美国芯片产业(美国芯片产业链)

海潮机械 2022-12-17 10:45 编辑:admin 291阅读

1. 美国芯片产业链

美国是全球芯片产业的霸主,从市场占比来看,基本上垄断了全球50%左右的芯片市场,而在高端芯片市场,更是占了80%的份额。

当然,除了芯片本身很强大之外,在芯片市场背后,则是EDA市场美企垄断了80%,半导体设备市场,美企业占了40%左右的份额,但是前10大企业基本上都会听美国的,前10大占了80%的份额。

这些合在一起,最终形成了美国的芯片霸权,所以美国想拉黑谁就拉黑谁,因为离开芯片,谁都不会好过。

2. 美国芯片产业链现状问题

美国芯片发展已经有差不多62年的历史了!

1929年的时候,美国当时工程师利莲费尔德,已经发明出了制造芯片的晶体管。

后从1949年到1957年,维尔纳·雅各比、杰弗里·杜默、西德尼·达林顿、樽井康夫等科学家都开发了芯片的原型,但现代集成电路是由杰克·基尔比在1958年发明的。

3. 美国芯片产能

全球芯片代工巨头台积电宣布,该司斥资120亿美元在美国亚利桑那州兴建的芯片制造工厂,将于2024年起开始生产5nm工艺制程芯片,待到产能稳定,该厂芯片产能将达2万片/月。由于5nm属于先进制程芯片,台积电强调,这批芯片将着重用于智能手机的CPU、GPU、IPU等内置装备上。

要知道,虽然美国拥有很多先进芯片技术,但该国在全球芯片制造行业占比却慢慢下跌。数据统计显示,1990年美国芯片生产量占全球37%,到了2020年该国的占比率下跌至12%,而亚洲以79%的市场占有率占有绝对优势。

4. 美国芯片产业链分析

美国芯片公司财富排名表

1英特尔

英特尔营收627.61亿美元,净利润96.01亿美元,无论是营收,还是赚钱能力,美国芯片类公司排名第一。

2艾睿电子

全球最大的元器件分销商艾睿电子,营收268.125亿美元,净利润4.02亿美元,为上榜芯片公司倒数第一位。

3安富利

全球第二大元器件分销商安富利营收228.721亿美元,净利润5.253亿美元。

4高通

高通营收222.91亿美元,净利润为24.66亿美元。

5美光

美光科技营收203.22亿美元,净利润为50.89亿美元。

6德州仪器

德州仪器营收149.61亿美元,净利润为36.82亿美元。

7应用材料

作为全球最大的半导体设备商,应用材料营收为145.37亿美元,净利润为34.34亿美元。

8英伟达

得益于AI芯片的爆发,挖矿机的持续坚挺,英伟达营收97.14亿美元,净利润为30.47亿美元。

9安森美

安森美半导体营收55.431亿美元,净利润为8.107亿美元。

10新博通

另外,博通迁移到美国后,已经拿到美国身份证。2017财年,博通收入176.36亿美元,净利润18.94亿美元。按照这个标准,博通在财富500强排名167位,芯片类公司排名第6位。

5. 美国芯片制造市场

英特尔(外企美:年收入770亿美元)确立于1968年,半导体行业和计算创新平台的全球领先厂商,喊出[创设变化全国的科技,造福地球上每一单方面]口号!

第一代首席运营官戈登·摩尔首次提出‘摩尔定律’,随后引领全球半导体家当发展,当时,集成电路诞生刚刚六周年!

