Hallefleitfirmen handelen (dës Schmelzen bidden heiansdo zousätzlech Kapazitéit oder produzéiere soss bestëmmte Chips fir IDM Ubidder). E puer IDM Firmen, notamment Samsung, bidden och Veraarbechtungsservicer fir fabellos Halbleiterfirmen.

Wéi d'Technologie Fortschrëtter an d'Käschte fir modernst Hallefleitfabrikatiounsanlagen ze bauen an z'erhalen, gëtt de fabellosen Enterprise + Schmelzgeschäft méi heefeg. Weider Fortschrëtter an der Chip Fabrikatioun Technologie erfuerderen ganz nei an ëmmer méi deier Fabrikatiounsausrüstung. State-of-the-art Fabs (bei 5nm Prozessknäppchen) kaschten op d'mannst 12 Milliarden Dollar. Eng eenzeg extrem Ultraviolet (EUV) Lithographiemaschinn, déi bei 5 nm oder ënner erfuerderlech ass an dacks bei 7 nm benotzt gëtt, kann esou vill wéi $ 150 Milliounen kaschten. Zousätzlech zu Photolithographie Maschinnen, Fabriken erfuerderen vill aner Ausrüstung. Et gëtt geschat datt d'Investitioun déi néideg ass fir déi nächst Generatioun vu Fabriken, déi op 3nm Noden operéiere wäert, $ 20 Milliarde kënnen iwwerschreiden. Zousätzlech, no der Grënnung vun neie Fabriken, wäert d'Betribskäschte ganz héich sinn a verlaangen kontinuéierlech an deier Kapitalinvestitiounen; Et ass och noutwendeg fir d'Schneidtechnologie z'erhalen, déi vu Prozessdesigner erfuerderlech ass fir weider op déi fortgeschratt Produktiounsknäppchen ze bedreiwen. Pure Schmelzen profitéiere vu Skalawirtschaft, déi et hinnen erlaben déi enorm Käschte vun Halbleiteranlagen mat héijer an effizienter Kapazitéit ze absorbéieren an ze absorbéieren. Pure Schmelzen stellen ongeféier en Drëttel vun der globaler Chipkapazitéit aus, laut SIA. Dorënner huet d'Produktioun vu Logik Chips bal 80% ausgemaach. Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC), déi éischt reng Wafer Schmelz vun der Welt, gouf 1987 gegrënnt an dominéiert haut de Schmelzmaart.

De Kontrakt Fabrikatioun Maart gëtt vun taiwanesesch Firmen dominéiert, mat TSMC eleng fir 53 Prozent vum Maart ausmécht. Insgesamt stellen taiwanesesch Schmelzfirmen 63 Prozent vum weltwäite Schmelzmaart aus. Südkorea steet fir 18% a China fir 6%. GlobalFoundries, eng US-baséiert, ABU Dhabi Besëtz Schmelz, huet e 7 Prozent Undeel, fir méi wéi d'Halschent vun de verbleiwen 13 Prozent vum Schmelzmaart auszemaachen.

Wéi uewen ernimmt, obwuel d'USA e groussen Maartundeel an Chips produzéiert vun IDM Entreprisen hunn, stellt se nëmmen ongeféier 10% vun de weltwäite Schmelzenakommes aus. Asiatesch Schmelzen stellen ongeféier 80% vum Gesamt aus. Taiwan eleng stellt 63 Prozent vun der globaler Kontraktfabrikatioun aus. Dat heescht, datt während d'USA e Leader am Halbleiterdesign sinn, hir Heemechtsfabelfirmen staark op auslännesch Kontrakthersteller vertrauen, meeschtens an Asien, fir hir Produkter ze maachen. Och wann dësen Agent-Geschäftsmodell gëeegent ass fir integréiert Circuitprodukter fir kommerziell Applikatiounen mat héijer Volumen, sinn vill verbonne Applikatiounen a klenge Chargen, wat d'Adoptioun vu fortgeschrattene Halbleiter-Fabrikatiounstechnologien fir Uwendungen onsécher an Erausfuerderung mécht.

Fir d'USA gëtt déi grouss Majoritéit vun der Hallefleitfabrikatioun (a béid IDM a Schmelzmodeller) am Ausland gemaach: Taiwan, Südkorea, Japan, China an d'USA. Ongeféier 12% vun der Welt d'Halbleiter Fabrikatioun Kapazitéit läit an den USA, erof vun 37% an den 1990er. Am Joer 2019 huet Taiwan ongeféier 20% vun der globaler installéierter Kapazitéit ausgemaach, gefollegt vu Südkorea mat 19%. Japan huet 17 Prozent, China 16 Prozent an Europa 9 Prozent. Déi reschtlech 6% vun der Kapazitéit sinn a Singapur, Israel an aner Deeler vun der Welt.

