(Volgende Deel I: Geïntegreerde Kringontwerp)

Vier, oor die vervaardiging van geïntegreerde stroombane

(I) Citigroup se basiese skattings van die IC-vervaardigingsbedryf

Halfgeleierprodukte dryf byna elke sektor van die ekonomie aan, insluitend energie, gesondheidsorg, landbou, verbruikerselektronika, vervaardiging en vervoer. Wêreldwye eindgebruikvraag na halfgeleiers in 2019 is: selfone (26%), inligting- en kommunikasie-infrastruktuur (insluitend datasentrums, kommunikasienetwerke) (24%); Rekenaars (19%), nywerheid (12%), motor (10%) en verbruikerselektronika (10%).

Van hierdie uiteenlopende toepassings ondersteun ongeveer 9% regstreeks nasionale sekuriteit en kritieke infrastruktuurtoepassings. Hierdie sleutel-eindgebruike van halfgeleierprodukte sluit in lugvaart, telekommunikasienetwerke, energie en nutsdienste, gesondheidsorg en finansiële dienste. en ander regeringsgebruike is verantwoordelik vir net meer as 1 persent van die wêreldwye halfgeleierverbruik.

Die Amerikaanse aandeel in wêreldwye halfgeleierproduksie het gedaal van 37 persent in 1990 tot 12 persent vandag, en sal na verwagting verder daal sonder 'n omvattende Amerikaanse strategie om die bedryf te ondersteun.

Amerikaanse vervaardigingskapasiteit is onvoldoende: Amerikaanse vervaardigingskapasiteit het al dekades lank afgeneem. Die eerste dekade van hierdie eeu was veral verwoestend vir Amerikaanse vervaardiging, met 'n derde van vervaardigingswerksgeleenthede wat tussen 2000 en 2010 verloor is. Klein en mediumgrootte ondernemings (SME) is veral swaar getref. ’n Deel van die afname kan toegeskryf word aan mededinging uit lae-loonlande. Ekonome skat dat sowat 25 persent van werkverliese toegeskryf kan word aan die opkoms van China, veral nadat die land by die Wêreldhandelsorganisasie aangesluit het. Maar die VSA het ook gesien hoe binnelandse produktiwiteitsgroei stagneer in vergelyking met sy ekonomiese eweknieë, byvoorbeeld, wat gemiddeld en in die meeste nywerhede agter Duitsland was. Vandag is klein besighede in die Verenigde State gewoonlik minder produktief as groot vervaardigers. In teenstelling met die algemene opvatting dat KUNSMATIGE intelligensie en robotika net om die draai is, belê Amerikaanse vervaardigers van klein en mediumgrootte ondernemings te min in nuwe produktiwiteitsversterkende tegnologieë. Die verlies aan vervaardigingskapasiteit lei tot die verlies aan innovasievermoë. Vervaardigingsvermoë is die grondslag van produkinnovasie. Sodra innovasievermoë verlore is, is dit moeilik om te herbou. Wanneer GEÏNTEGREERDE stroombaankapasiteit die afgelope dekades oorsee verskuif het, het navorsing en ontwikkeling en die breër industriële voorsieningsketting dikwels gevolg.

(2) Voorsieningsketting van halfgeleierprodukte

Van ontwerp tot verpakking tot integrasie in die finale elektroniese produkte wat deur klante gekoop word, is die industriële ketting uiters kompleks en geografies verspreid. 'n Tipiese halfgeleierproduksieproses sluit verskeie lande in en produkte kan internasionale grense 70 keer oorsteek as gevolg van die firma se spesialisering in spesifieke skakels. Die hele proses duur tot 100 dae, waarvan 12 dae tussen die skakels van die voorsieningsketting oorgedra word. Die volgende is 'n eenvoudige voorstelling van die voorsieningsketting.

