[Giriş] Şubat 2021'de Citigroup Başkanı Joe Biden, hükümetinin yarı iletkenler, yeni enerji pilleri, nadir toprak mineralleri ve tıbbi malzemeler de dahil olmak üzere dört ana alanda tedarik zincirlerinin kapsamlı bir incelemesini yapmasını, riskleri belirlemesini, güvenlik açıklarını gidermesini ve tedarik zinciri dayanıklılığını artırmak için stratejiler geliştirmesini gerektiren 14017 sayılı Başkanlık Kararnamesini imzaladı. Başkan, kararı imzalarken "Çivi eksikliğinden ayakkabı atılır, ayakkabı eksikliğinden at kaybolur" atasözünü alıntıladı ve bu böyle devam ederek krallığın yıkıldığını söyledi. Tedarik zincirindeki en küçük aksaklık bile Amerikan güvenliğini, işlerini, ailelerini ve topluluklarını etkileyebilir. Bu kapsamlı incelemeyi gerçekleştirmek için Biden yönetimi, bir düzineden fazla federal bakanlık ve ajansı kapsayan bir iç görev gücü oluşturdu. Yönetim yetkilileri, güvenlik açıklarını belirlemek ve çözümler geliştirmek için işçi sendikaları, işletmeler, akademik kurumlar, Kongre ve ABD müttefikleri ve ortaklarıyla istişarede bulundu.

Citi State'in inceleme değerlendirme raporunun Haziran 2021'de yayınlanması bekleniyor.

1. Yarı iletkenler hakkında

Yarı iletkenler, modern günlük yaşam için olmazsa olmaz olan entegre devrelerin maddi temelidir. Yarı iletkenler, modern tüketicilerin günlük yaşamlarının ayrılmaz bir parçasıdır ve ışık anahtarları, garaj kapısı açıcıları ve buzdolapları gibi ev eşyalarında ve ayrıca cep telefonlarında, bilgisayarlarda ve otomobillerde bulunur. Daha karmaşık ürünlerde bulunur. Modern insanlar bunu her gün kullanır (diyelim ki her saat, her dakika, her saniye). Yarı iletken tabanlı entegre devreler, tarım, ulaşım, sağlık, telekomünikasyon ve İnternet gibi sosyoekonomik alanların hepsini temelden değiştiren çeşitli teknolojilerin "DNA"sıdır. Yarı iletken endüstrisi, Citi'de ekonomik büyümenin ve iş yaratmanın önemli bir motorudur. Neredeyse tüm teknolojik ürünler yarı iletkenlerden ayrılamaz; elbette en gelişmiş sistemler de yarı iletkenlerin desteğinden ayrılamaz.

Rapor, ABD yarı iletken endüstrisinin 208'de yıllık 2020 milyar dolarlık satışa sahip olacağını ve bunun küresel pazarın neredeyse yarısını oluşturacağını tahmin ediyor. Küresel COVID-19 salgınına rağmen küresel yarı iletken ürün satışları 6.5'de %2020 arttı. SIA tahminlerine göre küresel yarı iletken pazarı, yıllık %726'lik bileşik büyüme oranıyla 2027 yılına kadar 4.7 milyar dolarlık yıllık satışa ulaşacak. Yarı iletkenler, 47'de 2020 milyar dolarlık ihracat satışlarıyla uçak, rafine petrol ve ham petrolün ardından dördüncü sırada yer alan, ABD'nin önemli bir ihracat kalemidir.

ABD yarı iletken endüstrisi küresel yarı iletken ürün gelirinin neredeyse yarısını oluştursa da değerlendirme raporu, ABD yarı iletken üretim kapasitesinin küresel üretimdeki payının 37 yıl önceki %20'den bugün yaklaşık %12'ye düştüğüne inanıyor. Büyük fabrikasız yarı iletken şirketleri de dahil olmak üzere ABD'deki işletmeler, özellikle Asya'da olmak üzere büyük ölçüde yabancı ülkelere bağımlıdır ve bu da tedarik zinciri riskleri oluşturmaktadır.

Araştırma raporu, yarı iletken tedarik zincirini ilgili beş temel bölüm aracılığıyla inceliyor: (1) tasarım; (2) imalat; (3) montaj, test ve paketleme; (4) malzemeler; ve (5) üretim ekipmanı.