英特尔现在正转型为一家以数据为中心的公司,为推动人工智能、5G、智能边缘等转折行技术的创新和打破做出相关贡献。

6. 美国芯片产业链分布图

最大生产量的是英特尔芯片。

目前高端芯片是手机芯片,特点是工艺制程为最高级别,目前4纳米制程为最高。次一级就是电脑芯片,目前最高趋近于7纳米。生产芯片大类分为代工和自产,高端手机芯片基本都是代工生产,比如苹果、高通、联发科。而电脑芯片不光有代工,还有自产的,比如美国英特尔芯片就是自己设计自己生产的。所以美国生产的芯片是高通、苹果和英特尔等。

7. 美国芯片制造业

华为创始人任正非在2012年的内部讲话中曾说到用自研

任正非对华为乃至全球市场的认知一直都是清醒且理智的。

虽然华为从2004年就成立海思半导体投入芯片自研之路,并且小有成果,也在最初芯片供应被切断时完成自救。但这仍旧无法使华为从一轮接一轮的禁令中全身而退。

自从华为被全面切断芯片供应以来,华为的消费者业务中如手机业务大不如前。与此同时,长期供货给华为的芯片厂商高通以及台积电也同样损失不小,比如高通损失了至少80亿美元(约合512亿元人民币)的市场。

基于大幅流失的营收带来的压力,包括高通、ASML、台积电、英特尔之内的各厂商先后向美递交申请,以图获得自由出货的许可。

据消息透露,目前获得自由出货许可的厂商已囊括英特尔、AMD等,部分产品和技术均被允许出售。照此看来,华为的芯片困局似乎有逐渐明朗之态。

最近又有消息称,高通也获得向华为出售部分产品和技术的自由许可。当然这一消息并非高通或者华为透露的,而是嗅觉敏锐的旁观者发现的。

华为在线下举办的发布会中,发布了新一代的MatePad Pro平板电脑。据介绍,12.6英寸的MatePad Pro采用的是麒麟9000系列芯片,10.8英寸的MatePad Pro采用的则是高通骁龙4G版的870处理器。

要知道,高通870芯片是今年1月份发布的芯片,原本在去年9月15号以后,华为就无法再从外部获得芯片,连台积电也不再为华为代工芯片。

但如今高通870芯片出现在华为新品上,说明已经放开了对华为的芯片限制,高通也获得了向华为出货的许可,只是目前可能仅限于美国企业。

遗憾的是,出售给华为的高通870芯片不包含5G功能,这与和出货许可仍有部分受限有关,所以当前华为只能采购4G版的芯片。

根据相关消息,高通未来将要推出的4G版本以及Wifi版本的骁龙888处理器,很大可能也是为华为准备的。总而言之,对华为来说当前的形势越来越可观。

除了芯片之外,华为的鸿蒙OS操作系统已进入开源阶段。但是到目前为止,国内愿意使用该系统的手机企

8. 美国芯片行业

芯片制造工艺涉及50多个学科、数千道工序,毫厘之间要构建几十亿个晶体管结构,目前没有任何一个国家能自力更生独立造芯片。即使是美国也不行,芯片产业的成功是各国最先进技术的结晶。拿核心设备光刻机来说吧,目前荷兰的阿斯麦(ASML)是世界上唯一有能力生产高端极紫外光刻机的公司。然而,在其ASML 17家核心供应商中,一半以上来自美国,其余为德国、瑞典等公司。在股权结果方面,其三大股东中,两家来自美国,一家来自英国。此外,台湾的台积电、韩国的三星等也持有阿斯麦的股份,令这两家制造商得以享有优先拿货权。虽然阿斯麦在光刻机市场上虽一家独大,但它的镜头由德国的蔡司垄断,激光技术为美国Cymer所有,而法国公司提供关键的阀门。最后在芯4片软件开发领域,几乎由美国垄断,世界三大芯片设计商,美国占两家,Synopsys和Cadence Design Systems,另一家是德国的Mentor。

9. 美国芯片产业链公司

首先,IBM宣布已推出全球首颗2nm制程芯片,新一代芯片较此前7nm制程耗电量减少75%,输出性能提升45%。通俗来说,就是有将500亿个晶体管压缩到一个指甲盖大小的本事了。

2nm制程将为产业链提供性能和效率之间更好的平衡。实际上,IBM曾是全球强大的芯片制造商,虽然目前已将大多数芯片的生产外包给三星,显得默默无闻,但也是头一批推出7nm、5nm制程工艺产品的厂商,在电压等指标的定义上一直有相关主导权。

