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芯片供應(yīng)鏈風(fēng)險全解讀!美國白宮發(fā)250頁重磅報告

發(fā)布人:芯東西 時間:2021-06-24 來源:工程師 發(fā)布文章
該報告匯總分析了全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)核心地區(qū)的補(bǔ)貼及激勵措施。

編譯 |  心緣
編輯 |  漠影芯東西6月21日報道,兩周前,美國白宮發(fā)布了一份長達(dá)250頁的關(guān)鍵產(chǎn)品供應(yīng)鏈百日評估報告,指出美國供應(yīng)鏈存在的一系列漏洞。該報告建議美國國會支持至少500億美元的投資,來為美國本土半導(dǎo)體制造和研發(fā)提供專用資金,并建議美國政府成立一個新的供應(yīng)鏈中斷工作小組,幫助緩解瓶頸和供應(yīng)限制問題。在報告的第四章節(jié),美國商務(wù)部用約60頁來分析全球半導(dǎo)體供應(yīng)鏈局勢,尤其考察設(shè)計、制造、后端ATP、材料、制造設(shè)備這五大半導(dǎo)體供應(yīng)鏈關(guān)鍵環(huán)節(jié),并對全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)核心地區(qū)的補(bǔ)貼及激勵措施加以匯總。我們對其中的關(guān)鍵信息進(jìn)行編譯及梳理,以供參考



一個半導(dǎo)體產(chǎn)品可能跨越70次國際邊界


美國在全球半導(dǎo)體制造中所占份額已經(jīng)從1990年的37%下降到現(xiàn)在的12%,如果沒有一個全面的美國戰(zhàn)略來支持,該數(shù)字預(yù)計還會進(jìn)一步下降。典型的半導(dǎo)體生產(chǎn)過程涉及多國,產(chǎn)品可能跨越70次國際邊界,整個過程需要長達(dá)100天,其中12天是供應(yīng)鏈步驟之間的中轉(zhuǎn)。下圖是供應(yīng)鏈的程式化表示。

目前,美國的半導(dǎo)體設(shè)計生態(tài)系統(tǒng)處于世界領(lǐng)先地位,但高度依賴對中國的銷售和有限的IP、勞動力及制造資源。美國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(SIA)估計,2020年美國半導(dǎo)體行業(yè)的年銷售額為2080億美元,占據(jù)了全球半導(dǎo)體市場的近一半,是美國第四大主要出口產(chǎn)品。美國半導(dǎo)體制造能力則相對欠缺,前沿邏輯芯片主要依靠中國臺灣,成熟節(jié)點芯片需求主要依賴中國臺灣、韓國和中國大陸。同樣,其封測也嚴(yán)重依賴亞洲企業(yè)。SIA估計,如果臺灣芯片代工廠的邏輯芯片生產(chǎn)中斷,可能導(dǎo)致依賴芯片供應(yīng)的電子設(shè)備制造商損失近5000億美元的收入。半導(dǎo)體生產(chǎn)需要數(shù)百種材料,許多用于半導(dǎo)體的氣體和濕式化學(xué)品是在美國生產(chǎn)的,但對于美國來說,海外供應(yīng)商主導(dǎo)了硅晶圓、光掩膜和光刻膠的市場。從設(shè)備來看,美國在大多數(shù)前端半導(dǎo)體制造設(shè)備的全球生產(chǎn)中,占有相當(dāng)大的份額,但關(guān)鍵的光刻設(shè)備生產(chǎn)除主要集中在荷蘭和日本。由于美國的半導(dǎo)體制造有限,這些設(shè)備制造商嚴(yán)重依賴美國以外的銷售。該報告的綜述總結(jié)了8種主要風(fēng)險,包括:(1)脆弱的供應(yīng)鏈;(2)惡意供應(yīng)鏈中斷;(3)使用過時的和幾代前的半導(dǎo)體,以及供應(yīng)鏈中公司持續(xù)盈利的相關(guān)挑戰(zhàn);(4)客戶集中度與地緣政治因素;(5)電子生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)效應(yīng);(6)人力資本缺口;(7)IP盜用;(8)在獲取創(chuàng)新利益、協(xié)調(diào)私人和公共利益方面的挑戰(zhàn)。
設(shè)計:美國邏輯芯片領(lǐng)先,營收依賴中國


