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六个主要地区掌控着全球半导体行业的产能。但每个地区在全球半导体供应链中发挥着不同的作用:广泛地说,美国在研发方面领先:当中包括EDA和核心IP,芯片设计和制造设备。而原材料和制造(晶圆制造以及组装,封装和测试),这些都是资本密集型的,在很大程度上集中在亚洲。
尽管在过去几十年中,美国政府对基础研究的支持滞后,但美国依然是半导体研发的全球领导者。它是世界上一些突出的技术大学和半导体公司集群的所在地,这带来了良性的教育,研究,创业和资本循环,促进了创新。虽然中国一直在投资半导体研发,且是目前较大的半导体学术研究论文和专利总数持有者,但美国仍然是业内主要的创新来源:他们与欧洲一起,具有较高的专利转换率(通常被视为与全球商业潜力直接相关),这在半导体行业里通常是高质量创新的标志,美国的专利平均转换率高于任何其他国家,且普遍高出3到6倍。
在芯片设计领域,包括无晶圆厂和IDM在内的美国公司拥有接近50%的全球半导体销售份额,其关键的成功因素是获得了高技能的工程人才和蓬勃发展的创新生态系统,特别是领先的大学。而在前20名的半导体公司中((包括Fabless和IDM)),有10个总部位于美国。2019年收入前5的EDA和核心IP公司中,有4家总部位于美国。根据财务报表,在2019年,美国参与半导体设计的公司在研发上花费了当年收入的18%。
如果去调查员工所在地区,我们得出的结果也突出了美国在半导体设计中的领导地位:
数据显示,大约50%的涉及设计的全球半导体公司雇用的工程师位于美国。这个数字包括来自美国和非美国公司的工程师。设计公司越来越依赖于全球工程人才池,特别是在印度,我们估计世界上20%的半导体设计工程师来自这里。
外国人才对美国在半导体创新方面的领导地位发挥了重要作用。回顾历史,一些基本的半导体技术仍然在大多数现代半导体中使用 ,例如金属氧化物半导体场效应(MOSFET)晶体管和互补金属氧化物半导体(CMOS)制造工艺都是由移民的科学家到美国后制定的。目前,美国大约有40%的高技能半导体工人在国外出生。这与美国大学吸引了来自全球的技术人才有关。相关数据显示,国际学生在电气工程和计算机科学研究生中占三分之二,并且在完成学位后,有80%以上留在该国。
来到半导体制造领域,这是高度资本密集型产业,需要有吸引力的投资(特别是政府的激励),并获得强大的基础设施支持(电力和供水,运输和物流),同时还需要具竞争力的熟练制造工人。如我们先前的报告所述,专注于半导体制造经济学,政府激励可能占新的先进的FAB的10年总体所有权总额(TCO)的30-40%,估计为先进的模拟FAB提供100到150亿美元,其中高级逻辑或内存的投入为300到400亿美元。
目前,东亚地区(包括日本,韩国和中国台湾)和中国大陆集中了全球半导体制造能力的75%,当中包括所有7纳米产能。根据当前市场条件,预计其份额将在未来十年内继续上升。根据我们在图16中汇总的分析,新FAB的TCO方面,美国大约比亚洲高出25-50%,40-70%的差异归因于政府激励措施。
特别需要注意的是,中国台湾自1974年以来一直在发展半导体制造业,当时政府选择半导体作为一个关键的焦点行业,以拓展农业以外的经济发展动力。政府政策包括直接支持,制定研发实验室和工业园区并提供激励措施,慷慨的税收抵免,以及新工厂的建设,可以涵盖其资本开支的35%和13%的设备购买,还有间接激励措施,如金融部门和资本市场的改革,以促进获得资金。
虽然2009 - 2010年后,这些激励计划减少了,但我们估计中国台湾在近10年期间,仍然为新的工厂提供了占总总体成本25-30%的奖励。其他亚洲地区,如韩国和新加坡,目前的相关投入远低于中国大陆。相比之下,美国和欧洲目前可用的新FAB建筑的激励措施估计占总成本的10-15%。
在20世纪80年代后期,中国台湾公司开创了晶圆代工商业模型,专门从事生产其他地区公司设计的芯片。今天,台湾地区拥有全球5个较大晶圆代工厂中的2个,占全球芯片总产能的20%。与英特尔(美国)和三星(韩国)一起,TSMC是可以在高级节点(10纳米及以下)中生产逻辑芯片的三个公司之一,这是数据中心/AI服务器等计算密集型设备所必需的。事实上,几乎所有世界上领先的节点(5和7纳米)的产能都位于台湾地区。
相比之下,装配,封装和测试的资本密集度不高。虽然晶圆代工厂的年资本支出通常约为他们收入的35%,但对于专门从事外包半导体封装和测试的领先公司(Osats)资本支出通常不到晶圆代工厂的一半,大约占Osats收入的15%。鉴于资本强度较低,劳动力成本是Osat公司的关键竞争因素。
相关数据显示,中国大陆,中国台湾和东南亚熟练劳动力的平均制造工资均低于美国80%。10大Osats公司中的9家总部位于中国大陆、中国台湾和新加坡。中国大陆和台湾地区占世界封装和测试产能的60%以上。近期,Osats公司还开始使自己的全球足迹多样化,建立其他地方的新产能,如在马来西亚等劳动力成本低的地区建厂。然而,随着先进封装领域的技术创新水平的增加,劳动力成本可能变得越来越低。
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来源:半导体行业观察