关键的是, IBM此次能够让2nm制程工艺率先亮相,主要是依赖采用GAA环绕栅极晶体管技术,并首次采用了底介电隔离通道技术,能够将栅长提升至12nm,大大降低了研发难度。

反观友商,台积电还是相对保守将继续用FinFET技术,虽然后续也会升级到GAA。不过,三星3nm、英特尔5nm也计划首次采用。当然,能够抢先发布前沿制程晶圆产品,也得益于IBM以往一定的技术积累和研发探索野心。

不过,对于5nm以下的高端制程,目前台积电虽然也取得了重大突破,但还没怎么敢高调宣传,证明整个链条还是存在尚未解决的困难,步入量产阶段可能是3年后的事情了。而IBM也并未公布2nm芯片的相关商用信息,主要还是想提前秀一下自己的技术能力,对于大规模量产,甚至将芯片产品推向何处,自己都没有太大的信心,正式商用至起码还需要三五年的时间。

毕竟,IBM“秀肌肉”并不是首次了。例如在2015年IBM 也曾宣布其 7nm工艺试产成功,但直到去年中才推出第一个商用产品;2017年也率先发布了5nm芯片,但一直没有量产的消息。此次2nm应该也是如出一辙,更主要是为了宣传推广。

鉴于2nm技术包含了多项提高晶体管密度的技术改进,虽然IBM 已佐证2nm芯片的制造所面临的技术难点已经初步被解决。但毕竟能造出来是一种能力,能大规模商业化也是一种能力,两者要结合得好才更有意义。

因此,这并不意味着IBM已具备量产2nm芯片的能力,量产还涉及许多其他综合能力和技术,就例如晶圆良率,这是一个优秀的芯片代工厂核心的竞争力。反过来看,晶圆良率也决定了芯片的工艺成本,是代工厂赖以生存的关键保障;再例如光刻机等制造设备上下游的资源及产业链整合能力,包括客户的后续服务能力,这就涉及到更多细节问题了。而台积电在上述各方面综合来说,目前还是有最强大的存在感。

不管如何,IBM在美国仍然保留着芯片研发中心等重要根据地,此次IBM有底气率先发布2nm芯片及生产技术,也显示出其宝刀未老,姜还是老的辣,造芯能力在全球范围内是不容忽视,还是让业内人士有点诧异的。毕竟,IBM与三星及英特尔有签订技术协议,后两者未来有望借助于与IBM的力量,能够更快的实现2nm工艺的量产。

不过,IBM自身没有10nm制程以下的晶圆厂,早年也签署了相关合作协议,将其制造工厂卖给了格芯,此次IBM也是在自己的实验室制造出来的样品,目前其晶圆厂布局几乎一片空白。因此,IBM自己或许不会大规模量产2nm芯片,日后还是计划与三星等合作伙伴合作生产处理器为主。

总的来说,2nm制程出色的功耗表现,能够让手机从半日/一日一充,变成两三天一充。不仅如此,从对电池寿命的保护角度来看,也能够延长数倍时间。这无疑让编者这类电量焦虑者带来福音,经常外出发现电量消耗得很快,特别是大屏且使用时间超过2年的手机。

宏观来看,2nm制程芯片将对数据中心、自动驾驶、AI、5G、量子计算等前沿领域进一步的发展提供可能。

毕竟,IBM在数据中心方面一直投入了大量资金与精力,并取得了一些成果。IBM和浪潮合作的浪潮商用机器以10%左右的市场份额排名第三。因此,不管量产与否,至少2nm芯片的算力提升对于IBM来说至关重要,也是其在行业提升的重要助力。

10. 全球芯片产业链

EDA是什么?EDA是芯片之母,是芯片设计中最上游、最高端的产业。TMT产业发展焦点的5G芯片、AI芯片,也是着眼于芯片设计,而芯片设计则离不开设计软件EDA,EDA可以说是芯片产业链中的"任督二脉"。

