[Pengenalan] Pada Februari 2021, Presiden Citigroup, Joe Biden, menandatangani Perintah Eksekutif No. 14017, yang mewajibkan kerajaannya menjalankan semakan komprehensif terhadap rantaian bekalan dalam empat bidang utama, termasuk semikonduktor, bateri tenaga baharu, mineral nadir bumi dan bekalan perubatan, untuk mengenal pasti risiko, menangani kelemahan dan membangunkan strategi bagi meningkatkan daya tahan rantaian bekalan. Apabila komander menandatangani perintah itu, beliau memetik peribahasa "Ketiadaan paku, kasut dibuang. Ketiadaan kasut, kuda hilang," dan sebagainya, sehingga kerajaan jatuh. Gangguan terkecil dalam rantaian bekalan boleh menjejaskan keselamatan, pekerjaan, keluarga dan komuniti Amerika. Untuk menjalankan semakan komprehensif ini, pentadbiran Biden telah mewujudkan pasukan petugas dalaman yang meliputi lebih daripada sedozen jabatan dan agensi persekutuan. Pegawai pentadbiran telah berunding dengan buruh, perniagaan, institusi akademik, Kongres dan sekutu serta rakan kongsi AS untuk mengenal pasti kelemahan dan membangunkan penyelesaian.

Laporan penilaian semakan Citi State akan dibuat pada Jun 2021.

1. Mengenai semikonduktor

Semikonduktor adalah asas material litar bersepadu yang penting untuk kehidupan harian moden. Semikonduktor adalah bahagian penting dalam kehidupan harian pengguna moden, yang terdapat dalam barangan isi rumah seperti suis lampu, pembuka pintu garaj dan peti sejuk, serta dalam telefon bimbit, komputer dan kereta. Ia ditemui dalam produk yang lebih kompleks. Orang moden menggunakannya setiap hari (katakan setiap jam, setiap minit, setiap saat). Litar bersepadu berasaskan semikonduktor ialah "DNA" pelbagai teknologi yang secara asasnya telah mengubah semua bidang sosioekonomi, daripada pertanian, pengangkutan, penjagaan kesihatan, telekomunikasi dan Internet. Industri semikonduktor ialah enjin utama pertumbuhan ekonomi dan penciptaan pekerjaan di Citi. Hampir semua produk teknologi tidak dapat dipisahkan daripada semikonduktor; sudah tentu, sistem yang paling maju juga tidak dapat dipisahkan daripada sokongan semikonduktor.

Laporan itu menganggarkan bahawa industri semikonduktor AS akan mempunyai jualan tahunan sebanyak $208 bilion pada 2020, mencakupi hampir separuh daripada pasaran global. Walaupun pandemik COVID-19 global, jualan produk semikonduktor global meningkat 6.5% pada 2020. Menurut anggaran SIA, pasaran semikonduktor global akan mencapai jualan tahunan $726 bilion menjelang 2027, dengan kadar pertumbuhan tahunan kompaun sebanyak 4.7%. Semikonduktor ialah eksport utama AS, dengan jualan eksport sebanyak $47 bilion pada 2020, menduduki tempat keempat di belakang pesawat, minyak ditapis dan minyak mentah.

Walaupun industri semikonduktor AS menyumbang hampir separuh daripada hasil produk semikonduktor global, laporan penilaian percaya bahawa kapasiti pembuatan semikonduktor AS sebagai bahagian pengeluaran global telah jatuh daripada 37% 20 tahun lalu kepada sekitar 12% hari ini. Perniagaan AS, termasuk syarikat semikonduktor fabless utama, sangat bergantung kepada negara asing, terutamanya di Asia, yang mewujudkan risiko rantaian bekalan.

Laporan penyelidikan meneliti rantaian bekalan semikonduktor melalui lima bahagian asas yang berkaitan: (1) reka bentuk; (2) pembuatan; (3) pemasangan, ujian dan pembungkusan; (4) bahan; dan (5) peralatan pengeluaran.