芯片設(shè)計越來越多由“無晶圓廠(fabless)”半導(dǎo)體設(shè)計公司進(jìn)行,其產(chǎn)業(yè)集中度明顯低于制造和設(shè)備環(huán)節(jié)。總體而言,美國半導(dǎo)體設(shè)計生態(tài)系統(tǒng)是強(qiáng)大的和世界領(lǐng)先的,但其無晶圓廠設(shè)計公司必須與亞洲代工廠密切合作,且設(shè)計流程依賴于IP供應(yīng)商和電子設(shè)計自動化(EDA)軟件。當(dāng)前基本的IP和EDA提供商的總部主要設(shè)在美國,美國仍對高技能人才具有吸引力,不過也面臨越來越依賴海外人才的問題。另外,美國芯片設(shè)計公司的銷售增長越來越依賴中國,這會影響到其研發(fā)支出。


半導(dǎo)體市場主要包含邏輯半導(dǎo)體、存儲半導(dǎo)體和模擬半導(dǎo)體,三者在2020年的市場份額分別約為42%、26%和14%,其余市場份額為分立器件、光電器件、傳感器器件等非集成電路半導(dǎo)體。1、邏輯芯片:美國遙遙領(lǐng)先邏輯芯片是計算的基石,中央處理器(CPU)、專用圖形處理單元(GPU)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)的市場均為雙巨頭壟斷,而在專用集成電路(ASIC)和基于Arm架構(gòu)的移動設(shè)備處理器供應(yīng)商基礎(chǔ)上,競爭明顯加劇。美國在這些芯片設(shè)計方面處于世界領(lǐng)先地位。


2、存儲芯片:DRAM三分天下,閃存繼續(xù)整合存儲芯片方面,韓國三星、SK海力士和美國美光為動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(DRAM)領(lǐng)域的行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者,三家在2020年占據(jù)了全球700億美元存儲芯片市場的95%。閃存(NAND)生產(chǎn)則不那么集中,韓國三星、日本鎧俠、美國西部數(shù)據(jù)、韓國SK海力士、美國美光、美國英特爾這6家公司估計占2020年470億美元全球市場的99%。NAND業(yè)務(wù)似乎正在進(jìn)一步整合,去年英特爾計劃將其大部分NAND業(yè)務(wù)出售給SK海力士,也有報道稱,西部數(shù)據(jù)和美光可能正尋求收購鎧俠。此外,中國長江存儲也正快速擴(kuò)張。3、模擬芯片:輕晶圓廠運營模式較熱與存儲芯片相比,模擬芯片商品化程度較低,通常不太依賴于使用先進(jìn)制造節(jié)點。2020年,10家最大的模擬集成電路供應(yīng)商占560億美元市場的62%,只有德州儀器的市場份額超過10%。許多領(lǐng)先的模擬半導(dǎo)體公司都以“輕晶圓廠”(fab-lite)生產(chǎn)商的身份經(jīng)營,采用自行建廠生產(chǎn)和外包相結(jié)合的方式。4、非集成電路芯片:市場高度分散分立器件、光電和傳感器等非集成電路半導(dǎo)體在2020年的銷售額為790億美元,占整個半導(dǎo)體市場(4400億美元)的近18%。這類產(chǎn)品中的大部分半導(dǎo)體都是成熟的節(jié)點技術(shù)芯片,通常每種只值幾分錢,市場高度分散。除了成熟節(jié)點技術(shù)之外,非集成半導(dǎo)體的關(guān)鍵驅(qū)動技術(shù)主要是在電源管理和小型化方面的創(chuàng)新,特別是面向離散功率半導(dǎo)體,汽車是一大關(guān)鍵的終端應(yīng)用領(lǐng)域。美國主導(dǎo)的氮化鎵(GaN)、碳化硅(SiC)和其他化合物半導(dǎo)體襯底的研發(fā)是電力管理和分配、高頻功率放大和光電子等各種應(yīng)用發(fā)展的關(guān)鍵,平面顯示半導(dǎo)體也屬于這一類。5、上游IP與EDA:由歐美公司主導(dǎo)IP授權(quán)與EDA工具加速了芯片設(shè)計的創(chuàng)新。全球三大EDA供應(yīng)商均在美國,同時IP核心領(lǐng)域歷來由總部位于美國和英國的公司主導(dǎo)。該報告分析稱,美國企業(yè)在EDA的主導(dǎo)地位至少源自這些因素:市場領(lǐng)導(dǎo)者有能力收購和合并較小的EDA供應(yīng)商、換EDA供應(yīng)商對設(shè)計企業(yè)來說成本高昂,以及EDA公司與代工廠的關(guān)系。同時該報告認(rèn)為,過去幾年,中國已采取措施增強(qiáng)對半導(dǎo)體IP的獲取和控制,這可能會限制美國公司可獲得的IP,從而給美國產(chǎn)業(yè)帶來風(fēng)險。
制造:缺乏先進(jìn)工藝節(jié)點生產(chǎn)能力