2. Temel sonuçlar:

Tasarım:

ABD yarı iletken tasarım ekosistemi güçlü ve dünya lideridir, ancak ABD şirketleri kâr artışını ve yerli (not: yerli) araştırma ve geliştirme (Ar-Ge) yatırımlarını sürdürmek için büyük ölçüde Çin'e yapılan satışlara güveniyor. Ek olarak, ABD tasarım firmaları işlerini yürütmek için öncelikli olarak sınırlı fikri mülkiyet (IP), işgücü ve üretim kaynaklarına güvenmektedir. Bu kaynaklar, ürünleri pazara sunmak için kritik öneme sahiptir.

üretim:

Amerika Birleşik Devletleri yeterli yarı iletken üretim kapasitesine sahip değildir. Amerika Birleşik Devletleri, gelişmiş süreç düğümlerine mantık yongaları sağlamak için esas olarak Tayvan'a güveniyor ve olgun süreç düğümü yongalarına olan talebi karşılamak için Tayvan, Güney Kore ve anakara Çin'e güveniyor.

Test Edilmiş ve Gelişmiş Paketleme:

Nispeten düşük teknolojili arka uç yarı iletken paketleme ve testleri için ABD, büyük ölçüde Asya'da yoğunlaşan yabancı kaynaklara güveniyor. Ayrıca, çipler daha karmaşık hale geldikçe, gelişmiş paketleme yöntemleri gelecekteki büyük teknolojik gelişmeler için potansiyel bir gelişim alanı teşkil ediyor. ABD, gerekli malzeme ekosisteminden yoksundur ve ABD, sağlam ve gelişmiş bir ambalaj endüstrisi geliştirmek için uygun maliyetli bir yer değildir ve Çin'in yoğun yatırımı piyasayı altüst edebilir.

Malzeme:

Yarı iletkenlerin üretimi yüzlerce malzeme gerektirir ve bu da üretim tedarik zinciri için zorluklar yaratır. Yarı iletken üretiminde kullanılan gazların ve ıslak kimyasalların çoğu Amerika Birleşik Devletleri'nde üretiliyor, ancak yabancı tedarikçiler silikon plakalar, fotomasklar ve fotorezistler için pazara hakim durumda.

İmalat ekipmanı:

Litografi makinelerine ek olarak, yarı iletken üretiminin ön uç proses ekipmanlarının çoğunda Amerikan şirketleri dünya çapında büyük bir paya sahiptir.

İmalat ekipmanı üretimi Amerika Birleşik Devletleri'nin yanı sıra Hollanda ve Japonya'da yoğunlaşmıştır. Amerika Birleşik Devletleri'ndeki yarı iletken üretiminin sınırlı boyutu nedeniyle, bu ekipman üreticilerinin büyümesi büyük ölçüde Amerika Birleşik Devletleri dışındaki satışlara bağlıdır.

3. Entegre devre tasarımı hakkında

Tarihsel olarak yarı iletken (yonga) endüstrisinin gelişiminin ilk aşamasında entegre devre tasarımı bağımsız bir endüstri değildi. Entegre devrelerin tasarımı, tüm üretim sürecini kontrol eden IDM firmaları tarafından yapılmaktadır. Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Intel ve Texas Instruments gibi şirketler bu tür işletmelerin tipik temsilcileridir. Günümüzde entegre devre tasarımı, entegre devrelerin üretimini tamamlamak için bağımsız imalat şirketlerine (dökümhaneler) güvenen daha uzmanlaşmış "fableless tasarım şirketleri" tarafından giderek daha fazla yapılmaktadır. Dökümhanelerin ve buna bağlı yatırımların artması entegre devre tasarım sektörüne girişi kolaylaştırdı. Bu, entegre devre tasarımı endüstrisinde imalat ve ekipman imalatına göre önemli ölçüde daha düşük bir yoğunlaşmaya neden olur ve entegre devre üretimini büyük ölçüde Tayvan'a bağımlı hale getirir.