Vun de 40 grousse Hallefleitfabrikatiounsanlagen an den USA, Halschent (20) benotzt 300 mm (12 Zoll) Wafer; Aner Produktioun benotzt wafers vun 200 mm (8 Zoll) oder manner. Tëscht 2009 an 2018 hunn méi wéi 100 150-200mm Wafer Fabrikatiounsanlagen weltwäit zougemaach, mat 70% vun den Zoumaache an den USA a Japan. Laut IC Insights sinn esou vill wéi 68 Wafer Fabrikatiounsanlagen Joerzéngte al, iwwer hir raisonnabel Liewensdauer. Geschlossene Fabriken ginn deelweis duerch nei Ariichtungen ersat, déi méi rentabel oder moderniséiert sinn; Et ginn och e puer Fabriken déi ze deier si fir ze bedreiwen, a Firme wenden sech op Liichtfab oder fabellos Geschäftsmodeller

Doheem bedreiwen sechs Firmen 20 300 mm Fabriken an aacht Staaten, wéi detailléiert an der Tabell hei drënner. Zousätzlech zu Skorpios bedreiwen fënnef aner Firmen och Waferfabriken ausserhalb vun den USA.

Wéi uewen ernimmt, huet Intel Halbleiter Fabrikatioun Operatiounen an Israel, Irland a China. Zousätzlech zu senge Fabriken an den USA, bedreift Micron Fabriken a Singapur, Japan an Taiwan. Texas Instruments huet Wafer Produktioun a China, Malaysia, Taiwan an de Philippinen, souwéi an Texas. GlobalFoundries ass déi féierend reng Wafer Schmelzen an den USA et ass am Besëtz vum Emirat vun ABU Dhabi duerch souverän Verméigensfong Mubadala an huet Wafer Fabrikatiounsanlagen an Däitschland a Singapur. Am Joer 2019 huet d'Firma Pläng annuléiert fir e Fabréck zu Chengdu, China opzemaachen.

Wärend d'US Chip Fabrikatiounskapazitéit relativ stabil ass, wiisst d'Kapazitéit an d'Produktioun ausserhalb vun den USA, besonnesch an Asien. Als Resultat prognostizéiert SIA datt den US Undeel vun der Halbleiterkapazitéit op 10 Prozent bis 2030 falen, während Asien d'Undeel op 83 Prozent wuessen. Am Joer 2019 war keng vun de sechs neie Hallefleitfabrikatiounsanlagen, déi op der Welt opgemaach goufen, an den USA, awer véier waren a China.

Wéi an der "Design" Sektioun vun dësem Bericht diskutéiert, sinn dräi Haaptarten vu Chips ofgedeckt: Erënnerung, Logik oder Digital, an Analog. Wéi d'Grafik hei ënnen weist, spezialiséiert verschidden Deeler vun der Welt a verschiddene Beräicher. Zum Beispill ginn nëmmen 5 Prozent vun Memory Chips an den USA produzéiert, am Verglach mat 44 Prozent a Südkorea an 14 Prozent am Festland China. An Erënnerung huet China sech op déi séier Expansioun vum Changjiang Storage konzentréiert, $ 24 Milliarde u Subventiounen un d'Firma verdeelt (eleng fir seng Wuhan Planz). Seng Expansioun a bëlleg Produkter stellen eng direkt Bedrohung fir MICron a Western Digital, US Memory Chip Hiersteller.

An Logik oder Digital Chips (wéi Computeren an Handy microprocessors), produzéiert d'USA keng fortgeschratt Prozess Wirbelen (manner wéi 10 Nanometer), iwwerdeems Taiwan huet 92 Prozent. An anere Logik Spär Technologie sinn d'USA ganz féierend: 43% vun de meescht fortgeschratt (10-22 nm) Logik Chips, a 6% bis 9% vun der viregter Generatioun (28 nm an above) Logik Chips sinn an den USA produzéiert; Taiwan produzéiert 47 Prozent vun esou Logikchips, während China ongeféier 19 bis 23 Prozent vu Logikchips produzéiert. Schlussendlech, fir den Analog / diskret Komponentesegment, ginn 19% an den USA produzéiert, 17% a China, a ongeféier 27% a Korea.

