[Úvod] V únoru 2021 podepsal prezident Citigroup Joe Biden exekutivní nařízení č. 14017, které vyžaduje, aby jeho vláda provedla komplexní přezkum dodavatelských řetězců ve čtyřech hlavních oblastech, včetně polovodičů, nových energetických baterií, minerálů vzácných zemin a zdravotnického materiálu. identifikovat rizika, řešit zranitelná místa a rozvíjet strategie pro zlepšení odolnosti dodavatelského řetězce. Když velitel podepisoval rozkaz, citoval přísloví „Pro nedostatek hřebíků se bota zahodí. Pro nedostatek bot je kůň ztracen,“ a tak dále, dokud království nepadlo. Nejmenší závada v dodavatelském řetězci může ovlivnit americkou bezpečnost, pracovní místa, rodiny a komunity. K provedení tohoto komplexního přezkumu vytvořila Bidenova administrativa interní pracovní skupinu zahrnující více než tucet federálních ministerstev a agentur. Úředníci administrativy konzultovali s odbory, obchodními, akademickými institucemi, Kongresem a americkými spojenci a partnery, aby identifikovali slabá místa a vyvinuli řešení.

Hodnotící zpráva Citi State má být předložena v červnu 2021.

1. O polovodičích

Polovodiče jsou materiálovým základem integrovaných obvodů, které jsou nezbytné pro moderní každodenní život. Polovodiče jsou nedílnou součástí každodenního života moderních spotřebitelů, nacházejí se v domácích předmětech, jako jsou spínače světel, otvírače garážových vrat a ledničky, stejně jako v mobilních telefonech, počítačích a automobilech. Nachází se ve složitějších produktech. Moderní lidé jej používají každý den (řekněme každou hodinu, každou minutu, každou sekundu). Polovodičové integrované obvody jsou „DNA“ různých technologií, které zásadně změnily všechny oblasti socioekonomické, od zemědělství, dopravy, zdravotnictví, telekomunikací a internetu. Polovodičový průmysl je hlavním motorem hospodářského růstu a vytváření pracovních míst v Citi. Téměř všechny technologické produkty jsou neoddělitelné od polovodičů; k podpoře polovodičů samozřejmě neodmyslitelně patří i nejmodernější vojenské systémy.

Zpráva odhaduje, že americký polovodičový průmysl bude mít v roce 208 roční tržby 2020 miliard dolarů, což představuje téměř polovinu celosvětového trhu. Navzdory celosvětové pandemii COVID-19 se globální prodeje polovodičových produktů v roce 6.5 zvýšily o 2020 %. Podle odhadů SIA dosáhne globální trh s polovodičovými produkty do roku 726 ročních tržeb 2027 miliard USD se složeným ročním tempem růstu 4.7 %. Polovodiče jsou hlavním vývozním artiklem USA s vývozním obratem ve výši 47 miliard USD v roce 2020, což je čtvrté místo za letadly, rafinovanou ropou a ropou.

Přestože americký polovodičový průmysl představuje téměř polovinu celosvětových příjmů z polovodičových produktů, hodnotící zpráva se domnívá, že podíl americké výrobní kapacity polovodičů na celosvětové produkci klesl z 37 % před 20 lety na dnešních přibližně 12 %. Americké podniky, včetně velkých polovodičových společností, jsou silně závislé na cizích zemích, zejména v Asii, což vytváří rizika dodavatelského řetězce.

Výzkumná zpráva zkoumá dodavatelský řetězec polovodičů prostřednictvím pěti souvisejících základních částí: (1) design; (2) výroba; (3) montáž, testování a balení; (4) materiály; a (5) výrobní zařízení.

2. Základní závěry:

design:

Ekosystém designu polovodičů v USA je silný a světový lídr, ale americké společnosti se do značné míry spoléhají na prodej do Číny, aby udržely růst zisku a domácí (poznámka: domácí) investice do výzkumu a vývoje (R&D). Americké designérské firmy se navíc při podnikání spoléhají především na omezené duševní vlastnictví (IP), pracovní sílu a výrobní zdroje. Tyto zdroje jsou zásadní pro uvádění produktů na trh.

výroba:

Spojené státy nemají dostatečné výrobní kapacity pro výrobu polovodičů. Spojené státy se při poskytování logických čipů na pokročilých procesních uzlech spoléhají hlavně na Tchaj-wan a při uspokojení poptávky po vyzrálých čipech procesních uzlů spoléhají na Tchaj-wan, Jižní Koreu a pevninskou Čínu.