Giriş engelleri düşük olmasına rağmen, masalsız tasarım şirketleri, tasarımların üretim sürecine uygun olmasını sağlamak için dökümhanelerle yakın çalışmalıdır ve elektronik tasarım Otomasyonunun (EDA) yanı sıra fikri mülkiyet tedarikçilerine (genellikle önemli teknolojileri geliştiren diğer yarı iletken şirketler) güvenirler. yazılım kurumsal desteği. Entegre Devre tasarım endüstrisinin hem yukarı hem de aşağı yöndeki aşamaları oldukça yoğunlaşmıştır. Önemli fikri mülkiyet sağlayıcıları ve EDA sağlayıcılarının genel merkezi Amerika Birleşik Devletleri'nde bulunmaktadır, ancak uygulayıcılarının çoğu Amerika Birleşik Devletleri dışında bulunmaktadır.

Endüstriyel yapı

İşletmelerin faaliyet gösterdiği farklı ürün türleri nedeniyle yarı iletken veya entegre devre tasarımı yapan işletmelerin ölçeği, teknolojisi ve yapısı oldukça farklıdır. Bu rapor, entegre devre yarı iletkenlerini üç ana türe ayırmaktadır: mantıksal veya dijital devreler, bellek ve analog devreler. 2020 yılında mantıksal veya dijital entegre devreler toplam pazar payının yaklaşık %42'sini oluşturuyor; bellek ürünleri yaklaşık %26'yı oluşturur; analog entegre devreler yaklaşık %14'ü oluşturur; diğer yarı iletken ürünler, ayrık cihazlar, optoelektronik cihazlar ve sensör cihazları dahil olmak üzere entegre olmayan devre ürünleridir.

Mantıksal veya dijital entegre devreler, bilgisayarların veya bilgi işlem bileşenlerinin temel birimleridir ve yarı iletken ürün pazarındaki en büyük kategoriyi oluşturur. Dünya Yarı İletken Birliği SIA'ya göre mantık çipleri endüstri gelirinin yüzde 42'sini oluşturuyor. Yarı iletken ürünlerin bu kategorisinde, pazar yoğunlaşması ve tasarım şirketlerinin sayısı büyük ölçüde spesifik çip tipine bağlıdır. Kişisel bilgisayar merkezi işlem birimi (CPU), özel grafik işlem birimi (GPU) ve sahada programlanabilir kapı dizisi (FPGA) pazarları esasen ikili yapıdadır. Uygulamaya özel entegre devrelerin (ASIC'ler) tedarikçileri çok parçalıdır ve rekabetleri daha yoğundur. Ürün kategorileri ASIC ve ARM tabanlı mobil cihaz işlemcilerini içerir. CPU, bir bilgisayarın merkezi işlem birimidir; GPU, video işleme için kullanılan bir işlemcidir; FPGA ürünü, üretimden sonra müşteri veya tasarımcı tarafından konfigürasyon için kullanılır ve ASIC, belirli bir uygulama için tasarlanmış özel bir çiptir.

Rapor, Amerika Birleşik Devletleri'nin entegre devre tasarımında dünya lideri olduğuna ve birçok şirketin sermaye harcamalarını azaltmak için dış kaynak üretimi kullandığına veya tasarımcıları Amerika Birleşik Devletleri dışına yerleştirdiğine inanıyor. Temel olarak, dünyadaki tüm kişisel bilgisayar CPU'ları Amerikan şirketleri Intel ve AMD tarafından tasarlanıyor; Intel bunların arasında çip üretimini kendi bünyesinde tamamlıyor, AMD ise çip üretimini tamamlamak için dökümhanelere güveniyor. Bu arada, AMD'nin Ekim 2020'de FPGA pazar lideri Xilinx'i 35 milyar dolara satın almayı planladığını duyurmasıyla Intel ve AMD, yakında FPGA kategorisine hakim olabilir. Satın almanın yasal onay alması durumunda AMD-Xilinx ve Intel, küresel FPGA satışlarının yaklaşık yüzde 85'ini oluşturacak. Diğer ABD'li tedarikçiler Microchip Technology, Lattice Semiconductor ve Achronix Semiconductor, FPGA pazarının geri kalanını oluşturuyor. Küresel GPU'nun büyük payı AMD'ye ve pazar lideri ABD şirketi NVIDIA'ya ait.

