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Cómo ve Citigroup la seguridad de su cadena de suministro de semiconductores (II: Fabricación de circuitos INTEGRADOS)

hora de lanzamiento:2022-03-08Fuente del autor:SlkorExplorar:2589

(Después de la Parte I: Diseño de circuitos integrados)

Cuarto, sobre la fabricación de circuitos integrados.

(I) Estimaciones básicas de Citigroup sobre la industria manufacturera de circuitos integrados

Los productos semiconductores impulsan casi todos los sectores de la economía, incluidos la energía, la atención médica, la agricultura, la electrónica de consumo, la manufactura y el transporte. La demanda mundial de uso final de semiconductores en 2019 es: teléfonos móviles (26%), infraestructura de información y comunicaciones (incluidos centros de datos y redes de comunicación) (24%); Computación (19%), industria (12%), automoción (10%) y electrónica de consumo (10%).

De estas diversas aplicaciones, alrededor del 9% respaldan directamente aplicaciones de infraestructura crítica y de seguridad nacional. Estos usos finales clave de los productos semiconductores incluyen la industria aeroespacial, las redes de telecomunicaciones, la energía y los servicios públicos, la atención médica y los servicios financieros. y otros usos gubernamentales representan poco más del 1 por ciento del consumo mundial de semiconductores.


La participación estadounidense en la producción mundial de semiconductores ha caído del 37 por ciento en 1990 al 12 por ciento actual, y se espera que siga disminuyendo sin una estrategia estadounidense integral para apoyar a la industria.

La capacidad manufacturera estadounidense es inadecuada: la capacidad manufacturera estadounidense ha estado disminuyendo durante décadas. La primera década de este siglo fue particularmente devastadora para la industria manufacturera estadounidense, con una tercera parte de los empleos manufactureros perdidos entre 2000 y 2010. Las pequeñas y medianas empresas (pymes) se han visto particularmente afectadas. Parte de la disminución puede atribuirse a la competencia de los países con salarios bajos. Los economistas estiman que alrededor del 25 por ciento de la pérdida de empleos puede atribuirse al ascenso de China, especialmente después de que el país se unió a la Organización Mundial del Comercio. Pero Estados Unidos también ha visto estancarse el crecimiento de la productividad interna en comparación con sus pares económicos, por ejemplo, quedando rezagado respecto de Alemania en promedio y en la mayoría de las industrias. Hoy en día, las pequeñas empresas en Estados Unidos suelen ser menos productivas que los grandes fabricantes. Contrariamente a la creencia popular de que la inteligencia ARTIFICIAL y la robótica están a la vuelta de la esquina, los fabricantes estadounidenses de pequeñas y medianas empresas están invirtiendo poco en nuevas tecnologías que mejoran la productividad. La pérdida de capacidad de fabricación conduce a la pérdida de capacidad de innovación. La capacidad de fabricación es la base de la innovación de productos. Una vez que se pierde la capacidad de innovación, es difícil reconstruirla. Cuando la capacidad de los circuitos INTEGRADOS se ha trasladado al extranjero en las últimas décadas, a menudo han seguido la investigación y el desarrollo y la cadena de suministro industrial más amplia.


(2) Cadena de suministro de productos semiconductores

Desde el diseño hasta el embalaje y la integración en los productos electrónicos finales adquiridos por los clientes, la cadena industrial es extremadamente compleja y geográficamente dispersa. Un proceso típico de producción de semiconductores incluye varios países y los productos pueden cruzar fronteras internacionales 70 veces debido a la especialización de la empresa en vínculos específicos. Todo el proceso dura hasta 100 días, de los cuales 12 días se transfieren entre los eslabones de la cadena de suministro. La siguiente es una representación simple de la cadena de suministro.


El pequeño tamaño y el peso ligero de los productos semiconductores son factores importantes para lograr una cadena de suministro intergeográfica tan compleja. El coste de envío de productos semiconductores es bajo en comparación con su valor. Sin embargo, también significa que la interrupción de las rutas de transporte puede suponer un riesgo para la cadena de suministro. En la cadena es necesario utilizar varios medios de transporte (por ejemplo, aéreo, marítimo, camión), dependiendo de la etapa y la distancia a recorrer, así como de la naturaleza del producto. En algunos casos, el transporte también requiere un manejo especializado, como el manejo de gases y productos químicos peligrosos y de alta pureza utilizados en la fabricación, o la protección de equipos electrónicos sensibles contra daños.


Fabricación de semiconductores: estructura industrial.

