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bob备用:一文看懂半导体职业现状

  发布时间:2021-08-27 22:24:55 | 来源:bob真人官网 作者:bob手机app下载
  

  半导体或许是世界上最重要的职业,因为它们是各种产品和服务的根底。此外,它们在新式技能(例如人工智能(AI),高功能核算(HPC),5G,物联网和自治体系等)中发挥要害的促进效果。与我国现已在全球范围内取得高额商场份额的职业(包含高铁,太阳能电池板和电信设备)不同,我国大陆在半导体范畴的全球商场份额和竞赛力,特别是在总部设在我国的公司方面,在半导体范畴依然不大。半导体工业的全球领导者首要散布在欧洲,日本,韩国,我国台湾和美国。

  “半导体”一词是指一种固体物质——如硅,这些产品具有导电性,能够用作导体或绝缘体。半导体,也被称为集成电路(IC),构成了为电子设备供给动力的大脑,供给了支撑数字核算的核算和存储才干。半导体将多达300亿个晶体管封装在一平方厘米巨细的芯片上,电路以纳米级(nm,长度单位等于百万分之一米)水平丈量,最新的半导体制作厂出产5 nm和 3 nm标准的半导体。最前沿的半导体含有比人类头发薄10000倍的晶体管,其作业公役乃至小于冠状病毒的巨细。2019年,全球半导体职业发明了4120亿美元的收入,出货量超越1万亿美元。分析师估量,到2026年,半导体职业将添加至7300亿美元。

  2019年,总部设在美国的半导体企业占全球半导体职业出售额的47%(较2012年的51.8%份额下降约5%),其次是韩国企业占19%,日本和欧洲企业各占10%,我国台湾企业占6%,我国大陆企业占5%。(见图1。)

  但是,因为美国许多半导体是在我国台湾和我国大陆等地出产的,出产份额有所不同。事实上,到2019年,美国仅占全球半导体制作产能的11%,而韩国占28%,我国台湾占22%,日本占16%,我国大陆占12%,欧洲占3%。(见图2)。从2015年到2019年,我国占全球半导体制作产能的份额翻了一番。到2020年年末,美国只要20家半导体制作工厂(“晶圆厂”)在运营。

  半导体的四种首要类型是逻辑芯片、存储器(一般是动态随机存取存储器(DRAM)或NAND)芯片、模仿芯片(那些发生信号或转化信号特性的芯片,在轿车和音频运用中特别盛行),以及分立芯片(规划用于履行特定电子功用的芯片)。就全球半导体职业各首要细分商场按公司总部所在区域分的商场份额而言,2019年,美国在逻辑和模仿范畴显着抢先,韩国在内存范畴抢先(美国紧随其后),欧洲企业在分立半导体范畴抢先。总部设在我国的公司在逻辑商场范畴的注册份额仅为9%,在离散范畴的注册份额仅为5%。(参见图3)。

  2019年,逻辑部分的全球出售额为1070亿美元,内存部分为1060亿美元,模仿部分为540亿美元。英特尔是逻辑芯片商场份额的全球领导者。德州仪器、ADI和英飞凌是模仿芯片商场的领头羊,到2020年第一季度,其商场份额别离为19%、10%和7%。三星和SK Hynix(总部均坐落韩国)紧随其后的Micron(美国)在DRAM出产方面居世界抢先位置,别离占44%,到2020年第1季度,占全球商场份额的29%和21%。英特尔、三星、台积电、SK海力士和美光在终究猜测的2020年半导体出售中抢先竞赛对手。(见表1)该表还显现了美国无晶圆厂半导体职业的实力:2019年,美国本乡的半导体规划公司占全球无晶圆厂半导体出售额的65%,抢先企业包含高通公司。博通、英伟达、苹果和AMD。

  如表1所示,该职业高度全球化,许多国家的企业在半导体出产的多个方面打开竞赛,从半导体规划到制作,再到ATP(拼装、测验和封装)活动。事实上,半导体价值链的每个环节均匀有25个国家的公司参加直接供应链,23个国家的公司参加支撑功用。超越12个国家有直接从事半导体芯片规划的企业,39个国家至少有1个半导体制作厂,而超越25个国家有从事ATP活动的企业。(见图4)半导体出产进程的每个环节都发明了很多价值,其间美国世界交易委员会(U.S.ITC)估量,半导体芯片90%的价值在规划和制作阶段均匀分配,最终10%的价值出产经过ATP活动进行。