晶圓廠有IDM和純晶圓代工廠兩種模式。IDM廠執(zhí)行從設(shè)計到最終測試的全部流程,約占全球半導(dǎo)體產(chǎn)能的2/3。SIA報告稱,44%美國半導(dǎo)體公司的生產(chǎn)能力位于美國??傮w而言,2020年美國占全球IDM收入的51%,在邏輯和模擬芯片方面尤其強(qiáng)大。純晶圓代工廠約占全球芯片產(chǎn)能的1/3,但占邏輯芯片產(chǎn)能的近80%。中國臺灣占據(jù)了63%的全球代工市場份額,其中臺積電一家就占了53%;韓國約占18%、中國大陸約占6%。美國在最先進(jìn)芯片工藝節(jié)點上缺乏生產(chǎn)能力。目前全球僅臺積電、三星領(lǐng)先,美國英特爾預(yù)計到2023年才會全面進(jìn)入7nm生產(chǎn),因此美國無晶圓廠芯片公司幾乎完全依賴亞洲代工廠來生產(chǎn)最先進(jìn)的芯片。同時美國在成熟節(jié)點也依賴集中在中國臺灣、韓國和中國大陸的芯片制造商。


一個300mm(12英寸)晶圓,可以生產(chǎn)600個或更多的獨立芯片。在美國的40家主要半導(dǎo)體晶圓廠中,有20家采用現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)的300mm晶圓;其他的則使用200mm(8英寸)或以下的晶圓。2009年至2018年間,全球有超過100家150-200mm晶圓廠關(guān)閉,其中70%關(guān)閉地點位于美國和日本。IC Insights認(rèn)為,許多晶圓廠使用了數(shù)十年,已經(jīng)超過了它們的實際用途。在某些情況下,它們被更具成本效益或升級的設(shè)施所取代。在其他情況下,擁有晶圓廠的成本太高,一些公司轉(zhuǎn)向了輕晶圓廠或無晶圓廠的商業(yè)模式。雖然美國芯片產(chǎn)能一直相對穩(wěn)定,但美國以外的產(chǎn)能和產(chǎn)量也在增長,尤其是在亞洲。SIA預(yù)測,到2030年,美國在半導(dǎo)體生產(chǎn)能力中的份額將下降到10%,而亞洲的份額將增長到83%。2019年,全球新建的6家半導(dǎo)體生產(chǎn)工廠中,沒有一家在美國,有4家在中國


