[Introducció] El febrer de 2021, el president de Citigroup, Joe Biden, va signar l'Ordre executiva núm. 14017, que exigia al seu govern que realitzi una revisió exhaustiva de les cadenes de subministrament en quatre camps principals, inclosos els semiconductors, les bateries d'energia noves, els minerals de terres rares i els subministraments mèdics, per identificar riscos, abordar les vulnerabilitats i desenvolupar estratègies per millorar la resiliència de la cadena de subministrament. Quan el comandant va signar l'ordre, va citar el proverbi "Per manca de claus, es llença la sabata. Per manca de sabates, el cavall es perd", i així successivament, fins que el regne va caure. La fallada més petita de la cadena de subministrament pot afectar la seguretat, els llocs de treball, les famílies i les comunitats nord-americanes. Per dur a terme aquesta revisió exhaustiva, l'administració de Biden va crear un grup de treball intern que cobria més d'una dotzena de departaments i agències federals. Els funcionaris de l'administració han consultat amb els treballadors, les empreses, les institucions acadèmiques, el Congrés i els aliats i socis dels EUA per identificar vulnerabilitats i desenvolupar solucions.

L'informe d'avaluació de la revisió de Citi State s'ha de presentar el juny de 2021.

1. Sobre els semiconductors

Els semiconductors són la base material dels circuits integrats que són essencials per a la vida quotidiana moderna. Els semiconductors són una part integral de la vida diària dels consumidors moderns, que es troben en articles per a la llar, com ara interruptors de llum, obres de portes de garatge i refrigeradors, així com en telèfons mòbils, ordinadors i automòbils. Es troba en productes més complexos. La gent moderna l'utilitza cada dia (per exemple, cada hora, cada minut, cada segon). Els circuits integrats basats en semiconductors són l'"ADN" d'una varietat de tecnologies que han canviat fonamentalment tots els àmbits socioeconòmics, des de l'agricultura, el transport, la sanitat, les telecomunicacions i Internet. La indústria dels semiconductors és un motor important de creixement econòmic i de creació d'ocupació a Citi. Gairebé tots els productes tecnològics són inseparables dels semiconductors; per descomptat, els sistemes més avançats també són inseparables del suport dels semiconductors.

L'informe estima que la indústria nord-americana de semiconductors tindrà unes vendes anuals de 208 milions de dòlars el 2020, la qual cosa representarà gairebé la meitat del mercat mundial. Malgrat la pandèmia global de COVID-19, les vendes mundials de productes semiconductors van augmentar un 6.5% el 2020. Segons les estimacions de SIA, el mercat mundial de semiconductors arribarà a vendes anuals de 726 milions de dòlars el 2027, amb una taxa de creixement anual composta del 4.7%. Els semiconductors són una important exportació dels Estats Units, amb vendes d'exportació de 47 milions de dòlars el 2020, ocupant el quart lloc per darrere dels avions, el petroli refinat i el petroli cru.

Tot i que la indústria nord-americana de semiconductors representa gairebé la meitat dels ingressos mundials dels productes semiconductors, l'informe d'avaluació creu que la capacitat de fabricació de semiconductors dels Estats Units com a quota de la producció mundial ha caigut del 37% fa 20 anys al voltant del 12% actual. Les empreses nord-americanes, incloses les principals companyies de semiconductors sense faules, depenen molt de països estrangers, especialment a Àsia, la qual cosa crea riscos en la cadena de subministrament.

L'informe de recerca examina la cadena de subministrament de semiconductors a través de cinc parts fonamentals relacionades: (1) disseny; (2) fabricació; (3) muntatge, prova i embalatge; (4) materials; i (5) equips de producció.

2. Conclusions bàsiques:

disseny:

L'ecosistema de disseny de semiconductors dels Estats Units és fort i líder mundial, però les empreses nord-americanes depenen molt de les vendes a la Xina per mantenir el creixement dels beneficis i la inversió nacional (nota: nacional) en recerca i desenvolupament (R+D). A més, les empreses de disseny nord-americanes depenen principalment de la propietat intel·lectual (PI), la mà d'obra i els recursos de fabricació limitats per fer negocis. Aquests recursos són fonamentals per portar els productes al mercat.

fabricació:

Els Estats Units no tenen prou capacitat de fabricació de semiconductors. Els Estats Units depenen principalment de [敏感词] per proporcionar xips lògics als nodes de procés avançats, i depenen de [敏感词], Corea del Sud i la Xina continental per satisfer la demanda de xips de nodes de procés madurs.