2. Kesimpulan asas:

reka bentuk:

Ekosistem reka bentuk semikonduktor AS kukuh dan terkemuka di dunia, tetapi syarikat AS sangat bergantung pada jualan ke China untuk mengekalkan pertumbuhan keuntungan dan pelaburan penyelidikan dan pembangunan (R&D) domestik (nota: domestik). Selain itu, firma reka bentuk AS bergantung terutamanya pada harta intelek (IP), buruh dan sumber pembuatan yang terhad untuk menjalankan perniagaan. Sumber ini penting untuk membawa produk ke pasaran.

pembuatan:

Amerika Syarikat kekurangan kapasiti pengeluaran semikonduktor yang mencukupi. Amerika Syarikat terutamanya bergantung pada Taiwan untuk menyediakan cip logik pada nod proses canggih, dan bergantung pada Taiwan, Korea Selatan dan tanah besar China untuk memenuhi permintaan untuk cip nod proses matang.

Pembungkusan Teruji dan Lanjutan:

Untuk pembungkusan dan ujian semikonduktor belakang berteknologi rendah yang agak rendah, Amerika Syarikat sangat bergantung pada sumber asing yang tertumpu di Asia. Tambahan pula, apabila cip menjadi lebih kompleks, kaedah pembungkusan termaju mewakili kawasan pembangunan yang berpotensi untuk kemajuan teknologi utama pada masa hadapan. AS tidak mempunyai ekosistem bahan yang diperlukan, dan AS bukanlah lokasi yang kos efektif untuk membangunkan industri pembungkusan maju yang teguh, dan pelaburan China yang besar boleh menaikkan pasaran.

bahan:

Pengeluaran semikonduktor memerlukan beratus-ratus bahan, mewujudkan cabaran untuk rantaian bekalan pembuatan. Banyak gas dan bahan kimia basah yang digunakan dalam pembuatan semikonduktor dihasilkan di Amerika Syarikat, tetapi pembekal asing menguasai pasaran wafer silikon, topeng foto dan fotoresist.

Peralatan Pembuatan:

Sebagai tambahan kepada mesin litografi, bagi kebanyakan peralatan proses bahagian hadapan pembuatan semikonduktor, syarikat Amerika mempunyai bahagian yang besar di dunia.

Selain Amerika Syarikat, pengeluaran peralatan pembuatan tertumpu di Belanda dan Jepun. Disebabkan oleh saiz pengeluaran semikonduktor yang terhad di Amerika Syarikat, pertumbuhan pembuat peralatan ini sangat bergantung kepada jualan di luar Amerika Syarikat.

3. Mengenai reka bentuk litar bersepadu

Dari segi sejarah, pada peringkat awal pembangunan industri semikonduktor (cip), reka bentuk litar bersepadu bukanlah industri bebas. Reka bentuk litar bersepadu dilakukan oleh syarikat IDM yang mengawal keseluruhan proses pengeluaran. Seperti Intel dan Texas Instruments di Amerika Syarikat adalah wakil tipikal perusahaan tersebut. Hari ini, reka bentuk IC semakin dilakukan oleh "syarikat reka bentuk fabless" yang lebih khusus yang bergantung pada syarikat pembuatan bebas (foundries) untuk menyelesaikan pembuatan IC. Peningkatan dalam faundri dan pelaburan berkaitan telah memudahkan untuk memasuki industri reka bentuk untuk litar bersepadu. Ini menghasilkan kepekatan yang jauh lebih rendah dalam industri reka bentuk litar bersepadu berbanding pembuatan dan pembuatan peralatan, dan menjadikan pembuatan litar bersepadu sangat bergantung kepada Taiwan.