和設(shè)計業(yè)類似,美國芯片制造商也嚴(yán)重依賴對中國市場的銷售。美國勞動力老齡化問題,也對美國的芯片生產(chǎn)構(gòu)成了威脅。另外,半導(dǎo)體制造對能源的需求很高。設(shè)施每運行1小時,可能需要多達(dá)100兆瓦時的電力,相當(dāng)于美國家庭9年的平均耗電量。由于電力占制造運營成本的30%,獲得可靠且負(fù)擔(dān)得起的能源對半導(dǎo)體制造商具有競爭力至關(guān)重要。事實上,全球化和高度專業(yè)化的半導(dǎo)體制造供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu),加上地理制造業(yè)集群的經(jīng)濟(jì)利益,增加了自然和人為災(zāi)害造成破壞的風(fēng)險。此前,斷電、火災(zāi)等突發(fā)事件均影響至全球芯片的供應(yīng)。美國環(huán)境保護(hù)署已經(jīng)意識到這些問題,并一直與半導(dǎo)體行業(yè)就如何在未來的法規(guī)制定過程中考慮供應(yīng)鏈的影響,保持著不斷的溝通。
后端ATP:美國缺乏生態(tài),嚴(yán)重依賴亞洲


芯片生產(chǎn)的后端ATP環(huán)節(jié),包括半導(dǎo)體組裝、測試、封裝和先進(jìn)封裝。該環(huán)節(jié)通常由IDM廠商、純晶圓代工商和外包半導(dǎo)體封測(OSAT)廠商來提供服務(wù)。當(dāng)前,美國只占有全球半導(dǎo)體封裝能力的3%,這還不包括測試能力,主要由IDM提供,他們通常在美國之外建有ATP設(shè)施。美國公司占ATP市場營收的28%,IDM ATP市場營收的43%。中國臺灣的臺積電、聯(lián)電,中國大陸的中芯國際、武漢新芯,均有封裝業(yè)務(wù)。美國的OSAT只占全球OSAT業(yè)務(wù)的15%,中國臺灣和大陸地區(qū)則約占據(jù)全球市場的73%。安靠技術(shù)(Amkor)雖然總部設(shè)在美國,但沒有在美國建立生產(chǎn)設(shè)施。


傳統(tǒng)上,ATP是一個自動化和低價值的業(yè)務(wù),主要集中在中國大陸、中國臺灣和東南亞地區(qū),但美國半導(dǎo)體的供應(yīng)離不開這一關(guān)鍵環(huán)節(jié),同時近些年來,封裝技術(shù)正變得越來越先進(jìn),中國在過去幾年在先進(jìn)封裝方面進(jìn)行了大量投資。根據(jù)SEMI和Techsearch數(shù)據(jù),2018年全球有超過120家OSAT公司和360家封裝廠,其中超過100家封裝廠在中國大陸,大約100家在中國臺灣,43家在東南亞,其他在歐美地區(qū)。先進(jìn)封裝類型包括芯片堆疊技術(shù)、嵌入式芯片、扇出晶圓級封裝和系統(tǒng)級封裝。邏輯芯片的一種方法是將標(biāo)準(zhǔn)化IP功能分離成不同的、更小的芯片,稱為“chiplet”,美國國防部高級研究計劃局(DARPA)及多家企業(yè)均在探索這一技術(shù)方向。2019年,先進(jìn)封裝占總半導(dǎo)體封裝價值的42.6%,預(yù)計到2025年將達(dá)到總體半導(dǎo)體封裝市場的近1/2。從2014年到2025年,先進(jìn)封裝的收入預(yù)計將從2014年的200億美元增至2025年的約420億美元,增長1倍多;其復(fù)合年增長率(CAGR)為6.1%,幾乎是傳統(tǒng)封裝市場預(yù)期增長的3倍。當(dāng)前全球前10大先進(jìn)封裝公司,包括2家IDM商(美國英特爾、韓國三星),1家代工商(中國臺灣臺積電),全球前5大OSAT商(中國臺灣日月光、中國臺灣矽品、美國安靠、中國臺灣力成科技、中國大陸長電科技),和2家更小的OSAT商(韓國Nepes Display和中國臺灣頎邦科技)。這10家公司生產(chǎn)了全球大約3/4的先進(jìn)封裝芯片。此外,美國缺乏開發(fā)先進(jìn)封裝技術(shù)的生態(tài)系統(tǒng)。先進(jìn)封裝材料方面,美國在先進(jìn)封裝基板及相關(guān)供應(yīng)鏈方面能力不足,而中國正成為更具吸引力的基板供應(yīng)商的市場。美國的印刷電路板制造業(yè)曾經(jīng)占全球總生產(chǎn)量的30%以上,如今只占不到5%。美國IPC/USPAE機(jī)構(gòu)預(yù)計,美國在下一代電子應(yīng)用所需的印刷電路板制造技術(shù)方面落后亞洲20年,在制造用于微電子封裝的先進(jìn)印刷電路板制造類基板方面落后亞洲30年。
材料:硅晶圓依賴日本,硅、鎵來自中國