Die klein grootte en ligte gewig van halfgeleierprodukte is belangrike faktore in die bereiking van so 'n komplekse kruis-geografiese voorsieningsketting. Die koste van die versending van halfgeleierprodukte is laag in vergelyking met hul waarde. Dit beteken egter ook dat ontwrigting van vervoerroetes 'n risiko vir die voorsieningsketting kan inhou. Verskeie vorme van vervoer (bv. lug, see, vragmotor) moet in die ketting gebruik word, afhangende van die stadium en die afstand wat afgelê moet word, asook die aard van die produk. In sommige gevalle vereis vervoer ook gespesialiseerde hantering, soos die hantering van gevaarlike en hoë-suiwer gasse en chemikalieë wat in die vervaardiging gebruik word, of die beskerming van sensitiewe elektroniese toerusting teen skade.

Halfgeleiervervaardiging: industriële struktuur

Fabrieke wat wafers verwerk en geïntegreerde stroombane maak, het twee basiese sakemodelle. Die eerste is 'n vertikaal geïntegreerde halfgeleiermaatskappy of IDM-onderneming. Hulle voer alle stappe van die halfgeleierprodukontwerp en -vervaardigingsproses self uit, van ontwerp tot finale toetsing. IDM-maatskappye is verantwoordelik vir ongeveer twee derdes van die wêreldwye halfgeleierkapasiteit. Alhoewel Intel, die voorste IDM-maatskappy in die Verenigde State, hoofsaaklik logika-toestelle vervaardig, vervaardig die meeste ander IDM-maatskappye hoofsaaklik geheueskyfies soos DRAM, diskrete toestelle en analoog geïntegreerde stroombane. Benewens Intel, is die Verenigde State die tuiste van verskeie van die wêreld se voorste IDM-maatskappye, insluitend Analog Devices, Maxim Integrated Products, MicrochipTechnology, micron, op halfgeleier- en Texas-instrumente. Dit is opmerklik dat hoewel hierdie maatskappye se hoofkwartier in die Verenigde State is, hulle hul finale produkvervaardiging in fabrieke regoor die wêreld doen. Benewens die VSA, het Intel byvoorbeeld waferverwerkingsaanlegte in Israel, Ierland en China. En Samsung, wat in Suid-Korea gebaseer is, en ander buitelandse (nie-Amerikaanse) maatskappye het skyfiefabrieke in die Verenigde State bykomend tot hul oorsese (nie-Amerikaanse) fabrieke. Volgens die SIA-verslag is 44% van die kapasiteit van Amerikaanse halfgeleiermaatskappye in die Verenigde State geleë. In die algemeen was IDM-ondernemings in die Verenigde State verantwoordelik vir 51% van die totale bedryfsinkomste van globale IDM-vervaardigers in 2020. Die Verenigde State is veral sterk in digitale logika geïntegreerde stroombane en analoog geïntegreerde stroombane.

Daar is ander meer Amerikaanse halfgeleier produkte wat toonaangewende ondernemings (byvoorbeeld, AMD, nvidia, broadcom en qualcomm en spel gees) is die "no fabs halfgeleier maatskappye" sakemodel, die maatskappy sal ontwerp data onafhanklike maatskappy spesialiseer in die vervaardiging van halfgeleier gieterij verskaf, deur die gietery ondernemings in chip produkte vervaardiging en verwerking. Hierdie derdepartygieterye word as "suiwer halfgeleiergieterye" geklassifiseer omdat hulle nie enige van hul eie skyfieprodukte ontwerp of verkoop nie, maar eerder optree as kontrakvervaardigers vir fabellose halfgeleiermaatskappye (hierdie gieterye verskaf soms bykomende kapasiteit of vervaardig andersins sekere skyfies vir IDM verskaffers). Sommige IDM-maatskappye, veral Samsung, verskaf ook verwerkingsdienste vir fabellose halfgeleiermaatskappye.