  出产一些世界上最先进的技能设备所需的全球价值链的广度和规划现已在该职业发生了许多商业/运营形式。(见图5)从历史上看(可追溯到20世纪50年代和60年代),半导体职业首要由集成器材制作商(IDM)组成,也便是说,这些公司在内部担任半导体制作的一切要害方面,特别是规划和制作。英飞凌(Infineon)、英特尔(Intel)、美光(Micron)、瑞萨(Renesas)、三星(Samsung)、SK海力士(SK Hynix)和德州仪器(Texas Instruments)等公司至今依然是IDM的领军企业。

  1987年,我国台湾的张忠谋创立了台积电(台湾半导体制作公司),该公司创始了代工商业形式,专心于为其他半导体公司代工,这些公司一般专心于为特定用处规划半导体,如人工智能、无线通信或高功能核算运用。这本质上代表了外包制作,或“制作即服务”——它彻底改变了职业,催生了台积电以外的许多新参加者,包含美国的全球代工厂、我国大陆的半导体制作世界公司(SMIC)和我国台湾的联电公司(UMC)。

  外包ATP(也称为外包拼装和测验,或OSAT)由多家全球公司履行,包含Amkor(美国)、ASE Technology(马来西亚)、J-Devices(日本)、Power Tech(我国大陆)和Siliconware Precision Industries(我国台湾)。在这一进程的前端是专心于半导体研制(R&D)活动的公司和财团,如CEA Leti(法国)、Imec(比利时)、ITRI(我国台湾)、SEMATECH(美国)和半导体研讨公司(美国)。

  别的一批进口量也很高的公司首要是运用资料公司(美国)、ASML公司(荷兰)、KLA Tencor公司(美国)和Lam Research公司(美国)——这些公司出产经营半导体工厂的机器和东西设备。2020年,全球半导体制作设备职业本身发明了620亿美元的收入,估量到2025年,收入将以9%的复合年添加率(CAGR)添加至960亿美元。最终,一些企业,特别是来自日本、韩国和我国台湾的企业,制作化学品和重要部件半导体制作工艺。例如,氟化聚酰亚胺是一组供给物理强度和耐热性的特别聚合物,由大金化学(日本)、杜邦(美国)、日本朝日Kaneka Kashi Kasei和我国台湾Taimide Technology出产。

  换言之,全球半导体工业的一个要害驱动力是专业化,因为各国(区域)企业乃至整个工业生态体系集群都挑选将其竞赛精力会集在把握半导体出产进程的要害方面(例如,荷兰在极紫外(EUV)光刻技能方面的实力,日本在化学品和出产设备方面的实力,韩国在内存芯片方面的实力,我国台湾在代工厂方面的实力,或马来西亚和越南在ATP活动方面的实力)。

  没有哪个职业的立异动力能像半导体职业的摩尔定律那样明晰而有用。由英特尔联合创始人戈登·摩尔(Gordon Moore)发明的“摩尔定律”(从技能上讲是指“进程节点缩放”)代表了这样一个概念,即微芯片上的晶体管数量大约每两年翻一番,实践上意味着半导体在速度和处理才干方面翻了一番,虽然它的本钱下降了一半。摩尔的猜测被证明对错常有先见之明,至少到目前为止,对错常牢靠的。摩尔定律的立异进程在半导体功能和本钱方面取得了巨大的前进:每片晶圆的晶体管数量添加了近1000万个(自1975年摩尔定律提出以来),处理器速度进步了10万倍,每片晶圆的本钱下降了45%以上可比绩效年。(见图6)摩尔定律也为职业供给了某种程度上的指导性立异途径,为竞赛前研讨财团的尽力及其拟定长时刻职业路线图供给了方向。但是,虽然有些人以为摩尔定律是天经地义的,但一项研讨发现,现在完结摩尔定律所需的研讨人员人数是20世纪70年代初所需人数的18倍多。