有數(shù)百種材料被用于半導(dǎo)體制造過程中的不同階段。一個市場研究公司估計,2020年全球電子市場材料和半導(dǎo)體工業(yè)化學(xué)品和氣體價值183億美元,有望到2025年增長至262億美元。對于美國來說,海外供應(yīng)商主導(dǎo)了硅晶圓、光掩膜和光刻膠市場,日本公司在這些行業(yè)尤其強(qiáng)大。同時,硅、鎵等原材料主要來自中國。該報告主要復(fù)盤了包括多晶硅、硅晶圓、光掩模與光刻膠、超純及常規(guī)化學(xué)品和氣體、原材料在內(nèi)的一些關(guān)鍵半導(dǎo)體材料供應(yīng)鏈:1、多晶硅:中國占全球產(chǎn)能的70%以上幾家在美國生產(chǎn)電子級多晶硅的制造商,包括美國Hemlock Semiconductor、挪威REC Silicon、德國Wacker和日本三菱綜合材料。美國本土生產(chǎn)商稱,盡管美國目前有生產(chǎn)能力,但由于中國采取行動增強(qiáng)其在半導(dǎo)體和太陽能供應(yīng)鏈上的主導(dǎo)地位,美國的技術(shù)領(lǐng)先地位和半導(dǎo)體級多晶硅的生產(chǎn)面臨風(fēng)險。中國占全球太陽能級多晶硅市場的95%以上,美國目前還不存在太陽能行業(yè)的直接客戶,但由于半導(dǎo)體級多晶硅和太陽能級多晶硅的生產(chǎn)過程密切相關(guān),美國生產(chǎn)商必須能利用強(qiáng)勁的全球太陽能產(chǎn)品市場,以確保半導(dǎo)體材料的持續(xù)生產(chǎn)。這些生產(chǎn)商說,中國目前占全球多晶硅產(chǎn)能的70%以上,美國占9%。2、半導(dǎo)體硅晶圓:日本坐擁半壁江山日本公司在硅晶圓市場占據(jù)主導(dǎo)地位,估計占有56%的市場份額,其次是中國臺灣(16%)、德國(14%)和韓國(10%)。雖然一些德國、日本和中國臺灣公司在美國建有生產(chǎn)設(shè)施,但只有像Virginia Semiconductor公司這樣的美國小公司制造硅晶圓。當(dāng)前中國大陸在300mm(12英寸)晶圓的制造能力方面還非常有限,預(yù)估所占市場份額不超過5%。目前,半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)廣泛使用300mm晶圓,一些領(lǐng)先的制造商探索了450mm晶圓生產(chǎn)的投資,但半導(dǎo)體加工工具的制造成本明顯較高,投資預(yù)期回報較低,導(dǎo)致這種方法被放棄。200mm晶圓也繼續(xù)擁有一個很大的市場。盡管絕大多數(shù)商用半導(dǎo)體是由硅晶片生產(chǎn)的,但鍺、GaAs、GaN和SiC等復(fù)合半導(dǎo)體更適合5G通信、自動駕駛汽車、可再生能源和軍事系統(tǒng)等關(guān)鍵新興應(yīng)用。隨著其商業(yè)應(yīng)用越發(fā)廣泛,它們與傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料之間的成本差距已經(jīng)縮小。美國目前在氮化鎵(GaN)微波電子學(xué)方面處于領(lǐng)先地位,其他國家也正在大規(guī)模投資以發(fā)展本土氮化鎵。美國能源部早在2015年成立了一個由60家機(jī)構(gòu)組成的聯(lián)盟Power America,重點加速應(yīng)用美國制造的SiC和GaN。美國DARPA還資助了磷化銦、GaAs、SiGe、SiC、GaN和氮化鋁等項目,以及最近在超寬帶隙半導(dǎo)體方面的工作。不過當(dāng)前SiC和GaN的制造服務(wù)主要在美國之外。3、光掩模與光刻膠:日本領(lǐng)先地位難撼動光掩模包含集成電路圖形,被用于確保將圖形精確轉(zhuǎn)印到硅晶圓上。在光刻工藝環(huán)節(jié),光線穿過光掩模,將圖形投射到晶圓表面。光刻膠是一種用于形成圖案的光敏有機(jī)材料,被用于光刻工藝過程中經(jīng)過曝光將光掩膜版上的圖形轉(zhuǎn)移到晶圓片上。在大型半導(dǎo)體公司中,自主生產(chǎn)光掩模很常見。美國英特爾、韓國三星、中國臺灣臺積電和中國大陸中芯國際都有自己的掩膜生產(chǎn)業(yè)務(wù)。然而,無晶圓廠半導(dǎo)體公司依賴于總部設(shè)在日本、美國和中國臺灣的商業(yè)掩膜制造商。美國CSET估計,日本公司控制了53%的商業(yè)掩膜市場,美國公司占40%,中國臺灣公司占7%。根據(jù)CSET供應(yīng)鏈研究,日本公司還占據(jù)了半導(dǎo)體光刻膠市場的90%份額。剩下的10%主要由美國和韓國的公司持有。中國本土幾乎沒有能力生產(chǎn)先進(jìn)的光刻膠。4、超純及常規(guī)化學(xué)品和氣體:美歐日占優(yōu)勢半導(dǎo)體行業(yè)有許多化學(xué)品和氣體供應(yīng)商,美國、日本和歐洲都有領(lǐng)先的公司。許多非美國公司通常會在美國設(shè)立分支機(jī)構(gòu)。大多數(shù)化學(xué)和氣體供應(yīng)商的大部分業(yè)務(wù)均不在半導(dǎo)體行業(yè)。美國、日本和法國生產(chǎn)半導(dǎo)體氣體。目前,六大供應(yīng)商是美國慧盛材料、韓國SK材料、日本MTG/TNS、法國液化空氣、英國林德/美國普萊克斯和日本KDK。它們占據(jù)了約一半的市場份額,約50家供應(yīng)商占據(jù)了另一半市場。美國、德國和日本是濕電子化學(xué)制品的主要生產(chǎn)國。美國KMG、美國艾萬拓、美國霍尼韋爾、德國巴斯夫和日本關(guān)東化學(xué)在該市場占有超過60%的份額。5、原材料:供應(yīng)來源集中在中國硅、鎵等用于生產(chǎn)晶圓的原材料都集中在中國。氦氣也很短缺。美國是氦氣的來源之一,它是天然氣生產(chǎn)的副產(chǎn)品,因此受天然氣價格的影響。執(zhí)行命令14017要求的關(guān)鍵礦物和材料供應(yīng)鏈審查中,討論的一些關(guān)鍵材料、礦物和稀土元素用于半導(dǎo)體制造(包括鎵和多晶硅)。然而,盡管這些材料對半導(dǎo)體制造過程至關(guān)重要,但這些材料的其他用途是這些材料的消費者,這些材料的問題并不是半導(dǎo)體行業(yè)特有的。制造設(shè)備:美國占較大份額,光刻設(shè)備依賴荷蘭與日本