Soos tegnologie vorder en die koste van die bou en instandhouding van moderne halfgeleiervervaardigingsfasiliteite die hoogte inskiet, word die fabellose onderneming + gietery-besigheidsmodel al hoe meer algemeen. Voortgesette vooruitgang in skyfievervaardigingstegnologie vereis heeltemal nuwe en al hoe duurder vervaardigingstoerusting. Moderne fabs (by 5nm-prosesnodusse) kos ten minste $12 miljard. ’n Enkele uiterste ultraviolet (EUV) litografiemasjien, wat by 5 nm of minder benodig word en dikwels teen 7 nm gebruik word, kan soveel as $150 miljoen kos. Benewens fotolitografiemasjiene, benodig fabs baie ander soorte toerusting. Daar word beraam dat die belegging wat nodig is vir die volgende generasie fabrieke, wat op 3nm nodusse sal werk, $20 miljard kan oorskry. Boonop sal bedryfskoste na die vestiging van nuwe fabrieke baie hoog wees en deurlopende en duur kapitaalinvestering vereis; Dit is ook nodig om die voorpunttegnologie te handhaaf wat deur prosesontwerpers vereis word om aan te hou werk by die mees gevorderde produksienodusse. Suiwer gieterye trek voordeel uit skaalvoordele wat hulle in staat stel om die groot koste van halfgeleieraanlegte met hoë en doeltreffende kapasiteitsbenutting te absorbeer en te absorbeer. Suiwer gieterye is verantwoordelik vir ongeveer 'n derde van die wêreldwye skyfiekapasiteit, volgens die SIA. Onder hulle was die produksie van logiese skyfies verantwoordelik vir byna 80%. [敏感词] Semiconductor Manufacturing Company (TSMC), die wêreld se eerste suiwer wafelgietery, is in 1987 gestig en oorheers vandag die gieterymark.

Die kontrakvervaardigingsmark word oorheers deur [敏感词]ese maatskappye, met TSMC alleen verantwoordelik vir 53 persent van die mark. In die algemeen maak [敏感词] hierdie gieterymaatskappye 63 persent van die wêreldwye gieterymark uit. Suid-Korea is verantwoordelik vir 18% en China vir 6%. GlobalFoundries, 'n gietery wat deur ABU Dhabi in die VSA gebaseer is, het 'n aandeel van 7 persent, wat meer as die helfte van die oorblywende 13 persent van die gieterymark uitmaak.

Soos hierbo genoem, alhoewel die VSA 'n groot markaandeel het in skyfies wat deur IDM-ondernemings vervaardig word, maak dit slegs sowat 10% van die globale gietery-inkomste uit. Asiatiese gieterye maak sowat 80% van die totaal uit. [敏感词] alleen is verantwoordelik vir 63 persent van wêreldwye kontrakvervaardiging. Dit beteken dat terwyl die VSA 'n leier in halfgeleierontwerp is, sy plaaslike fabels-maatskappye sterk staatmaak op buitelandse kontrakvervaardigers, meestal in Asië, om hul produkte te maak. Alhoewel hierdie agent-besigheidsmodel geskik is vir geïntegreerde stroombaanprodukte vir hoëvolume kommersiële toepassings, is baie verwante toepassings in klein groepies, wat die aanvaarding van gevorderde halfgeleiervervaardigingstegnologieë vir toepassings onseker en uitdagend maak.

Vir die Verenigde State word die oorgrote meerderheid van halfgeleiervervaardiging (in beide IDM- en gieterymodelle) in die buiteland gedoen: [敏感词], Suid-Korea, Japan, China en die Verenigde State. Ongeveer 12% van die wêreld se halfgeleiervervaardigingskapasiteit is in die Verenigde State geleë, af van 37% in die 1990's. In 2019 was [敏感词] verantwoordelik vir ongeveer 20% van wêreldwye geïnstalleerde kapasiteit, gevolg deur Suid-Korea met 19%. Japan was verantwoordelik vir 17 persent, China 16 persent en Europa 9 persent. Die oorblywende 6% van die kapasiteit is in Singapoer, Israel en ander dele van die wêreld geleë.