Testované a pokročilé balení:

Co se týče balení a testování koncových polovodičů s relativně nízkou technologií, Spojené státy se silně spoléhají na zahraniční zdroje soustředěné v Asii. Kromě toho, jak se čipy stávají složitějšími, pokročilé metody balení představují potenciální oblast vývoje pro hlavní technologický pokrok v budoucnosti. USA postrádají ekosystém nezbytných materiálů a USA nejsou nákladově efektivním místem pro rozvoj robustního pokročilého obalového průmyslu a velké čínské investice by mohly trh rozvrátit.

Materiál:

Výroba polovodičů vyžaduje stovky materiálů, což představuje výzvy pro výrobní dodavatelský řetězec. Mnoho plynů a vlhkých chemikálií používaných při výrobě polovodičů se vyrábí ve Spojených státech, ale zahraniční dodavatelé dominují na trhu křemíkových plátků, fotomasek a fotorezistů.

Výrobní zařízení:

Kromě litografických strojů, pro většinu předních procesních zařízení pro výrobu polovodičů, mají americké společnosti velký podíl na světě.

Kromě Spojených států je výroba výrobních zařízení soustředěna v Nizozemsku a Japonsku. Vzhledem k omezené velikosti výroby polovodičů ve Spojených státech je růst těchto výrobců zařízení silně závislý na prodeji mimo Spojené státy.

3. O návrhu integrovaných obvodů

Historicky, v počáteční fázi vývoje polovodičového (čipového) průmyslu, nebyl návrh integrovaných obvodů nezávislým průmyslem. Návrh integrovaných obvodů provádějí společnosti IDM, které řídí celý výrobní proces. Typickými představiteli takových podniků jsou Intel a Texas Instruments ve Spojených státech. Dnes je návrh IC stále více prováděn specializovanějšími „fabless designovými společnostmi“, které se při dokončení výroby IC spoléhají na nezávislé výrobní společnosti (slévárny). Nárůst sléváren a související investice usnadnily vstup do odvětví designu integrovaných obvodů. To má za následek výrazně nižší koncentraci v průmyslu návrhu integrovaných obvodů než ve výrobě a výrobě zařízení a výroba integrovaných obvodů je silně závislá na Tchaj-wanu.

Přestože jsou bariéry vstupu na trh nízké, musí designérské společnosti fables úzce spolupracovat se slévárnami, aby zajistily, že návrhy budou vhodné pro výrobní proces, a spoléhají na dodavatele IP (obvykle jiné polovodičové společnosti vyvíjející klíčové technologie), stejně jako na automatizaci elektronických návrhů (EDA). softwarovou podnikovou podporu. Jak upstream, tak downstream fáze průmyslu návrhu IC jsou vysoce koncentrované. Významní poskytovatelé IP a poskytovatelé EDA mají hlavní sídlo ve Spojených státech, ale většina jejich praktiků se nachází mimo Spojené státy.

Průmyslová struktura

Vzhledem k různým typům produktů, kterými se podniky zabývají, se rozsah, technologie a struktura podniků zabývajících se návrhem polovodičů nebo integrovaných obvodů velmi liší. Tato zpráva rozděluje polovodiče integrovaných obvodů do tří hlavních typů: logické nebo digitální obvody, paměťové a analogové obvody. V roce 2020 tvoří logické nebo digitální integrované obvody asi 42 % celkového podílu na trhu; paměťové produkty tvoří asi 26 %; analogové integrované obvody tvoří asi 14 %; ostatní polovodičové produkty jsou produkty bez integrovaných obvodů, včetně diskrétních zařízení, optoelektronických zařízení a senzorových zařízení.

Logické neboli digitální integrované obvody jsou základními jednotkami počítačů nebo výpočetních komponent a jsou největší kategorií na trhu polovodičových produktů. Podle World Semiconductor Association SIA tvoří logické čipy 42 procent příjmů průmyslu. V této kategorii polovodičových produktů je koncentrace trhu a počet návrhářských společností velmi závislý na konkrétním typu čipu. Trhy s centrální procesorovou jednotkou (CPU), vyhrazenou grafickou procesorovou jednotkou (GPU) a polním programovatelným hradlovým polem (FPGA) jsou v podstatě duopolní. Dodavatelé aplikačně specifických integrovaných obvodů (ASIC) jsou velmi roztříštění a jejich konkurence je intenzivnější. Kategorie produktů zahrnují procesory mobilních zařízení na bázi ASIC a ARM. CPU je centrální procesorová jednotka počítače, GPU je procesor používaný pro vykreslování videa, produkt FPGA se používá pro konfiguraci zákazníkem nebo konstruktérem po výrobě a ASIC je vlastní čip navržený pro konkrétní aplikaci.