  这说明了一个要害点:全球半导体职业的立异并不像“天赐甘露”那样到来,而是适当可观的出资的成果,从研制进程本身开端,也延伸到制作和运营现代半导体工厂所需的本钱。英特尔于2020年7月宣告,它在开发芯片制作技能的下一个重大进展方面至少落后了一年,也便是说,从10nm技能开展到7nm技能(它乃至或许不得不依靠竞赛对手的制作设备进行某些出产),作为一个明显的提示,半导体的立异并不简单,也不廉价,也不牢靠。事实上,让摩尔定律继续运转并不是一件十拿一稳的工作;相反,这是来自许多国家的职业参加者在曩昔几十年里投入数千亿美元的成果(政府对根底研讨和运用研讨的出资也起到了弥补效果)。

  在2019年“欧盟工业研制出资记分牌”排名前13位的半导体公司中,有6家来自美国,研制密布程度排名前三的公司是高通、我国台湾联发科和美国AMD。(见表2)。在实践出资方面,三星以148亿欧元(约176亿美元)居首,华为以127亿欧元(150亿美元)紧随其后,英特尔以118亿欧元(137亿美元)紧随其后,但值得注意的是,在这三家公司中,英特尔是仅有一家事务彻底与半导体相关的公司。2020年版的陈述包含的企业级数据较少,但陈述发现,华为已成为全球第三大研制出资者,仅在曩昔五年中,华为的研制水平就添加了225%(上一年添加了31.2%),而在全球前十大研制出资者中,三星排名第四,英特尔排名第八。

  该职业也是高度本钱密布的职业;2019年,美国半导体职业的全球总本钱开销(CapEx)总计319亿美元,使该职业的本钱开销占出售的12.5%,仅次于美国的代替动力部分(虽然这或许是因为他们核算了装置的终端运用客户设备)。(参见图8)。

  图9:2019年各国(区域)总部企业占全球半导体职业本钱开销的百分比(包含不同的国家和区域)

  就全球本钱出资而言,2019年,总部设在韩国的企业在该范畴的出资占全球本钱开销的31%,其次是美国公司的28%,我国台湾公司的17%,我国大陆公司的10%,日本公司的5%,欧洲公司的4%。(参见图9)。相同,首要国家(区域)和公司之间存在着会集度:例如,2014年,只要三家公司(三星、英特尔和台积电)占全球半导体工厂一切开销的60%。

  全球半导体职业的研制和本钱有必要如此密布,因为半导体职业的立异需求越来越杂乱的芯片规划,并且规划越来越小,特别是假如该职业要保持摩尔定律(Moore s Law)的话。虽然在上个十年之初,有些人以为28纳米阈值预示着摩尔定律的极限,但在曩昔十年中,在EUV光刻、蚀刻和薄膜堆积等资料工程上的打破现已将当时的工业前沿带到了5纳米,而要到达3纳米、2纳米乃至1纳米巨细的集成电路所需的工艺也适当明晰可见。

  这还仅仅规划芯片的本钱;实践上,为出产这些越来越小的芯片而制作的晶圆厂也在不断添加。2019年,台积电宣告将在亚利桑那州制作一座5纳米晶圆厂,耗资120亿美元;2017年,该公司曾宣告方案在台湾制作一座3纳米晶圆厂,估量本钱为200亿美元。总的来说,到2020年,制作一座14-16纳米晶圆厂的均匀本钱估量为130亿美元;10nm晶圆厂150亿美元;7纳米晶厂180亿美元;以及价值200亿美元的5纳米晶厂。(参见图11)。

  这反映了该职业竞赛本钱的不断上升。20年前,近30家公司在技能前沿制作集成电路,而今日只要5家公司这样做(英特尔、三星、台积电、美光和海力士)。除了制作晶圆厂的本钱之外,维护这些晶圆厂继续运转的费用也值得注意。一个先进晶圆厂10年的本钱,包含初始出资和年运营本钱,可高达400亿美元。

  简直每天都有依据标明,全球半导体职业的企业需求到达规划,才干有用竞赛。例如,2019年11月,AMD以350亿美元收买了Xilinx。此外,2020年的三大并购买卖(触及美国公司)都是半导体职业,包含英伟达以400亿美元收买英国芯片规划公司Arm Holdings(遭到日本软库支撑),以及ADI以200亿美元收买Maxim Integrated products