(iv) Iwwerpréiwung vun integréiert Circuit Fabrikatioun

D'USA feelen d'Produktiounskapazitéit um modernsten technologeschen Niveau:

D'USA feelen d'Halbleiterproduktiounskapazitéit fir déi fortgeschratt Halbleiterprozessknoten (aktuell 5 Nanometer), déi momentan nëmme vun TSMC (Taiwan) a Samsung (Südkorea) bedriwwe ginn. Déi fortgeschratt FAB an den USA ass d'10-nm Prozesslinn, déi vun Intel operéiert gëtt, déi net erwaart gëtt bis 7 voll 2023-nm Produktioun anzeginn, an am Januar 2021 ugekënnegt datt et dem TSMC seng "verstäerkt" 7-nm oder ënner Produktioun Linn fir seng lescht Logik Circuit Produiten. Als Resultat vertrauen d'US fabless Chipfirmen elo bal ganz op asiatesch Produzenten, besonnesch TSMC, fir déi fortgeschratt Chips (7nm oder méi kleng) ze produzéieren. Zousätzlech zu Versuergungskettenrisiken, déi duerch geographesch konzentréiert Produktioun verursaacht ginn, bréngt de Mangel u modernsten technologesche Fähigkeiten national Sécherheetsbedenken op, well e puer Uwendungen sécheren Zougang zu modernsten Prozesstechnologie erfuerderen fir technologesch Iwwerleeënheet ze garantéieren.

Einnahmen aus de Verkaf vun Chipprodukter hänkt vu China of:

Amerikanesch Chipmakers vertrauen och staark op Verkaf a China wéinst senger Dominanz an der Elektronikproduktioun. China ass de gréisste Maart fir Hallefleit, déi meescht vun deenen nei exportéiert ginn wéi se an Terminalelektronik zesummegesat ginn, dorënner Konsumentelektronik an Apparater. Zum Beispill, Handy Chip Fournisseur Qualcomm krut zwee-Drëttel vun hire Recetten aus China, iwwerdeems Erënnerung Hiersteller Micron krut 57% vun hire Recetten aus China, no 2018 Donnéeën vum The Economist. Intel huet am Joer 2020 gemellt datt China 26 Prozent vu senge Recetten ausgemaach huet. Heavy Ofhängegkeet op chinesesche Verkaf bitt der chinesescher Regierung wirtschaftlechen Hiewel an d'Potenzial fir géint d'USA ze widderhuelen.

China säi Wonsch fir d'Halbleiterindustrie ze féieren:

Den Undeel vu China an der globaler Hallefleitindustrie ass relativ kleng, a seng Firmen maachen haaptsächlech Low-End Chips. SMIC, China d'meescht fortgeschratt pure Schmelz, kann nëmmen op 14-Nanometer Node produzéiere an huet limitéiert Kapazitéit. Wéi och ëmmer, China ass an der Mëtt vun engem grousse staatleche Effort fir seng indigene vertikal integréiert IDM Industrie z'entwéckelen, mam Zil d'Industrie e Leader an alle Beräicher bis 2030 ze maachen. China's Undeel vun der Halbleiterwafer Kapazitéit stoung bei 16 Prozent am Joer 2019 awer gëtt erwaart bis 28 op 2030 Prozent ze wuessen. D'chinesesch Regierung gëtt $ 100 Milliarden u Subventiounen fir hir Hallefleitindustrie zur Verfügung, dorënner d'Entwécklung vu 60 neie Fabrikatiounsanlagen. Wéi am "Design" Deel vun der Versuergungskette diskutéiert gouf, huet China seng eege Memory Chip Hiersteller aggressiv subventionéiert fir seng Ofhängegkeet vun den dräi gréissten Erënnerungsfirmen op der Welt ze briechen: Samsung (Südkorea), SK Hynix (Südkorea) a Micron (US) ). Micron, eng US Gedächtnisfirma, ass en direkten Konkurrent vun der Changjiang Storage an ass méiglecherweis déi éischt US Firma fir seng zukünfteg Kompetitivitéit an Innovatioun ze gesinn, déi vu chinesesche Subventiounen u seng Konkurrenten bedroht gëtt.

Verzichterklärung: Dësen Artikel gëtt aus dem "Här Wang's Restaurant Diskussioun" nei gedréckt, dësen Artikel stellt nëmmen d'perséinlech Meenung vum Auteur duer, duerstellt net d'Meenungen vum Sakwei an d'Industrie, nëmmen fir ze drécken an ze deelen, de Schutz vun den intellektuellen Eegentumsrechter z'ënnerstëtzen, d'Reprint ze maachen. gitt w.e.g. d'Originalquell an den Auteur un, wann et Verstouss ass, kontaktéiert eis w.e.g. fir ze läschen.