Walaupun halangan kemasukan adalah rendah, syarikat reka bentuk fabless mesti bekerjasama rapat dengan faundri untuk memastikan reka bentuk sesuai untuk proses pengeluaran, dan mereka bergantung pada pembekal IP (biasanya syarikat semikonduktor lain yang membangunkan teknologi utama), serta Automasi reka bentuk elektronik (EDA) sokongan perusahaan perisian. Kedua-dua peringkat huluan dan hiliran industri reka bentuk IC sangat tertumpu. Pembekal IP dan pembekal EDA yang penting kebanyakannya beribu pejabat di Amerika Syarikat, tetapi kebanyakan pengamal mereka terletak di luar Amerika Syarikat.

Struktur perindustrian

Disebabkan oleh jenis produk yang berbeza yang digunakan oleh perusahaan, skala, teknologi dan struktur perusahaan yang terlibat dalam reka bentuk semikonduktor atau litar bersepadu adalah sangat berbeza. Laporan ini membahagikan semikonduktor litar bersepadu kepada tiga jenis utama: litar logik atau digital, memori dan litar analog. Pada 2020, logik atau litar bersepadu digital menyumbang kira-kira 42% daripada jumlah bahagian pasaran; produk memori menyumbang kira-kira 26%; litar bersepadu analog menyumbang kira-kira 14%; produk semikonduktor lain ialah produk litar tidak bersepadu, termasuk peranti diskret, peranti optoelektronik dan peranti sensor.

Logik atau litar bersepadu digital ialah unit asas komputer atau komponen pengkomputeran dan merupakan kategori terbesar dalam pasaran produk semikonduktor. Cip logik menyumbang 42 peratus daripada hasil industri, menurut Persatuan Semikonduktor Dunia SIA. Dalam kategori produk semikonduktor ini, kepekatan pasaran dan bilangan syarikat reka bentuk sangat bergantung pada jenis cip tertentu. Pasaran unit pemprosesan pusat komputer peribadi (CPU), unit pemprosesan grafik khusus (GPU) dan tatasusunan gerbang boleh atur cara medan (FPGA) pada dasarnya adalah duopoli. Pembekal litar bersepadu khusus aplikasi (ASIC) sangat berpecah-belah, dan persaingan mereka lebih sengit. Kategori produk termasuk pemproses peranti mudah alih berasaskan ASIC dan ARM. CPU ialah unit pemprosesan pusat komputer, GPU ialah pemproses yang digunakan untuk pemaparan video, produk FPGA digunakan untuk konfigurasi oleh pelanggan atau pereka selepas pembuatan, dan ASIC ialah cip tersuai yang direka untuk aplikasi tertentu.

Laporan itu percaya bahawa Amerika Syarikat adalah peneraju dunia dalam reka bentuk litar bersepadu, dan banyak syarikat menggunakan pembuatan penyumberan luar atau pereka penempatan di luar Amerika Syarikat untuk mengurangkan perbelanjaan modal. Pada asasnya, semua CPU komputer peribadi di dunia direka oleh syarikat Amerika Intel dan AMD, antaranya Intel melengkapkan pembuatan cip secara dalaman, manakala AMD bergantung pada faundri untuk menyelesaikan pembuatan cip. Sementara itu, Intel dan AMD mungkin akan mendominasi kategori FPGA tidak lama lagi, seperti yang diumumkan oleh AMD pada Oktober 2020 bahawa ia merancang untuk memperoleh pemimpin pasaran FPGA Xilinx pada harga $35 bilion. Jika pemerolehan itu mendapat kelulusan kawal selia, AMD-Xilinx dan Intel akan menyumbang kira-kira 85 peratus daripada jualan FPGA global. Pembekal AS yang lain Teknologi Microchip, Lattice Semiconductor dan Achronix Semiconductor membentuk baki pasaran FPGA. Bahagian utama GPU global dipegang oleh AMD dan syarikat peneraju pasaran AS NVIDIA.