Las fábricas que procesan obleas y fabrican circuitos integrados tienen dos modelos de negocio básicos. La primera es una empresa de semiconductores integrada verticalmente o empresa IDM. Llevan a cabo internamente todos los pasos del proceso de diseño y fabricación de productos semiconductores, desde el diseño hasta las pruebas finales. Las empresas de IDM representan alrededor de dos tercios de la capacidad mundial de semiconductores. Aunque Intel, la empresa IDM líder en los Estados Unidos, produce principalmente dispositivos lógicos, la mayoría de las demás empresas de IDM producen principalmente chips de memoria como DRAM, dispositivos discretos y circuitos integrados analógicos. Además de Intel, Estados Unidos alberga varias de las empresas IDM líderes en el mundo, incluidas Analog Devices, Maxim Integrated Products, MicrochipTechnology, Micron, on Semiconductores y Texas Instruments. Vale la pena señalar que, si bien estas empresas tienen su sede en los Estados Unidos, fabrican su producto final en fábricas de todo el mundo. Además de Estados Unidos, Intel tiene plantas de procesamiento de obleas en Israel, Irlanda y China. Y Samsung, que tiene su sede en Corea del Sur, y otras empresas con sede en el extranjero (no estadounidenses) tienen fábricas de chips en Estados Unidos, además de las de ultramar (no estadounidenses). Según el informe de la SIA, el 44% de la capacidad de las empresas estadounidenses de semiconductores se encuentra en Estados Unidos. En general, las empresas de IDM en los Estados Unidos representaron el 51% de los ingresos operativos totales de los fabricantes mundiales de IDM en 2020. Estados Unidos es particularmente fuerte en circuitos integrados de lógica digital y circuitos integrados analógicos.


Hay otras empresas líderes en productos de semiconductores más estadounidenses (por ejemplo, AMD, Nvidia, Broadcom y Qualcomm y Game Spirit) que son el modelo de negocio de "compañías de semiconductores sin fábricas". La compañía diseñará datos para proporcionar una empresa independiente especializada en la fabricación de fundición de semiconductores. por las empresas de fundición en la fabricación y procesamiento de productos de chips. Estas fundiciones de terceros se clasifican como "fundiciones de semiconductores puros" porque no diseñan ni venden ninguno de sus propios productos de chips, sino que actúan como fabricantes por contrato para empresas de semiconductores sin fábrica (estas fundiciones a veces proporcionan capacidad adicional o producen ciertos chips para IDM). vendedores). Algunas empresas de IDM, en particular Samsung, también ofrecen servicios de procesamiento para empresas de semiconductores sin fábrica.


A medida que avanza la tecnología y se dispara el costo de construir y mantener instalaciones de fabricación de semiconductores de última generación, el modelo de negocio de empresa sin fábrica + fundición se vuelve más común. Los continuos avances en la tecnología de fabricación de chips requieren equipos de fabricación completamente nuevos y cada vez más caros. Las fábricas de última generación (con nodos de proceso de 5 nm) cuestan al menos 12 mil millones de dólares. Una única máquina de litografía ultravioleta extrema (EUV), que se requiere a 5 nm o menos y que a menudo se utiliza a 7 nm, puede costar hasta 150 millones de dólares. Además de las máquinas de fotolitografía, las fábricas necesitan muchos otros tipos de equipos. Se estima que la inversión necesaria para la próxima generación de fábricas, que operarán en nodos de 3 nm, podría superar los 20 mil millones de dólares. Además, después del establecimiento de nuevas fábricas, los costos operativos serán muy altos y requerirán inversiones de capital costosas y continuas; También es necesario mantener la tecnología de punta que requieren los diseñadores de procesos para seguir operando en los nodos de producción más avanzados. Las fundiciones puras se benefician de economías de escala que les permiten absorber y absorber los enormes costos de las plantas de semiconductores con una utilización de capacidad alta y eficiente. Según la SIA, las fundiciones puras representan aproximadamente un tercio de la capacidad mundial de chips. Entre ellos, la producción de chips lógicos representó casi el 80%. Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC), la primera fundición de obleas puras del mundo, se fundó en 1987 y hoy domina el mercado de la fundición.

El mercado de fabricación por contrato está dominado por empresas taiwanesas, y TSMC por sí sola representa el 53 por ciento del mercado. En general, las empresas de fundición taiwanesas representan el 63 por ciento del mercado mundial de fundición. Corea del Sur representa el 18% y China el 6%. GlobalFoundries, una fundición con sede en Estados Unidos y propiedad de ABU Dhabi, tiene una participación del 7 por ciento, lo que representa más de la mitad del 13 por ciento restante del mercado de fundición.