Van die 40 groot halfgeleiervervaardigingsfasiliteite wat in die Verenigde State geleë is, gebruik die helfte (20) 300 mm (12 duim) wafers; Ander produksie gebruik wafels van 200 mm (8 duim) of minder. Tussen 2009 en 2018 het meer as 100 150-200 mm wafer-vervaardigingsaanlegte wêreldwyd gesluit, met 70% van die sluitings in die VSA en Japan. Volgens IC Insights is soveel as 68 wafer-vervaardigingsaanlegte dekades oud, buite hul redelike leeftyd. Geslote fabs word deels vervang deur nuwe fasiliteite wat meer koste-effektief of opgegradeer is; Daar is ook 'n paar fabrieke wat te duur is om te bedryf, en maatskappye wend hulle tot ligte fabs of fabellose sakemodelle

Plaaslik bedryf ses maatskappye 20 300 mm-fabrikate in agt state, soos uiteengesit in die tabel hieronder. Benewens Skorpios, bedryf vyf ander maatskappye ook waferfabrieke buite die VSA.

Soos hierbo genoem, het Intel halfgeleiervervaardigingsbedrywighede in Israel, Ierland en China. Benewens sy fabrieke in die Verenigde State, bedryf Micron fabrieke in Singapoer, Japan en [敏感词]. Texas Instruments het waferproduksie in China, Maleisië, [敏感词] en die Filippyne, sowel as in Texas. GlobalFoundries is die voorste suiwer wafelgieterye in die VSA dit word deur die emiraat ABU Dhabi besit deur die soewereine welvaartfonds Mubadala en het wafelvervaardigingsfasiliteite in Duitsland en Singapoer. In 2019 het die maatskappy planne om 'n fabriek in Chengdu, China oop te maak, gekanselleer.

Terwyl Amerikaanse chipvervaardigingskapasiteit relatief stabiel is, groei kapasiteit en produksie buite die VSA, veral in Asië. Gevolglik voorspel SIA dat die Amerikaanse aandeel in halfgeleierkapasiteit teen 10 tot 2030 persent sal daal, terwyl Asië se aandeel tot 83 persent sal groei. In 2019 was nie een van die ses nuwe halfgeleiervervaardigingsfasiliteite wat in die wêreld geopen is in die Verenigde State nie, maar vier was in China.

Soos bespreek in die "Ontwerp"-afdeling van hierdie verslag, word drie hooftipes skyfies gedek: geheue, logika of digitaal, en analoog. Soos die grafiek hieronder toon, spesialiseer verskillende dele van die wêreld in verskillende gebiede. Slegs 5 persent van geheueskyfies word byvoorbeeld in die Verenigde State vervaardig, vergeleke met 44 persent in Suid-Korea en 14 persent in China. In herinnering het China gefokus op die vinnige uitbreiding van Changjiang Storage, en $24 miljard se subsidies aan die maatskappy toegeken (vir sy Wuhan-aanleg alleen). Sy uitbreiding en laeprysprodukte hou 'n direkte bedreiging in vir MICron en Western Digital, Amerikaanse geheueskyfievervaardigers.

In logika of digitale skyfies (soos rekenaars en selfoonmikroverwerkers), produseer die VSA geen gevorderde prosesnodusse nie (minder as 10 nanometer), terwyl [敏感词] 92 persent het. In ander logiese slottegnologie is die Verenigde State baie toonaangewende: 43% van die mees gevorderde (10-22 nm) logiese skyfies, en 6% tot 9% van die vorige generasie (28 nm en ab.ove) logikaskyfies word in die Verenigde State vervaardig; [敏感词] produseer 47 persent van sulke logika-skyfies, terwyl China ongeveer 19 tot 23 persent van logika-skyfies produseer. Laastens, vir die analoog/diskrete komponentsegment, word 19% in die Verenigde State, 17% in China en ongeveer 27% in Korea vervaardig.