Persaingan dalam pangkalan pembekal ASIC telah meningkat dengan ketara, dan permintaan untuk pemproses peranti mudah alih berasaskan seni bina ARM adalah tinggi. Pembuat cip seperti Samsung bersaing dalam pasaran ASIC dan pemproses mudah alih bersama firma reka bentuk fabless seperti Qualcomm dan Broadcom, dan berpuluh-puluh syarikat teknologi AS yang mereka bentuk cip mereka sendiri, termasuk Apple, Alphabet dan Amazon. Dengan pengecualian Intel dan Microchip, kebanyakan pembekal CPU, GPU, FPGA dan ASIC di seluruh dunia dan di AS adalah dongeng, bergantung pada pembuatan faundri untuk mereka bentuk cip.

Menurut SIA, cip memori yang digunakan untuk menyimpan maklumat yang diperlukan untuk pengkomputeran menyumbang 26% daripada hasil industri. Cip memori dikomersialkan sepenuhnya dan kategori kompetitif, dan faedah serta kemajuan teknologinya bergantung sepenuhnya pada hasil dan skala ekonomi. Produk memori biasanya disediakan oleh syarikat jenis IDM. Samsung Korea Selatan dan SK Hynix Korea Selatan berada di kedudukan utama dalam bidang memori capaian rawak dinamik (DRAM). Syarikat AS Micron mempunyai kira-kira 23 peratus. Pemimpin bahagian pasaran kini membangunkan teknologi pembungkusan termaju (iaitu tindanan mati) dan IP untuk produk terkemuka lain. Ketiga-tiga syarikat ini menyumbang kira-kira 95% daripada pasaran global $70 bilion pada 2020.

Pengeluaran memori kilat (NAND) kurang tertumpu, dengan anggaran enam syarikat menyumbang kira-kira 99% daripada pasaran global $47 bilion pada 2020. Samsung Korea Selatan juga merupakan peneraju pasaran dalam produk memori kilat, dengan hanya lebih satu pertiga daripada NAND pasaran. Samsung Korea Selatan diikuti oleh Kioxia Jepun (dahulunya Toshiba), yang mempunyai kira-kira 20 peratus bahagian. Tempat ketiga untuk produk memori kilat ialah Western Digital Corporation dari Amerika Syarikat, menyumbang kira-kira 14% daripada bahagian. Turut dalam segmen ini ialah SK Hynix di Korea Selatan (12%), Micron di AS (11%) dan Intel di AS (9%). Syarikat NAND global nampaknya sedang bersiap sedia untuk penyatuan selanjutnya. Intel, yang hasil produk NANDnya serupa dengan Micron, mengumumkan pada Oktober 2020 bahawa ia merancang untuk menjual sebahagian besar perniagaan memori NANDnya kepada SK Hynix. Penjualan itu akan melonjakkan syarikat gabungan itu ke No. 2 dalam bahagian pasaran NAND. Terdapat juga laporan bahawa Western Digital dan Micron mungkin sedang mencari untuk memperoleh Kioxia. Di samping itu, Yangtze Memory Technologies (YMTC), sebuah syarikat China yang diasaskan pada 2016, berkembang pesat dan telah menerima subsidi kira-kira $24 bilion. sumber kerajaan China. Syarikat itu mungkin mampu menghasilkan sebanyak 200,000 wafer sebulan menjelang 2022, lebih daripada dua kali ganda kapasiti NAND semasa Intel, dan potensi ancaman kos rendah kepada syarikat memori AS.

Berbanding dengan cip memori, pengkomersilan produk litar bersepadu analog adalah kurang kompetitif. Selain itu, litar analog secara amnya kurang bergantung pada penggunaan nod proses pembuatan termaju. Penggunaan akhir dalam sistem aplikasi, pengetahuan dan pengalaman dalam mereka bentuk cip adalah faktor penting dalam nilai litar bersepadu analog. Oleh itu, kepekatan pasaran syarikat produk di sini tidak terlalu tinggi, kerana syarikat litar bersepadu analog boleh mengekalkan kelebihan daya saing dengan memberi tumpuan kepada bidang analog. Pada tahun 2020, pembekal litar bersepadu analog terbesar di dunia menyumbang 62% daripada pasaran $56 bilion, yang mana hanya Texas Instruments menyumbang lebih daripada 10% daripada pasaran. Kebanyakan syarikat semikonduktor analog terkemuka adalah pengeluar "fab-lite", membuat beberapa cip yang mereka reka secara dalaman, walaupun mereka juga menyumber luar sebahagian besar cip tersebut.