Embalatge provat i avançat:

Per als envasos i proves de semiconductors de fons de tecnologia relativament baixa, els Estats Units depenen en gran mesura dels recursos estrangers concentrats a Àsia. A més, a mesura que els xips es tornen més complexos, els mètodes d'envasament avançats representen una àrea potencial de desenvolupament per a grans avenços tecnològics en el futur. Els EUA no tenen l'ecosistema de materials necessaris, i els EUA no són un lloc rendible per desenvolupar una indústria d'envasos avançada robusta, i la gran inversió xinesa podria capgirar el mercat.

Material:

La producció de semiconductors requereix centenars de materials, creant reptes per a la cadena de subministrament de fabricació. Molts gasos i productes químics humits utilitzats en la fabricació de semiconductors es produeixen als Estats Units, però els proveïdors estrangers dominen el mercat d'hòsties de silici, fotomàscares i fotoresistències.

Equips de fabricació:

A més de les màquines de litografia, per a la majoria d'equips de procés frontal de fabricació de semiconductors, les empreses nord-americanes tenen una gran part del món.

A més dels Estats Units, la producció d'equips de fabricació es concentra als Països Baixos i al Japó. A causa de la mida limitada de la fabricació de semiconductors als Estats Units, el creixement d'aquests fabricants d'equips depèn en gran mesura de les vendes fora dels Estats Units.

3. Sobre el disseny de circuits integrats

Històricament, en l'etapa inicial del desenvolupament de la indústria dels semiconductors (xip), el disseny de circuits integrats no era una indústria independent. El disseny dels circuits integrats el fan empreses IDM que controlen tot el procés de producció. Com Intel i Texas Instruments als Estats Units són representants típics d'aquestes empreses. Avui en dia, el disseny de circuits integrats es fa cada cop més per "empreses de disseny sense rondalles" més especialitzades que depenen d'empreses de fabricació independents (foneries) per completar la fabricació de circuits integrats. L'augment de les fundicions i les inversions relacionades ha facilitat l'entrada a la indústria del disseny de circuits integrats. Això es tradueix en una concentració significativament menor en la indústria del disseny de circuits integrats que en la fabricació i la fabricació d'equips, i fa que la fabricació de circuits integrats depengui molt de [敏感词].

Tot i que les barreres d'entrada són baixes, les empreses de disseny sense faules han de treballar estretament amb les foneries per garantir que els dissenys siguin adequats per al procés de producció, i depenen de proveïdors de IP (normalment altres empreses de semiconductors que desenvolupen tecnologies clau), així com de dissenys electrònics Automatització (EDA) suport empresarial de programari. Tant les etapes aigües amunt com a baix de la indústria del disseny de circuits integrats estan molt concentrades. Els principals proveïdors d'IP i proveïdors d'EDA tenen la seu principal als Estats Units, però la majoria dels seus professionals es troben fora dels Estats Units.

Estructura industrial

A causa dels diferents tipus de productes en què participen les empreses, l'escala, la tecnologia i l'estructura de les empreses dedicades al disseny de semiconductors o circuits integrats són molt diferents. Aquest informe divideix els semiconductors de circuits integrats en tres tipus principals: circuits lògics o digitals, circuits de memòria i circuits analògics. El 2020, els circuits integrats lògics o digitals representen al voltant del 42% de la quota de mercat total; els productes de memòria representen al voltant del 26%; els circuits integrats analògics representen al voltant del 14%; altres productes semiconductors són productes de circuits no integrats, inclosos els dispositius discrets, els dispositius optoelectrònics i els dispositius sensors.