半導(dǎo)體生產(chǎn)線的不同環(huán)節(jié),會用到不同類型的半導(dǎo)體制造設(shè)備。前端制造設(shè)備包括光刻、蝕刻、摻雜或離子注入、沉積、拋光或化學(xué)機(jī)械平面化。特別值得注意的是金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)設(shè)備,它主要被用于生產(chǎn)GaAs、GaN等化合物半導(dǎo)體。后端制造設(shè)備包括ATP設(shè)備和先進(jìn)封裝。美國在半導(dǎo)體制造設(shè)備領(lǐng)域市占率較高,但高度依賴外銷。根據(jù)美國應(yīng)用材料及泛林研發(fā)公司的財報,其2020年營收中,約有90%來自美國之外的地區(qū)。目前半導(dǎo)體制造設(shè)備市場份額前三的分別是美國(41.7%)、日本(31.1%)和荷蘭(18.8%)。除了裝配及封裝設(shè)備、MOCVD設(shè)備外,中國公司沒有占據(jù)明顯的份額。2019年,五大半導(dǎo)體制造設(shè)備公司是美國應(yīng)用材料(18.8%)、荷蘭ASML(16.8%)、日本東京電子(13.4%)、美國泛林研發(fā)(11.8%)、和美國科磊(6.8%),共占有全球市場的67.6%。如下圖所示,雖然美國在大多數(shù)前端SME的生產(chǎn)中占有相當(dāng)大的市場份額,但光刻掃描/步進(jìn)設(shè)備是一個明顯的例外,幾乎都是由荷蘭公司ASML和日本公司尼康和佳能生產(chǎn)的,其中ASML是EUV光刻機(jī)的唯一供應(yīng)商。


