​美国能改变半导体制造格局吗?

2020-08-14 14:00:49 来源: 半导体行业观察

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最近的两点新闻激起了半导体制造领域的人们。第一是台积电宣布了他们在亚利桑那州投资120亿美元的晶圆厂建设计划。另一个是受Covid的影响,共和两党提出了230亿美元的联邦政府对半导体制造的投资计划。

那么问题来了,这可能带来什么影响?它能否有意义地改变半导体晶圆厂的格局?


半导体制造简史


20世纪40年代,William Shockly发明了晶体管,因此美国成为了半导体的发源地。此后便催生了像仙童半导体(Fairchild Semiconductor)这样的早期领导者,而后者又催生了像英特尔这样的传奇公司。这时期诞生的半导体公司都花费数百万美元建造自己的晶圆厂,自己生产设备,制造基地也如雨后春笋般冒出来,硅谷也因此而得名。

到了80年代,日本开始在晶圆厂上进行大量投资,而美国开始失去在该行业的领导地位。日本人将他们的质量和制造能力运用在诸如内存芯片之类的领域中,这迫使英特尔在80年代中期将其业务方向从内存芯片转移到微处理器。然而,更大的转变发生在90年代,即代工厂和无晶圆厂设计公司的出现。在台积电和联电等公司的带领下,它们让许多规模较小的晶圆厂不再具有成本效益。同时,像三星这样的韩国财阀开始大量投资于制造业,现在三星和海力士这两家韩国公司主导了存储芯片市场。而美国现在生产的IC芯片不到全球的12%。

2014年,中国看到了半导体制造的重要新,并开始实施雄心勃勃芯片计划,大力投入芯片制造以及半导体领域。现在,中国的IC产量现在与美国差不多,占全球产量的12%。

当今美国的芯片制造


经过一波整合和外包浪潮之后,大多数美国公司都退出了制造业竞赛。只剩下三家主要公司:英特尔,美光和格芯(GF)。GF甚至是由阿联酋主权财富基金Mubadala私有,而不是真正的美国公司。他们各自都有自己的利基市场,彼此之间不竞争。

英特尔是IDM(集成设备制造商),生产用于PC和服务器的微处理器。美光公司生产存储芯片(NAND和DRAM),顾名思义,Global Foundries是无晶圆厂芯片公司的合同制造商。但是半导体制造是一项全球业务,

所有这三家公司都在全球各地运营着晶圆厂。英特尔通常在美国,爱尔兰和以色列之间轮换新的晶圆厂。美光公司在日本和台湾经营晶圆厂,最新一笔巨额投资是在新加坡。GF在德国和新加坡也设有工厂。

让我们看一下设置最先进的半导体Fab所涉及的关键要素。

1.持续的资本投资: 一个最先进的晶圆厂现在的价格超过100亿美元。2019年半导体制造商的资本支出总额为1020亿美元。为了与摩尔定律保持相同的节奏,公司必须每两年将新技术节点投入市场。在这样的规模下,230亿美元的一次性投资不会改变美国的游戏。还有一个关于补贴结构的问题。过去,例如在太阳能行业中,美国模式采用了通过信用,税收减免等方式使用税法的某种复杂结构。但这是一种无效的资本配置方式。

2.工程学人才: 美国大学培养了大量的工程学毕业生,美国仍然是世界人才的理想去向(尽管政府最近采取了一些措施来改变这一现状)。为新工厂配备人员应该不是问题。

3.基础设施: 土地,稳定的电网,供水,运输基础设施都是必不可少的。从这个角度来看,美国并不缺乏。

4.供应链: 半导体的供应链与最终产品一样具有全球性。一个国家要完全自给自足地制造是非常困难的,即使不是不可能的。美国在某些关键组成部分(如生产设备)上处于有利位置,最大的供应商AMAT,LAM和KLA是美国公司。但是即使到那里,荷兰公司ASML仍在关键光刻技术步骤上拥有垄断地位。在材料方面,由于制造过程使用数百种化学物质和气体,甚至更加困难,其中许多必须从亚洲采购。因此,任何国家真正实现端到端的自给自足都是梦想。

谁将在美国建立新的晶圆厂?


英特尔历来一直在积极地进行技术开发和建造晶圆厂。加上一些额外的激励措施,他们很可能会选择美国的地点,而不是爱尔兰或以色列来进行未来投资。毫不奇怪,英特尔一直在大力游说争取美国政府对该行业的支持。但是,即使是英特尔,过去也曾尝试使用代工厂模型,但没有取得任何进展。在最近的公告中,他们引用了其7纳米工艺更多的延迟,甚至表明他们愿意使用外部合作伙伴进行制造。

通过收购日本和台湾公司并在新加坡扩张,美光的发展得到了进一步的发展。存储芯片是一种商品,对成本非常敏感。美光不太可能在不久的将来建立另一家美国大型晶圆厂。

Global Foundries已经退出了争夺最新工艺节点的竞赛,并专注于诸如FDSOI之类的更多利基技术和应用。他们也陷入财务困境,仅靠穆巴达拉集团背后的支持维持生计。在未来几年内,他们不太可能在世界任何地方看到一个新的先进晶圆厂。

全球厂商:其他顶级全球厂商(不包括中国公司)是台积电,三星和海力士。三星在奥斯汀经营着两家晶圆厂,可以想象,如果有足够的动力,三星将在那扩建工厂。Hynix没有在美国运营的历史(他们在中国拥有大型晶圆厂),也不太可能现在就开始运营。

台积电(TSMC)涉足美国一家晶圆厂的想法已有一段时间,但从未成功。台积电也受到中国台湾政府的高度重视,被列为国家的一颗明珠,并有充分的理由继续在台湾扩张。台湾是一个小岛,台积电可以很容易地在各个站点之间轮换重要人员。尽管最近宣布了对亚利桑那州的投资,但除了政治方面,美国台积电的优势很难看到。就像没有在威斯康星州大肆宣传的富士康工厂一样,这可能是对未来关税的政治对冲。苹果也可能将其供应链也转移到美国。但是从纯粹的运营和财务角度来看,此举似乎没有优势。

美国可以向中国模式学习吗?


相比之下,中国通常通过直接股权投资或通过国有银行贷款来转移资金,这大大加快了建立新工厂的速度。中国公司也对行业抱有长远的眼光,并愿意在亏损的情况下经营数年。例如,它们完全主导了太阳能制造业(90%的太阳能电池是在中国制造的),并已成为显示器制造业的主要参与者,从韩国人和日本人那里抢走了份额。

美国必须表现出对联邦和州支持的类似长期承诺。但这在我们的政治体系中是非常困难的。再次以太阳能为例,联邦税收抵免和州激励措施的各种组合被用来启动该行业。这适用于成本不断下降的安装方面。但是美国在制造太阳能电池和组件本身方面只是次要角色。

最后,由于只有排名前5位的IC制造商才有能力制造领先的晶圆厂,因此任何政策都必须与这些公司的战略目标保持一致。其中一些可以通过惩罚性措施来实现,例如关税和贸易行动,但这在全球经济中很少是可持续的。

最后,将重点放在一小部分具有真正国家安全意义的关键芯片上,并在必要时继续为其提供资金可能更有意义。但是,将集成电路制造大规模转移回美国的可能性不大。

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