Como se mencionó anteriormente, aunque Estados Unidos tiene una gran participación de mercado en chips producidos por empresas IDM, representa solo alrededor del 10% de los ingresos mundiales de las fundiciones. Las fundiciones asiáticas representan alrededor del 80% del total. Sólo Taiwán representa el 63 por ciento de la fabricación por contrato mundial. Eso significa que, si bien Estados Unidos es líder en diseño de semiconductores, sus empresas nacionales sin fábrica dependen en gran medida de fabricantes contratados extranjeros, principalmente en Asia, para fabricar sus productos. Aunque este modelo de agente-negocio es adecuado para productos de circuitos integrados para aplicaciones comerciales de gran volumen, muchas aplicaciones relacionadas se realizan en lotes pequeños, lo que hace que la adopción de tecnologías avanzadas de fabricación de semiconductores para aplicaciones sea incierta y desafiante.

En el caso de Estados Unidos, la gran mayoría de la fabricación de semiconductores (tanto en modelos IDM como de fundición) se realiza en el extranjero: Taiwán, Corea del Sur, Japón, China y Estados Unidos. Alrededor del 12% de la capacidad mundial de fabricación de semiconductores se encuentra en Estados Unidos, frente al 37% en los años noventa. En 1990, Taiwán representó alrededor del 2019% de la capacidad instalada mundial, seguida de Corea del Sur con el 20%. Japón representó el 19 por ciento, China el 17 por ciento y Europa el 16 por ciento. El 9% restante de la capacidad se encuentra en Singapur, Israel y otras partes del mundo.

De las 40 principales instalaciones de fabricación de semiconductores ubicadas en los Estados Unidos, la mitad (20) utilizan obleas de 300 mm (12 pulgadas); En otras producciones se utilizan obleas de 200 mm (8 pulgadas) o menos. Entre 2009 y 2018, más de 100 plantas de fabricación de obleas de 150-200 mm cerraron en todo el mundo, y el 70 % de los cierres se produjeron en EE. UU. y Japón. Según IC Insights, hasta 68 plantas de fabricación de obleas tienen décadas de antigüedad y han superado su vida útil razonable. Las fábricas cerradas son reemplazadas en parte por nuevas instalaciones que son más rentables o mejoradas; También hay algunas fábricas cuyo funcionamiento es demasiado caro y las empresas están recurriendo a fábricas ligeras o modelos de negocio sin fábricas.


A nivel nacional, seis empresas operan 20 fábricas de 300 mm en ocho estados, como se detalla en la siguiente tabla. Además de Skorpios, otras cinco empresas también operan fábricas de obleas fuera de Estados Unidos.

Como se señaló anteriormente, Intel tiene operaciones de fabricación de semiconductores en Israel, Irlanda y China. Además de sus fábricas en Estados Unidos, Micron opera fábricas en Singapur, Japón y Taiwán. Texas Instruments produce obleas en China, Malasia, Taiwán y Filipinas, además de Texas. GlobalFoundries es la fundición de obleas puras líder en los EE. UU., es propiedad del emirato de ABU Dhabi a través del fondo soberano Mubadala y tiene instalaciones de fabricación de obleas en Alemania y Singapur. En 2019, la empresa canceló sus planes de abrir una fábrica en Chengdu, China.

 

Si bien la capacidad de fabricación de chips de Estados Unidos es relativamente estable, la capacidad y la producción fuera de Estados Unidos están creciendo, especialmente en Asia. Como resultado, SIA pronostica que la participación estadounidense en la capacidad de semiconductores caerá al 10 por ciento para 2030, mientras que la participación de Asia crecerá al 83 por ciento. En 2019, ninguna de las seis nuevas instalaciones de fabricación de semiconductores abiertas en el mundo estaba en Estados Unidos, pero cuatro estaban en China.

Como se analiza en la sección "Diseño" de este informe, se tratan tres tipos principales de chips: de memoria, lógicos o digitales y analógicos. Como muestra el siguiente cuadro, diferentes partes del mundo se especializan en diferentes áreas. Por ejemplo, sólo el 5 por ciento de los chips de memoria se producen en Estados Unidos, en comparación con el 44 por ciento en Corea del Sur y el 14 por ciento en China continental. En la memoria, China se centró en la rápida expansión de Changjiang Storage, asignando 24 mil millones de dólares en subsidios a la empresa (solo para su planta de Wuhan). Su expansión y sus productos de bajo precio representan una amenaza directa para MICron y Western Digital, fabricantes de chips de memoria estadounidenses.

