透视全球半导体价值链（上）——半导体技术

行业资讯|Industry News|

2022-11-08 15:00:34 908

笔记本电脑、台式机和服务器中的x86，主要由Intel或AMD制造的、基于x86的CPU。仅Intel、AMD和威盛电子（VIA Technologies（中国台湾））拥有生产和开发基于x86的处理器的专利。微软Windows是为基于x86的处理器设计的，自20世纪80年代以来，Microsoft和Intel就已经形成了相辅相成的关系。由于软件只与特定的处理器体系结构兼容，x86的竞争对手必须说服软件开发人员投入大量资源为另一种体系结构开发软件。从本质上讲，这就造成了强大的供应商供应关系的锁定，使得价值链重构变得较为困难。大家使用的绝大多数个人电脑都基于x86处理器，而且架构完全由两家美国公司控制，因此其他公司要寻找“本土”替代品就会十分困难。兆鑫是中国台湾威盛电子股份有限公司（VIA Technologies）在上海建立的合资企业，是除Intel和AMD之外*持有x86许可证的公司。兆新CPU比AMD和Intel的现代x86处理器落后几年，2020年，惠普开始在中国销售配备兆新CPU的PC，兆新也为其笔记本电脑和工作站开发基于ARM的CPU。此外，目前速度*快的超级计算机，日本的Fugaku，也是基于ARM处理器。随着ARM对该行业的重要性日益凸显，美国会限制其技术用于竞争对手。

虽然x86是个人计算机和服务器的主导架构，但ARM处理器也为智能手机、平板电脑和物联网（IoT）提供了动力。ARM指令集架构是由英国的ARM Limited开发并于2016年被日本软银收购的。当前两个主流移动操作系统——谷歌的Android和苹果的iOS都是基于ARM的处理器构建的。移动*依赖于对ARM IP的访问。由于ARM总部位于英国，但主要在美国进行研发，并由日本软银所有，ARM评估认为，其大部分IP产自英国，而非美国。因此，即使美国采取了出口管制措施，如果欧洲、英国不采取同样的限制，那么美国的出口管制措施能否彻底管得住对中国的出口，仍有不确定性。如果英伟达（Nvidia）（一家美国无晶圆厂公司）获准从软银购买ARM，未来移动芯片市场价值链就会发生较大变化。

ASIC（Application Specific Integrated Circuit）是专门设计用于机器学习模型的芯片，是所谓的“AI芯片”，是一种专用的集成电路。智能手机中的许多现代系统芯片（SoC）——处理器核心、内存和接口（移动、Wifi等）都集成在一块芯片上，集成了“AI加速器”。这些芯片仅用于机器学习任务，如面部识别。由于机器学习是一个新领域，目前，有100多家公司设计AI芯片或加速器。这些AI芯片的架构差异很大，通常针对特定的机器学习平台进行优化。

以上对各种半导体技术的不同用途和使用场景做了说明。当前，全球IC价值链上，ICT系统依赖于韩国的DRAM、日本的NAND、美国的模拟芯片和欧洲的IP。没有一个地区能够在其本土获得所有重要类型的半导体。密切的分工协作，加上协同创新，造就了当今全球分布、高效和创新的半导体价值链。专业化和高度分工也导致了在某个IC的局布会形成寡头垄断，如果不同类型半导体的供应商很少，甚至只有一家，就会对整个价值链带来冲击。而由于自然灾害、*病或限制性贸易政策，断链也会发生，并会传导破坏整个价值链。如果出于本位主义，想解开当前错综复杂、相互依存的价值链，也会带来巨大的成本，并会损失创新和效率。

从生产流程上看，对于半导体制造工艺，晶圆厂依靠设备、化学品和（硅）晶片来制造集成电路。虽然*晶圆厂主要位于中国台湾和韩国，但必要的设备、化学品和晶圆都来自美国、欧盟和日本。制造过程依赖于不同供应商、工厂和芯片设计师之间的密切合作。多年来，所有供应商市场（EDA、设备、化学品、晶片）都在整合，有时甚至到了某一特定技术仅一家供应商的地步，例如EUV扫描仪。各厂商间的密切协作创造了一个高效、创新的半导体制造价值链，其效率取决于自由贸易程度和关键技术节点*之间的密切合作。

在芯片后端制造过程中需要对硅片（包含许多小型集成电路）进行切割、测试和封装，以保护其免受损坏。晶圆前端制造是高度资本密集型，而封装、测试多是劳动密集型。目前，全球有88家（2019年）专门从事半导体生产流程后端的公司，也就是所谓的外包半导体封装测试（OSAT）公司。OSAT公司依赖设备供应商和化学品（供应商），但规模要小于前端的晶圆公司。

安靠（Amkor Technologies）是美国*的大型OSAT公司。自2009年以来，长电科技（JCET）等在中国市场的份额大幅增加。过去10年，新加坡和马来西亚等其他*的OSAT公司市场份额下降。OSAT在整个半导体价值链中集中度较低。从技术总体趋势看，晶圆厂还可提供先进的（晶圆级）封装，这样高通公司和其他公司的先进移动SoC就被直接在晶圆厂封装了，而不用再拿到OSAT进行封装，这样的技术趋势提升了芯片制造厂在半导体价值链中的重要性，而弱化了封装环节。