Zpráva se domnívá, že Spojené státy jsou světovým lídrem v navrhování integrovaných obvodů a mnoho společností využívá outsourcing výroby nebo umístění návrhářů mimo Spojené státy ke snížení kapitálových výdajů. V podstatě všechny procesory osobních počítačů na světě jsou navrženy americkými společnostmi Intel a AMD, mezi nimiž Intel dokončuje výrobu čipů vlastními silami, zatímco AMD se při výrobě čipů spoléhá na slévárny. Mezitím Intel a AMD mohou brzy ovládnout kategorii FPGA, protože AMD v říjnu 2020 oznámilo, že plánuje získat lídra na trhu FPGA Xilinx za 35 miliard dolarů. Pokud akvizice získá regulační souhlas, AMD-Xilinx a Intel by tvořily asi 85 procent celosvětového prodeje FPGA. Ostatní američtí dodavatelé Microchip Technology, Lattice Semiconductor a Achronix Semiconductor tvoří zbytek trhu FPGA. Hlavní podíl na globálním GPU drží AMD a přední americká společnost NVIDIA.

Konkurence v dodavatelské základně ASIC výrazně vzrostla a poptávka po procesorech mobilních zařízení založených na architektuře ARM je vysoká. Výrobci čipů, jako je Samsung, soutěží na trzích ASIC a mobilních procesorů spolu s fiktivními designovými firmami, jako jsou Qualcomm a Broadcom, a desítkami amerických technologických společností, které navrhují své vlastní čipy, včetně Apple, Alphabet a Amazon. S výjimkou Intel a Microchip je většina dodavatelů CPU, GPU, FPGA a ASIC globálně i v USA fiktivní, protože při navrhování čipů spoléhá na slévárenskou výrobu.

Podle SIA tvoří paměťové čipy používané k ukládání informací potřebných pro výpočetní techniku ​​26 % tržeb průmyslu. Paměťové čipy jsou plně komercializované a konkurenceschopné kategorie a jejich výhody a technologický pokrok zcela závisí na výnosu a úsporách z rozsahu. Paměťové produkty obvykle poskytují společnosti typu IDM. Jihokorejský Samsung a jihokorejský SK Hynix jsou na vedoucí pozici v oblasti dynamických pamětí s náhodným přístupem (DRAM). Americká společnost Micron má zhruba 23 procent. Lídři podílu na trhu nyní vyvíjejí pokročilé technologie balení (tj. stohování lisováním) a IP pro další přední produkty. Tyto tři společnosti představují v roce 95 zhruba 70 % celosvětového trhu v hodnotě 2020 miliard USD.

Výroba flash pamětí (NAND) je méně koncentrovaná, odhaduje se, že šest společností bude v roce 99 představovat asi 47 % celosvětového trhu v hodnotě 2020 miliard dolarů. Jihokorejský Samsung je rovněž lídrem na trhu s produkty flash paměti s něco málo přes třetinu NAND trh. Za jihokorejským Samsungem následuje japonská Kioxia (dříve Toshiba), která má zhruba 20procentní podíl. Třetím místem pro produkty s flash pamětí je Western Digital Corporation ze Spojených států, která představuje asi 14 % podílu. V tomto segmentu jsou také SK Hynix v Jižní Koreji (12 %), Micron v USA (11 %) a Intel v USA (9 %). Zdá se, že globální společnosti NAND se připravují na další konsolidaci. Společnost Intel, jejíž výnosy z produktů NAND jsou podobné jako u společnosti Micron, v říjnu 2020 oznámila, že plánuje prodat většinu svého podnikání v oblasti pamětí NAND společnosti SK Hynix. Prodej posouvá sloučenou společnost na 2. místo v podílu na trhu NAND. Existují také zprávy, že společnosti Western Digital a Micron možná usilují o akvizici společnosti Kioxia. Čínská společnost Yangtze Memory Technologies (YMTC), založená v roce 2016, navíc rychle expanduje a získala na dotacích zhruba 24 miliard dolarů. Čínské vládní zdroje. Společnost by mohla být schopna do roku 200,000 vyrábět až 2022 XNUMX waferů měsíčně, což je více než dvojnásobek současné kapacity NAND Intelu a potenciální nízkonákladová hrozba pro americké paměťové společnosti.