Pada tahun 2020, jualan global peranti diskret, peranti optoelektronik dan penderia (separa konduktor tidak bersepadu) dalam produk semikonduktor akan berjumlah kira-kira $79 bilion, mencakupi hampir 18% daripada jumlah pasaran semikonduktor (jumlah kira-kira $440 bilion). Kebanyakan produk semikonduktor dalam kategori ini adalah dalam nod proses matang di mana ia adalah murah dan ia adalah perkara biasa untuk satu produk bernilai satu sen. Pasaran untuk produk sedemikian sangat berpecah-belah dengan banyak pengeluar. Syarikat semikonduktor bukan IC termasuk ABB Ltd. (Sweden/Switzerland), Infineon Technologies (Jerman), STM Microelectronics (Itali/Perancis), Toshiba (Jepun), serta syarikat AS Diodes Inc., Vishay Intertechnology, Qorvo, dPix dan Cree. Teknologi pemacu utama untuk produk semikonduktor tidak bersepadu, terutamanya produk semikonduktor kuasa diskret, adalah inovasi dalam pengurusan kuasa dan pengecilan. Produk sedemikian menggunakan kereta, terutamanya kenderaan elektrik, sebagai terminal aplikasi utama. Gallium nitride (GaN), silikon karbida (SiC) yang didominasi AS dan substrat semikonduktor kompaun lain ialah teknologi utama untuk pelbagai aplikasi. Ia digunakan secara meluas dalam pengurusan dan pengedaran kuasa, penguatan kuasa frekuensi tinggi, optoelektronik dan keselamatan negara. Peranti semikonduktor paparan panel rata juga termasuk dalam kategori ini.

Dalam bidang keselamatan negara, teknologi semikonduktor juga mesti layak untuk digunakan dalam julat suhu (julat lanjutan) dan persekitaran yang keras, termasuk ciri teknikal untuk digunakan dalam persekitaran sinaran di mana sesuai. Selain itu, pengesahan dan pengesahan komponen yang lebih ketat dan bebas diperlukan. Semikonduktor yang digunakan dalam aplikasi automotif juga mesti memenuhi keperluan ketahanan dan ujian yang ketat untuk menahan keadaan persekitaran yang teruk (contohnya sejuk melampau, haba melampau dan kelembapan melampau). Mereka mesti menahan getaran dan kejutan sepanjang jangka hayat kenderaan 10 hingga 20 tahun, dan telah menunjukkan kadar kegagalan yang jauh lebih rendah dalam ujian berbanding semikonduktor yang digunakan dalam produk pengguna untuk memastikan ia memenuhi keperluan keselamatan kenderaan. Keperluan ini dijangka meningkat dan menjadi lebih ketat apabila kenderaan menjadi lebih autonomi dan menggunakan lebih banyak pengesanan dan julat cahaya (LiDAR), sonar, radar, sistem penglihatan dan navigasi serta teknologi pengenalan.

Penafian: Artikel ini diterbitkan semula daripada "Bisikan Restoran Wain Encik Wang Lao". Artikel ini hanya mewakili pandangan peribadi penulis, bukan pandangan Saco Micro dan industri. Ia hanya untuk mencetak semula dan berkongsi, dan menyokong perlindungan hak harta intelek. Sila nyatakan sumber asal dan pengarang untuk dicetak semula. , jika terdapat sebarang pelanggaran, sila hubungi kami untuk memadamkannya.