皇冠下载(www.huangguan.us):美国SIA最新讲述:未来十年,中国将玉成球“芯片工厂”

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芯器械(ID:aichip001)

作者 | 心缘

编辑 | 漠影

芯器械4月27日报道,本月早些时刻,美国半导体行业协会(SIA)与波士顿咨询团体(BCG)团结宣布了一份研究讲述,通过20多张图表,详尽地剖析和出现全球半导体供应链的漫衍特征。

这份53页的《在不确定的时代增强全球半导体供应链》讲述提到,在未来10年,整个半导体供应链需投资约3万亿美元的研发和资源支出,半导体公司每年需连续研发投入逾900亿美元,相当于全球半导体销售额的20%左右,以开发越来越庞大的芯片。

▲2019年全球各区域半导体供应链焦点能力漫衍情形

凭证这份讲述,日本、韩国、中国台湾和中国大陆现在集中了全球约莫75%的半导体制造产能;若是根据现在的生长趋势,中国大陆有望在未来10年生长玉成球最大的半导体制造基地

其剖析数据显示,要建设完全自给自足的半导体供应链,至少需增添1万亿美元左右的前期投入,最终会致使半导体价钱整体上涨35%~65%;若是台湾晶圆厂永远中止,至少需要花3年、投资3500亿美元,才气在天下其他地方建设足够替换的产能。

此外,讲述还展现了全球半导体供应链研发及人才现状。当前在半导体科研领域,中美互为最大的研究互助同伴,中国每年提交的论文数和专利数最多,美国半导体专利平均被引用次数最高,而许多美国半导体手艺突破均为外洋人才孝顺。

▲2019年全球各区域晶圆制造能力漫衍

一、未来10年,中国有望玉成球最泰半导体制造基地

该讲述显示,美国在全球半导体制造产能中的份额已从1990年的37%降至当前的12%,若是按现在趋势生长下去,这一比例可能降至6%。

相比之下,未来10年,中国有望增添约40%的新产能,成为全球最泰半导体制造基地。

这背后一概略害因素是经济因素,在美国建设一个新芯片工厂的10年总拥有成本(TCO)约莫比亚洲区域高25%~50%。

而总拥有成本中约40-70%直接归因于政府激励措施,现在美国的政府激励措施比其他地方低得多。

▲各区域参考晶圆厂10年总拥有成本(TCO)预估

该讲述以为,美国联邦政府对本土半导体制造业的500亿美元投资,有望扭转美国芯片产量下降的趋势,并在未来10年在美国确立多达19家先进的逻辑、存储和模拟半导体制造工厂或晶圆厂

这将直接缔造7万个高薪事情岗位,并在整个经济中央接缔造约莫分外的35万个就业时机,即总共跨越40万个直接和间接就业时机。

▲2019年美国半导体消费漫衍

二、建设完全自给自足的半导体供应链,至少需增添前期投资1万亿美元

该讲述以为,当前没有一家公司甚至整个国家能实现完全的垂直整合。

半导体供应链是真正全球化的,2019年,六大区域(美国、韩国、日本、中国大陆、中国台湾、欧洲)对半导体行业总增添值的孝顺均到达或跨越8%。

▲2019年各区域在差异半导体供应链环节的支出及孝顺漫衍

在全球半导体供应链中,各区域展现着差其余优势,并相互依赖。半导体的典型历程涉及到大多数这些区域。

▲示例:一个智能手机应用处置器的全球历程

美国在研发麋集型产业,如电子设计自动化(EDA)、焦点IP、芯片设计和先进制造方面处于领先职位,这得益于其天下一流的大学、重大的工程人才库、市场驱动的创新生态系统。

东亚区域(韩国、日本、中国台湾)在晶圆制造方面优势显著,有政府激励措施支持的大规模资源投资,以及壮大的基础设施和熟练的劳动力。

中国大陆在装备、封装、测试等领域处于领先职位,并正在起劲加大投资。

假设在每个区域建设完全自给自足的内陆供应链的假设替换方案,将需要至少1万亿美元(9000亿~1.225亿美元)的增量前期投资,并导致半导体价钱整体上涨35%至65%,最终导致消费者电子装备成本上升。