EDA 作为我国“卡脖子”关键技术之一,难点主要在于算法,其核心问题在算法上通常具有极高的计算复杂度,即为 NP 难问题。

11. 美国芯片供应链

虽然美国在制造业中的地位吸引了政策制定者的强烈兴趣,但美国半导体行业的实力还需要继续致力于保持美国的研发领先地位,并确保进入全球市场。一个充分融入全球技术供应链的强大的美国半导体行业,对于进行数字转型和开创人工智能新时代至关重要。与过去10年的移动革命一样,这种突破的巨大好处将惠及所有国家的消费者和企业,而不仅仅是美国。

半导体对于经济竞争力和国家安全至关重要。半导体技术的创新是推动全球经济数字化,人工智能(AI)和5G通信的基础。例如,在增强现实或虚拟现实体验,物联网,工业4.0系统和自动驾驶汽车这些方面,革命性的技术应用正逐渐成为商业现实。

除此之外,国防也依赖于由先进半导体组件提供动力的成熟电子系统。《2018年美国国防战略》中所列出的国防现代化重点领域就包括微电子,5G和量子科学,这些都是需要美国投资的战略领域。其他重点领域(例如网络安全,人工智能,自主系统和先进的成像设备),也极其依赖于半导体行业的发展。随着数字化连接的电子系统对于管理先进武器系统和关键基础设施变得越来越重要,能够提供兼具经济性,可靠性和组件安全性的半导体供应商,将在国家安全方面起到更加关键的作用。

由于半导体对技术领先地位和国家安全的战略意义,许多国家现在更为关注其在半导体价值链中的地位。美国一直是半导体领域的全球领导者,在过去30年中,美国在全球半导体行业收入中所占份额为45%至50%。但是当前美国在半导体制造领域的份额正在下降,仅占全球装机容量的12%。

中美之间持续的地缘政治摩擦,以及COVID-19大流行造成的破坏,也引发了对美国半导体公司在全球供应链的潜在漏洞的质疑,这主要是因为制造业活动集中在东亚。近年来,美国发起了许多与美国国防部有关的计划,例如“受信任和有保证的微电子”倡议,以确保国内供应价值链在制造业层面的安全。全球最大的半导体代工公司台积电(TSMC)于2020年5月宣布,该公司计划在亚利桑那州建立先进的晶圆厂。这个计划是提升美国先进半导体制造能力的第一步。

为了满足预期增长的半导体需求,从2020年到2030年,全球的制造能力将显著提高,这为美国吸引更多新晶圆厂提供了市场。在本报告中,我们将分析美国扩大半导体制造业历程的案例。我们首先探讨美国半导体制造业目前的状况和趋势,以确定如果现状持续,美国在全球制造容量的份额将如何变化,以及这种状况和趋势对美国半导体产业的潜在影响。

为了了解多年来美国在全球制造业中所占份额持续下降的根本原因,我们分析了在美国与其他国家和地区建造和运营三种类型的晶圆厂的总成本差异。我们还研究了各个国家和地区所提供的政府激励措施的水平。分析结果表明,与目前在中国和中国台湾地区,新加坡以及其他在半导体制造方面具有重要影响力的国家和地区相比,美国晶圆厂成本要高出40%至70%,这与美国相对欠缺的激励措施有直接关系。

我们建立了一种分析模型,以评估美国在全球制造产能中所占份额的未来趋势。尽管本报告未提供政策建议,但我们提出,如果美国要设定目标以在未来半导体制造业产能中占据重要份额,并扭转过去30年中美国制造产能持续下滑趋势,美国政府还应该推出哪些额外的激励计划。长远来看,我们认为这些激励计划尤为重要,因为芯片设计与制造之间需要更紧密的研发合作,以开发芯片架构和材料方面的创新。如此一来,美国的下一代半导体芯片性能能够实现质的飞跃,而其成本可以大幅降低。这具有重要战略意义,因为技术行业和先进的国防系统都依赖于半导体行业的发展。