透視全球半導體價值鏈（上）——半導體技術

行業資訊|Industry News|

2022-11-08 16:22:50 909

筆記本電腦、臺式機和服務器中的x86，主要由Intel或AMD制造的、基于x86的CPU。僅Intel、AMD和威盛電子（VIA Technologies（中國臺灣））擁有生產和開發基于x86的處理器的專利。微軟Windows是為基于x86的處理器設計的，自20世紀80年代以來，Microsoft和Intel就已經形成了相輔相成的關系。由于軟件只與特定的處理器體系結構兼容，x86的競爭對手必須說服軟件開發人員投入大量資源為另一種體系結構開發軟件。從本質上講，這就造成了強大的供應商供應關系的鎖定，使得價值鏈重構變得較為困難。大家使用的絕大多數個人電腦都基于x86處理器，而且架構完全由兩家美國公司控制，因此其他公司要尋找“本土”替代品就會十分困難。兆鑫是中國臺灣威盛電子股份有限公司（VIA Technologies）在上海建立的合資企業，是除Intel和AMD之外*持有x86許可證的公司。兆新CPU比AMD和Intel的現代x86處理器落后幾年，2020年，惠普開始在中國銷售配備兆新CPU的PC，兆新也為其筆記本電腦和工作站開發基于ARM的CPU。此外，目前速度最快的超級計算機，日本的Fugaku，也是基于ARM處理器。隨著ARM對該行業的重要性日益凸顯，美國會限制其技術用于競爭對手。

雖然x86是個人計算機和服務器的主導架構，但ARM處理器也為智能手機、平板電腦和物聯網（IoT）提供了動力。ARM指令集架構是由英國的ARM Limited開發并于2016年被日本軟銀收購的。當前兩個主流移動操作系統——谷歌的Android和蘋果的iOS都是基于ARM的處理器構建的。移動*依賴于對ARM IP的訪問。由于ARM總部位于英國，但主要在美國進行研發，并由日本軟銀所有，ARM評估認為，其大部分IP產自英國，而非美國。因此，即使美國采取了出口管制措施，如果歐洲、英國不采取同樣的限制，那么美國的出口管制措施能否徹底管得住對中國的出口，仍有不確定性。如果英偉達（Nvidia）（一家美國無晶圓廠公司）獲準從軟銀購買ARM，未來移動芯片市場價值鏈就會發生較大變化。

ASIC（Application Specific Integrated Circuit）是專門設計用于機器學習模型的芯片，是所謂的“AI芯片”，是一種專用的集成電路。智能手機中的許多現代系統芯片（SoC）——處理器核心、內存和接口（移動、Wifi等）都集成在一塊芯片上，集成了“AI加速器”。這些芯片僅用于機器學習任務，如面部識別。由于機器學習是一個新領域，目前，有100多家公司設計AI芯片或加速器。這些AI芯片的架構差異很大，通常針對特定的機器學習平臺進行優化。

以上對各種半導體技術的不同用途和使用場景做了說明。當前，全球IC價值鏈上，ICT系統依賴于韓國的DRAM、日本的NAND、美國的模擬芯片和歐洲的IP。沒有一個地區能夠在其本土獲得所有重要類型的半導體。密切的分工協作，加上協同創新，造就了當今全球分布、高效和創新的半導體價值鏈。專業化和高度分工也導致了在某個IC的局布會形成寡頭壟斷，如果不同類型半導體的供應商很少，甚至只有一家，就會對整個價值鏈帶來沖擊。而由于自然災害、*病或限制性貿易政策，斷鏈也會發生，并會傳導破壞整個價值鏈。如果出于本位主義，想解開當前錯綜復雜、相互依存的價值鏈，也會帶來巨大的成本，并會損失創新和效率。

從生產流程上看，對于半導體制造工藝，晶圓廠依靠設備、化學品和（硅）晶片來制造集成電路。雖然*晶圓廠主要位于中國臺灣和韓國，但必要的設備、化學品和晶圓都來自美國、歐盟和日本。制造過程依賴于不同供應商、工廠和芯片設計師之間的密切合作。多年來，所有供應商市場（EDA、設備、化學品、晶片）都在整合，有時甚至到了某一特定技術僅一家供應商的地步，例如EUV掃描儀。各廠商間的密切協作創造了一個高效、創新的半導體制造價值鏈，其效率取決于自由貿易程度和關鍵技術節點*之間的密切合作。

在芯片后端制造過程中需要對硅片（包含許多小型集成電路）進行切割、測試和封裝，以保護其免受損壞。晶圓前端制造是高度資本密集型，而封裝、測試多是勞動密集型。目前，全球有88家（2019年）專門從事半導體生產流程后端的公司，也就是所謂的外包半導體封裝測試（OSAT）公司。OSAT公司依賴設備供應商和化學品（供應商），但規模要小于前端的晶圓公司。

安靠（Amkor Technologies）是美國*的大型OSAT公司。自2009年以來，長電科技（JCET）等在中國市場的份額大幅增加。過去10年，新加坡和馬來西亞等其他*的OSAT公司市場份額下降。OSAT在整個半導體價值鏈中集中度較低。從技術總體趨勢看，晶圓廠還可提供先進的（晶圓級）封裝，這樣高通公司和其他公司的先進移動SoC就被直接在晶圓廠封裝了，而不用再拿到OSAT進行封裝，這樣的技術趨勢提升了芯片制造廠在半導體價值鏈中的重要性，而弱化了封裝環節。

中國在封裝檢測環節取得了長足發展，但與國外相比，整體技術差距仍然存在。與在晶圓制造、EDA軟件和制造設備等環節與國外存在較大差距相比，中國在封測環節與國外的差距要小得多。例如，華為與長電科技合作，改進流程，已突破了2019年美國對華為的出口管制。

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