Els circuits integrats lògics o digitals són les unitats bàsiques dels ordinadors o components informàtics i són la categoria més gran del mercat de productes semiconductors. Els xips lògics representen el 42 per cent dels ingressos de la indústria, segons l'Associació Mundial de Semiconductors SIA. En aquesta categoria de productes semiconductors, la concentració del mercat i el nombre d'empreses de disseny depenen molt del tipus de xip específic. Els mercats de la unitat central de processament (CPU) de l'ordinador personal, la unitat de processament de gràfics (GPU) i la matriu de portes programables de camp (FPGA) són essencialment duopoli. Els proveïdors de circuits integrats específics d'aplicació (ASIC) estan molt fragmentats i la seva competència és més intensa. Les categories de productes inclouen processadors de dispositius mòbils basats en ASIC i ARM. Una CPU és la unitat central de processament d'un ordinador, una GPU és un processador utilitzat per a la representació de vídeo, un producte FPGA s'utilitza per a la configuració per part d'un client o dissenyador després de la fabricació i un ASIC és un xip personalitzat dissenyat per a una aplicació específica.

L'informe creu que els Estats Units són el líder mundial en disseny de circuits integrats, i moltes empreses utilitzen la fabricació de subcontractació o col·loquen dissenyadors fora dels Estats Units per reduir les despeses de capital. Bàsicament, totes les CPU d'ordinadors personals del món estan dissenyades per les empreses nord-americanes Intel i AMD, entre les quals Intel completa la fabricació de xips internament, mentre que AMD depèn de les fundicions per completar la fabricació de xips. Mentrestant, Intel i AMD podrien dominar aviat la categoria FPGA, ja que AMD va anunciar l'octubre del 2020 que tenia previst adquirir Xilinx, líder del mercat de FPGA, per 35 milions de dòlars. Si l'adquisició obté l'aprovació reguladora, AMD-Xilinx i Intel representarien al voltant del 85 per cent de les vendes globals de FPGA. Altres proveïdors nord-americans Microchip Technology, Lattice Semiconductor i Achronix Semiconductor constitueixen la resta del mercat FPGA. La major part de la GPU global la tenen AMD i l'empresa nord-americana líder del mercat NVIDIA.

La competència a la base de proveïdors ASIC ha augmentat significativament i la demanda de processadors de dispositius mòbils basats en l'arquitectura ARM és alta. Els fabricants de xips com Samsung competeixen als mercats ASIC i de processadors mòbils al costat d'empreses de disseny sense fables com Qualcomm i Broadcom, i desenes d'empreses tecnològiques dels EUA que dissenyen els seus propis xips, com Apple, Alphabet i Amazon. Amb l'excepció d'Intel i Microchip, la majoria de proveïdors de CPU, GPU, FPGA i ASIC a nivell mundial i als EUA no tenen fables, depenen de la fabricació de foneria per dissenyar xips.

Segons SIA, els xips de memòria utilitzats per emmagatzemar la informació necessària per a la informàtica representen el 26% dels ingressos de la indústria. Els xips de memòria són categories totalment comercialitzades i competitives, i els seus beneficis i el progrés tecnològic depenen completament del rendiment i les economies d'escala. Els productes de memòria solen ser subministrats per empreses de tipus IDM. Samsung de Corea del Sud i SK Hynix de Corea del Sud ocupen la posició de lideratge en el camp de la memòria d'accés aleatori dinàmic (DRAM). L'empresa nord-americana Micron té al voltant del 23 per cent. Els líders en quota de mercat estan desenvolupant tecnologies d'envasament avançades (és a dir, apilament de matrius) i IP per a altres productes líders. Aquestes tres empreses representen aproximadament el 95% del mercat global de 70 milions de dòlars el 2020.

La producció de memòria flash (NAND) està menys concentrada, amb s'estima que sis empreses representen al voltant del 99% del mercat global de 47 milions de dòlars el 2020. Samsung de Corea del Sud també és líder del mercat en productes de memòria flash, amb poc més d'un terç del NAND. mercat. Samsung de Corea del Sud és seguit per Kioxia del Japó (abans Toshiba), que té una quota d'aproximadament el 20 per cent. El tercer lloc per als productes de memòria flash és Western Digital Corporation dels Estats Units, que representa al voltant del 14% de la quota. També en aquest segment es troben SK Hynix a Corea del Sud (12%), Micron als EUA (11%) i Intel als EUA (9%). Les empreses globals de NAND sembla que s'estan preparant per a una major consolidació. Intel, els ingressos del producte NAND són similars als de Micron, va anunciar l'octubre del 2020 que tenia previst vendre la major part del seu negoci de memòria NAND a SK Hynix. La venda impulsarà l'empresa combinada al número 2 en quota de mercat NAND. També hi ha informes que Western Digital i Micron poden estar buscant adquirir Kioxia. A més, Yangtze Memory Technologies (YMTC), una empresa xinesa fundada el 2016, s'està expandint ràpidament i ha rebut uns 24 milions de dòlars en subvencions. Fonts del govern xinès. L'empresa podria ser capaç de produir fins a 200,000 hòsties al mes el 2022, més del doble de la capacitat NAND actual d'Intel i una potencial amenaça de baix cost per a les empreses de memòria nord-americanes.