▲实现完全“自给自足”的内陆化半导体供应链需增添的研发及资源支出

详细来看,按区域漫衍,若是要知足半导体自给自足,美国需举行3500~4200亿美元的前期投资,中国大陆需举行1750~2500亿美元的前期投资。

▲实现完全“自给自足”的内陆化半导体供应链,各区域所需增添的支出成本漫衍

三、假设取代台湾晶圆厂,至少需投资三年、3500亿美元

整个半导体供应链上有跨越50个区域,其中一个区域拥有跨越65%的全球市场份额。

▲一个区域占全球份额的65%以上

例如,大约75%的全球半导体制造能力,以及硅晶片、光刻胶等许多要害质料的供应商,均集中在中国大陆及东亚区域。这些区域易遭受高地震流动和地缘政治主要事态的影响。

另外,全球最先进的半导体生产能力(即10nm以下)现在100%位于中国台湾(占92%)和韩国(占8%)

▲一个重大的全球商业流网络支持半导体供应链的地理专业化

这些区域存在可能因自然灾难、基础设施关闭或国际冲突而中止的潜在风险,并可能导致基本芯片供应严重中止。

在极端假设的情形下,若是台湾代工厂完全中止一年,台湾代工厂将失去420亿美元的收入,这可能会导致全球电子供应链停摆,甚至影响到差异电子装备应用市场4900亿美元的收入,从而造成严重的全球经济中止。

若是要使这种假设的中止变得永远化,则可能至少需要3年时间、3500亿美元的投资,才气在天下其他地方建设足够的产能来取代台湾晶圆厂。

四、美国和中国是全球最大的半导体市场

半导体可分为三类,划分是逻辑(收入占比42%),内存(收入占比26%),以及离散、模拟和其他(DAO,收入占比32%)。

在手机领域,模拟半导体占比最高;在消费电子、PC、ICT基础设施领域,逻辑半导体占比偏高;在工业和汽车应用领域,DAO占比更高。

▲各种半导体销售额在差异应用领域的销售额漫衍

其中,接纳10nm以下先进制程的均为逻辑半导体,而DAO在成熟制程产能中占比偏高。

▲2019年全球各种半导体在差异芯片制程节点的产能漫衍

从地理漫衍来看,有三种差其余方式来权衡半导体需求的泉源,一是电子装备制造商总部所在地,二是装备制造、组装地址,三是购置电子装备的最终用户所在地。

▲全球半导体需求的地理漫衍

可以看到,美国和中国是全球最大的半导体市场。

该讲述估量,2019年中国消费者和企业购置的装备中包罗半导体的价值约占全球半导体收入的24%。险些与美国(25%)持平,高于欧洲(20%)。

由于在大多数电子装备种别中,中国海内市场的增进将比天下其他区域平均凌驾4%~5%,因此剖析师预计,中国在全球半导体消费中所占的份额预计将在未来5年继续增进。

五、半导体供应链7大环节研发&资源支出漫衍

半导体缔造和生产所涉及的产业供应链是异常庞大和全球化的,由研究、设计、前端制造、后端封测、EDA&焦点IP、装备&工具、质料等7个环节所组成的生态系统来支持。

▲半导体供应链包罗7类差异环节

该讲述估量,2019年全球半导体产业研发投资约为900亿美元,资源支出约为1100亿美元,两个数字的总和险些占同年全球半导体销售额(4190亿美元)的50%。

▲2019年半导体产业研发和资源支出情形

1、竞争前研究:占整个行业研发支出的15-20%

从一项新手艺方式在一篇研究论文中被引入,到大规模商业制造中,预计平均需10-15年的时间。

例如,极紫外线(EUV)手艺是最先进的半导体制造节点的基础,从早期的看法演示到在晶圆厂的商业实现,花了近40年的时间。

在大多数领先国家,基础研究通常占总研发投入的15-20%。例如在美国,基础研究一直稳固在总研发的16-19%,中国现在只有约5-6%的研发支出用于基础研究,但已往20年中国一直在缩小竞争前研究和总研发支出之间的差距。