(iv) Oorsig van geïntegreerde stroombaan vervaardiging

Die Verenigde State het nie produksiekapasiteit op die mees gevorderde tegnologiese vlak nie:

Die VSA het nie halfgeleierproduksiekapasiteit vir die mees gevorderde halfgeleierprosesnodusse (tans 5 nanometer), wat tans slegs deur TSMC ([敏感词]) en Samsung (Suid-Korea) bedryf word. Die mees gevorderde FAB in die Verenigde State is die 10-nm-proseslyn wat deur Intel bedryf word, wat na verwagting eers in 7 volle 2023-nm-produksie sal betree en in Januarie 2021 aangekondig het dat dit TSMC se "verbeterde" 7-nm of onder produksielyn vir sy nuutste logiese kringprodukte. Gevolglik maak Amerikaanse fabellose skyfiemaatskappye nou byna heeltemal staat op Asiatiese produsente, veral TSMC, om die mees gevorderde skyfies (7nm of kleiner) te vervaardig. Benewens voorsieningskettingrisiko's wat deur geografies gekonsentreerde produksie veroorsaak word, wek die gebrek aan moderne binnelandse tegnologiese vermoëns kommer oor nasionale veiligheid, aangesien sommige toepassings veilige toegang tot die nuutste prosestegnologie vereis om tegnologiese superioriteit te verseker.

Inkomste uit die verkope van skyfieprodukte hang af van China:

Amerikaanse skyfievervaardigers maak ook baie staat op verkope aan China vanweë sy oorheersing in elektroniese produksie. China is die grootste mark vir halfgeleiers, waarvan die meeste weer uitgevoer word namate dit in terminale elektronika saamgestel word, insluitend verbruikerselektronika en -toestelle. Byvoorbeeld, selfoonskyfieverskaffer Qualcomm het twee derdes van sy inkomste uit China gekry, terwyl die geheuevervaardiger Micron 57% van sy inkomste uit China gekry het, volgens 2018-data van The Economist. Intel het in 2020 berig dat China verantwoordelik was vir 26 persent van sy inkomste. Swaar afhanklikheid van Chinese verkope bied die Chinese regering ekonomiese hefboom en die potensiaal om teen die Verenigde State te vergeld.

China se begeerte om die halfgeleierbedryf te lei:

China se aandeel in die wêreldwye halfgeleierbedryf is relatief klein, en sy maatskappye maak hoofsaaklik lae-end skyfies. SMIC, China se mees gevorderde suiwer gieterye, kan slegs op 14 nanometer nodusse produseer en het beperkte kapasiteit. China is egter in die middel van 'n groot staatsgeleide poging om sy inheemse vertikaal geïntegreerde IDM-industrie te ontwikkel, met die doel om die bedryf teen 2030 'n leier op alle terreine te maak. China se aandeel in halfgeleierwafer-kapasiteit het in 16 op 2019 persent gestaan, maar sal na verwagting teen 28 tot 2030 persent groei. Die Chinese regering verskaf $100 miljard aan subsidies vir sy halfgeleierbedryf, insluitend die ontwikkeling van 60 nuwe vervaardigingsaanlegte. Soos bespreek in die "ontwerp"-deel van die voorsieningsketting, het China aggressief sy eie geheueskyfievervaardigers gesubsidieer om sy afhanklikheid van die wêreld se drie grootste geheuemaatskappye te verbreek: Samsung (Suid-Korea), SK Hynix (Suid-Korea) en Micron (VSA). ). Micron, 'n Amerikaanse geheuemaatskappy, is 'n direkte mededinger van Changjiang-berging en sal waarskynlik die eerste Amerikaanse maatskappy wees wat sien dat sy toekomstige mededingendheid en innovasie bedreig word deur Chinese subsidies aan sy mededingers.

Vrywaring: Hierdie artikel is herdruk uit "Mnr. Wang se Restaurant praatjie", hierdie artikel verteenwoordig slegs die skrywer se persoonlike sienings, verteenwoordig nie die sienings van Sakwei en die bedryf nie, net om te herdruk en te deel, ondersteun die beskerming van intellektuele eiendomsregte, herdruk Dui asseblief die oorspronklike bron en outeur aan, indien daar oortreding is, kontak ons ​​asseblief om dit uit te vee.