MOCVD設(shè)備的主要供應(yīng)商包括美國Veeco、德國愛思強(qiáng)和中國大陸中微公司;蝕刻設(shè)備的前三是美國泛林研發(fā)、日本東京電子和美國應(yīng)用材料。相較前端,美國在后端封裝設(shè)備方面的市場份額較小。日本有最大的封裝設(shè)備份額(35.7%),其次是中國大陸(22.9%)和荷蘭(11.1%)。不過美國庫力索法半導(dǎo)體是一家全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體封測設(shè)備公司。美國和日本是后端測試設(shè)備(ATP)的領(lǐng)導(dǎo)者,分別擁有33.5和48.6%的市場份額。一個半導(dǎo)體制造設(shè)備可擁有100多個零部件,根據(jù)制造商普查調(diào)查,美國半導(dǎo)體制造設(shè)備銷售收入的一半被花費在了零部件和其他材料上。美國公司也為外國公司出售的設(shè)備提供關(guān)鍵零部件。報告還提到,中國政府對半導(dǎo)體制造設(shè)備生產(chǎn)商的補(bǔ)貼,對企業(yè)的財務(wù)表現(xiàn)產(chǎn)生了明顯的影響。目前有超過200家晶圓廠在200mm(8英寸)晶圓上生產(chǎn)半導(dǎo)體,主要用于350nm~90nm的成熟節(jié)點芯片。當(dāng)前200mm(8英寸)制造設(shè)備短缺,尚無緩解的跡象。一家半導(dǎo)體制造設(shè)備公司報告稱,盡管從2010年到2015年,200mm晶圓設(shè)備的銷售如預(yù)期的那樣下降,200mm和300mm之間的比例為50%,但需求卻回到了2010年的水平。SEMI報告稱,2019年有5個新200mm晶圓廠,2020年有7個開始建設(shè)(其中3個在中國大陸,美國、日本和中國臺灣各1個)。雖然200mm的設(shè)備過去是可用的二手設(shè)備,這個市場已經(jīng)枯竭。200mm的新設(shè)備也很難找到,尤其是光刻設(shè)備。如今,新設(shè)備的購買將會取決于新晶圓廠、技術(shù)、功能或增加產(chǎn)量的需求、增加服務(wù)的重要性,以及大型提供商的升級和行業(yè)的整合。這也使較小的設(shè)備公司面臨被大公司吞并或銷量流失到大公司子公司的風(fēng)險。
解決供應(yīng)鏈風(fēng)險的7項政策建議