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2、芯片设计:占整个行业研发支出的65%

芯片设计是知识手艺麋集型营业,占整个行业研发的65%。专注于芯片设计的公司,通常会将年收入的12%~20%用于研发。

随着芯片越来越庞大,开发成本迅速上升。例如一款旗舰智能手机的最新系统芯片的开发总成本,可能跨越10亿美元。

而若是衍生品大量重复使用之前的设计,或者在成熟节点上制造新的更简朴的芯片,开发成本仅为2000万至2亿美元。

3、芯片制造:占整个行业资源支出的65%

晶圆制造约占整个行业资源支出的65%。专注于半导体制造的公司的资源支出通常相当于其年收入的30~40%。

一个最先进的、尺度产能的半导体工厂需要约莫50亿美元(用于先进模拟晶圆厂)到200亿美元(用于先进逻辑和存储晶圆厂)的资源支出。

这比新一代航空母舰(130亿美元)或一座新核电站(40亿~80亿美元)的预估成本要高得多。

凭证特定产物的差异,半导体晶圆的整个制造历程有400到1400个步骤。制造完成半导体晶圆的平均时间(即周期时间)约莫是12周,但对于先进工艺,可能需要多达14-20周的时间来完成。

▲晶圆制造历程概览

4、后端封测:占整个行业资源支出的13%

专门从事封装和测试的公司,通常在设施及装备上的投资跨越其年收入的15%。

总的来说,该环节占2019年行业资源支出总额的13%,主要集中在中国台湾和大陆,最近也在东南亚区域建设新的设施。

5、EDA&焦点IP:占整个行业研发支出的3%

在设计阶段,电子设计自动化(EDA)公司提供庞大的软件和服务来支持半导体设计。焦点IP供应商提供可重用的组件设计的授权允许。

EDA和焦点IP供应商的研发投入约占整个行业研发支出的3%,约占其收入的30 %~40%。

6、装备&工具:占整个行业研发支出的9%

整体来看,半导体装备制造商供应商占2019年行业研发的9%,占其收入的10%~15%。

半导体制造使用50多种差异类型的周详晶圆加工和测试装备,由专业供应商提供,用于制造历程中的每一步。

▲全球主要半导体装备类型漫衍

其中光刻工具代表最大的制造厂商资源支出,可以决议芯片晶圆厂生产的先历水平。在7nm及以下的芯片制造中,一台EUV机械可花费1.5亿美元。

7、质料:占整个行业资源支出的6%

从事半导体制造的公司也依赖于专业的质料供应商。总体而言,2019年质料供应商孝顺了总资源支出的6%,占行业附加值的5%。

全球领先的硅晶片、光敏电阻或气体供应商的年度资源支出通常占其收入的13%至20%。

半导体制造业使用多达300种差其余质料投入,其中许多也需要先进的手艺来生产。

▲2019年在前端和后端制造中,要害半导体制造质料的全球销售情形

六、全球前三通常占各领域总收入的50%~90%

凭证其集成水平和商业模式,半导体公司可分为4种类型,划分是集成器件制造商(IDM)、无晶圆厂设计公司(Fabless)、代工厂(Foundry)和外包封测公司(OSAT)。

▲手艺的庞大性和对规模的需求导致了专注于供应链特定条理的商业模式泛起

在制造业,建设新产能所需的前期投资规模过大是一个主要障碍。

举例来说,2015年至2019年,五大晶圆代工厂的年资源支出合计约为750亿美元,平均每家公司每年30亿美元,相当于其年收入的35%以上。

半导体设计虽然不需要大量的资源支出,但其高研发强度也缔造了显著的规模优势和准入壁垒。2015年至2019年,前5大无晶圆厂设计企业研发投入达约680亿美元,平均每家企业每年投入28亿美元,相当于其收入的22%。

按收入盘算,全球10家最大的OSAT公司中有9家的总部位于中国大陆、中国台湾和新加坡,其中中国大陆和台湾占全球的60%以上。

只有规模异常大的公司,才气从大规模投资中获得令人知足的回报。这是为什么在半导体供应链的差异环节中,全球排名前三的公司通常占各自所在领域收入的50%~90%。

七、中美互为最大的研究互助同伴

半导体行业的研发投资中,很大一部门被用于科学突破的基础研究上,这些投资要比其潜在的商业应用之前许多年。

在这种竞争前互助方面,半导体公司与研究机构通常会举行互助,来分摊研究成本和阻止重复性事情。

已往10年,中国和美国是在半导体领域揭晓相关科技论文最多的两个国家。

凭证该讲述对科学出书物的剖析显示,基础半导体研究往往涉及跨国界互助,中国和美国互为最大的研究互助同伴。

中国研究机构揭晓的与半导体相关的科学论文中,36%是与其他国家的研究机构配合撰写的。在美国机构的出书物中,60%是与其他国家的机构互助撰写的,中国是最大的互助同伴,其次是德国和韩国。

