半導體設計和制造:尖端技術的能力取勝
關于芯片微縮的爭論正變得越來越激烈,半導體公司需要一種新的戰略,從芯片的大小到供應鏈問題。
半導體是科學和技術的無名英雄,在幕后為從玩具、智能手機到汽車和恒溫器等無所不包的東西提供動力。近年來,它們為人工智能和機器學習等突破性技術的出現做出了貢獻,這些技術改變了我們的生活和工作方式。要把數字革命提升到更高的水平,就需要更先進的芯片,具備更強大的計算和存儲能力。
隨著新冠肺炎危機對供應鏈的破壞和地緣政治緊張局勢的加劇,半導體企業越來越有興趣獲得尖端技術的端到端設計和制造能力。" 許多國家的政府都有同樣的興趣,并試圖支持自己的半導體市場。但新的晶片廠和大規模的研發項目需要數十億美元的投資,這對尖端技術的生產至關重要。這些領域的錯誤、成本控制松懈或需求低于預期,可能會嚴重降低公司的投資回報,甚至消失。領先的芯片設計和制造還需要在研究、供應鏈、人才和知識產權保護方面提供強有力的支持,以及利用政府政策的能力。雖然半導體公司可能在其中一些任務上做得很好,但很少有公司具備全面的頂級能力。
考慮到建立工廠基礎設施和提高員工技能需要更長的時間,半導體公司需要一個長期戰略來實現卓越的設計和制造,這需要考慮到制造問題、設備成本和提高內部能力。
半導體設計和制造的復雜性和成本正在逐漸增加
在過去十年里,對尖端技術領導地位的需求已從模糊的目標轉變為對半導體企業的絕對需求。摩爾定律正在放緩。隨著復雜性的增加,芯片上的結構尺寸有所縮小。
只有少數公司有能力設計和制造節點尺寸高達 14 納米的先進芯片,因為在設計、研發、縮放和其他工藝方面需要大量的技術和投資。與此同時,對這些芯片的需求正在飆升。在一些主要的市場領域,包括人工智能和機器學習,由于它們結合了強大的性能和低功耗,低于 14 nm 的芯片至關重要。
除少數人外,每個人都面臨著一個困難的市場
半導體行業技術進步的穩定記錄創造了一種得不償失的模式,如果你能在幾個領域脫穎而出,那就太好了。如果一家公司的產品或服務略好于競爭對手,它通常占整個行業收入的很大一部分,甚至絕大部分。這種現象在從設備生產到芯片制造的整個價值鏈中都很明顯。挑戰巨頭可能很難趕上,因為先進企業往往會在幾年內引領技術發展。
我們分析了 2015 年至 2019 年期間 254 家半導體公司產生的經濟利潤,"吃得飽" 的影響變得顯而易見(表 1)。我們的分析涵蓋了所有行業參與者,從設備和材料供應商到為不同終端市場生產的專門芯片公司。我們發現,在從 2008 年金融危機中復蘇的同時,許多公司的經濟利潤也出現了強勁增長,盡管它們的利潤率與過去相似。
在此次調查中,幾家制造商尤其引人注目,因為它們的經濟利潤極高。這些頂級企業大多專注于尖端技術,并繼續追求更小、更高效的半導體。一般而言,頂級企業專注于一個產品部門或價值鏈中的一個步驟,因為要在研發和制造領域取得并保持領導地位,需要付出大量努力。
某一特定企業 -- 或某一地區的一群企業 -- 可能成為專業知識的中心。
英特爾 -- 主導著臺式機和筆記本電腦 CPU 市場。
高通,智能手機系統芯片市場的強者。
臺積電,芯片生產的領先者。
ASML- 光刻機是唯一的一臺。
三星 -- 內存市場處于領先地位。
NVIDIA-- 主導著美國的顯卡市場。
此外,幾乎所有用于半導體制造的特殊化學品都來自日本。日本和韓國公司生產大部分硅芯片。
盡管專業化帶來了競爭優勢,但這也意味著半導體企業和相關企業高度相互依存。如今,沒有哪一家本土市場或公司具備設計和制造端到端半導體所需的全部能力。如果供應鏈出現嚴重中斷,類似今年的危機所造成的中斷,可能會出現生產瓶頸,一些芯片可能會供不應求。