除了分析半導(dǎo)體供應(yīng)鏈現(xiàn)狀外,該報告也提出了7項政策建議,旨在解決當(dāng)前半導(dǎo)體短缺和報告中確定的風(fēng)險:1、與工業(yè)界合作,促進(jìn)投資、提高透明度和協(xié)作,以解決半導(dǎo)體短缺問題。2、根據(jù)美國《2021財政年度國防授權(quán)法案》(NDAA)規(guī)定,為CHIPS法案提供全面資金。3、通過立法行動來實施美國總統(tǒng)拜登美國就業(yè)計劃中的想法,加強(qiáng)其本土半導(dǎo)體制造生態(tài)系統(tǒng),為支持關(guān)鍵的上游提供激勵。4、通過研發(fā)資源支持制造商,特別是中小企業(yè),以證明新興技術(shù)和融資從實驗室轉(zhuǎn)移到市場,并解決增長的資本需求,促進(jìn)創(chuàng)新。5、通過大量投資來發(fā)展和多樣化STEM人才管道,勞工部就業(yè)和培訓(xùn)管理局以部門為基礎(chǔ)的途徑和培訓(xùn)項目、公共/私人投資來幫助資助勞動力發(fā)展及移民政策的改變,從而吸引世界上最優(yōu)秀和最聰明的人才。


6、通過鼓勵外國晶圓廠和材料供應(yīng)商在美國及其他盟國和伙伴地區(qū)投資,提供多樣化的供應(yīng)商基礎(chǔ),與盟友及伙伴就半導(dǎo)體供應(yīng)鏈彈性進(jìn)行合作。7、保護(hù)美國在半導(dǎo)體制造和先進(jìn)封裝方面的技術(shù)優(yōu)勢,確保出口控制支持政策行動,以解決與其供應(yīng)鏈相關(guān)的國家安全和外交政策關(guān)切。
結(jié)語:加強(qiáng)本土供應(yīng)鏈,機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存


該報告還對中國大陸、韓國、歐盟、日本、中國臺灣、新加坡及以色列為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)提供的補(bǔ)貼及激勵措施進(jìn)行了匯總整理,并分析了當(dāng)前美國半導(dǎo)體制造業(yè)發(fā)展所面臨的機(jī)遇及挑戰(zhàn)。在美國政府的推動下,臺積電、三星、英特爾、格芯均宣布了新的美國半導(dǎo)體制造建廠計劃。提高本土半導(dǎo)體產(chǎn)能不僅有助于解決半導(dǎo)體供應(yīng)鏈各個環(huán)節(jié)的供應(yīng)鏈脆弱性,還可能成為高質(zhì)量、高薪工作的來源。SIA估計,半導(dǎo)體行業(yè)的每一個直接就業(yè)崗位都會產(chǎn)生4到5個間接就業(yè)崗位。此外,半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)施也有助于增加電子材料、封測等上下游產(chǎn)業(yè)的就業(yè)機(jī)會。美國政府鼓勵先進(jìn)芯片封裝和測試的政策,亦可以增強(qiáng)供應(yīng)鏈的彈性,這些激勵措施可能針對相對邊緣或經(jīng)濟(jì)不景氣的美國地區(qū)。另一方面,提高本土半導(dǎo)體產(chǎn)量及發(fā)展下一代半導(dǎo)體技術(shù),最大的挑戰(zhàn)是資金。以制造業(yè)為例,在全球任何地方建一個12英寸大型晶圓廠都要花數(shù)十億美元,一個領(lǐng)先的工廠甚至要花費數(shù)百億美元。美國勞動力成本較高、政府激勵措施偏少,因此在美國建立新工廠的10年成本可能達(dá)到平均60億美元,比在中國臺灣、韓國或新加坡建立同樣的工廠高30%,比在中國大陸高50%。


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