ASIC tedarikçi tabanındaki rekabet önemli ölçüde arttı ve ARM mimarisi tabanlı mobil cihaz işlemcilerine olan talep yüksek. Samsung gibi çip üreticileri, Qualcomm ve Broadcom gibi fabrikasız tasarım firmaları ve Apple, Alphabet ve Amazon gibi kendi çiplerini tasarlayan düzinelerce ABD teknoloji şirketinin yanı sıra ASIC ve mobil işlemci pazarlarında rekabet ediyor. Intel ve Microchip haricinde, dünya çapında ve ABD'deki çoğu CPU, GPU, FPGA ve ASIC tedarikçisi kusursuzdur ve çip tasarlamak için dökümhane üretimine güvenmektedir.

SIA'ya göre, bilgi işlem için gerekli bilgileri depolamak için kullanılan bellek yongaları, sektör gelirinin %26'sını oluşturuyor. Bellek yongaları tamamen ticarileştirilmiş ve rekabetçi kategorilerdir ve bunların faydaları ve teknolojik ilerlemeleri tamamen verime ve ölçek ekonomisine bağlıdır. Bellek ürünleri genellikle IDM tipi şirketler tarafından sağlanmaktadır. Güney Koreli Samsung ve Güney Koreli SK Hynix, dinamik rastgele erişim belleği (DRAM) alanında lider konumdadır. ABD şirketi Micron'un yaklaşık yüzde 23'ü var. Pazar payı liderleri artık diğer önde gelen ürünler için gelişmiş paketleme teknolojileri (örn. kalıp istifleme) ve IP geliştiriyor. Bu üç şirket, 95 yılında küresel 70 milyar dolarlık pazarın yaklaşık %2020'ini oluşturuyor.

Flash bellek (NAND) üretimi daha az yoğunlaşmıştır; tahminen altı şirket 99'de 47 milyar dolarlık küresel pazarın yaklaşık %2020'unu oluşturmaktadır. Güney Koreli Samsung aynı zamanda NAND'ın üçte birinden biraz fazlasıyla flash bellek ürünlerinde de pazar lideridir. pazar. Güney Koreli Samsung'u, yaklaşık yüzde 20'lik paya sahip olan Japon Kioxia (eski adıyla Toshiba) takip ediyor. Flash bellek ürünleri açısından üçüncü sırada ise yaklaşık %14'lük paya sahip ABD'li Western Digital Corporation yer alıyor. Bu segmentte ayrıca Güney Kore'de SK Hynix (%12), ABD'de Micron (%11) ve ABD'de Intel (%9) yer alıyor. Küresel NAND şirketleri daha fazla konsolidasyona hazırlanıyor gibi görünüyor. NAND ürün geliri Micron'a benzer olan Intel, Ekim 2020'de NAND bellek işinin çoğunu SK Hynix'e satmayı planladığını duyurmuştu. Satış, birleşen şirketi NAND pazar payında 2. sıraya taşıyacak. Western Digital ve Micron'un Kioxia'yı satın almak isteyebileceğine dair raporlar da var. Ayrıca 2016 yılında kurulan Çinli bir şirket olan Yangtze Memory Technologies (YMTC) hızla büyüyor ve yaklaşık 24 milyar dolar sübvansiyon aldı. Çin hükümeti kaynakları. Şirket, 200,000 yılına kadar ayda 2022 kadar levha üretme kapasitesine sahip olabilir; bu, Intel'in mevcut NAND kapasitesinin iki katından fazlasına tekabül eder ve ABD bellek şirketleri için potansiyel bir düşük maliyetli tehdit olabilir.

Bellek yongalarıyla karşılaştırıldığında analog entegre devre ürünlerinin ticarileştirilmesi daha az rekabetçidir. Üstelik analog devreler genellikle son teknoloji üretim süreci düğümlerinin kullanılmasına daha az bağımlıdır. Uygulama sistemindeki son kullanım, çip tasarımındaki bilgi ve deneyim, analog entegre devrelerin değerinde önemli faktörlerdir. Dolayısıyla ürün firmalarının buradaki pazar yoğunlaşması çok yüksek değil çünkü analog entegre devre firmaları analog alana odaklanarak rekabet avantajını koruyabilirler. 2020 yılında dünyanın en büyük analog entegre devre tedarikçisi, 62 milyar dolarlık pazarın %56'sini oluşturuyordu; yalnızca Texas Instruments, pazarın %10'undan fazlasını oluşturuyordu. Önde gelen analog yarı iletken şirketlerinin çoğu "fab-lite" üreticileridir ve tasarladıkları çiplerin bir kısmını kendi bünyesinde yaparlar, ancak çiplerin büyük bir kısmını da dış kaynaklardan temin ederler.