En chips lógicos o digitales (como microprocesadores de computadoras y teléfonos móviles), Estados Unidos no produce ningún nodo de proceso avanzado (menos de 10 nanómetros), mientras que Taiwán tiene el 92 por ciento. En otras tecnologías de bloqueo lógico, Estados Unidos ocupa un lugar destacado: el 43% de los chips lógicos más avanzados (10-22 nm) y del 6% al 9% de la generación anterior (28 nm y above) los chips lógicos se producen en los Estados Unidos; Taiwán produce el 47 por ciento de dichos chips lógicos, mientras que China produce aproximadamente entre el 19 y el 23 por ciento de los chips lógicos. Finalmente, para el segmento de componentes analógicos/discretos, el 19% se produce en Estados Unidos, el 17% en China y aproximadamente el 27% en Corea.

(iv) Examen de la fabricación de circuitos integrados

Estados Unidos carece de capacidad de producción al nivel tecnológico más avanzado:

Estados Unidos carece de capacidad de producción de semiconductores para los nodos de proceso de semiconductores más avanzados (actualmente de 5 nanómetros), que actualmente son operados únicamente por TSMC (Taiwán) y Samsung (Corea del Sur). El FAB más avanzado de Estados Unidos es la línea de proceso de 10 nm operada por Intel, que no se espera que entre en producción completa de 7 nm hasta 2023, y anunció en enero de 2021 que utilizaría los 7 nm "mejorados" de TSMC o debajo de la línea de producción para sus últimos productos de circuitos lógicos. Como resultado, las empresas estadounidenses de chips sin fábrica ahora dependen casi por completo de los productores asiáticos, especialmente TSMC, para producir los chips más avanzados (7 nm o menos). Además de los riesgos de la cadena de suministro causados ​​por la producción concentrada geográficamente, la falta de capacidades tecnológicas nacionales de última generación plantea preocupaciones de seguridad nacional, ya que algunas aplicaciones militares requieren un acceso seguro a tecnología de proceso de última generación para garantizar la seguridad tecnológica. superioridad.

Los ingresos por ventas de productos de chips dependen de China:

Los fabricantes de chips estadounidenses también dependen en gran medida de las ventas a China debido a su dominio en la producción de productos electrónicos. China es el mayor mercado de semiconductores, la mayoría de los cuales se reexportan a medida que se ensamblan en terminales electrónicos, incluidos aparatos y aparatos electrónicos de consumo. Por ejemplo, el proveedor de chips para teléfonos móviles Qualcomm obtuvo dos tercios de sus ingresos de China, mientras que el fabricante de memorias Micron obtuvo el 57% de sus ingresos de China, según datos de 2018 de The Economist. Intel informó en 2020 que China representaba el 26 por ciento de sus ingresos. La fuerte dependencia de las ventas chinas proporciona al gobierno chino una influencia económica y el potencial de tomar represalias contra Estados Unidos.

El deseo de China de liderar la industria de los semiconductores:

La participación de China en la industria mundial de semiconductores es relativamente pequeña y sus empresas fabrican principalmente chips de gama baja. SMIC, la fundición pura más avanzada de China, sólo puede producir en nodos de 14 nanómetros y tiene una capacidad limitada. Sin embargo, China se encuentra en medio de un importante esfuerzo liderado por el Estado para desarrollar su industria autóctona de IDM integrada verticalmente, con el objetivo de convertir a la industria en líder en todos los campos para 2030. La participación de China en la capacidad de obleas de semiconductores fue del 16 por ciento en 2019, pero se espera que crezca al 28 por ciento para 2030. El gobierno chino está proporcionando 100 mil millones de dólares en subsidios para su industria de semiconductores, incluido el desarrollo de 60 nuevas plantas de fabricación. Como se analizó en la parte de "diseño" de la cadena de suministro, China ha subsidiado agresivamente a sus propios fabricantes de chips de memoria para romper su dependencia de las tres empresas de memoria más grandes del mundo: Samsung (Corea del Sur), SK Hynix (Corea del Sur) y Micron (EE.UU.). ). Micron, una empresa de memorias estadounidense, es un competidor directo del almacenamiento de Changjiang y probablemente sea la primera empresa estadounidense en ver su futura competitividad e innovación amenazadas por los subsidios chinos a sus competidores.

Descargo de responsabilidad: este artículo es una reimpresión de "La charla sobre el restaurante del Sr. Wang", este artículo solo representa las opiniones personales del autor, no las opiniones de Sakwei y la industria, solo para reimprimir y compartir, apoyar la protección de los derechos de propiedad intelectual, reimprimir indique la fuente original y el autor; si hay una infracción, contáctenos para eliminarla.

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