En comparació amb els xips de memòria, la comercialització de productes de circuit integrat analògic és menys competitiva. I, a més, els circuits analògics generalment depenen menys de l'ús de nodes de procés de fabricació d'avantguarda. L'ús final en el sistema d'aplicació, el coneixement i l'experiència en el disseny del xip són factors importants en el valor dels circuits integrats analògics. Per tant, la concentració del mercat de les empreses de productes aquí no és massa alta, perquè les empreses de circuits integrats analògics poden mantenir un avantatge competitiu centrant-se en el camp analògic. El 2020, el proveïdor més gran del món de circuits integrats analògics va representar el 62% del mercat de 56 milions de dòlars, dels quals només Texas Instruments va representar més del 10% del mercat. Moltes de les principals empreses de semiconductors analògics són productors "fab-lite" i fan alguns dels xips que dissenyen internament, tot i que també subcontracten una gran part dels xips.

El 2020, les vendes globals de dispositius discrets, dispositius optoelectrònics i sensors (semiconductors no integrats) en productes semiconductors seran d'aproximadament 79 milions de dòlars, que representen gairebé el 18% del mercat total de semiconductors (un total d'aproximadament 440 milions de dòlars). La majoria de productes semiconductors d'aquesta categoria es troben en nodes de procés madurs on són barats i no és estrany que un sol producte valgui un cèntim. El mercat d'aquests productes està molt fragmentat amb nombrosos fabricants. Entre les empreses de semiconductors no IC inclouen ABB Ltd. (Suècia/Suïssa), Infineon Technologies (Alemanya), STM Microelectronics (Itàlia/França), Toshiba (Japó), així com les companyies nord-americanes Diodes Inc., Vishay Intertechnology, Qorvo, dPix i Cree. Les tecnologies clau per als productes semiconductors no integrats, especialment els productes semiconductors de potència discreta, són les innovacions en la gestió de l'energia i la miniaturització. Aquests productes utilitzen els automòbils, especialment els vehicles elèctrics, com a terminals d'aplicació clau. El nitrur de gal·li (GaN), el carbur de silici (SiC) i altres substrats de semiconductors compostos són tecnologies clau per a una varietat d'aplicacions. S'utilitzen àmpliament en gestió i distribució d'energia, amplificació de potència d'alta freqüència, optoelectrònica i seguretat nacional. Els dispositius semiconductors de pantalla plana també entren en aquesta categoria.

En l'àmbit de la seguretat nacional, la tecnologia dels semiconductors també ha de ser apte per al seu ús en el rang de temperatures (rang ampliat) i entorns durs, incloses les característiques tècniques per al seu ús en entorns de radiació, si escau. A més, es requereix una verificació i validació dels components més estrictes i independents. Els semiconductors utilitzats en aplicacions d'automoció també han de complir estrictes requisits de durabilitat i proves per suportar condicions ambientals dures (per exemple, fred extrem, calor extrem i humitat extrema). Han de suportar vibracions i cops durant l'esperança de vida del vehicle de 10 a 20 anys i han demostrat taxes de fallada molt més baixes en les proves que els semiconductors utilitzats en productes de consum per garantir que compleixen els requisits de seguretat del vehicle. S'espera que aquests requisits augmentin i es facin més estrictes a mesura que els vehicles es tornin més autònoms i utilitzen cada cop més detecció i abast de llum (LiDAR), sonar, radar, sistemes de visió i tecnologies de navegació i identificació.

Exempció de responsabilitat: aquest article es reprodueix de "Mr. Wang Lao's Wine Restaurant Whisper". Aquest article només representa les opinions personals de l'autor, no les de Saco Micro i la indústria. És només per reimprimir i compartir, i admet la protecció dels drets de propietat intel·lectual. Si us plau, indiqueu la font original i l'autor per a la reimpressió. , si hi ha alguna infracció, poseu-vos en contacte amb nosaltres per eliminar-la.