2020 yılında yarı iletken ürünlerdeki ayrık cihazların, optoelektronik cihazların ve sensörlerin (entegre olmayan yarı iletkenler) küresel satışı yaklaşık 79 milyar dolar olacak ve bu da toplam yarı iletken pazarının yaklaşık %18'ini (toplam yaklaşık 440 milyar dolar) oluşturacak. Bu kategorideki yarı iletken ürünlerin çoğu, ucuz oldukları olgun süreç düğümlerindedir ve tek bir ürünün bir kuruş değerinde olması alışılmadık bir durum değildir. Bu tür ürünlere yönelik pazar, çok sayıda üreticiden oluşan oldukça parçalı bir yapıya sahiptir. IC dışı yarı iletken şirketler arasında ABB Ltd. (İsveç/İsviçre), Infineon Technologies (Almanya), STM Microelectronics (İtalya/Fransa), Toshiba (Japonya) ve ayrıca ABD şirketleri Diodes Inc., Vishay Interteknoloji, Qorvo, dPix ve Cree. Entegre olmayan yarı iletken ürünler, özellikle de ayrık güç yarı iletken ürünleri için temel itici teknolojiler, güç yönetimi ve minyatürleştirmedeki yeniliklerdir. Bu tür ürünler, otomobilleri, özellikle de elektrikli araçları, temel uygulama terminalleri olarak kullanır. ABD'nin hakim olduğu galyum nitrür (GaN), silisyum karbür (SiC) ve diğer bileşik yarı iletken substratlar, çeşitli uygulamalar için anahtar teknolojilerdir. Güç yönetimi ve dağıtımı, yüksek frekanslı güç amplifikasyonu, optoelektronik ve ulusal güvenlik alanlarında yaygın olarak kullanılırlar. Düz panel ekranlı yarı iletken cihazlar da bu kategoriye girer.

Ulusal güvenlik alanında, yarı iletken teknolojisi ayrıca radyasyon ortamlarında kullanım için teknik özellikler de dahil olmak üzere sıcaklık aralığında (genişletilmiş aralık) ve zorlu ortamlarda kullanım için de yeterlilik kazanmalıdır. Ek olarak, daha sıkı ve bağımsız bileşen doğrulaması ve geçerliliği gereklidir. Otomotiv uygulamalarında kullanılan yarı iletkenler ayrıca zorlu çevre koşullarına (örneğin aşırı soğuk, aşırı sıcak ve aşırı nem) dayanmak için sıkı dayanıklılık ve test gereksinimlerini karşılamalıdır. Aracın 10 ila 20 yıllık kullanım ömrü boyunca titreşime ve şoka dayanmalı ve araç güvenliği gereksinimlerini karşıladıklarından emin olmak için tüketici ürünlerinde kullanılan yarı iletkenlere göre testlerde çok daha düşük arıza oranları göstermişlerdir. Araçlar daha otonom hale geldikçe ve giderek daha fazla ışık algılama ve mesafe ölçme (LiDAR), sonar, radar, görüş sistemleri ve navigasyon ve tanımlama teknolojileri kullandıkça bu gereksinimlerin artması ve daha sıkı hale gelmesi beklenmektedir.

Yasal Uyarı: Bu makale "Bay Wang Lao'nun Şarap Restoranı Whisper"ından kopyalanmıştır. Bu makale, Saco Micro'nun ve sektörün görüşlerini değil, yalnızca yazarın kişisel görüşlerini temsil etmektedir. Yalnızca yeniden basılması ve paylaşılması amaçlı olup, fikri mülkiyet haklarının korunmasını desteklemektedir. Lütfen yeniden basılmak üzere orijinal kaynağı ve yazarını belirtin. , herhangi bir ihlal varsa, silmek için lütfen bizimle iletişime geçin.