一些最要害的半导体手艺希望得益于几十年来全球研发互助的效果。好比当前最先进的EUV光刻装备包罗约10万个部件,由遍布全球的5000多家供应商提供。

▲EUV装备集成了来自全球5000多家供应商的组件

只管中国每年提交的半导体学术研究论文和专利数目是最多的,但美国仍是该行业最相关创新的源头:每项美国半导体专利的平均被引用次数是天下上任何其他国家专利的3~6倍。

▲2010-2019年全球各区域半导体专利申请数漫衍

八、外洋人才对美国半导体生长孝顺大

现在大多数现代半导体中使用的一些最基本的半导体手艺突破,包罗MOSFET、CMOS制造工艺等,均是由移民到美国的人开发的。

凭证平安和新兴手艺中央(CSET)最近的一项研究,现在美国约莫40%的高手艺半导体工人出生在美国之外。

国际学生占电气工程和盘算机科学研究生的2/3左右,跨越80%的学生在完成学位后会留在美国。

九、半导体行业吸引人才面临猛烈竞争

人才已经成为半导体行业的主要关注点,人才欠缺的风险可能会限制未来几年的创新措施。

2017年一项整个供应链半导体高管举行的观察显示,约80%的公司面临着手艺职位候选人的严重欠缺。在2018年的另一项观察中,64%的受访者将人才列为威胁其生长能力的三大风险之一,而且是最高的风险因素。

薪资统计数据还指出了人才供应方面的限制:自2001年以来,美国半导体行业的薪资增速平均为4.4%,显著快于整个经济的薪资增速。

半导体行业还面临着劳动力老龄化的挑战,大量现有手艺岗位的员工可能在未来10-15年退休。

此外,该行业还需要吸引差异手艺的人才,稀奇是软件开发和人工智能方面的人才。

从理工科结业生全球人才库的历史增进来看,似乎难以知足半导体行业对人才的需求。

▲全球理工科结业生人才库总量的历史增进看起来不足以知足行业对人才的需求

该讲述对美国国家科学和工程中央(NCSES)统计的全球数据举行剖析,效果显示,在半导体供应链领先的六大区域,从2000年到2015年(最近有完整数据的年份),年增进率为4.5%。

科学和工程博士的数目显示了相似的增进率。这种增进在差异区域也有很大差异:中国的人才库每年增进10%以上,在美国的增进率低于3%。

这个全球性人才库也面临着猛烈的竞争,稀奇是软件和消费手艺公司数目的爆炸式增进,增添了半导体行业吸引留住高手艺手艺人才的挑战。

结语:解决供应链风险需要政府刺激措施

凭证这份讲述的剖析,虽然地理专业化促进了创新,并降低了消费者的成本,但它也造成了供应链风险,应通过政府刺激措施来提高本土芯片生产,从而解决供应链风险。

该讲述呼吁政府接纳以下行动,以提高供应链的耐久弹性:

1、确保海内外公司都享有同等的全球竞争环境,并强有力地珍爱知识产权;

2、促进研发和手艺尺度方面的全球商业和国际互助;

3、投资于基础研究、STEM教育和劳动力生长;

4、制订先进的移民政策,使领先的全球半导体集群能够吸引天下一流的人才;

5、确立明确、稳固的框架,以有针对性地控制半导体商业,阻止对手艺和供应商的普遍片面限制。

总体而言,为了降低全球主要供应中止的风险,该讲述以为美国政府应制订以市场为导向的激励设计,以实现加倍多元化的地域笼罩。

这些激励措施应旨在扩大美国的半导体制造能力并扩大某些要害质料的供应,例如能知足美国本土对国防、航空航天和要害基础设施所用先进逻辑芯片的需求。

泉源:SIA

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