  半导体职业是一个以立异为根底的职业,其特点是研制、规划和出产设备的固定前期本钱极高,但出产本钱却在不断添加(即单个芯片以边沿本钱从出产线下来)。此外,该职业基本上依靠于一代立异来为下一代的出资供给资金,因而10nm晶圆厂的赢利发生了出资7nm 晶圆厂的收入,这使得未来的5nm和3nm晶圆厂成为或许。事实上,首要半导体公司下一年的收入与研制开销之间存在很强的正相关联系(0.93)。这意味着,假如更具立异才干的半导体企业的出售输给立异性较弱的我国企业,它们均匀会削减研制开销。这一动态非常重要,因为每一代顶级半导体技能的寿数只要两到四年,之后就会被新技能替代。

  因而,全球工业保持本身开展的才干取决于三个要害要素:公正进入全球商场、经过商场竞赛削减人为的产能过剩和价格大幅跌落,以及最小化常识产权偷盗。假如这些要素不存在,那么全球立异就会遭到阻止。

  首要,半导体公司需求进入大型全球商场,以便在一个大型全球商场上摊销和回收本钱。换句话说,进入更大的商场能让它们更好地付出这些固定本钱,这样单位本钱就会更低(推进更多消费),而用于再出资(特别是在研制方面)的收入就会更高。这便是为什么大多数立异工业的公司都是全球化的。假如他们能在20个国家而不是5个国家出售,将出售扩大到本来的4倍,那么他们的本钱添加就远远少于本来的4倍。销量越高,就能够投入更多资金来发生更多立异。这就解说了为什么一项针对欧洲企业的研讨发现,关于高科技企业来说,“跟着时刻的推移,它们进步技能常识水平的才干取决于它们的规划:研制出资者规划越大,其技能前进速度就越快。”

  鉴于研制和本钱设备的固定本钱明显添加,进入全球商场的才干对半导体职业来说比以往任何时候都更重要。这意味着下降交易壁垒的方针对半导体立异尤为重要。缺少一体化的全球商场或许会对固定本钱与边沿本钱比率较低的传统职业形成相对较小的损伤,如玩具、鞋类和钢铁。但在半导体等以立异为根底的工业中,商场壁垒对全球立异形成了严峻危害。进入全球商场关于大规划出产也是至关重要的,当学习效应对职业如此重要时,大规划出产至关重要。例如,一项研讨发现,均匀“学习率”约为20%,这意味着累积产值每添加一倍,每单位半导体出产本钱就下降20%。

  从这个意义上说,我国在进入其商场方面的举动将在该职业的立异中发挥要害效果。依据一项研讨,我国现在占全球半导体消费的60%。依据《世界商业战略》,2019年,我国半导体职业出售额为2122亿美元,北美为595亿美元,世界其他区域为488亿美元,欧洲为418亿美元,日本为387亿美元。(参见图12)。

  明显,我国商场适当重要,在许多美国半导体公司的收入中占了适当大的份额。例如,2018年前4个月,我国商场占高通收入的60%以上,占美光收入的50%以上,占博通收入的45%左右,占德州仪器收入的40%以上。(参见图13)。2018年,约36%的美国半导体公司收入,即750亿美元,来自对我国的出售。公正、非轻视地进入我国商场,为企业供给了赚取收入的时机,这些收入能够再出资于未来几代的立异。

  第二,当企业面对过度的、非商场竞赛时,立异就会削减。当政府投入数千亿美元的补助时,就会呈现这种状况,这不公正地使那些企图以真实商场化的条件竞赛的企业处于晦气位置。换句话说,假如抢先的公司不能确保他们能取得合理的、经危险调整的出资回报率——这一点遭到一些政府的质疑,比方我国投入很多资金创立国内半导体工业——那么抢先的公司将不得不削减他们的研制和本钱开销。

  因为该职业从根本上依靠于常识、技能和专有技能,一个具有强壮常识产权(包含专利、商业秘密和商标)的世界体系关于为投入很多研制供给满足的鼓励至关重要。例如,制作DRAM芯片触及1000多个过程。假如公司不能保存和维护贵重的常识产权,而这些常识产权又不合法地流向竞赛对手,他们的收入就会下降,然后削减出资。

  最终,如前所述,该职业依靠敞开平和稳活动的全球半导体价值链,使世界各地的各种参加者对半导体研制、立异和出产做出奉献。但是,正因为如此,正如经济合作与开展安排(OECD)在其陈述“衡量世界商场的歪曲:半导体价值链”中指出的那样,这种广泛的职业世界化“意味着任何交易歪曲都会被扩大,并在许多公司和商场之间传达。”

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