Ve srovnání s paměťovými čipy je komercializace produktů analogových integrovaných obvodů méně konkurenceschopná. Navíc jsou analogové obvody obecně méně závislé na použití uzlů nejmodernějších výrobních procesů. Konečné použití v aplikačním systému, znalosti a zkušenosti s návrhem čipu jsou důležitými faktory hodnoty analogových integrovaných obvodů. Proto zde tržní koncentrace produktových společností není příliš vysoká, protože společnosti s analogovými integrovanými obvody si mohou udržet konkurenční výhodu tím, že se zaměří na analogové pole. V roce 2020 představoval největší světový dodavatel analogových integrovaných obvodů 62 % trhu 56 miliard USD, z čehož pouze Texas Instruments představoval více než 10 % trhu. Mnoho předních společností vyrábějících analogové polovodiče jsou „skvělí“ výrobci, kteří si některé čipy, které navrhují, vyrábí sami, i když velkou část čipů také outsourcují.

V roce 2020 bude celosvětový prodej diskrétních zařízení, optoelektronických zařízení a senzorů (neintegrovaných polovodičů) v polovodičových produktech činit přibližně 79 miliard USD, což představuje téměř 18 % celkového trhu s polovodiči (celkem přibližně 440 miliard USD). Většina polovodičových produktů v této kategorii je ve vyspělých procesních uzlech, kde jsou levné a není neobvyklé, že jeden produkt stojí za cent. Trh s takovými produkty je velmi roztříštěný s mnoha výrobci. Mezi polovodičové společnosti bez IC patří ABB Ltd. (Švédsko/Švýcarsko), Infineon Technologies (Německo), STM Microelectronics (Itálie/Francie), Toshiba (Japonsko), stejně jako americké společnosti Diodes Inc., Vishay Intertechnology, Qorvo, dPix a Cree. Klíčovými hnacími technologiemi pro neintegrované polovodičové produkty, zejména diskrétní výkonové polovodičové produkty, jsou inovace v řízení spotřeby a miniaturizace. Takové produkty používají automobily, zejména elektrická vozidla, jako klíčové aplikační terminály. V USA dominuje nitrid galia (GaN), karbid křemíku (SiC) a další složené polovodičové substráty jsou klíčové technologie pro různé aplikace. Jsou široce používány v řízení a distribuci napájení, vysokofrekvenčním zesílení výkonu, optoelektronice a národní bezpečnosti. Do této kategorie spadají také polovodičová zařízení s plochým displejem.

V oblasti národní bezpečnosti musí být polovodičová technologie rovněž způsobilá pro použití ve vojenském teplotním rozsahu (rozšířený rozsah) a drsných prostředích, včetně technických charakteristik pro použití v radiačních prostředích, kde je to vhodné. Kromě toho je vyžadováno přísnější a nezávislé ověřování a validace součástí. Polovodiče používané v automobilových aplikacích musí také splňovat přísné požadavky na odolnost a testování, aby vydržely drsné podmínky prostředí (např. extrémní chlad, extrémní teplo a extrémní vlhkost). Musí odolávat vibracím a nárazům po celou dobu očekávané životnosti vozidla 10 až 20 let a v testech prokázaly mnohem nižší poruchovost než polovodiče používané ve spotřebitelských produktech, aby bylo zajištěno, že splňují požadavky na bezpečnost vozidla. Očekává se, že tyto požadavky se budou zvyšovat a zpřísňovat s tím, jak se vozidla stávají autonomnějšími a využívají stále více a více technologií detekce světla a měření vzdálenosti (LiDAR), sonar, radar, systémy vidění a navigační a identifikační technologie.

Zřeknutí se odpovědnosti: Tento článek je reprodukován z "Vinné restaurace Whisper pana Wang Lao". Tento článek představuje pouze osobní názory autora, nikoli názory Saco Micro a průmyslu. Je určen pouze pro přetisk a sdílení a podporuje ochranu práv duševního vlastnictví. Uveďte prosím původní zdroj a autora pro přetištění. , pokud dojde k nějakému porušení, kontaktujte nás, abychom jej odstranili.